Computational design of multi-state proteins using molecular simulations and machine learning
Computational design of multi-state proteins using molecular simulations and machine learning
批准号:
2664327
负责人:
金额:
$0.0万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Studentship
财政年份:
2021
资助国家:
英国
项目状态:
未结题
起止时间:
2021 至 --
中文摘要
计算设计新蛋白质的能力是支撑合成生物学和生物材料发现未来进步的关键技术。然而,目前的从头设计方法往往会产生缺乏功能的刚性、超稳定折叠。为了实现真正功能的从头蛋白质设计,设计具有多种构象状态的蛋白质是至关重要的。这将使得设计蛋白质作为催化剂、生物传感器或生物开关来响应环境变化,如pH值或温度的变化成为可能。这样的努力对当前蛋白质设计软件中的能量功能是一个挑战,因为它要求设计的折叠采用结构不同但能量相似的状态。在原子水平上描述蛋白质动力学和溶剂化效应的严格分子动力学模拟方法已经显示出这种“动态设计”问题的潜力然而,目前的分子动力学方法过于缓慢和复杂,无法常规应用于蛋白质设计。该博士项目将验证一种跨学科方法,该方法利用新型机器学习算法,大大加快分子动力学模拟的速度,以解决从头开始的蛋白质设计问题。在整个项目中,我们将解决一系列在蛋白质设计中至关重要的问题,从优化环肽的二级结构偏好3到调整新螺旋束的首选寡聚化状态4由于大量现有的实验数据,这些系统非常适合于数据驱动/物理驱动的分子建模方法,并验证了原子建模的能量函数。这种多状态系统的精确建模将为合成生物学应用的多功能构建模块的设计和新生物材料的发现开辟新的途径。设计方法的实验验证将通过设计可切换的螺旋束来进行。设计将在实验室中使用分子生物学或固相肽合成技术制作,并将在体外使用一系列生物物理技术进行表征。
英文摘要
The ability to computationally design de novo proteins is a key technology that underpins future progress in synthetic biology and biomaterials discovery. However current de novo design methods tend to produce rigid, hyperstable folds that lack functionality. To progress towards truly functional de novo protein design it is crucial to design proteins that adopt multiple conformational states. This would enable the design of protein as catalysts, or biosensors or bioswitches that respond to environmental changes such as a variation in pH or temperature.1Such an endeavour is challenging for the energy functions in current protein-design software because it requires designing folds that adopt structurally distinct yet energetically similar states. Rigorous molecular dynamics simulation methods that describe protein dynamics and solvation effects at the atomistic level have shown potential for such 'dynamic design' problems.2 However current molecular dynamics methods are too slow and complex for routine application to protein design.This PhD project will validate an interdisciplinary approach that leverages new classes of machine learning algorithms to substantially accelerate the speed of molecular dynamics simulations for de novo protein design problems. Throughout the project we will tackle a range of problems of fundamental importance in protein design, ranging from optimising secondary structure preferences of cyclic peptides,3 to tuning the preferred oligomerisation states of de novo-helical bundles.4 Such systems are well suited to a combined data-driven/physics-driven molecular modelling approach owing to a large amount of existing experimental data, and validated energy functions for atomistic modelling. The accurate modelling of such multi-state systems will open new routes for the design of versatile building blocks for synthetic biology applications, and for the discovery of new biomaterials. Experimental validation of the design method will be performed by designing switchable -helical bundles. Designs will be produced in the lab using either molecular biology or solid phase peptide synthesis and will be characterised in vitro using a range of biophysical techniques.
期刊论文(0)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
国内基金
海外基金
登录
查看更多内容
Applications of AI in Market Design
-
批准号:--
-
项目类别:外国青年学者研 究基金项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2024
-
负责人:Manshu Khanna
-
依托单位:
基于“Design-Build-Test”循环策略的新型紫色杆菌素组合生物合成研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2021
-
负责人:
-
依托单位:
在噪声和约束条件下的unitary design的理论研究
-
批准号:12147123
-
项目类别:专项基金项目
-
资助金额:18万元
-
批准年份:2021
-
负责人:顾炎武
-
依托单位:
基于贝叶斯网络可靠度演进模型的城市雨水管网整体优化设计理论研究
-
批准号:51008191
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2010
-
负责人:刘兴坡
-
依托单位:
协同中继系统跨层资源分配与优化调度的理论及方法
-
批准号:60972070
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:33.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:陈前斌
-
依托单位:
新型M4受体选择性拮抗剂的研究
-
批准号:30973615
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:32.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:何新华
-
依托单位:
多跳无线 MESH 网络中 QoS 保障算法的研究设计和性能分析
-
批准号:60902041
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:杨旸
-
依托单位:
下一代无线通信系统自适应调制技术及跨层设计研究
-
批准号:60802033
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:16.0万元
-
批准年份:2008
-
负责人:刘凯明
-
依托单位:
最优证券设计及完善中国资本市场的路径选择
-
批准号:70873012
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:27.0万元
-
批准年份:2008
-
负责人:彭龙
-
依托单位:
无重复析因设计的散度效应分析
-
批准号:10626037
-
项目类别:数学天元基金项目
-
资助金额:3.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:张健
-
依托单位: