Nature Communications：应用工程细菌编纂功效性半互穿网络聚合物研讨中取得停顿

起源：深圳先进院 2021-08-13 12:14

中国迷信院深圳先进技术研讨院合成生物学研讨所副研讨员戴卓君和美国杜克年夜学传授游凌冲等，提出了一种全新的可模块化、多样化交融卵白组分的活体semi-IPN的构建思绪，通过微凝胶包裹植入基因线路的两种年夜肠杆菌。相关研讨结果以Living fabrication of functional semi-interpenetrating pol

中国迷信院深圳先进技术研讨院合成生物学研讨所副研讨员戴卓君和美国杜克年夜学传授游凌冲等，提出了一种全新的可模块化、多样化交融卵白组分的活体semi-IPN的构建思绪，通过微凝胶包裹植入基因线路的两种年夜肠杆菌。相关研讨结果以Living fabrication of functional semi-interpenetrating polymeric materials为题，颁发在Nature Communications上。

互穿网络聚合物（Interpenetrating Polymer Network）由两种或多种各自聚合交联的组分间断并互相穿透所构成。在IPN中，要是仅有一种聚合物是交联的，另一种聚合物是线型非交联的，则称为半互穿网络聚合物（semi-IPN）。半互穿网络聚合物可以交融两组分的个性及优点。传统合成合成IPN或semi-IPN的办法流程繁琐、本钱较高，且合成的资料不具有恢复性能，一旦其在扰动情况下失去活性，其活性便无奈再生。跟着合成生物学的疾速倒退，应用工程细菌组装活体资料，使其具备生物的活体性能（可再生、自修复等）成为造物致用的新偏向。今朝，活体资料中的“活”字多体当初资料的制备进程中，即应用生物本人发生生物膜并将全细胞构建成为资料，而在资料性能上，生物自身的个性，尤其是其活体性子缺乏较好的体现及应用。本研讨中，研讨职员联合合成生物学、卵白质工程及高分子物理化学，提出通过微凝胶包裹植入基因线路的两种年夜肠杆菌。微凝胶自身的交联网络提供第一组分，并作为物理支架支持工程细菌的成长；两种工程在胶囊中成长到达一定密度后，感知到胶囊的物理空间局限从而自立裂解，开释出体内表白的两种卵白单体；两种卵白单体（修饰有可共价反馈的卵白标签SpyTag或SpyCatcher）原位聚合，造成第二组分（聚合的卵白）并与第一网络互穿。因为卵白单体的可编纂性，可机动的交融各类活性分子于卵白单体，组装修饰有各类活性卵白模块的活体semi-IPN。

科研职员应用试验室此前构建的ePop回路，编纂细菌基于密度的自裂解性能。在ePop回路的设计中，细菌表白一种起源于噬菌体phix174的E卵白，E卵白会障碍年夜肠杆菌细胞壁的合成，当细菌密度到达一定水平时，积聚的毒素便招致细菌裂解；应用弹性卵白作为第二组分的骨架，并在弹性卵白上交融表白多个可反馈的卵白标签（SpyTag或SpyCatcher）；构建两种细菌，共培育两种细菌时，细菌成长、部门裂解开释两种卵白单体，两种卵白单体即可原位聚合；应用壳聚糖高分子作为胶囊制造的资料，应用壳聚糖与三聚磷酸分子构建交联系统（第一网络）并包裹两种细菌，裂解开释的两种卵白单体原位聚合造成第二组分（polymerized protein），与第一网络互穿造成活体semi-IPN。

测试标明，活体semi-IPN具备更好的机器性能，并具备抵挡情况扰动的自修复性能。当制备修饰酶的活体semi-IPN，并将该酶的克制剂短期或恒久与资料独特孵育时，研讨发现一般资料的酶活性全体丢失，而活体semi-IPN极高的保管了其活性。

为进一步展现该平台劣势及潜在的利用场景，研讨团队测验考试在一种卵白单体上游交融β-内酰胺酶，制备交融有β-内酰胺酶的semi-IPN，并应用该资料维护扰动下的肠道菌群。研讨将β-内酰胺酶交融到此中一种卵白单体，构建活体semi-Bla-IPN。当把活体semi-Bla-IPN灌胃给小鼠时，研讨发现绝对于其他对照组（包含胶囊包裹纯化后的β-内酰胺酶，且其含量是semi-Bla-IPN肇端含量的2.5倍），服用活体semi-Bla-IPN的小鼠在菌群的总体含量及菌群构造散布上均维持了更显着的稳定性。

今朝，活体功效资料畛域聚焦于编纂及改革生物膜，研讨职员试图采取全新的思绪搭建一种普适性的活体资料构建办法，并使其具备半互穿网络聚合物的优越性能。依据科研职员的设计，裂解模块和第一层网络的每一个部件均是可替换及可优化。例如，裂解模块的基因线路可以被替换成其他编译细胞裂解的基因线路；第一层网络构造可以依据需求替换成其他高分子，并通过调整孔径尺寸、外表修饰等完成性能优化；卵白单体序列可以交融随意率性具备活性的卵白模块；研讨职员预期该办法可以设计多种具备分歧功效的活体semi-IPN，包含交融多种酶应用级联反馈完成生物合成，交融重金属联合酶或危害物降解酶完成情况维护或轮回，以及进一步交融其他医治性卵白完成疾病及医治等。(100yiyao.com）

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