近(13)日，由2024諾貝爾化學獎得主、華盛頓大學醫學院暨蛋白質設計研究所主任David Baker教授發表最新力作，運用Rfdiffusion AI模型從頭量身設計出「酶」，可以一次加速4步化學反應，比過往合成的酶反應速率高6萬倍。未來有助於生物和工業上的應用，例如塑膠回收。該研究在《Science》上發表。
 
要設計出具有複雜活性位點、能一次催化多個步驟的酶十分具有挑戰，過去使用AI設計酶的成果有限，通常在開始反應的第一步就會停滯。
 
David Baker研究團隊以絲胺酸水解酶(serine hydrolases)作為標的，絲胺酸水解酶是參與絲胺酸水解4步驟化學反應的天然酶，這4步驟包含分子間酯鍵(ester bond)的斷裂，並且與消化、脂肪代謝與血液凝固等生物過程有關。
 
該研究共同作者、華盛頓大學的蛋白質設計工程師Anna Lauko表示，這就像去二手店買一套西裝，這套西裝可能不會完全合身。這就是過去設計酶時會遭遇的困境。
 
研究人員使用Rfdiffusion AI模型，用AI從頭開始生成新的酶結構，並創建一個名為PLACER的深度神經網絡，重新從結構上模擬酶中的原子位置在每個反應步驟中結合的位置。
 
研究人員指出，AI就像一個過濾器，會檢查酶與分子相互作用的活性位點是否相容，以及是否有適當地排列成進行反應中的每個步驟。
 
Lauko表示，使用AI工具訂製出的絲胺酸水解酶像是一套完美合身的訂製西裝，且能夠完成絲胺酸水解的4個步驟，此外，透過該AI工具產生的絲胺酸水解酶，比舊有方法設計的絲胺酸水解酶反應速率高6萬倍。
 
Lauko指出，因此，未來透過AI，我們可以從頭開始設計出更複雜、過去不可能製造出的酶。
 
但是，Lauko也強調，這次研究只是一項原理驗證，新設計出的絲胺酸水解酶作用效率不如天然的絲胺酸水解酶，未來，將進一步對酶的結構進行更精細的調整，來提高其速度與效率，讓該技術更接近實際應用，有望用於分解塑膠。
 
Baker表示，酶是可以在最小條件下加快化學反應的蛋白質，甚至有時表現比人類化學家更好。AI生成的新酶，都有望讓我們在不依賴刺激性溶劑或化石燃料下，建構藥物化合物或是分解微塑膠。
 
參考資料：https://www.nature.com/articles/d41586-025-00488-3
論文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu2454
 
(編譯/李林璦)