蛋白工程是一个在各个科学和医学领域拥有巨大潜力的领域，但也面临着重大挑战。传统的设计具有新颖或改进功能的蛋白质的方法是缓慢、繁琐且低效的，阻碍了充分发挥其潜力的进步。
然而，威斯康辛麦迪逊大学的研究人员提出了一个突破性的解决方案：自主驾驶机器进行蛋白质景观探索的SAMPLE平台。这种创新方法将智能代理与完全自动化的机器人系统相结合，以增强蛋白质工程能力。
SAMPLE平台通过协作过程运作。智能代理设计新的蛋白质并学习序列-功能关系，而机器人系统则执行实验并提供反馈。
研究人员使用SAMPLE平台进行了10,000次模拟蛋白质工程试验，重点关注细胞色素P450数据。为了选择测试的蛋白质序列，他们采用了各种贝叶斯优化（BO）方法。经过工程改造的蛋白质的热稳定性被用作评估方法有效性的指标。研究还探讨了批量测试，并发现在较小的批处理实验中存在一些优势。基于序列-功能数据训练的高斯过程（GP）模型指导智能代理的设计决策，通过多层异常处理和质量控制确保稳健性和可靠性。
令人惊讶的是，SAMPLE平台成功地识别出展示出明显改善稳定性的糖苷水解酶。这些由机器设计的蛋白质的热容忍度至少提高了12°C。有趣的是，每个代理人识别出的前几个序列是独特的，但最终收敛到适应度景观中的相同区域，表明达到了全局适应度峰值。人工表征的确认进一步验证了机器设计的蛋白质的增强热稳定性和维持催化活性。
SAMPLE平台在蛋白质工程领域迈出了重要一步，展示了自主实验室自动化和加速科学发现的潜力。其将学习、决策和实验完全自主化的整合方式，比以前的半自主系统有了显著改进。这种系统化的方法强调了智能计算设计、自动实验和精确数据管理在推动蛋白质工程方面的协同作用。
具有SAMPLE平台能力的蛋白质工程的未来在化学、能源、医学等领域带来了加速进展和创新发现的希望。
常见问题解答
- 什么是蛋白工程？
- SAMPLE平台是如何工作的？
- SAMPLE平台的优势是什么？
- SAMPLE平台的应用领域有哪些？
蛋白工程是通过改变蛋白质的结构和功能，设计具有新颖或改进功能的蛋白质的领域。
SAMPLE平台通过智能代理和全自动化机器人系统的协作，实现蛋白质设计、实验和反馈的集成。
SAMPLE平台的优势在于自主化的整合方式，使得蛋白质工程具备学习、决策和实验完全自主化的能力。
SAMPLE平台的应用领域包括化学、能源、医学等各个科学和医学领域，能够加速进展和带来新的发现。
来源：威斯康辛麦迪逊大学官网（链接：https://www.wisc.edu）