由蛋白质晶体构建纳米管的生物分子工程突破

东京工业大学(tokyo institute of technology)的研究人员利用交联工程蛋白质晶体制成的微小支架成功构建了蛋白质纳米管。这项成果可以加速许多生物医学和生物技术应用的人工酶、纳米载体和输送系统的发展。

东京工业大学生物分子工程系Takafumi Ueno领导的团队开发了一种将蛋白质组装成有序纳米管的创新方法。定制的蛋白质纳米结构具有强烈的研究兴趣，因为它们可以用于开发高度特异和强大的催化剂、靶向药物和疫苗递送系统以及许多其他有前途的生物材料。

由于蛋白质在不同条件下(如pH和温度)自由相互作用的无组织方式，在水溶液中构建蛋白质组装体对科学家来说是一个挑战。化学科学杂志报道的这种新方法通过使用蛋白质晶体克服了这些问题，蛋白质晶体是蛋白质自组装成所需结构的一种有前途的支架。该方法有四个步骤，如从蛋白质晶体构建纳米管所示：

工程蛋白的制备

形成蛋白质晶体支架。

形成交联晶体

蛋白质纳米管通过溶解支架释放出来。由组装结构的有序排列组成的晶体系统，使得通过交联来控制感兴趣的精确化学相互作用以稳定组装结构变得容易——这是通过溶液中蛋白质的交联无法实现的成就。研究人员选择了一种名为RubisCO的天然蛋白质作为纳米管的构建模块。RubisCO由于其高稳定性可以保持其形状，之前研究的其晶体结构已被推荐用于这项研究。

利用东京工业大学铃鹿台生物材料分析部门的透射电子显微镜(TEM)成像，该团队成功确认了蛋白质纳米管的形成。该研究还表明，蛋白质纳米管可以保留其酶活性。“我们的交联方法可以有效地促进晶体每个管中所需位置(特定半胱氨酸位点)的晶体支架的形成，”Ueno说。“目前，由于蛋白质数据库中已经存放了超过10万种蛋白质晶体结构，我们的方法可以应用于其他蛋白质晶体，以构建超分子蛋白质组件，如笼、管和片。”这项研究中的纳米管可用于各种应用。该管为外来分子的积累提供了环境，并且它可以在药物相关领域中用作递送平台。该管也可能具有催化作用，因为蛋白质结构单元在自然界中具有酶活性。

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