戴维·贝克（David Baker）

概况

戴维·贝克（David Baker）是西雅图华盛顿大学的蛋白质科学家，以计算蛋白质设计（computational protein design）闻名——用计算机设计出自然界中并不存在的蛋白质。他1962年出生于华盛顿州西雅图^[1]。2024年，瑞典皇家科学院（Royal Swedish Academy of Sciences）因计算蛋白质设计授予他当年诺贝尔化学奖的一半^[1]。获奖时，他的所属机构是西雅图华盛顿大学与霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）^[1]。

什么是蛋白质设计

蛋白质是由氨基酸连成的链，链会折叠成三维形状；催化反应、识别其他分子、传递信号等功能，都取决于这个形状。天然蛋白质是在演化中为生物体自身的生存而形成的，并不为人的用途服务，所以当人需要某种特定功能的蛋白质时，通常只能到自然界里去找，或者对已有的蛋白质做修改。蛋白质设计把问题反过来：先确定想要的形状或功能，再问什么样的氨基酸序列会折叠成它。可能的序列数量极大，这种搜索只能交给计算机，而算出来的候选序列仍要在实验室里合成并检验。

2003年的设计

瑞典皇家科学院认为，贝克在2003年用自己开发的计算机方法设计出了一种与已有蛋白质都不相同的新蛋白质^[1]。这件事的意义在于方向：这个蛋白质是计算出来的，而不是从某个生物体中发现的，说明设计软件可以造出没有天然对应物的分子。2024年诺贝尔化学奖的一半，正是为计算蛋白质设计而颁发^[1]。

职位与机构

贝克是华盛顿大学亨利埃塔与奥布里·戴维斯生物化学讲席教授（Henrietta and Aubrey Davis Endowed Professor in Biochemistry）^[2]，并在该校兼任基因组科学、生物工程、化学工程、计算机科学与物理学的教职^[2]。他也是霍华德·休斯医学研究所的研究员（Investigator）^[2]。

他创办并领导蛋白质设计研究所（Institute for Protein Design），该研究所2012年在华盛顿大学成立^[2]。

实验室的工作方式

贝克的实验室开发蛋白质设计软件，并在计算与实验室实验之间反复迭代，以改进方法^[3]。先在计算机上提出一个设计，再在实验室里把它做出来并测量，得到的结果回到下一轮软件与设计之中，方法就是这样一轮一轮变好的。

实验室把工作分为深度学习、酶、多肽、微型结合蛋白（minibinder）、分子器件、药物递送与纳米材料几个方向^[3]。这些方向的差别在于设计出的蛋白质要做什么：深度学习指用蛋白质数据训练的模型来预测结构、提出序列；酶是催化化学反应的蛋白质；多肽是较短的氨基酸链；微型结合蛋白是被设计用来紧紧附着在特定靶标上的小蛋白质；分子器件与纳米材料关心的是把蛋白质组织成更大的、能工作的结构；药物递送关心的是把药物送到需要的地方。

在领域中的位置

2024年的奖项把计算蛋白质设计确认为化学中一个被承认的方向^[1]。贝克课题组所描述的并不是一套单一的方法，而是软件与实验之间不断循环的过程^[3]，并在上述若干应用方向上同时展开^[3]。