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第285章 这还是化学问题吗


「我们接下来需要做的事很明确,根据这组模型输出的数学约束条件,逆向设计出全新的蛋白质骨架。」

    徐铭站在主讲位置,身后的屏幕中,显示出多尺度动态计算模型,通过超级计算机不间断演算一个月,最终输出的理想活性口袋约束条件。

    现场众人中,国际数学挑战研究院议题组员,因为早已经看到过这项约束条件。

    神情上并无多少变化。

    反观化学研究所这边,包括周启深院士在内,大家都下意识微皱眉头。

    尽管他们在极紫外光刻胶后,都愿意相信徐铭。

    认为酶催化,并非现代化学的绝症,是能够将其成功解决的。

    但看到屏幕上面,那一系列拓扑描述符,与静电势等高线图和氢键网络连接矩阵,以及用张量表示的金属配位场参数条件。

    俨然已经超出了化学表达范围。

    「这真的还是化学问题吗?」坐在化学所中间的路川忍不住低喃一句。

    仿佛对构建全新蛋白质结构的难度有了一个认知。

    显然并非一件容易的事。

    徐铭讲述时,也在注意著大家的表现,前脚话音落下未做停顿,便又用化学语言对约束条件进行讲解。

    「周院。」

    「根据模型输出的约束条件,需要一个大约150个胺基酸的小蛋白,它要能在水溶液中稳定折叠,核心有一个直径0.8纳米的疏水口袋。」

    「口袋内壁的静电势梯度必须满足这个函数。」

    讲到这里,徐铭快速切换画面。

    下秒一条复杂的曲线出现。

    「在坐标x=0.2纳米处,电势要为-15毫伏;x=0.5纳米处,转为+8毫伏;

