生物学的機能をプログラムすること、すなわち要求に応じて特定の課題を遂行するオーダーメイドタンパク質を設計することは、分子工学における基礎的な目標である。しかし、現行のタンパク質デザインのパラダイムはいずれも本質的に限界があり、一般に、既存タンパク質を進化させるか、デザイン過程を導くための系統特異的な深い専門知識のいずれかに依存している。ここでは、この障壁を乗り越える生成モデルであるPinalを導入する。Pinalは、機能記述を自然言語で記述することにより、そのまま多様で活性なタンパク質へと翻訳することでこの問題を解決する。この能力は、タンパク質テキストペア17億件からなる前例のない合成コーパスで学習した、160億パラメータの基盤モデルに基づいて構築されている。これにより、タンパク質構造の生物物理学的原理に基づいて機能言語を位置づけることが可能になる。決定的な実験検証のために、Pinalには異なる機能クラスに属する4種類のタンパク質の設計を課した。すなわち蛍光タンパク質、ポリエチレンテレフタレート加水分解酵素、アルコール脱水素酵素、代謝Hタンパク質である。驚くべきことに、4つの設計はいずれも機能的に活性であり、Pinalが設計した2つの酵素はそれぞれの反応に対して触媒回転を達成した。特に、Pinalが設計したHタンパク質は天然の対応物質をも上回り、1.7倍高い性能を示した。これらの結果は、自然言語が生物に対するプログラム可能な指令セットとして機能し得ることを示し、タンパク質デザインを民主化するとともに、既存分子の漸進的な改変から、概念的な記述に基づいて機能を直接創出するというパラダイムへと転換する。
https://doi.org/10.1101/2024.08.01.606258