Der Aufstieg der Synthetischen Biostrukturellen Proteine

Biostrukturproteine, natürliche Makromoleküle wie Seidenfibroin, Elastin und Kollagen, weisen außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität und Abbaufähigkeit auf. Ihre hierarchischen Versammlungsfähigkeiten ermöglichen die Bildung fortschrittlicher Materialien, einschließlich Fasern, Bündeln, Nanoträgern, Mikrostrukturen, Gerüsten und lebenden Biomaterialien – all dies ist mittlerweile durch künstliche Gensynthese erreichbar.

Forschungsfortschritt:

• 2010: Künstliches Elastin, das natürliche Titinstrukturen nachahmt, wurde durch Umordnung von GB1-Modulen und konservierten Wiederholungen entwickelt.
• 2016: Ein künstliches Lichtaufnahmesystem, das natürliche Photobakterien nachahmt, wurde mit Hilfe der zyklischen Proteinselbstversammlung von SP1 erstellt. Eine Expression in heterologen Systemen wie Bakterien, Hefen und gentechnisch veränderten Pflanzen wurde ebenfalls erreicht.
• 2021: Lichtreaktive Tether wurden zur mechanischen Regulation von Stammzellen entworfen, was eine Methode bietet, um die Zelldifferenzierung durch Mechanotransduktion zu kontrollieren.

Anwendungen:

Kollagen, hydrophil und biokompatibel, wird in künstlichen Sehnen, Blutgefäßen, dentalen Implantaten und mehr eingesetzt. Seidenfibroin und elastinartige Proteine bilden Nanoträger für eine kontrollierte Medikamentenzuführung. Peptidversammlungen integrieren funktionelle Medikamente, was die Effizienz von Immuntherapie-Nanoträgern erhöht.

Vorteile & Nachteile:

• Vorteile: Mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität und Abbaubarkeit.
• Nachteile: Instabilität in synthetischen Systemen aufgrund hoher Molekulargewichte und wiederholter Sequenzen; geringe Kompatibilität mit prokaryotischen Systemen; Schäden an der Proteinkonformation während der Versammlung; unklare Beziehungen zwischen Aminosäuresequenz-Struktur-Funktion.

Fazit:

Effiziente, skalierbare und kostengünstige Biosynthese hochleistungsfähiger Strukturproteine ist entscheidend. Synthetische Systeme für die Proteinschüttung reduzieren die Reinigungskosten. Genome-Editing, gerichtete Evolution und synthetische Biologie werden die Entwicklung effizienter Wirtsorganismen antreiben. Yaohai Bio-Pharmas "Gen-Fabrik" automatisiert die Synthese, senkt so die DNA-Kosten und revolutioniert die Bioscience.

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