来源：DeepTech深科技
自组装蛋白质球支架可以以纳米精度精确控制酶分子距离、化学计量比、空间分布等酶催化关键参数，从根本上解决细胞工厂内酶分子空间排布紊乱的科学难题，提升细胞工厂的生物催化效率，为绿色生物制造提供优质分子工具、人工细胞器和优良菌株。
细胞直径通常在数微米大小，只有头发丝直径的几十分之一大小。在如此狭小的空间内，同时有成千上万的化学反应在发生。
更令人惊叹的是，如此众多的反应不仅能有条不紊地进行，并且能针对内外环境的改变做出及时调整。
细胞之所以能完成上述看似不可能完成的任务，在于经过进化打磨之后的细胞拥有多酶代谢区室。
多酶代谢区室，指的是催化顺序反应的酶分子通过相互作用形成的多酶复合物。
多酶复合物的形成，能够加速中间代谢产物在酶分子间的传递、抑制竞争反应、防止有毒代谢产物的积累。
并且，天然多酶复合物还能通过自身的组装状态，来调控代谢反应。例如，高粱的抗虫害机制就与多酶复合物密切相关。
蜀黍苷，则是一种抗昆虫的氰类化合物，蜀黍苷的生物合成由若干个 P450 酶完成。
当这些 P450 酶分子组装成为多酶复合物时会合成蜀黍苷。然而，当多酶复合物解离成为游离的酶分子时，这一系列酶分子则会合成抗真菌的醛肟类化合物。
也就是说，多酶复合物——是细胞在空间层面调控酶促反应、进而让生物化学反应变得井然有序的重要手段。
生物制造，是以工业生物技术为核心，利用酶、微生物细胞、结合化学工程技术进行目标产品的加工过程，包括生物基材料、化学品和生物能源等。
生物制造的核心是“菌株细胞”。然而，由于缺乏进化的打磨，导致生物制造缺乏天然细胞那样的动态多酶复合物。
对于人工构建的代谢通路中的酶分子来说，其在细胞内呈现出无序排布的状态，这会造成中间代谢产物流失、以及催化效率低下。
针对上述问题，大连理工大学薛闯教授和团队，此前曾构建出一种自组装蛋白质支架。
在这种蛋白支架的帮助之下，能够以纳米级别的精度，针对酶分子进行空间组织，进而形成多酶复合物，借此提高人工改造菌株的催化性能。
他们发现这些组装的多酶系统的比生产率，比未组装的系统高出八倍。
然而，利用这种蛋白支架构建的多酶复合物，由于是静态的多酶复合物，因此缺乏类似于天然多酶复合物那种响应内外界环境的能力。
（来源：JACS）所以，课题组十分期待能够通过仿生手段，来构建动态的多酶复合物，从而让人工改造细胞拥有像天然细胞一样的鲁棒性和环境适应性。
在最近一项研究中，该团队结合光遗传学工具和化学遗传学工具，构建了可以响应外界环境的自组装蛋白质球支架。
（来源：JACS）总的来说，本次提出的分子支架不仅能够以可控的方式来招募酶分子，并能组装可逆的动态多酶复合物。
事实上，只要是蛋白质分子，本次分子支架都能做到可控的释放和招募。
目前，他们正在利用本次蛋白质分子支架开发药物靶向递送和释放系统。
另外，在基因编辑领域，如何实现动态和实时的基因编辑，也是一大研究热点。
因此，他们也将尝试利用本次分子支架，力争实现基因编辑系统的动态调控。
参考资料：
1.Kang, W., Ma, X., Zhang, H., Ma, J., Liu, C., Li, J., ... & Xue, C. (2024). Dynamic Metabolons Using Stimuli-Responsive Protein Cages.Journal of the American Chemical Society.
运营/排版：何晨龙
“掌”握科技鲜闻 （微信搜索techsina或扫描左侧二维码关注）