    「口袋最深处金属簇的结合位点,电势必须接近零。」

    随著他的讲解,周启深等人陷入思考状,目光牢牢注视著屏幕满脸认真。

    而就在这时,路川嘴唇微动,略作犹豫还是选择了主动开口搭话。

    「徐院长。」  

    「天然固氮酶的活性口袋,似乎并没有这么精确的静电梯度?」

    说出自己心中的疑问。

    徐铭把这句话听进耳中,顿时投去一个欣慰眼神。

    接著嘴角爬上笑容,沉声给予回答。

    「因为天然酶不需要。」

    「我们的动态计算模拟显示,二氧化碳分子在进入活性口袋时,其碳氧键的极化程度会随著位置变化。」

    「这个静电梯度是为了在特定位置『拉伸』碳氧键,降低其断裂能垒。」

    「我明白了。」路川猛地点头回答。

    眼中浮现出,从徐铭这里学到新东西的欣喜。

    会议进行到这里,相关流程和方案,基本算是初步确定下来。

    对此徐铭和周启深也没过多耽搁时间,随即宣布散会后便立刻开始投入实验。

    只等化学所根据这些数学约束条件,创造出物理世界中的对应物。

    ……

    之后两周时间里,化学所的蛋白质设计实验室,变成了一个数据与灵感交织的战场。

    数台高性能工作站日夜运行,使用蛋白质设计软体进行反向工程,将多尺度动态计算模型的约束条件,转化为胺基酸序列。

    「第135号设计,骨架拓扑满足要求,但分子动力学模拟显示,在第58位谷氨酸处会形成一个意外的盐桥,干扰静电梯度。」

    「更换它,同时检查β转角是否还能维持。」

    类似的对话在实验室每个角落发生,设计过程就像一个多维拼图,改动一个胺基酸,就可能会影响二级结构稳定性和表面亲水性,以及金属配位几何底物通道宽度。

    所有变量都相互耦合。

    当然在所有人的共同努力下,成果也是斐然,累计设计最终超过了两千个。

    6月19日,周三。

    本月话题热度最高的高考,已然彻底结束,无数考生终于能享受难得的惬意。

    整个人彻底放松下来。

    安心等待几天后,考试分数出炉。

    不过当视线转到化学所,蛋白质设计实验室内,纵使到了后半夜,依旧能看到很多忙碌的身影。

    周启深从家中来到实验室,还没走进去,便刚好在门口碰到了自己学生路川。

    那明显的黑眼圈,和打著哈欠的样子,显然这几天没少在实验室熬夜。

    「怎么还没有回去休息,这都多晚了?」

    见此周启深率先开口关心。

    虽说酶催化项目,如今关系到多个方面,有著不得不将其彻底攻克的理由。

    但毕竟身体是革命的本钱,必须要有所重视。

    听到熟悉的声音,路川下意识抬起视线,看到视野中的身影眼睛顿时放大几分。

    脱口询问道:「老师,你怎么现在过来了?」

    「翻来覆去睡不著,索性来实验室看看。」周启深接过话茬跟在后面解释。

    他身为化学所院士,酶催化项目的代表人,又是主动与国际数学挑战研究院建立的合作,尽管对徐铭抱有著百分之一百的信任,可身上涌现的压力却无法避免。

    在没有正式看到结果出炉前,想舒舒服服的睡觉只怕不太可能。

    周启深又询问道:「徐院还在里面吗?」

    「嗯。」

    路川点了点头,可能是想到了什么,嘴角浮现出一抹哭笑不得的尴尬。

    第二次同徐铭一起研发项目,让他对徐铭的超绝自律又有了新理解。

    除比在场每一个人更加能熬外,关键精神还很少。

    加上超强的天赋和效率,无形中也给其他人带来了不少压迫感。

    毕竟连堂堂的国家柱石天才,都还在努力工作,别人哪里好意思去休息。

    也只有像周启深这样上年纪的科研人员,才不得不回家及时补充精神。

    显然周启深对这种情况,早已是见怪不怪。

    抬手在对方肩膀上轻拍了下,然后转身推开实验室的房门朝里面走去。

    人群中他很快锁定徐铭,近前后主动搭话。

    「现在我总算是知道,你哪来那么多时间,能去研究几门学科知识。」

    「光眼下这份状态,简直比高中生还强。」

    「我看全世界都找不出第二个。」

    徐铭注意到来人,暂时停下手上动作,嘴角挂著淡淡笑容接过话茬。

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    「可能是我经常锻炼的缘故吧。」

    「精神比较好。」

    「另外我也想早点,把酶催化项目结题,实现工业革命的重塑。」

    在深度睡眠等各项能力加持下,让他相比较其他人有更多的学习时间,且把自律当成了一种正向反馈。

    所以加班到这个时候,完全再正常不过。

    至于其他人,也就只能在心里崇拜。

    把徐铭的话悉数听进耳中,周启深不由心中一动,下意识试探性询问了句。

    「关于蛋白质结构的初步设计,进行的怎么办了?」

    「截止今天晚上,我们已经积累了两千个初步设计,且目前和超算中心方面取得了联系,从明天开始就会正式开展第一轮筛选。」

    徐铭沉声讲述道:

