Der Aufstieg synthetischer biostruktureller Proteine

Biostrukturproteine, natürlich entstandene Makromoleküle wie Seidenfibroin, Elastin und Kollagen, zeichnen sich durch außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität und Abbaubarkeit aus. Ihre hierarchischen Aufbaufähigkeiten ermöglichen die Bildung hochentwickelter Materialien, darunter Fasern, Bündel, Nanoträger, Mikrostrukturen, Gerüste und biolebende Materialien – alles jetzt durch künstliche Gensynthese erreichbar.

Forschungsfortschritt:

• 2010: Durch Neuanordnung von GB1-Modulen und konservierten Wiederholungen wurde künstliches Elastin entwickelt, das natürliche Titinstrukturen nachahmt.
• 2016: Mithilfe der zyklischen Proteinselbstassemblierung von SP1 wurde ein künstliches Lichtsammelsystem geschaffen, das natürliche Photobakterien nachahmt. Die Expression in heterologen Systemen wie Bakterien, Hefen und gentechnisch veränderten Pflanzen wurde ebenfalls erreicht.
• 2021: Für die mechanische Regulierung von Stammzellen wurden lichtempfindliche Halteseile entwickelt, die eine Methode zur Kontrolle der Zelldifferenzierung durch Mechanotransduktion bieten.

Anwendungen:

Das hydrophile und biokompatible Kollagen wird in künstlichen Sehnen, Blutgefäßen, Zahnimplantaten und vielem mehr verwendet. Seidenfibroin und elastinähnliche Proteine ​​bilden Nanoträger für die kontrollierte Verabreichung von Medikamenten. Peptid-Assemblierungen lassen sich mit funktionellen Medikamenten integrieren und verbessern so die Nanoträger für die Immuntherapie.

Vorteile Nachteile:

• Vorteile: Mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität und Abbaubarkeit.
• Nachteile: Instabilität in synthetischen Systemen aufgrund hoher Molekulargewichte und wiederholter Sequenzen; geringe Kompatibilität mit prokaryotischen Systemen; Beschädigung der Proteinstruktur während der Assemblierung; unklare Aminosäuresequenz-Struktur-Funktionsbeziehungen.

Fazit:

Eine effiziente, skalierbare und kostengünstige Biosynthese von hochleistungsfähigen Strukturproteinen ist von entscheidender Bedeutung. Synthetische Systeme zur Proteinsekretion senken die Reinigungskosten. Gen-Editierung, gerichtete Evolution und synthetische Biologie werden die Entwicklung effizienter Wirte vorantreiben. Yaohai Bio-Pharmas „Gene Factory“ automatisiert die Synthese, senkt die DNA-Kosten und revolutioniert die Biowissenschaften.

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