會上，西湖大學生命科學學院盧培龍特聘研究員發表了以《蛋白質從頭設計時代的到來》為主題的演講，以下為經過整理後的演講實錄：

眾所周知，資訊往往是按順序編碼進行工作的。盧培龍研究員向大家介紹，日常人們在電腦中進行 “網上衝浪”、“玩遊戲” 的虛擬世界，都是透過電腦中 0 和 1 的排列以儲存資訊。相似地，生命世界中的遺傳資訊也是透過 DNA 鹼基序列的排列組合從上一代傳到下一代。盧培龍在演講中指出，自然界中蛋白質由 20 種天然氨基酸構成，透過不同的排列組合形成紛繁各異的三維結構，執行各種各樣的生命功能，從而形成生機勃勃的生命世界。

盧培龍研究員以可以自發摺疊形成一定結構的血紅蛋白以及 CRISPR/Cas9 技術（利用剪下雙鏈 DNA 的酶對靶向基因進行編輯）為例，對蛋白質結構在其發揮具體功能中的關鍵性進行了說明。盧培龍認為，科學家可以透過對蛋白質的序列進行編排以改變蛋白質的結構，從而設計新型蛋白質並帶來新的功能。

“2008 年諾貝爾化學獎授予了 GFP 的發現與改造，人們一開始發現了綠色熒光蛋白，透過改造的方式演化成不同的顏色；人們也可以透過對現有的酶進行定向進化，在 2018 年，諾貝爾化學獎授予了定向進化以及噬菌體展示技術。” 盧培龍舉例說明蛋白質結構改造的重要意義。今年的諾貝爾化學獎則授予了 CRISPR/Cas9 技術，人們發現 CRISPR/Cas9 技術能適用於基因編輯，為生命科學研究開啟了一個新時代。

盧培龍研究員認為，如今對蛋白質的改造在生命科學中具有重大意義，但從頭設計蛋白質並不同於對蛋白質的改造。自然界中天然蛋白質的序列有 10 的 12 次冪之多，對於 200 個氨基酸構成的蛋白質而言，它的序列空間是 20 的 200 次冪，如此天文數字比人類目前觀測到的宇宙中所有的原子數目之和加起來還要多。因此需要進行廣泛的取樣以及一個非常好的能量方程描述蛋白質的體系，才能在廣闊的空間中找到能夠自發摺疊並形成穩定結構的蛋白質序列。而尋找新的蛋白質序列的過程就是從頭設計蛋白質的過程。

在盧培龍研究員看來，蛋白質結構的預測和設計是手心手背的關係，若能預測蛋白質結構，很自然可以做蛋白質從頭設計，因為兩者瞄準的核心的問題一致 —— 蛋白質如何摺疊。蛋白質設計的首要前提是需要有一個骨架，對蛋白質摺疊的空間進行取樣，找到一個具有最低能量狀態的序列進行實驗驗證。

蛋白質設計的作用能體現在蛋白質工具、疫苗設計以及蛋白質藥物等多個方面。。

盧培龍團隊今年新設計的跨膜奈米孔，有望應用於分子感知和 DNA 奈米孔測序領域，這是膜蛋白設計領域的一個重要突破。此外，人們還可以設計蛋白質的籠性結構，盧培龍研究員向大家介紹了由 120-subunit 組成大小的蛋白質顆粒。該顆粒能用於疫苗設計，可以把疫苗分子展示到蛋白質籠型結構上面，更好地刺激免疫細胞產生相應的抗體。針對新冠疫情，科學家也計了納米顆粒呈遞抗原的分子，可以更有效刺激免疫細胞。

盧培龍研究員向大家介紹，設計的蛋白質能夠應用於在細胞的表面引入邏輯閘。人們可以在細胞表面透過 Logic gates 實現 CAR-T 細胞特異性的活化與特異性的殺傷。蛋白質設計同樣可以作為優秀的藥物治療分子，如設計由 7 到 14 個氨基酸組成的環肽。此外，人們還可以設計針對癌症的治療性蛋白，比如針對白細胞介素 2 進行特異性的改造。

針對新冠病毒，透過設計蛋白質對其進行特異性改造同樣有重要作用。盧培龍說：“可以用從頭設計的辦法設計全新的蛋白質的抑制劑，針對特異性的棘突蛋白上面的靶點，人們可以針對這個位點設計具有非常高親和力的小蛋白，比我們目前已知的抗體在單位質量上表現要好十倍以上。” 相比於抗體，這種蛋白除了體積小以外，還有易生產的優勢。

盧培龍研究員總結道，透過蛋白質設計可以產生出新型蛋白質工具，也可以應用於蛋白質治療領域。在未來，他認為 AI 技術可以廣泛引入到蛋白質設計中。其次，蛋白質設計可以應用到更廣闊的空間。再者，研究者可以嘗試多種構象，在生命體內產生各種功能，最終甚至可以把合成生物學和蛋白質設計結合在一起，創造出一種全新人造的生命。