150°Cとナノニュートンの力に耐えるAI設計のタンパク質 タンパク質は通常、壊れやすい機械です。加熱したり、引っ張ったり、病院で使われるような高温消毒工程にかけると、ほとんどが広がって凝集し、機能を失います。しかし、筋肉チチンやクモの糸のような多くの自然系は、βシート水素結合を正しく組織すれば驚異的な機械的強度と耐熱性が得られることを示唆しています。 ビン・ジェンと共著者たちはその考えを極限まで押し広げています。チチンI27ドメインから、AI+MDパイプライン—バックボーン生成のためのRF拡散、配列設計のためのProteinMPNN、構造予測のためのESMFold/AlphaFold2、スクリーニングのためのステアリング/アニーリングMD—を用いて、せん断ジオメトリにおいて力を支えるβ鎖を体系的に伸長させ、骨格水素結合を最大化します。 複数の設計ラウンドを通じて、ネットワークは4本から33本の骨格H結合に成長し、「スーパーマイオ」シリーズのタンパク質を作り出します。展開力は1,000 pNを超え、同じ引っ張り条件下でI27の約4×強力です。驚くべきことに、これらのタンパク質は力によって再結合するだけでなく、150°Cの曝露や繰り返しの高温滅菌サイクル後も構造と機能を保持し、これらの処理を無傷で生き残るハイドロゲルを作る架橋剤として利用可能です。 そのメッセージは強力です。生成タンパク質設計と物理シミュレーションを組み合わせることで、単純な原理である「せん断モードの水素結合をβできるだけ多くシートに詰める」という原理を、自然の機械安定系に匹敵するかそれを超える合成タンパク質や材料に変え、通常のタンパク質を破壊する条件下でも機能を維持するタンパク質ベースのハイドロゲルやバイオマテリアルを可能にしています。 論文: