ProSAR驱动的蛋白质定向进化技术.PDFVIP

2《生命的化学》 01 1 年 31 卷 5 期 ● 技术与方法 · 737 · CHEMISTRY OF LIFE 20113， 1(5) 文章编号 : 1000-1336(2011)05-0737-03 ProSAR 驱动的蛋白质定向进化技术 张月杰1 卢明锋1,2 1 山东理工大学生命科院，淄博 255059 2 山东师范大学生命科院，济南 250014 摘要：改 进 蛋 白 质 序 列 空 间 检 索 策 略 是 未 来 蛋 白 质 工 程 研 究 的 一 个 关 键 。 本 文 介 绍 了 一 种 被 称 为 蛋 白 质 序 列 -活 性 相 关 性 (ProSAR) 驱 动 的 蛋 白 质 定 向 进 化 策 略 的 原 理 、 机 器 学 习 算 法 及 应 用 ， 为 提 高 蛋 白 质 定 向 进 化 效 率 和 解 决 酶 学 性 质 的 多 维 优 化 问 题 提 供 了 办法和思路。 关键词：蛋白质定向进化；蛋白质序列-活性相关性；机器学习算法 中图分类号：Q816 蛋 白 质 设 计 和 优 化 历 来 被 认 为 是 一 项 异 常 艰 难 分 子 和 多 肽 的 结 构 -活 性 定 量 关 系 (quantitative struc- 的 任 务 。 因 为 蛋 白 质 的 空 间 结 构 和 性 质 是 由 其 内 在 ture-activity relationship, QSAR)的 工 具 和 策 略 ， 是 一 的 氨 基 酸 序 列 决 定 的 ， 呈 爆 炸 性 增 长 的 蛋 白 质 序 列 种 基 于 机 器 学 习 指 导 的 蛋 白 质 定 向 进 化 技 术 。 其 原 空 间 过 于 广 大 ， 所 以 不 可 能 用 穷 举 法 对 其 进 行 探 理 如 下 ： (1)选 择 10~50个 突 变 位 点 构 建 突 变 体 文 库 ； 查 。 蛋 白 质 理 性 设 计 需 要 晶 体 结 构 或 同 源 模 建 的 数 (2)通 过 高 通 量 筛 选 或 表 型 选 择 获 得 ProSAR数 据 ； (3) 据 来 识 别 能 被 突 变 的 特 定 氨 基 酸 残 基 。 定 向 进 化 在 在 Kauffman NK-landscape的 基 础 上 建 立 ProSAR线 性 / 试 管 中 模 拟 自 然 进 化 过 程 ， 是 蛋 白 质 工 程 领 域 目 前 非 线 性 模 型 ， 通 过 机 器 学 习 算 法 对 ProSAR模 型 进 行 最 成 功 的 一 种 实 验 室 进 化 技 术 [1]。 定 向 进 化 虽 无 需 蛋 训 练 ， 根 据 回 归 分 析 数 据 将 突 变 归 类 为 有 益 突 变 、 白 质 结 构 -功 能 信 息 ， 但 因 为 本 质 上 属 于 非 理 性 设 假 定 有 益 突 变 、 中 性 突 变 和 有 害 突 变 ， 被 识 别 出 的 计 ， 所 以 其 能 否 成 功 主 要 受 制 于 所 构 建 突 变 体 文 库 有 益 突 变 被 固 定 下 来 作 为 亲 本 模 板 ， 与 假 定 有 益 突 的 容 量 、 质 量 以 及 筛 选 方 法 的 效 率 。 发 展 出 既 能 够 变 和 其 他 待 选 突 变 通 过 半 合 成 DNA混 编 (DNA shuf- 保 证 文 库 质 量 同 时 又 能 有 效 缩 小 文 库 容 量 ， 从 而 提 fling)构 建 下 一 轮 突 变 文 库 。