人工设计的蛋白质通常基于遵循严格对称规则的构建模块，因此其结构通常可以通过计算机模拟来预测。然而，也有例外：一些在计算机上设计的蛋白质展现出令人惊讶的新结构或特性，这些特性可能非常有用。由慕尼黑大学化学系的Alena Khmelinskaia教授和华盛顿大学的Neil King教授领导的国际团队现在发现了其中的原因：一些蛋白质含有灵活的组成部分，可以呈现出不止一种结构。这些发现可能会为定制蛋白质的开发开辟新的途径。

在他们的研究中，研究人员分析了三种在实验中展现出与预测显著不同结构的设计蛋白质。这些蛋白质的合成过程如下：首先，两种或三种起始材料相互反应，形成所谓的二聚体或三聚体。通过自组装，这些二聚体和三聚体本应产生高度对称的结构，如二十面体或八面体。然而，这种情况并不总是发生：除了预先计算的结构外，研究人员还发现了一些颗粒，它们的尺寸要大得多，甚至形成了完全不同的结构。

“为了了解这些偏差的原因，我们详细研究了这三种反应，”Khmelinskaia说。通过使用多种研究方法，如冷冻电镜、质谱以及数学和人工智能辅助的计算方法和模拟，研究人员揭示了他们观察到的主要原因。

正如科学家们所展示的，被研究的蛋白质中有一些小的局部区域在结构上是灵活的，并不完全以刚性的方式行为。“值得注意的是，这种灵活性并没有产生结构的不明确多态性，而只是产生了一小部分明确可能的结构——也就是说，寡态性，”Khmelinskaia解释道。

这三种蛋白质的行为类似于形成病毒外壳或支持囊泡形成的天然蛋白质，呈现出非常不同的大小和形状。“我们观察到的寡态性为开发适应特定应用的可调节蛋白质开辟了有趣的前景，”Khmelinskaia说。“这里展示的设计原则可能会极大地推动定制蛋白质纳米材料的开发。”