细胞内纳米3D打印机：从细胞内蛋白质晶体合成稳定的细丝

蛋白质组件，例如笼、环、细丝和薄片，具有与超分子结构相关的许多独特功能。这种组件是通过调节蛋白质与蛋白质的相互作用而人工制造的，例如金属配位、大环介导、共价和 非共价相互作用。蛋白质执行的许多功能（在我们眼中）将生命与无生命的物质区分开。多分子蛋白质装配体甚至具有大规模的结构功能，如动物的羽毛、头发和鳞片所证明的。毫不奇怪，随着先进纳米技术和生物工程技术的进步，人造蛋白质组装已在包括催化、分子存储和药物递送系统在内的多个领域中得到了应用。然而，制造高度有序的蛋白质装配体仍具有挑战性。

要使单体（蛋白质的组成部分）稳定地组装成所需的结构是特别困难的。这通常需要非常精确的设计和控制合成条件，例如pH（酸度）和温度。最近的研究发现了通过使用蛋白质晶体（某些生物中自然发生的固体分子排列）作为产生蛋白质组装体的前体基质来解决此问题的方法。

来自日本东京工业大学Takafumi Ueno教授领导的科学家团队一直在研究一种有前途的从蛋白质晶体合成蛋白质组装体的方法。他们的策略涉及将突变引入自然产生蛋白质晶体的生物的遗传密码中。这些突变导致二硫键（S-S）在晶体中非常特定的位置的单体之间形成。然后将晶体溶解，但是不是像往常一样完全分解成它们的单个单体，而是新引入的S-S键将单体基团保持在一起，并且晶体****成许多所需的蛋白质装配体。通过这种方法，Takafumi Ueno的团队已成功地通过将活细胞用作纳米3D打印机来合成蛋白质的笼子和试管。

在他们发表于Angewandte Chemie国际版的最新研究中，研究小组展示了他们新颖策略的另一种应用。这次用于捆绑蛋白丝的合成。他们使用了一种感染了一种病毒的昆虫细胞 (Spodoptera frugiperda) 培养物，这种病毒导致一种称为“ TbCatB”的单体过度表达。这些单体在细胞内自然聚集为蛋白质晶体，蛋白质晶体通过单体之间相对较弱的非共价相互作用而保持在一起。科学家从战略上在细胞中引入了两个突变，这样每个单体在与其他单体的关键界面点上都具有两个半胱氨酸的巯基（-SH）。

总体而言，Tokyo Tech团队证明的方法是通过合理的基因工程和使用某些生物体细胞天然可用的工具合成蛋白质结构的创新方法。Takafumi Ueno总结说：“我们认为我们的合成方法在纳米生物材料科学和超分子化学中是有用的进步，可以从蛋白质晶体生产出所需的稳定组装体。”只有时间会证明使用该策略还能产生其他有用的分子结构，以及它们会发现哪些有趣的应用。这种方法将被认为是纳米生物材料科学和超分子化学的一个有用的进展，作为一种利用蛋白质晶体构建可持续组装的合成方法。