    「借助超级计算机的算力,能省去大量时间。」

    在这高达两千个初步设计方案中,其中绝大部分都无法得到想要的蛋白质结构。

    如果单靠人力进行实验来试错,那么无论科研经费还是研发周期,都会出现一个恐怖的数倍增长。

    但借助超级计算机和多尺度动态计算模型,则可以快速筛选掉一大部分设计。

    然后再通过他对结果洞察,确定最符合学术条件的方案去具体实验,若一切过程顺利的话,那么用不了多长时间就能得到理想蛋白质结构。

    成功合成需要的人工酶。

    感受著徐铭语气中散发出的自信和胸有成竹,周启深也不由得松了口气。

    身上自己给自己的压力,顿时减轻许多。

    「看来今晚我是来对了,真让人期待啊!」周启深脸上堆出灿烂笑容。

    翌日。

    徐铭同全体议题组员,接入超算中心会议室,把初步设计方案序列,输入到模型的快速评估模块。

    「序列正在输入。」

    「筛选标准为,折叠自由能低于-8.0千卡每摩尔,金属簇结合能预测值低于-12.0,底物结合通道在分子模拟中至少保持开放10纳秒。」

    「计算开始。」

    房间内两地同步播报声音响起,两千个设计被转化为数学模型。

    在数字宇宙中经历严酷的演化压力。

    有些序列理论上根本无法折叠;有些能折叠,但形成的口袋形状偏离要求;有些虽能结合金属簇,但静电梯度完全错误。

    伴随著一个个设计被筛选出局,留下可行性最高的极少部分方案。

    整个快速筛选共持续了十二个小时。

    众人一直待到了晚上九点,终于拿到筛选结果。

    「徐院。」

    「根据报告显示,在所有设计中,有13个在100纳秒模拟中保持了结构完整性。」

    「金属簇稳定结合,底物通道保持开放。」

    路川强忍著心中剧烈的情绪波动,当著全体组员的面向徐铭汇报,关于超级计算机对设计的筛选结果。

    在这13个通过筛选的设计中,很有可能就存在,实现酶催化所需的全新蛋白质结构。

    关键仅用了半个多月时间,就走到了这一步,放到以前他参与项目时,可以说连想都不敢想。

    偏偏徐铭将其变成了现实。

    当然他非常清楚,之所以能快速筛选,要归功于徐铭除数学和化学之外的信息算法水平,否则换成别人想把这些设计从两千筛选到十几个,花费几年时间在数学界都是件很正常不过的事情。

    甚至最终还得不到一个好的结果。

    对于这份报告,周启深同样喜不胜收,下秒接过报告激动的搭话。

    「可以开始合成了。」

    「十三个序列,依次做密码子优化,合成基因,构建表达载体。」

    然就在他话音落下的同时,却见位于主座的徐铭摇了摇头提出不同意见。

    「还是太慢了,要做二轮筛选。」

    「二轮筛选?」周启深眼神中流露出惊讶。

    在他看来只是对十三个设计合成,所需花费的时间和实验次数是能够接受的,只要其中有一个设计,能通过最终的催化反应实验,那么便代表这项现代化学绝症,被彻底解决治疗好。

    结果徐铭则表示,还要在十三个设计基础上,再次进行新一轮筛选。

    徐铭口中的第二轮筛选,自然是由他来执行。

    最好通过结果洞察,确认可行性最高的那个,直接省掉后面的合成。

    念头停留在这里,徐铭也没卖关子,直接用轻描淡写的语气进行回答。

    「我会亲自动手展开二轮筛选,给我几天时间。」

    「那好吧。」周启深想了想果断答应下来。

    反正酶催化的研究,进展到这里,已然能称得上是无比高效。

    多等上几天并无影响。

    不过他也没指望,仅一次就可以成功,默默在心里做出了依旧全部进行合成实验的决定。

    徐铭并未去研究其他人的想法,拿到那13个设计后便开始分析起来。

    而结果正如他想的那样,花费几天时间后,他顺利确认了一个可行性最高的设计。

    并认为绝对能彻底攻克酶催化。

    当把这唯一的一个设计,拿到周启深面前时,对方震惊的嘴巴能塞进拳头。

    「你第二轮筛选,竟然否定了十二个设计?」

    「是的。」

    徐铭点点头:「让实验室准备合成实验吧,我相信我的判断。」

    「我明白了。」周启深短暂怔神后快速反应过来,没有在这件事上过多纠结。

    接著立刻召集路川等化学所成员,针对徐铭最后筛选出来的设计方案,开始进行合成构建表达载体。

    虽然大家心里面实在难以置信,单纯人力能把超算筛选后的设计再次筛选到仅剩下一个。

    但工作起来却丝毫不马虎。

    直接由周启深和研究员组建的豪华团队,亲手负责起实验室内的PCR仪和电泳槽等。

    凝胶成像系统更是昼夜不停。

    三天后。

    基因顺利完成合成,测序确认无误。

    表达载体构建,蛋白表达纯化,所有步骤都在一周时间内完成。

    进入七月份。

    让化学研究所和国际数学挑战研究院,最激动和期待的时刻终于到来,即要对这项目标蛋白进行反应测试。

    确定是否能达到预期催化效果,在如此短的时间内攻克酶催化。

    千越南秋笔下的世界,尽在《这个学霸过于自律》。


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