高分子仿生亲和配体的合理设计和定向化学进化研究领域取得新进展

来源：互联网2022-09-29 18336030

在此研究基础上，将多肽的功能单体引入到水凝胶共聚物中，得到的非生物亲和配体对BtCry家族蛋白变体具有更高的吸附容量、更强的亲和力、更快的吸附动力学和广谱的分子识别能力。

华中农业大学资源与环境学院环境与生物分析研究组在高分子仿生亲和配体的合理设计与定向化学进化研究领域取得新进展。相关成果在线发表在《化学工程杂志》(journal of chemical engineering)上，标题为一种模拟抑制性蛋白受体的肽流行合成水凝胶聚合物共轭物。环境和生物分析中的应用。本文报道了一种基于合理设计和定向化学进化策略的肽表位-合成水凝胶共聚物缀合物。该偶联物对多种苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(BtCry蛋白)变异体具有广谱亲和力，可实现对转基因和非转基因作物的准确快速鉴定。

转基因Bt作物对农业害虫控制和世界粮食供应有着深远的影响。随着CRISPR技术的出现，这些影响可能会进一步加剧。虽然转基因作物被认为是有益和有益的，但为了确保符合监管机构的规定和跟进杂交育种，对转基因作物的监控已成为政府监管的重要组成部分。酶联分析(ELISA)是监测转基因作物的重要方法。由于生物抗体的高度特异性，商业ELISA试剂盒只能检测BtCry蛋白的一种变体。目前，已有多种BtCry蛋白变异体通过基因工程手段成功改造成重要的经济作物。鉴别一种作物是否含有转基因成分，往往需要选择多种酶联免疫试剂盒逐一检测，才能最终确定，大大增加了监管难度和监测成本。因此，开发一种对不同BtCry蛋白变异体具有高亲和力和特异性的广谱非生物亲和配体，对于转基因作物的监测具有重要意义。

多肽表位-水凝胶共聚物合成示意图

通过对晶体结构和分子识别机制的分析，研究人员发现位于烟草Bt-R1重复单元CR7上的受体表位NITIHITDTNNK是识别BtCry蛋白变异体的常见独特型。该多肽序列与BtCry蛋白家族的许多重要钙粘蛋白样受体表位高度相似，因此可用于BtCry蛋白变体的广谱识别。虽然所选择的昆虫受体多肽表位可以实现对BtCry蛋白变体的生物识别，但由于缺乏必要的物理、机械和化学性质，多肽本身很难直接用于BtCry蛋白变体的提取、分离、富集和ELISA分析。将多肽表位偶联到合成的水凝胶共聚物上，可以使多肽具有良好的鲁棒性、粘附性、可加工性和多价展示性。

鉴于此，以多肽表位NITIHITDTNNK为主要功能单体，以丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或甲基丙烯酸甲酯为常用单体，合成了一个小而集中的多肽表位-水凝胶共聚物库。通过筛选文库获得了BtCry家族的多种蛋白质变体，包括BtCry1Ab、BtCry1Ac、BtCry1C、BtCry1F和Cry2A。多肽表位-水凝胶共聚物具有广谱识别能力、高吸附容量、快速吸附速度和pH敏感的吸附-脱附特性，用作水和土壤中BtCry蛋白的提取、分离和富集的选择性吸附剂。同时，以生物素标记的多肽表位-水凝胶共聚物为识别元件(非生物抗体)，建立了分析BtCry蛋白变异体的ELISA方法，并用于识别转基因和非转基因棉花和水稻。与传统的ELISA方法相比，该方法具有广谱识别能力，只需一个自制的ELISA试剂盒就可以鉴定不同BtCry蛋白基因的转基因棉花。该方法线性范围宽，准确度高。但用这种方法鉴定转基因水稻时，由于背景干扰的影响，可能会造成假阳性结果。如何消除背景干扰是研究后期需要进一步解决的问题。

a)筛选不同单体组成和比例的多肽表位-水凝胶共聚物对BtCry1Ac蛋白的亲和力

b)选择性比较选择的多肽表位-水凝胶共聚物P4与BtCry家族蛋白和常规蛋白

多肽表位-水凝胶共聚物在BtCry蛋白样品预处理和ELISA分析中的应用

在前期工作中，研究人员通过分析BtCry1Ab/Ac蛋白与烟草钙粘蛋白受体Bt-R1复合物的晶体结构、结合表位和热点，设计并筛选出两种对BtCry1Ab/Ac蛋白具有选择性识别能力的聚合物仿生亲和配体，即以丙烯酸和苯丙氨酸为单体合成的水凝胶聚合物纳米粒子。研究结果刊登在杂志上。

rnal of American Chemical Society和ACS Applied Materials Interfaces上发表。该研究在此基础上，将多肽功能单体引入水凝胶共聚物中，使得到的非生物亲和配体对BtCry 族蛋白变体具有更高的吸附容量，更强的亲和力，更快的吸附动力学，以及广谱的分子识别能力。

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