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蛋白質在嚴苛環境下的穩定性，是生物工程的關鍵課題，直接影響藥物蛋白與工業酵素的製造與保存。長期以來，主流策略多聚焦於強化蛋白質疏水核心的緊密堆疊。中研院生物化學研究所吳昆峯副研究員領導的跨國團隊發現，人工智慧 (AI)能以出人意料的方式提升蛋白質穩定性，不只是設計蛋白質本身，還能同時「設計」其周圍的水分子。

研究團隊利用AI工具ProteinMPNN重新設計泛素(ubiquitin)及其相似三維摺疊蛋白（如ISG15），所得到的變異體（R4、R10與ICVs）展現出卓越的穩定性。即使在超過120°C的高溫及強烈變性條件（pH3、8M尿素）下，仍能維持原始摺疊結構。透過先進的核磁共振(NMR)光譜與分子動力學模擬，發現AI會重新分布並聚集蛋白表面的電荷，促使周圍水分子形成有序的「結構化水合殼層」。這層水合防護層可有效緩衝熱與化學壓力，抑制蛋白解摺路徑，顯示水合結構是一種可由序列編碼、可透過工程設計加以強化的穩定機制。此研究為耐受型生物藥物與生物催化劑提供新的設計原則，除了強化「乾燥（疏水）」的核心結構，也要同時調控包圍蛋白的「濕潤」外層水環境。

此研究第一作者為臺灣大學生化科學研究所博士生陳履頤，合作單位涵蓋加州大學河濱分校(UC Riverside)、大阪大學等。研究由本院及國科會支持，並獲中研院核心設施(生物物理，高磁場核磁共振與大數據分析)協助，已於2026年2月5日發布於《美國化學會誌》(Journal of the American Chemical Society)。