科研进展

近日，基因中心作物品质控制与多组学技术创新团队在国际学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院一区TOP，IF=6.2）发表了题为“Conformational Dynamics-Driven Engineering of Nanobody Biosensor for Enhanced Detection of Ochratoxin A”的研究论文。基因中心吴绍文副研究员、联合培养研究生胥锦涛、深圳湾实验室占铃鹏博士、联合培养研究生莫华连为论文共同第一作者，深圳湾实验室王冠博研究员和基因中心晏石娟研究员为论文共同通讯作者。
    纳米抗体（Nanobodies）作为一类具有体积小、稳定性高及易于进行基因改造等优势的分子识别元件，在食品安全检测和环境监测中发挥着变革性的作用。然而，目前纳米抗体与小分子配体结合过程中的构象动态关系仍未被充分理解，成为了通过蛋白质理性设计开发高效生物传感器的关键瓶颈。针对这一瓶颈，研究团队提出了一种整合计算建模与实验验证的构象动力学驱动的蛋白质设计新策略。以构建了抗赭曲霉毒素A（OTA）纳米抗体NB28作为应用案例，首先基于人工智能蛋白质结构预测工具AlphaFold2构建其高可信度三维模型。随后整合多轨迹、长时间分子动力学模拟、离子淌度迁移质谱（IM-MS）和碰撞诱导解折叠等实验和计算方法，深度解析其配体识别的动态机制。研究发现，OTA结合稳定了纳米抗体结构，还诱导其构象向更伸展的状态转变。基于这些动态机制，利用虚拟饱和突变等计算方法进行蛋白质理性设计，成功工程化改造出一种高性能突变体。这一构象动力学驱动的蛋白质工程方法，能够为合成生物学领域中高亲和力识别元件的创制提供底层技术支撑，有望加速下一代智能检测系统在精准农业、食品安全及生物制造等关键领域的应用。
    该研究得到广东省重点研发计划-绿色生物制造专项、广东省农业科学院“杰出青年”、国家自然科学基金等项目的资助。