11月20日，記者從江南大學了解到，由江南大學生物工程學院吳俊俊教授課題組聯(lián)合陳堅院士團隊周景文教授課題組研究的《超強細胞修復(fù)蛋白——超分子彈性蛋白的合成生物學設(shè)計與制造》的學術(shù)成果，日前在國際期刊《先進材料》上發(fā)表。

目前，有哪些商業(yè)化重組蛋白？此次超分子彈性蛋白具有哪些超越前者的優(yōu)異特性？超分子彈性蛋白突破了哪些合成功能蛋白的難題和瓶頸？有哪些應(yīng)用方向？未來產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化前景如何？

取代動物提取 優(yōu)勢顯著

吳俊俊介紹，蛋白多肽，是生物體內(nèi)至關(guān)重要的組成部分，它在各種生命活動中起著至關(guān)重要的作用，具有抗衰老、抗氧化、抗過敏、抗微生物、抗血栓及促進細胞活性等營養(yǎng)和生物學功能。同時蛋白多肽還可以自組裝成納米粒子，參與到生物檢測、藥物遞送、組織工程中，具有廣闊的應(yīng)用前景，因而受到科研界廣泛關(guān)注。

從動物組織直接提取功能蛋白面臨成分復(fù)雜、單體分離較難、提取工藝復(fù)雜、成本昂貴、批次質(zhì)量不穩(wěn)定、蛋白難以溶解等難題，并且存在攜帶病毒、病原體等安全隱患。因此，通過構(gòu)建綠色、高效的微生物細胞工廠定制特定功能的重組蛋白來替代動物提取勢在必行。

目前，國內(nèi)重組蛋白市場巨大，僅重組膠原蛋白市場規(guī)模在2022年就已增至185億元。但多數(shù)生物活性蛋白如膠原蛋白需要形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu)才能有著較好的生物活性，目前國內(nèi)外主要以生產(chǎn)膠原蛋白片段為主，結(jié)構(gòu)、活性完整的功能蛋白生產(chǎn)仍然是業(yè)內(nèi)難題。

吳俊俊介紹，該研究通過將合成生物學與計算生物信息學、超分子化學、納米技術(shù)等進行多學科交叉融合，首次創(chuàng)造出的超強細胞修復(fù)蛋白——超分子彈性蛋白，效果優(yōu)于目前所有商業(yè)化重組蛋白。

記者了解到，此超分子彈性蛋白能夠避免超螺旋結(jié)構(gòu)中活性位點相互碾壓的弊端，最大程度地發(fā)揮蛋白活性位點功能。對一般的重組彈性蛋白來說，蛋白不穩(wěn)定是現(xiàn)在面臨的一大困境，其只能在冰箱里面才能保持可溶性狀態(tài)，一旦放到室溫下，就會聚集沉淀，而超分子彈性蛋白通過采用乳酸菌等序列重組技術(shù)導致其具備極高的表達量，同時在室溫下也有較高的穩(wěn)定性。

“這是目前國際上唯一的一款同時具有大分子透明質(zhì)酸、膠原蛋白、彈性蛋白、貽貝蛋白等諸多明星分子特性的新型功能蛋白，具有活性位點外露的超分子結(jié)構(gòu)、強大保水特性、低分子量易吸收、具備強效水下黏附特性，以及促進細胞黏附、增殖和分化、促進細胞損傷修復(fù)等優(yōu)良特性，因而具有超強的細胞修復(fù)能力?！眳强】≌f。

周景文介紹，超分子彈性蛋白水凝膠具有極強的細胞黏附特性，將其涂抹于任何物體表面即可使得該物體成為優(yōu)良的細胞培養(yǎng)材料，可以用于培養(yǎng)肌肉干細胞，促進細胞黏附和增殖，還可以促進干細胞分化，實現(xiàn)細胞三維培養(yǎng)。研究顯示，超分子水凝膠促進圓形傷口的組織再生，僅僅第三天即可恢復(fù)62.5%的皮膚組織。超分子彈性蛋白還可替代手術(shù)縫合線促進線性傷口的修復(fù)和組織再生。

具備獨特性能 應(yīng)用面廣

“如何獲得具有穩(wěn)定超分子結(jié)構(gòu)的功能蛋白一直為業(yè)界難題，當前多數(shù)功能蛋白如膠原蛋白或貽貝蛋白均需要通過酶學修飾獲得理想結(jié)構(gòu)，不僅存在著成本高、效率低等問題，還易導致蛋白活性位點發(fā)生變化進而影響其功能。我們研究發(fā)現(xiàn)將超分子自組裝機制與彈性蛋白相結(jié)合，創(chuàng)造出的超分子彈性蛋白只需要通過靜置即可獲得穩(wěn)定的超螺旋結(jié)構(gòu)。其次，研究的超螺旋結(jié)構(gòu)是由超分子力自組裝而成，不僅不會改變蛋白活性，還會賦予超分子蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及活性提高等特性。”吳俊俊表示。

吳俊俊介紹，當前透明質(zhì)酸、膠原蛋白、貽貝蛋白、聚谷氨酸等明星分子都是國外人員首次發(fā)現(xiàn)并加入應(yīng)用，該科研團隊的這款國產(chǎn)超分子彈性蛋白獨有的細胞修復(fù)特性，未來可以應(yīng)用于高端護膚品牌，較低的分子量可以實現(xiàn)直接被皮膚吸收；還可以應(yīng)用到醫(yī)療器械做傷口敷料，促進恢復(fù)速度；作為純蛋白，超分子彈性蛋白黏性極強，作為生物止血材料不需要二次剝離，即可直接實現(xiàn)營養(yǎng)吸收；在醫(yī)美行業(yè)領(lǐng)域，超分子彈性蛋白可以形成可注射凝膠，促進細胞修復(fù)。

在中國工程院院士、江南大學教授陳堅看來，該超分子彈性蛋白能夠以其具有的獨特特性而引領(lǐng)未來護膚美容、營養(yǎng)保健、細胞培養(yǎng)材料、生物止血、醫(yī)美注射、土壤肥料等各個行業(yè)的變革，合成生物學不僅可以用來生產(chǎn)已有物質(zhì)，更可以創(chuàng)造自然界中所沒有的、全新物質(zhì)，如同當年化學創(chuàng)造出塑料一樣，將人類帶入現(xiàn)代文明。

來源：科技日報