De Novo 和 In Silico 蛋白质设计中 I TASSER、trRosetta、UCSF Chimera、HADDOCK 服务器及 HEX loria 的应用

本研究旨在构建具有抗菌功能的蛋白质结构模型。这些模型可用于进行特定分析，以在体外实验前评估每种蛋白质作为治疗剂的潜在用途。目前，该领域的研究依赖于计算机模拟方法来验证设计的蛋白质，但尚未建立专门针对该流程这一环节开发的工具。我们未来的研究将聚焦于生物网络推断，以及宿主与环境之间在多层级网络上的微生物群相互作用。这项工作将由机器学习生物网络（ML bionets）以及实验室同事开发的软件包提供支持。

[旁白] 首先，访问I-TASSER服务器进行蛋白质结构与功能预测。将分子靶标或设计序列以FASTA格式文件、文本文件形式提交，或直接粘贴至输入框中。为该序列指定一个唯一名称，然后点击“运行I-TASSER”，以允许程序分析该序列。若要使用trRosetta预测三维结构，请访问trRosetta服务器。将目标受体序列以FASTA格式文件、文本文件、MSA格式文件形式输入，或直接粘贴至服务器的输入框中。使用机构邮箱注册后，为结构预测的蛋白质指定名称。确保选择“排除模板”选项，并选择运行trRosettaX-Single，以避免使用任何同源序列和模板。点击提交，启动蛋白质结构预测流程。在预测结果中，验证TM评分作为模型质量的衡量指标。随后检查接触图谱、每个氨基酸的距离图谱，以及α和β碳原子在ω、θ和φ角度的旋转图谱。打开网页浏览器，访问HADDOCK网络服务器。点击“提交新任务”，然后输入任务名称和分子数量。上传用于对接的分子PDB结构。保持默认设置不变，点击“下一步”。分别输入分子一和分子二的活性与被动氨基酸残基，然后点击“下一步”。在对接参数部分，保持所有参数（如距离约束、采样参数、聚类参数等）的默认设置不变，点击“提交”以启动对接过程。打开结果页面，查看对接结果。下载配体-受体对接文件后，打开UCSF Chimera或PyMOL等结构可视化软件。上传对接文件并可视化结构模型。钠-氢反向转运蛋白的trRosetta模型显示出高度有序的三级结构，主要由α-螺旋构成，形成紧密堆积的跨膜束，提示该蛋白质作为膜嵌入型离子转运体的功能角色。模型的可靠性由中央区域超过80%的高局部差异检验值支持，而两端置信度较低，表明可能存在柔性。接触图谱和距离图谱显示出稳定的折叠特征，具有连续的对角线和聚集模式。将设计的抗真菌肽分子对接至受体的胞外结构域，形成稳定的复合物，HADDOCK评分为-73，均方根偏差低至0.7埃，表明对接结果良好。测量距离证实了特定氨基酸之间的紧密接触，其中最短距离出现在酪氨酸407与半胱氨酸13之间。