protein engineering

定义：按人们意志改变蛋白质的结构和功能或创造新的蛋白质的过程。包括在体外改造已有的蛋白质，化学合成新的蛋白质，通过基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功能，常对已知的其他蛋白质进行模式分析或采取分子进化等手段。

学科：生物化学与分子生物学_方法与技术

相关名词：蛋白质结构 氨基酸序列 枯草杆菌 多聚体

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因—多肽链—折叠形成具有高级结构的蛋白质—行使生物功能。而蛋白质工程却与之相反，它的基本思路是：预期蛋白质功能—设计预期的蛋白质结构—推测应有的氨基酸序列—找到并改变相对应的基因或合成新的基因。利用蛋白质工程技术，可以获得符合人类生活和发展需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。

蛋白质工程技术已广泛应用于医药、食品、农业、轻工业等方面。枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业中。迄今为止，利用蛋白质工程获得的枯草杆菌蛋白酶突变体已有上百种，研究人员从中筛选出合适的突变体（如催化活性更高、可以与漂白剂共同使用的突变体等），以满足工业化生产需求，从而提高该酶的使用价值和经济价值。天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后需要经历较长时间解离为单体，一定程度上延缓了疗效。科学家利用蛋白质工程技术将形成多聚体的关键氨基酸进行改造，可有效抑制胰岛素聚合，使胰岛素快速发挥作用，由此研发出的速效胰岛素类似物产品已经在临床上广泛应用。干扰素是临床上用于治疗恶性肿瘤的常用药物，由于其性质不稳定，一旦外界环境因素发生变化，蛋白质则会失去活性。科学家将干扰素分子上第17位的半胱氨酸变成丝氨酸后，干扰素在-70℃条件下可以保存半年，给广大患者带来福音。科学家还利用蛋白质工程技术改造植物光合作用中的氧合酶，提高了植物光合作用的效率，大幅度提高了农作物产量，给农业生产带来了巨大的经济效益。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期，为蛋白质在工业、农业和医药方面的应用开辟了诱人的前景。

（延伸阅读作者：东北师范大学生命科学学院 张帆博士）

责任编辑：张鹏辉