科学家们将AI生成的蛋白质转化为智能分子传感器

由昆士兰科技大学研究人员领导的国际团队利用人工智能创造了只有在检测到指定靶点时才会启动的微小“智能”蛋白质。该研究发表在《自然生物技术》上，为新一代低成本生物传感器应用于医学、环境监测和生物技术开辟了道路。

团队证明，这些人工智能设计的蛋白质开关可以在活细菌细胞内工作，并且可以连接到电极产生电信号，原理类似于血糖仪。

第一作者、昆士兰科技大学生物与环境科学学院及ARC合成生物学卓越中心的基里尔·亚历山德罗夫教授解释说，蛋白质是使活细胞能够感知环境变化并做出反应的分子机器。

亚历山德罗夫教授说：“合成生物学的主要目标之一是构建能够检测感兴趣分子并触发有用反应的蛋白质系统。”“直到最近，蛋白质工程师大多只能适应生物学中的天然蛋白质。这只给了我们一小部分起步选项，并且使得按需设计新传感器变得非常困难。我们的研究表明，人工智能设计的蛋白质可以转化为有效的分子开关，极大地扩展了蛋白质工程师的构建范围。”

研究人员使用机器学习设计的结合蛋白作为人工受体，并将其连接到能够产生易于测量输出的酶上。这些输出包括颜色变化、光发射和电信号，使开关适用于不同类型的传感技术。

重要的是，这项工作还挑战了蛋白质科学中长期存在的一个观点。

亚历山德罗夫教授说：“人们普遍认为，感知蛋白必须经历大幅度的形状变化才能作为开关发挥作用。”“我们发现这些人工受体不需要剧烈的结构重排。相反，目标分子的结合会微妙地改变蛋白质的运动方式，这就足以激活活性。这为我们提供了关于天然蛋白质调控机制的新见解，并为设计有用生物传感器提供了强有力的新策略。”

在研究中，团队构建了能够对小分子、肽和蛋白质做出反应的开关。他们还展示了用于类固醇检测的电化学生物传感器，并证明这些开关可以在活细胞中工作，这对未来合成生物学应用迈出了重要一步。

这项技术最终有望支持便携式诊断设备、环境感测系统以及能够智能响应化学信号的工程细胞。

这项工作汇聚了来自澳大利亚、英国和美国七个团队的研究人员，其中包括由2024年诺贝尔奖得主大卫·贝克教授领导的华盛顿大学合作者，以及澳大利亚国家科学机构CSIRO的合作者。

人工变构蛋白与机器学习设计的受体交换，《自然生物技术》（2026）。DOI：10.1038/s41587-026-03081-9。www.nature.com/articles/s41587-026-03081-9

期刊信息：《自然生物技术》 

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