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    <title>卡片-小图</title>
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        <div class="legend">深耕浙江 解读中国 影响世界</div>
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<div id="ai_key_point" class="ai_key_point fold"><div class="ai_key_point_title" id="ai_key_point_btn"><i></i><i></i></div><div id="ai_key_point_content" class="ai_key_point_content"><div class="ai_key_point_list_item"><span>01</span><span>近期，浙江大学杭州国际科创中心研究员采用AI算法设计了十余种TdT突变体，提高了其熔解温度和半衰期，相关成果发表于ACSCatalysis。</span></div><div class="ai_key_point_list_item"><span>02</span><span>TdT酶无需DNA模板即可合成DNA，但天然酶存在热稳定性差等问题。于浩然团队通过计算设计，成功改造TdT酶，使其能在高温下工作，有助于合成更长的DNA链。</span></div><div class="ai_key_point_list_item"><span>03</span><span>研究团队采用ProteinMPNN模型对TdT蛋白进行重新设计，结合蛋白质进化信息，获得兼具稳定性和功能性的TdT突变体，展现了计算生物学和AI算法的力量。</span></div><div class="ai_key_point_list_item"><span>04</span><span>使用改造后的TdT酶，可在高温下快速合成更长的DNA链，节约合成成本，缩短研发时间，对细胞工厂构建、疫苗开发等领域有重要意义。</span></div><div class="ai_key_point_list_item"><span>05</span><span>未来，于浩然团队计划通过设计自动化样机提升DNA合成效率，与科创中心的iBioFoundry平台联动，推动基础科研和产业落地转化进程。</span></div><div class="ai_key_point_tip">以上内容由传播大模型和DeepSeek生成，仅供参考</div></div></div><script>
  var button = document.getElementById("ai_key_point_btn");
  console.log('xxxxxxxxxxxxxxxxxbutton', button)
  button.addEventListener("click", function () {
    var container = document.getElementById("ai_key_point");
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</script><p style="text-align: left;">想象一下，你手里有一台分子级别的“打印机”，可以按照需求“打印”出任意长度的DNA链。其实这样的“打印机”在自然界中确实存在，它就是末端脱氧核苷酸转移酶（Terminal Deoxynucleotidyl Transferase, TdT）。TdT酶的神奇之处在于，它不需要DNA模板，就能像自由发挥的画家一样，将脱氧核苷酸随机添加到单链DNA的末端。这种能力让它成为合成生物学的重要工具，比如帮助科学家合成新基因、制造疫苗，甚至修复受损的DNA。然而天然TdT存在热稳定性差、催化效率低等问题，限制了其在工业规模DNA合成中的应用。为了解决这些问题，科学家们决定用计算设计的方法，对TdT酶进行改造，让它变成耐高温、高效率的“超级工具”。</p>
<p style="text-align: left;">近期，浙江大学杭州国际科创中心（以下简称“科创中心”）于浩然研究员采用人工智能算法ProteinMPNN、计算软件PROSS设计了十余种TdT突变体，使其熔解温度最高提高了24.3 °C，最优突变体M7−8的半衰期提高了77倍。相关研究以“Computational Design of a Thermostable and Highly Active Terminal Deoxynucleotidyl Transferase for Synthesis of Long De Novo DNA Molecules”为题，发表在ACS Catalysis上。</p>
<p style="text-align: left;"><img src="https://meizi-chao-pub.8531.cn/1920057690621304832_1280px.png?width=1280&amp;height=903&amp;width=1280&amp;height=903" title="微信图片_20250507171051.png" mediaid="19200437132416368643" type="app_image"></p>
<p class="imagenote" type="imagenote" style="margin-top: 1px; padding-top: 1px; font-size: 14px; height: auto; color: rgb(138, 147, 158); padding-bottom: 6px; box-sizing: initial; line-height: 1.5em;">论文截图，科创中心供图</p>
<p style="text-align: left;"><strong><span leaf="">给酶“穿上”加固铠甲</span></strong></p>
<p style="text-align: left;">如何改造TdT酶，这就像把一辆普通汽车升级改造成专业赛车，需要从结构、动力系统到操作性实现全面升级，而提升酶的耐热性和活性，就如同给赛车安上高性能的“发动机”。</p>
<p style="text-align: left;">“DNA的合成过程就像制作一条项链，如果合成时间变长，末端就会‘打卷’形成二级结构，阻碍下一步合成，解决的办法之一就是提高反应温度、破坏二级结构，恢复DNA的直链状态。我们的研究目标就是改造TdT酶，让它能够在高温条件下工作，帮助项链做得更长”，于浩然研究员说道。DNA是合成生物学的基石，只有拿到DNA基因序列，才能够转录成RNA序列，并通过翻译过程转换成蛋白质行使功能，而这项研究也让合成DNA的过程更加顺利。</p>
