許多蛋白質巨單元是透過次單元的自我組裝 (self-assembly) 而形成，例如病毒的外鞘蛋白 (capsid)、細胞骨架等等。這樣的蛋白質特性可以用來幫助藥物傳輸 (drug delivery)、緩慢釋放抗原的疫苗等。近幾年來科學家開始設計具有自我組裝特性的新蛋白質，主要以單一次單元體 (uni-subunit) 為主，不過相較於多重次單元體，單一次單元體能夠產生的結構變化較少，也不能透過不同單元體的存在與否來控制組裝的時機。雖然目前有利用雙硫鍵 (disulfide bond) 或是 flexible linker 等方法嘗試設計多重次單元體，但是因為缺乏大範圍的分子間多點接觸，因此次單元體之間的穩定性仍然不夠。
David Baker的團隊利用新的演算法，從原子的層面精確的設計分子界面，試圖在設計多重次單元體的方法上突破當前的限制。作者們利用電腦模擬測試了數十萬種次單元體分子之後，挑選出57對有穩定分子間交互作用的雙單元體，位於分子界面的二級結構通常為 α-helix 及 β-strand。挑選出來的分子利用 E. coli 表現， 經過粒徑排阻層析法 (size exclusion chromatography) 以及蛋白質電泳等方式檢驗是否有自我組裝的能力，並且以電子顯微鏡確認其中五對次單元體可以自我組裝（如圖）。最後經過 X-ray 解出蛋白質結構，證明了雙單元彼此之間的交互作用確實跟程式預測出來的結果相當符合。這項新的設計方法未來將有助於加速自我組裝蛋白質的應用發展。
圖片來源：doi:10.1038/nature13404
資料來源：
- King, N. P., Bale, J. B., Sheffler, W., McNamara, D. E., Gonen, S., Gonen, T., … Baker, D. (2014). Accurate design of co-assembling multi-component protein nanomaterials. Nature, 510(7503), 103-108. doi:10.1038/nature13404
