随着结构生物学、计算生物学以及人工智能计算的飞速发展，基于理性的蛋白质结构设计为食品蛋白质结构及功能改造提供了高效的途径。蛋白质生物分子在催化、营养递送和食品保藏等领域能够发挥重要的作用，通过蛋白质理性设计可以有效地改变蛋白质分子的理化性质和功能，并极大地促进功能性蛋白质分子在食品科学领域的应用。
近日，西南大学川渝共建特色食品重庆市重点实验室张宇昊教授和陈海副教授综述了基于理性设计的功能性蛋白结构研究进展及其在食品科学中的应用。本文介绍了蛋白质折叠和组装的基本原理以及蛋白质理性设计的原则和策略，同时重点讨论了蛋白质理性设计在食品科学领域中的最新研究进展，从酶的改造、笼状蛋白质制备和抗菌肽的优化等方面进行了综述，并提出了基于蛋白质理性设计策略制备性能优良的蛋白质生物分子所面临的挑战以及未来的发展趋势。
根据综述内容可知，蛋白质所具有的功能很大程度上取决于其内部空间结构，通过理性的结构设计和改造可以赋予蛋白质特殊的功能特性。目前，蛋白质的结构设计方法主要包括经验性结构设计、结构预测、计算机辅助蛋白重设计以及从头设计。其中，与经验性的蛋白结构设计相比，计算辅助设计的方法可以极大地减少实验工作量，增加成功的机会。另外，由于蛋白质折叠机制以及结构功能之间的关系十分复杂，从头设计蛋白质仍然面临巨大挑战。
虽然蛋白质理性设计为食品功能蛋白质的制备提供了可能，但仍然存在一些需要解决的问题。首先，成本管理对食品生产尤为重要，因为大多数设计的蛋白质从工程菌株中获得，其产量受到序列突变的高度影响，因此，提高产量、降低成本是解决目标蛋白实际应用的基础，也是蛋白质设计中应考虑的重要因素。其次，由于蛋白质设计伴随着对蛋白质序列的修饰和改变，不可避免的会产生对人体可能有害的蛋白片段，因此，应该重视全面系统的安全评价，尤其是对人们直接食用的食品蛋白质。最后，在多组分复杂的食品体系中添加改造后的蛋白质时，其稳定性、活性或功能可能会受到食品复杂基质的干扰，进一步的探究也是必要的。
相关成果以“Advances in Rational Protein Engineering toward Functional Architectures and Their Applications in Food Science”为题目发表在ACS旗下的农林科学领域国际顶级期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry（Q1，IF：5.279）上。西南大学张宇昊教授为本文通讯作者，陈海副教授为第一作者及共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划（2021YFD2100105），中央高校基本科研业务费专项资金项目（SWU120055，XDJK2019B028，XDJK2020B044），国家自然科学基金项目（31972102，32072137，31901683，32001810）的资助。
