L'ascesa delle proteine ​​biostrutturali sintetiche

Le proteine ​​biostrutturali, macromolecole evolute naturalmente come la fibroina della seta, l'elastina e il collagene, vantano eccezionali proprietà meccaniche, biocompatibilità e degradabilità. Le loro capacità di assemblaggio gerarchico consentono la formazione di materiali avanzati, tra cui fibre, fasci, nanocarrier, microstrutture, scaffold e materiali bio-viventi, tutti ora realizzabili tramite sintesi genica artificiale.

Avanzamento della ricerca:

• 2010: È stata sviluppata un'elastina artificiale che imita le strutture naturali della titina riorganizzando i moduli GB1 e le ripetizioni conservate.
• 2016: è stato creato un sistema di raccolta della luce artificiale che imita i fotobatteri naturali utilizzando l'autoassemblaggio della proteina ciclica SP1. È stata ottenuta anche l'espressione in sistemi eterologhi come batteri, lieviti e piante transgeniche.
• 2021: Sono stati progettati dei cavi sensibili alla luce per la regolazione meccanica delle cellule staminali, offrendo un metodo per controllare la differenziazione cellulare attraverso la meccano-trasduzione.

applicazioni:

Il collagene, idrofilo e biocompatibile, è utilizzato in tendini artificiali, vasi sanguigni, impianti dentali e altro ancora. La fibroina della seta e le proteine ​​simili all'elastina formano nanocarrier per la somministrazione controllata di farmaci. Gli assemblaggi di peptidi si integrano con farmaci funzionali, potenziando i nanocarrier dell'immunoterapia.

Vantaggi e svantaggi:

• Vantaggi: proprietà meccaniche, biocompatibilità e degradabilità.
• Svantaggi: instabilità nei sistemi sintetici dovuta agli elevati pesi molecolari e alle sequenze ripetute; bassa compatibilità con i sistemi procariotici; danneggiamento della struttura proteica durante l'assemblaggio; relazioni poco chiare tra sequenza-struttura-funzione degli amminoacidi.

Conclusione:

Una biosintesi efficiente, scalabile e conveniente di proteine ​​strutturali ad alte prestazioni è fondamentale. I sistemi sintetici per la secrezione proteica riducono i costi di purificazione. L'editing genetico, l'evoluzione diretta e la biologia sintetica guideranno lo sviluppo di ospiti efficienti. La "Gene Factory" di Yaohai Bio-Pharma automatizza la sintesi, riducendo i costi del DNA e rivoluzionando la bioscienza.

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