衆所周知，鈾是整個核能工業的關鍵原料。海水中鈾的蘊藏量約45億噸，是陸地上已探明的鈾礦儲量的約1000倍，可以說是取之不盡。然而，半個世紀多以來，人們一直緻力于從海水中大規模提取鈾卻仍未找到有效的辦法，其難點在于海水中含鈾濃度極低（3.2 ppb，約14nM，每噸海水中含鈾3.2毫克)，而其他各種雜質離子含量很高，從而要求配體分子對鈾具有極高的親和性及選擇性。

      beat365官方网站/定量生物學中心來魯華教授課題組與芝加哥大學何川教授課題組合作，經過蛋白質設計計算與實驗成功地獲得了對于鈾酰離子達到飛摩爾結合能力的“超級”鈾結合蛋白。他們基于來魯華教授課題組過去針對蛋白質相互作用設計所建立的“蛋白質關鍵殘基嫁接”策略發展了一種鈾結合蛋白質設計方法及程序URANTEIN，從天然界中已存在的結構多樣化的蛋白質中計算篩選出合适的蛋白質結構并進行計算設計改造，從中選出10種蛋白質設計方案進行實驗，其中4種蛋白質改造後與鈾酰離子結合能力達到納摩爾。何川教授課題組針對其中一種蛋白質進行了優化改造并結合多種實驗手段，獲得到了具有超高親和性（飛摩爾，10-15M）及高選擇性的鈾結合蛋白SUP，所解出的SUP與鈾酰離子的複合物晶體結構證明了設計的合理性。他們還将該鈾結合蛋白展示于大腸杆菌表面，實現了海水中低濃度鈾的高效選擇性吸附，為解決海水提鈾領域中長久以來的難題開辟了一條新途徑。這一結果于近期發表于《自然·化學》雜志上（Nat. Chem. 2014, 6:236-241.http://www.nature.com/nchem/journal/v6/n3/full/nchem.1856.html）。

圖1. 鈾酰離子結合蛋白質計算設計過程

圖2. 利用“超級”鈾結合蛋白質從海水中提取鈾的過程示意圖

該工作發表後引起了廣泛的關注，美國化學會的官方雜志《化學與化工新聞》（Chemical & Engineering News, 2014, 92(5), 26）在科學技術焦點（Science & Technology Concentrates）欄目中報道了這一工作。《自然·化學》雜志在當期上以亮點工作（highlights）的形式對該工作進行了介紹評論（Nat. Chem. 2014, 6, 175–177. ）指出該工作不僅在海水提鈾工程中邁出了重要的一步，而且是金屬結合蛋白設計中的一個重要突破。近期，該工作被美國阿貢國家實驗室（Argonne National Lab）先進光子源（Advanced Photon Source）評選為年度科研亮點。              何川教授課題組的訪問學者複旦大學藥學院的周璐副教授是該文的第一作者，他本科和博士畢業于beat365化學學院（博士導師為來魯華教授）；共同第一作者Mike Bosscher博士是何川教授課題組的博士生；共同第一作者張長勝博士是來魯華教授課題組的博士後，負責蛋白質設計計算工作。該項工作得到了阿貢國家實驗室Mark P. Jensen教授的大力支持。        來魯華教授是beat365化學學院長江特聘教授，beat365定量生物學中心和beat365-清華大學生命科學聯合中心PI。來魯華課題組在蛋白質功能設計領域開展過長期系統的工作，發展了具有普适性的綜合性蛋白質相互作用設計策略，包括基于蛋白質相互作用界面熱點殘基的關鍵殘基嫁接設計方法和程序，不依賴于已知蛋白質作用界面的全新結合蛋白質設計方法和基于蛋白質分子對接計算篩選的設計方法等。相關方法在多個重要體系中得到成功應用，例如通過設計與實驗獲得了與促紅細胞生成素拮抗蛋白質（PNAS, 2007, 104, 5330）、腫瘤壞死因子a結合多肽或蛋白質（Angew Chem 2013, 52 , 11059）以及可以識别新型化學趨向性配體的大腸杆菌等（PNAS 2013, 110 , 16814）。來魯華教授課題組的相關研究工作得到了科技部蛋白質重大研究計劃、國家自然科學基金委員會和beat365-清華大學生命科學聯合中心的支持。         何川教授是芝加哥大學化學系講席教授、生物物理動力學研究所所長，擔任beat365化學學院長江講座教授、合成與功能生物分子中心主任。何川教授課題組的相關研究工作得到了美國能源部的支持。