<p style="text-align: left;"><img src="https://meizi-chao-pub.8531.cn/1920057690621304834_1280px.jpg?width=1280&amp;height=959&amp;width=1280&amp;height=959" title="微信图片_20250507171058.jpg" mediaid="19200439432733163523" type="app_image"></p>
<p class="imagenote" type="imagenote" style="margin-top: 1px; padding-top: 1px; font-size: 14px; height: auto; color: rgb(138, 147, 158); padding-bottom: 6px; box-sizing: initial; line-height: 1.5em;">左一为论文第一作者博士生牛亚丹、右一为于浩然研究员，科创中心供图</p>
<p style="text-align: left;"><strong>AI和“超能酶”的跨界融合</strong></p>
<p style="text-align: left;">AI和合成生物，两个看起来完全独立的领域，是如何跨界融合的？</p>
<p style="text-align: left;">研究团队首次采用人工智能模型ProteinMPNN对截短的ZaTdT蛋白进行基于结构的重新设计，固定52个关键催化位点以保持功能。研究发现MP8在保持较高表达和热稳定性的同时，催化活性接近甚至优于野生型，这表明了结合蛋白质进化信息（PSSM）的蛋白质从头设计，有助于获得兼具稳定性和功能性的TdT突变体。</p>
<p style="text-align: left;"><img src="https://meizi-chao-pub.8531.cn/1920057690621304836_1280px.png?width=1280&amp;height=1098&amp;width=1280&amp;height=1098" title="微信图片_20250507171230.png" mediaid="19200440652569886723" type="app_image"></p>
<p class="imagenote" type="imagenote" style="margin-top: 1px; padding-top: 1px; font-size: 14px; height: auto; color: rgb(138, 147, 158); padding-bottom: 6px; box-sizing: initial; line-height: 1.5em;">由ProteinMPNN生成的TdT的表现，科创中心供图</p>
<p style="text-align: left;">“跨界融合”的过程并非一帆风顺，团队初期设计出来的版本，酶的稳定性虽有提高，但活性却出现下降。研究团队经过对TdT同源序列的搜索和清洗，构建高质量的多序列比对文件，将其融合于蛋白质设计过程，有效提升了酶的稳定性和活性。这一过程就像给AI大模型输入高质量语料库并加以训练，当算法在生成一个新序列时，它会充分考虑前期“投喂”序列的进化规律，从而让序列变得更加稳定，并保持高活性。</p>
<p style="text-align: left;"><img src="https://meizi-chao-pub.8531.cn/1920057690621304838_1280px.png?width=1280&amp;height=889&amp;width=1280&amp;height=889" title="微信图片_20250507171237.png" mediaid="19200442654713610243" type="app_image"></p>
<p class="imagenote" type="imagenote" style="margin-top: 1px; padding-top: 1px; font-size: 14px; height: auto; color: rgb(138, 147, 158); padding-bottom: 6px; box-sizing: initial; line-height: 1.5em;">改进突变体的活性和热稳定性，科创中心供图</p>
<p style="text-align: left;">TdT酶成功的计算设计，展现了计算生物学和人工智能算法的强大力量。“虚拟设计+实验验证”的方式不仅能优化自然界的酶，还能创造全新的分子机器。</p>
<p style="text-align: left;"><strong>从制药到DNA存储</strong></p>
<p style="text-align: left;">DNA合成技术是服务细胞工厂构建、疫苗开发、治疗性抗体生产、基因治疗等的关键底层技术。使用热稳定性更高的TdT酶，可以在高温下快速合成更长的DNA链，大幅节约DNA合成成本、缩短研发时间。</p>
<p style="text-align: left;">另外，DNA作为携带生命核心“密码”的神秘大分子，可以发挥“硬盘”的功能角色，通过“A”“T”“C”“G”四进制进行信息存储。DNA存储密度极高，每克DNA的数据存储量能够达到215PB，相当于22万个1TB硬盘的数据存储量。另外，DNA存储的时间长，在没有特殊人工干预的情况下，能保存上千至上万年。于浩然说道。</p>
<p style="text-align: left;">未来，于浩然团队尝试通过设计自动化样机来提升工作效率，将实验流程自动化，高效合成可定制的DNA序列。“目前常用的化学法合成的DNA长度有限，而配合自动化设备，使用酶法合成DNA能在合成准确率、合成效率上得到提升、也能实现DNA合成长度的突破。”于浩然表示，后续自动化样机和科创中心所建立的iBioFoundry平台的联动运用，也将有力提升基础科研效率、推动产业落地转化进程。</p>
<p style="text-align: left;">“从2020年入园到现在，五年的时间里，科创中心给予了经费、场地、人员上的支持，让我们团队能够沉下心做研究。作为第一批‘老员工’，团队也有优秀的博士后留在了中心，看到中心发展势头越来越好，我打心底里高兴。”于浩然说道。</p><div class="moreInfo2"><p>“转载请注明出处”</p></div>

计算设计“超能酶”，给DNA合成加上“发动机”