A ascensão das proteínas bioestruturais sintéticas

Proteínas bioestruturais naturalmente evoluíram macromoléculas como fibroína de seda, elastina e colágeno, ostentam propriedades mecânicas excepcionais, biocompatibilidade e degradabilidade. Suas capacidades de montagem hierárquica permitem a formação de materiais avançados, incluindo fibras, feixes, nanocarreadores, microestruturas, andaimes e materiais biovivos — todos agora alcançáveis ​​por meio da síntese genética artificial.

Progresso da Pesquisa:

• 2010: A elastina artificial imitando estruturas naturais de titina foi desenvolvida reorganizando módulos GB1 e repetições conservadas.
• 2016: Um sistema de coleta de luz artificial imitando fotobactérias naturais foi criado usando automontagem de proteína cíclica SP1. Expressão em sistemas heterólogos como bactérias, leveduras e plantas transgênicas também foi alcançada.
• 2021: Amarras sensíveis à luz foram projetadas para regulação mecânica de células-tronco, oferecendo um método para controlar a diferenciação celular por meio da mecanotransdução.

Aplicações:

O colágeno, hidrofílico e biocompatível, é usado em tendões artificiais, vasos sanguíneos, implantes dentários e muito mais. Fibroína de seda e proteínas semelhantes à elastina formam nanocarreadores para administração controlada de medicamentos. Conjuntos de peptídeos se integram a medicamentos funcionais, aprimorando nanocarreadores de imunoterapia.

Vantagens e desvantagens:

• Vantagens: Propriedades mecânicas, biocompatibilidade e degradabilidade.
• Desvantagens: Instabilidade em sistemas sintéticos devido a altos pesos moleculares e sequências repetidas; baixa compatibilidade com sistemas procarióticos; danos à estrutura da proteína durante a montagem; relações pouco claras entre sequência de aminoácidos, estrutura e função.

Conclusão:

A biossíntese eficiente, escalável e econômica de proteínas estruturais de alto desempenho é crucial. Sistemas sintéticos para secreção de proteínas reduzem os custos de purificação. Edição genética, evolução direcionada e biologia sintética impulsionarão o desenvolvimento de hospedeiros eficientes. A "Gene Factory" da Yaohai Bio-Pharma automatiza a síntese, reduzindo os custos do DNA e revolucionando a biociência.

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