The past, present and future of de novo protein design

蛋白质设计 蛋白质工程 计算机科学 合成生物学 计算生物学 设计要素和原则 纳米技术 合理设计 定向分子进化 蛋白质结构 定向进化 蛋白质稳定性 生物 选择(遗传算法) 钥匙(锁) 蛋白质折叠 蛋白质进化 工程类 电流(流体)
作者
Wei Yang,Shunzhi Wang,Gyu Rie Lee,Jason Z. Zhang,Alexis Courbet,David Juergens,Xinru Wang,Thomas Schlichthaerle,Mohamad Abedi,Robert J. Ragotte,Linna An,Indrek Kalvet,Sam Pellock,Ljubica Mihaljevic,Cameron Glasscock,Arvind Pillai,Adam Broerman,Nathan Ennist,Ella Haefner,Nora McNamara-Bordewick
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:652 (8112): 1139-1152 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41586-026-10328-7
摘要

With deep-learning-powered advances in protein design methods, there is an ongoing paradigm shift in protein engineering from random selection to intentional computational design methods. Here we describe the current state of de novo protein design. While there is still room for improvement in success rates and activities, the long-standing challenges of designing new protein structures, assemblies and protein binders are close to being solved. The key current questions in these areas are not how to design, but what to design, and open-source design methodology such as RFdiffusion and ProteinMPNN together with protein structure prediction tools enable biochemists and molecular biologists to broadly explore possible applications. There has also been considerable progress in the de novo design of small-molecule target binders, enzymes and multistate protein systems. Current challenges for methods development include design of catalysts for reactions with high energy barriers and, more generally, design of switches and nanomachines that integrate binding, conformational change and catalysis. Over the next five to ten years, we anticipate the design of sophisticated protein nanomachines and materials with functionality ranging far beyond that generated during natural evolution for a wide range of applications in medicine, technology and sustainability.
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