在當(dāng)代生命科學(xué)研究領(lǐng)域，蛋白質(zhì)被譽(yù)為生命活動(dòng)的核心執(zhí)行者。如何精準(zhǔn)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，使其能夠?qū)崿F(xiàn)特定的生物學(xué)功能，一直是科學(xué)界面臨的重大挑戰(zhàn)。

大連海洋大學(xué)杜明教授團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)趙廣華教授團(tuán)隊(duì)合作，開展了一系列前沿性研究，聚焦在籠形鐵蛋白這一獨(dú)特蛋白質(zhì)上。團(tuán)隊(duì)成功解析了來自不同有機(jī)體的各種各樣的籠形鐵蛋白分子的三維結(jié)構(gòu)；首次揭示了鐵蛋白延伸肽段介導(dǎo)的新型鐵氧化機(jī)制，深入對比了動(dòng)物與植物鐵蛋白在鐵氧化反應(yīng)中的生物學(xué)差異。他們的研究還發(fā)現(xiàn)了鐵蛋白分子大小具有可調(diào)節(jié)性，這一重要發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)分子包埋策略的限制。這些研究不僅拓展了鐵蛋白作為藥物遞送系統(tǒng)的應(yīng)用潛力，也使其成為生理活性物質(zhì)的靶向遞送領(lǐng)域最具前景的載體分子。

 

 

實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)定向設(shè)計(jì)

揭示鐵蛋白構(gòu)效關(guān)系與柔性結(jié)構(gòu)機(jī)制。杜明團(tuán)隊(duì)對鐵蛋白的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了鐵蛋白延伸肽段介導(dǎo)的新型鐵氧化分子機(jī)制，闡釋了動(dòng)物、植物鐵蛋白鐵氧化反應(yīng)的不同生物學(xué)機(jī)制，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的構(gòu)建和應(yīng)用提供了新思路。

創(chuàng)建蛋白質(zhì)分子定向設(shè)計(jì)技術(shù)。團(tuán)隊(duì)提出了“亞基關(guān)鍵界面設(shè)計(jì)”策略，開發(fā)出蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)程序，提高了籠形蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作效率。研究還首次揭示了二硫鍵在籠形蛋白分子改造中的關(guān)鍵作用，奠定了籠形結(jié)構(gòu)蛋白分子設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

開發(fā)精準(zhǔn)營養(yǎng)專用蛋白質(zhì)載體。杜明團(tuán)隊(duì)解析了過渡金屬離子與鐵蛋白亞基的分子互作機(jī)制，創(chuàng)建了金屬配位誘導(dǎo)鐵蛋白亞基組裝新方法，大幅提高了自組裝識別精準(zhǔn)度。團(tuán)隊(duì)闡明了鐵蛋白分子自組裝規(guī)律及其與功能因子的互作機(jī)制，為食品領(lǐng)域首次將鐵蛋白應(yīng)用于脂溶性分子的包埋開辟了新途徑。此外，團(tuán)隊(duì)定向設(shè)計(jì)了可包埋番茄紅素的鐵蛋白，同時(shí)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)制備了籠形鐵蛋白番茄紅素復(fù)合物，對于預(yù)防阿爾茲海默癥等功能性食品的開發(fā)提供了良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

 

 

致力立德樹人

身為人民教師和科研工作者，杜明不僅專注于科學(xué)研究，還全身心地致力于立德樹人根本任務(wù)的落實(shí)和學(xué)術(shù)傳播。他的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全球第一個(gè)籠形鐵蛋白數(shù)據(jù)庫，并在權(quán)威雜志上發(fā)表大量文章，為學(xué)界和業(yè)界在蛋白質(zhì)領(lǐng)域的研究提供了重要參考資源。

從鐵蛋白構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)研究到分子定向設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)建，再到食品與醫(yī)藥領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，杜明教授團(tuán)隊(duì)的工作體現(xiàn)了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用創(chuàng)新的有效相結(jié)合。這些成果不僅推動(dòng)了蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，也為解決營養(yǎng)與健康問題提供了一定的科學(xué)支撐。

正如杜明教授所言，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及預(yù)測在理論及應(yīng)用方面都發(fā)揮著巨大的科學(xué)價(jià)值，是極具潛力的自然科學(xué)和工程應(yīng)用研究方向。在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域新的黃金時(shí)代，杜明教授及其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果必將持續(xù)發(fā)揮重要作用，未來將在蛋白質(zhì)分子定向設(shè)計(jì)技術(shù)，食品功能因子精準(zhǔn)遞送，以及生物醫(yī)藥靶向載體配料開發(fā)等領(lǐng)域產(chǎn)生良好的應(yīng)用效果。

（大連海洋大學(xué)供稿）

（責(zé)編：張若涵）