The road to fully programmable protein catalysis

蛋白质设计 蛋白质工程 生化工程 计算机科学 纳米技术 设计要素和原则 化学 蛋白质结构 工程类 材料科学 生物化学 软件工程
作者
Sarah L. Lovelock,Rebecca Crawshaw,Sophie Basler,Colin Levy,David Baker,Donald Hilvert,Anthony P. Green
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:606 (7912): 49-58 被引量:232
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04456-z
摘要

The ability to design efficient enzymes from scratch would have a profound effect on chemistry, biotechnology and medicine. Rapid progress in protein engineering over the past decade makes us optimistic that this ambition is within reach. The development of artificial enzymes containing metal cofactors and noncanonical organocatalytic groups shows how protein structure can be optimized to harness the reactivity of nonproteinogenic elements. In parallel, computational methods have been used to design protein catalysts for diverse reactions on the basis of fundamental principles of transition state stabilization. Although the activities of designed catalysts have been quite low, extensive laboratory evolution has been used to generate efficient enzymes. Structural analysis of these systems has revealed the high degree of precision that will be needed to design catalysts with greater activity. To this end, emerging protein design methods, including deep learning, hold particular promise for improving model accuracy. Here we take stock of key developments in the field and highlight new opportunities for innovation that should allow us to transition beyond the current state of the art and enable the robust design of biocatalysts to address societal needs.
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