酶设计 · 2026 年 10 月

又一家 AI 生物公司,拿出了从头设计酶的新结果

Ligo 的 Artios 做出了能发光、能水解模型酯底物的新酶。实验名单缩小到几十条,但背后仍是百万级计算筛选。

2026 年 10 月,Ligo Biosciences 公布了酶设计系统 Artios。按正文汇总,首轮荧光素酶筛了 85 个设计,7 个有活性;后续较大蛋白筛了 45 个,9 个初筛命中。但“几十个就能找到酶”只讲了故事的一半。

这四轮实验各自对应约 100 万个生成骨架,送进实验室的才是几十条序列。但这种反差也说明了研究的着力点:小规模湿实验的背后,是大规模计算筛选。它缩短了候选名单,还没有消除寻找好酶的代价。
Artios 设计验证工作流
从催化几何到合成与活性检测的 Artios 工作流;时间为团队报告的流程示意(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文)
ARTIOS · RESEARCH PREVIEW

先摆好几颗原子,再长出整台机器

可以把酶想成一台分子加工机:底物要进得来,负责反应的零件还得摆得准。Artios 从研究者给定的催化几何出发,为它生成蛋白支架。但这些化学知识仍由人提供,系统没有直接从一句反应描述里自行发现催化机制。

ArtiosBackbone 同时生成蛋白骨架和配体,并自行决定催化残基落在序列的哪些位置。但它不负责一次写完整条蛋白序列;骨架确定后,第二个模型 ArtiosPotts 再填入氨基酸。

Artios 两阶段架构
ArtiosBackbone 与 ArtiosPotts 的两阶段架构,分别生成骨架与设计序列(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)

第二步像调一组互相牵制的旋钮:换一个位置的氨基酸,会改变其他位置的合适选择。ArtiosPotts 用包含位置偏好和成对相互作用的能量函数,反复采样整条序列。但这个学习到的评分,不能直接当作催化反应的物理能垒。

它的特别之处,是能在采样时加规则,不必为每条规则重训模型。例如惩罚重复片段、调整氨基酸组成。但引导也有代价:一组组成校正实验中,AlphaFold2 通过率从 83% 降到了 79%。

序列复杂度与组成引导
序列复杂度与氨基酸组成;采样时引导可改变序列分布(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)
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“五倍提升”,究竟过了哪道关?

把催化零件摆对,底物就一定会待在旁边吗?团队展示了几种通过传统 AME 筛选、配体却在共折叠预测后远离原位置的设计。但一个能折起来的支架,仍可能缺少容纳底物的合适口袋。

因此,他们增加了一道配体位置检查:口袋对齐后,每个配体的质心偏移都须小于 3 Å。但这里测量的是 Protenix 的预测位置,不能等同于实际结合,更不能代替催化活性实验。

传统筛选遗漏的配体偏移
通过传统筛选但丢失配体的预测案例,箭头标出设计与共折叠后的配体偏移(图源:Ligo Biosciences,Artios 补充材料局部)

按正文报告的 38 个任务,Artios 在严格条件下的通过率为 6.1%,Complexa 与 RFdiffusion3 搭配 LigandMPNN 分别为 1.2% 和 0.9%。但这比较的是完整流水线,不能把差距全归给某一个模型。

Artios 自己也从传统条件下的 32.6%,降到了严格条件下的 6.1%。但这个落差恰好暴露了难点:“五倍”是特定计算筛选口径下的优势,不能换算成五倍实验命中率。
AME 计算筛选结果
AME 计算筛选通过率、长度效应与结构簇数量;两条对照均搭配 LigandMPNN(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)
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发光是真的,全面胜出还谈不上

后续荧光素酶实验覆盖 300–400 个残基的设计,45 个候选中有 9 个初筛命中,团队纯化了其中 7 个。但这轮用了更成熟的系统,无法单凭它与首轮的差异,证明长蛋白更容易设计成功。

最活跃的 ArLuc1 有 300 个残基。预测模型把发光底物 DTZ 放进一个包埋较深的口袋,周围配置了指定的催化残基。但文中的漂亮结构图仍是计算预测,研究尚未给出这些设计的实验解析结构。

