創(chuàng)造合成蛋白質(zhì)是一個很有前途的研究方向，但是我們能否在大自然的藍圖上走捷徑，制造出更有效的版本？加州大學伯克利分校的科學家們發(fā)現(xiàn)，更簡單的合成構(gòu)件組合可以制造出與真品一樣有效的蛋白質(zhì)替代品，在某些情況下甚至比真品更好。

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盡管存在數(shù)百種氨基酸，但自然選擇已經(jīng)挑選了20種在地球上每個生物體中都能找到的氨基酸。這套核心物質(zhì)組合成數(shù)十萬種不同的變化，創(chuàng)造出你體內(nèi)的每一種蛋白質(zhì)。

近年來，科學家們一直在嘗試創(chuàng)造人工蛋白質(zhì)，在治療阿爾茨海默氏癥和瘧疾等疾病方面取得了進展。這些通常是通過試圖復制自然界在數(shù)十億年中所形成的復雜結(jié)構(gòu)和配方來制造的--但這真的是最有效的方法嗎？

在加州大學伯克利分校的研究中，科學家們研究了更簡單的合成替代品。首先，他們在一個約有6萬種天然蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)庫中訓練人工智能系統(tǒng)。然后，人工智能的任務(wù)是找出如何從僅有的幾個"構(gòu)件"--目前在塑料中使用的單體--重新創(chuàng)造蛋白質(zhì)的特定屬性和功能。

該團隊發(fā)現(xiàn)，人工智能可以選擇正確的單體數(shù)量、類型和排列方式，而不是使用天然蛋白質(zhì)中的所有20個氨基酸，只用兩塊、四塊或六塊構(gòu)件就能重新創(chuàng)造出功能正常的蛋白質(zhì)。他們把他們的蛋白質(zhì)替代品稱為隨機異構(gòu)聚合物（RHPs）。

在一項實驗中，研究人員利用RHPs創(chuàng)造了一種人工血漿，這種RHPs被特別設(shè)計用來溶解和穩(wěn)定血液中的天然蛋白質(zhì)生物標志物。這種液體不僅可以在不冷藏的情況下保存它們，而且還能通過幫助蛋白質(zhì)在更高的溫度下存活，設(shè)法改進天然的東西。

雖然這聽起來像是走捷徑會導致劣質(zhì)產(chǎn)品，但該團隊表示，這項技術(shù)是為了去除非活性的"垃圾"，這些垃圾在經(jīng)過數(shù)十億年的試驗和錯誤之后在蛋白質(zhì)中積累起來。

該研究的主要作者Ting Xu說："大自然并不像我們在實驗室里那樣做很多自下而上的、分子的、精確驅(qū)動的設(shè)計。大自然需要靈活性，以達到它的目的。大自然不會說，讓我們研究這種病毒的結(jié)構(gòu)并制造一種抗原來攻擊它。它要表達一個抗原庫，并從那里挑選出一個有效的抗原。"

重要的是，人工塑料RHPs與生物系統(tǒng)一起工作，不會造成麻煩。在另一項測試中，研究人員創(chuàng)造了人工細胞液，即細胞內(nèi)的液體，并發(fā)現(xiàn)天然蛋白質(zhì)生產(chǎn)的核糖體繼續(xù)照常工作，甚至在人工液體中也是如此。

Xu說："基本上，所有的數(shù)據(jù)表明，我們可以使用這種設(shè)計框架來產(chǎn)生聚合物，以至于生物系統(tǒng)將無法識別它是一種聚合物還是一種蛋白質(zhì)。我們基本上愚弄了生物學。整個想法是，如果你真的設(shè)計它并將你的塑料作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分注入，它們應該表現(xiàn)得像蛋白質(zhì)。如果其他蛋白質(zhì)喜歡，'好吧，你是我們的一部分'，那么這就沒問題。"

雖然還有很多工作要做，但該團隊表示，RHPs最終可以幫助制造出更多的生物相容性材料，如植入物，或更好的藥物輸送系統(tǒng)。

該研究發(fā)表在《自然》雜志上。