2023年第4卷第1期|www.synbioj.comSyntheticBiologyJournal2023，4（1）：5-29蛋白质稳定性计算设计与定向进化前沿工具阮青云1，黄莘1，孟子钧1，全舒1，2（1华东理工大学生物工程学院，生物反应器工程国家重点实验室，上海生物制造技术协同创新中心，上海200237；2上海市细胞代谢光遗传学技术前沿科学研究基地，上海200237）摘要：天然蛋白质具有临界稳定性的特征，这种较低的稳定性使蛋白质结构具有足够的灵活性，从而支持其发挥生物学功能。然而，临界稳定性使得蛋白质遭受胁迫压力后极易发生错误折叠并失去功能，导致天然蛋白质往往无法满足科学研究与工业应用的需求。此外，体内蛋白质在错误折叠后产生的聚集沉淀被认为是多种疾病发生发展的原因，包括阿尔兹海默病、帕金森综合征等。因此，优化蛋白质的稳定性是科学研究与工程应用领域亟待解决的关键问题。本文从蛋白质的折叠与稳定性机制出发，聚焦于序列优化与折叠环境优化两种改善蛋白质稳定性的手段，综述了基于理性设计、计算机辅助设计改善蛋白质稳定性的研究方法，介绍了用于高通量筛选蛋白质稳定化突变体或折叠相关因子的定向进化技术。通过多项蛋白质序列改良、折叠环境优化的案例介绍，展示了蛋白质稳定化技术在蛋白质工程与生物医药领域的广阔应用，包括酶的稳定化设计、疫苗蛋白质的构象控制、分子伴侣与蛋白质聚集抑制剂的筛选、蛋白质稳态药物的开发等。最后，展望了蛋白质稳定化技术未来的研究方向与前景，定制化的蛋白质稳定性检测技术将会迎来蓬勃发展。关键词：蛋白质折叠；蛋白质稳定性；蛋白质稳定化工程；理性设计；计算机辅助设计；定向进化中图分类号：Q816文献标志码：AComputationaldesignanddirectedevolutionstrategiesforoptimizingproteinstabilityRUANQingyun1，HUANGXin1，MENGZijun1，QUANShu1，2（1StateKeyLaboratoryofBioreactorEngineering，SchoolofBiotechnology，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，ShanghaiCollaborativeInnovationCenterforBiomanufacturing（SCICB），Shanghai200237，China；2ShanghaiFrontiersScienceCenterofOptogeneticTechniquesforCellMetabolism，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China）Abstract:Mostnaturalproteinstendtobemarginallystable,whichallowsthemtogainflexibilityforbiologicalfunctions.However,marginalstabilityisoftenassociatedwithproteinmisfoldingandaggrega...
