果蝇蛋白与功能蛋白编织成天然纤维

2011-4-22 11:33 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网4月21日(北京时间)报道,美国莱斯大学和德克萨斯农工大学研究人员通过基因嵌入融合技术,将不同蛋白质与一种来自果蝇的转录因子结合,再拉成纤细结实的线,就能织成任何想要的纹理构造。这种材料拥有多种潜在功能,可作为化学催化剂和生物传感器,在未来的组织工程领域前景广阔。最新论文发表在今天的《先进功能材料》网络版上。 

  莱斯大学生化实验室的凯瑟琳·马修与德克萨斯农工大学副教授沙拉·邦多斯共同合作,对黑腹果蝇基因中一种能调控翅膀和腿发育的重组转录因子蛋白——超级双胸基因(Ubx)进行了研究。他们利用基因融合技术将Ubx和荧光、冷光蛋白结合,生成了嵌合体,并将该嵌合体拉成纤维,放在显微镜下观察,结果发现,Ubx和强化绿色荧光蛋白结合呈现明亮的绿色,而与红色荧光蛋白和棕色蛋白肌球素结合,分别显出亮红色和棕色,和荧光素酶结合发出炽红色的光。表明这些功能蛋白在嵌合体中保留了各自的功能。  

  生物学意义上的嵌合体包含两种以上不同基因的细胞系,比如植物的整体嫁接;而在分子水平上,嵌合体是将不同的蛋白质聚合而成的单分子多肽。

  论文主要作者、莱斯大学的黄兆(音译)将各种蛋白质扭转折叠生成嵌合体拉成了线,并用这些线织成了各种图案,或把它们系缚在一个框架上。“用功能蛋白制作固体材料的理化过程通常会伤害蛋白质活性,而我们生成的三维结构具有活性。这种制作技术简单独特,不需要特殊设备。”黄兆解释说。

  该研究小组曾在2009年《生物大分子》杂志上发表论文,称开发出一种“超级”材料,一种超强、高弹性的天然纤维。“当时我们能制造三维体。在此基础上,现在能制作小棒和小片,并能把它们结合在一起。任何用拼装玩具能做出来的东西,我们都能用Ubx制造出来。”邦多斯说。以Ubx为基础的生物材料能媲美构成皮肤和其他柔软组织的天然弹性蛋白,这种嵌合体纤维的力学性质还可通过改变其直径来调整。功能化的Ubx能一层层地生成三维器官。“我们能建造像心脏那样的形状,还可以在材料内部建立指令,让细胞分化成肌肉、神经、血管或其他组织。”  

  马修指出,嵌合了多种功能蛋白的纤维还有很多用途。它能将酶、抗体、生长因子和肽识别序列结合在一起,也能制造按特定顺序排列的功能纤维,作为逐步递进的催化剂。