ArLuc1 设计模型
ArLuc1 的预测结构、底物口袋及设计活性位点;尚非实验解析结构(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)

同批纯化实验中,ArLuc1 的 K_M 为 3.08 μM,LuxSit 为 7.84 μM;但高底物浓度下,LuxSit 的发光信号更高。而且读数未做光子数标定,团队没有报告 ArLuc1 的 k_cat,不能据此宣称催化效率超过对照。

把指定的两个残基分别或同时改成丙氨酸,发光读数都降到了接近空白。但这组突变图采用单孔的三次读数,证据还需要更充分的独立重复;活性变化支持设计位点的重要性,尚不足以单独坐实完整机制。

荧光素酶筛选与对照
较大荧光素酶的单孔初筛、纯化后与 LuxSit 的发光比较,以及活性位点突变读数(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)
ARTIOS · RESEARCH PREVIEW

能切开模型底物,离工业酶还有多远?

短链酯底物实验中,正文报告 88 个设计里有 17 个出现可检测活性。但催化几何并非凭空产生:团队从木瓜半胱氨酸水解酶结构提取关键残基,再围绕模型底物安排反应所需的位置关系。

随后,团队把底物换成带八碳酰基链的 4MU-octanoate。正文表格记录,这轮筛了 88 个设计,命中 1 个。但两轮流程也有变化,不能把命中数的差异简单归因于底物变长。

ArCut1 设计口袋
ArCut1 的预测结构及中链酯底物结合通道;尚非实验解析结构(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)

纯化后的 ArCut1 测得 k_cat/K_M 为(1.84 ± 0.20)×10³ M⁻¹s⁻¹,k_cat 约为 0.019 s⁻¹。但效率参数与周转数回答不同问题:有了可测催化能力,并不意味着已经得到高通量工业催化剂。

官网摘要使用了“cutinases”一词。但本文展示的关键底物是荧光模型酯,不能把它扩写成已经验证角质聚合物或 PET 降解。做出了能工作的酶,距离做出适合生产条件的酶,仍有一段需要实验填上的距离。
ArCut1 实测动力学
纯化 ArCut1 对 4MU-octanoate 的产物生成曲线及动力学拟合,误差为三孔标准差(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)
ARTIOS · RESEARCH PREVIEW

短名单变短之后,账还没有算完

序列设计还接受了单独的表达检验:七种天然骨架上,ArtiosPotts 与 LigandMPNN 各设计十条序列。但这是无细胞体系中的表达测试,不能直接外推到发酵产量或活性酶产量。

剔除缺失或无模板孔后,两组分别保留 65 条和 69 条序列,表达代理信号的中位数为 2.53×10⁶ 与 1.53×10⁶ RLU。但这约 1.6 倍的差异,只适用于该组骨架与检测条件。

无细胞表达验证
七种天然骨架上的无细胞表达比较;AP 为 ArtiosPotts,LM 为 LigandMPNN(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)

本文的送测与命中数量采用正文表格,但补充材料尚有未对齐之处。例如短链酯实验写了 85 个送测设计,较大荧光素酶表格仍列出 48 个、1 个命中;这些口径需要作者进一步澄清。

“一块 96 孔板”也容易被读得过满。它描述的是每轮候选设计的规模,但重复孔、阴性对照、纯化和动力学测定仍会增加实际工作量。所以不能把这句话理解成所有验证只消耗一块板。

实验规模与命中汇总
正文表格汇总的四轮实验规模与命中数;补充材料的个别送测数量尚未对齐(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)

Artios 的研究预览把骨架生成、序列设计、结构筛选与实验接成了一条链,但开放发布也还需跟进。截至核查,论文称模型和基础设施开源,官方技术博客仍把评估流水线代码写为“周五发布”,不能直接当成已经可安装的工具。

这项工作的增量,是让少量送测候选更值得尝试;但作者也承认,筛选依赖结构预测,实测活性仍有限。下一道考题,是这条链能否在更多反应、独立复现和实际生产条件下,继续交出可用的酶。
批量计算基础设施
按 CPU 与 GPU 阶段拆分的批量计算架构,支持大规模候选筛选(图源:Ligo Biosciences,Artios 论文局部)