蛋白质设计，是指通过计算或实验手段，基于对蛋白质结构与功能关系的理解，设计或改造蛋白质氨基酸序列，使其能够折叠为特定三维结构并执行预设功能的交叉学科领域。
蛋白质设计的核心是解决“逆向折叠问题”。自然界通过序列决定结构，而蛋白质设计需要按给定目标结构或功能逆向解构，找出能够自动折叠成该结构并可靠执行该功能的氨基酸序列。
按照设计策略分类，蛋白质设计可分为理性设计、定向进化、从头设计三大类。理性设计基于对蛋白质结构与功能关系的物理化学知识，通过计算手段预测有益突变；定向进化通过模拟自然进化过程，在实验室中构建突变文库并筛选具有改良性能的蛋白质变体；从头设计从零开始构建自然界不存在的全新蛋白质序列与结构。
根据新思界产业研究中心发布的
《中国蛋白质设计产业发展及“十五五规划”建议报告》显示，蛋白质设计在合成生物学、生物医药、农业与食品蛋白、工业生物技术等领域具有广阔应用前景。在合成生物学领域，蛋白质设计技术被用于构建功能性生物材料。在生物医药领域，蛋白质设计被广泛应用于抗体设计、疫苗抗原设计、酶替代疗法等方向。在工业酶设计领域，人工智能驱动的蛋白质设计技术正在加速工业酶的定制化开发。
近年来，蛋白质设计关键技术不断取得突破。2025年7月，清华大学生命学院课题组在《自然-机器智能》发表研究论文，提出深度生成模型框架TopoDiff，基于此设计并验证了一系列具有全新拓扑形式的β折叠蛋白。2026年6月，中国科学院上海有机化学研究所在《PNAS》上发表研究论文，开发出Void-X原子互作生成模型，在蛋白质链内原子簇预测任务中准确率78.3%，在蛋白质链间原子簇预测任务中准确率68.2%。
2025年，全球蛋白质工程市场规模约为46.18亿美元，预计发展到2032年将增长至122.21亿美元，期间复合年均增长率为14.92%。在此背景下，蛋白质设计市场发展空间大。
新思界
行业分析人士表示，全球蛋白质设计市场的竞争格局呈现多元化特征，参与者涵盖大型生物技术企业、AI驱动初创公司及学术机构衍生企业。在我国，AI蛋白质设计公司分子之心自主研发出产业级AI蛋白质基础设施平台“MoleculeOS”，2026年6月完成A轮系列融资，累计融资金额逾亿美元；天鹜科技自主研发的蛋白质功能预测通用人工智能平台“AIACCLBIO”，于2025年7月入选工信部《人工智能在生物制造领域典型应用案例名单（第一批）》。
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