금속수해효소의 전산 설계

새로운 효소를 설계하는 데 있어, 표적 화학 반응의 전이 상태를 안정화하는 이상적인 촉매 활성 부위를 갖춘 단백질을 구축하는 것은 중요한 과제입니다. 기존의 생성형 인공지능 방법은 촉매 잔기의 서열 위치와 골격 좌표를 모두 지정해야 한다는 한계가 있었습니다. 본 연구에서는 이러한 제약 조건을 제거한 RFdiffusion2를 개발하고, 양자 화학 기반의 활성 부위 기하학적 구조로부터 아연 금속수해효소를 설계했습니다. 초기 96개 설계에 대한 실험 결과, 가장 활성이 높은 효소는 16,000 M−1 s−1의 촉매 효율(kcat/KM)을 보였으며, 이는 기존에 설계된 금속수해효소보다 훨씬 높은 수준입니다. 2차 설계 라운드에서는 추가로 3개의 고활성 효소를 얻었으며, 최대 53,000 M−1 s−1의 kcat/KM 값과 최대 1.5 s−1의 kcat 값을 나타냈습니다. 가장 활성이 높은 4개 효소의 설계 모델은 기존 구조 및 서로 간에도 차이를 보였고, 최고 활성 효소의 결정 구조는 설계 모델과 매우 유사하여 설계 방법의 정확성을 입증했습니다. PLACER 및 Chai-1 분석 결과, 가장 활성이 높은 효소들은 금속에 의해 활성화된 물 분자의 친핵성 공격을 위해 기질을 효과적으로 배치하는 사전 조직화된 활성 부위를 갖는 것으로 예측됩니다. 실험적 최적화 없이 컴퓨터만으로 고활성 효소를 직접 생성하는 본 기술은 강력한 맞춤형 촉매 개발의 새로운 시대를 열 것입니다.