蛛丝蛋白的研究进展及应用前景

蛛丝蛋白是一种很特殊的纤维蛋白。由丙氨酸组成的β－折叠和富含脯氨酸的α－螺旋,及其紧密堆砌的二级结构使之成为一种半结晶状态的分子弹簧结构,决定了蛛丝具有强度高,韧性大等一些重要特点。对其蛋白质序列的组成与结构人们已基本研究清楚;蛛丝蛋白基因部分序列的克隆已取得成功,在基因表达方面也取得了一些进展。虽然由于蛛丝蛋白基因序列的高重复性、不稳定性和较长的基因序列,使得对蛛丝蛋白的全基因克隆变得困难重重,但是蛛丝蛋白独特的结构和性质,使其在医学领域尤其是组织工程方面有着诱人的前景。     

蛛丝蛋白研究及其应用前景

蛛丝是由高度特化的上皮细胞分泌的多聚蛋白纤维组成的,这些多聚蛋白质纤维又是由存在着高度重复序列的水溶性的蛋白单体聚合而成的,蛛网牵引丝的强度,韧性和模系数都可与人工合成的高性能的纤维相媲美,故称生物钢,已经在哺乳动物细胞中获得表达的有60,110和140kD等几种不同分子量的重组蛛丝蛋白,而且表达的这些重组蛋白质都是分泌性的,利用表达的这些重组蛋白质经过抽丝和牵拉等工艺之后获得的人造蛛丝具备了天然蛛丝的各项机械性能,作为一种新兴的生物材料,具有巨大的开发应用前景。     

高分子量RGD-蛛丝蛋白重组体的构建、高密度发酵及纯化

蜘蛛丝是自然界综合性能优良的天然蛋白质纤维之一,因其具有良好的生物相容性和可降解性在生物医学领域具有潜在的应用前景。在本室已经构建的RGD-蜘蛛拖丝蛋白基因16多聚体基础上,通过首尾相连、倍加等方法进一步多聚化,得到RGD-蜘蛛拖丝蛋白基因32和64多聚体,分别将这两种多聚体与原核高效表达载体pET-30a( )连接,转化大肠杆菌BL21(DE3)pLysS,得到的32多聚体表达重组子命名为pNSR32,64多聚体表达重组子命名为pNSR64。通过酶切、琼脂糖电泳鉴定及对目的片段的测序均与理论值相符。将32和64多聚体基因序列注册GenBank,序列号分别为DQ469929和DQ837297。重组体pNSR32和pNSR64经IPTG诱导表达,SDS-PAGE图谱显示表达产物分子量分别为102kD和196.6kD,与天然蛛丝蛋白分子量接近并与理论值相吻合。高分子量的蛛丝蛋白在原核生物成功实现高效表达,在国内外尚未见报道。在此基础上对pNSR32工程菌进行高密度发酵,建立了简单高效的目的蛋白纯化工艺。     

重组杂合蛛丝蛋白MiSpNT-PySpRp-MiSpCT的二级结构表征

重组蛛丝纤维作为一种性能优异的生物材料,具有良好的生物相容性,在生物医学工程领域具有极大的潜在应用价值。已有研究表明,重组蛛丝蛋白可用作血管、神经导管及药物载体等,但其生物学功能仍有待研究。本研究以大腹园蛛基因组为模板,设计特异性引物,通过PCR扩增获得大腹园蛛梨状腺丝（piriform spidroin: PySp）一个完整重复区（Rp）编码序列;此Rp模块与MiSpNT/CT模块重组,构建微小型杂合蛛丝蛋白MiSpNT-PySpRp-MiSpCT,成功在大肠杆菌BL21中高效表达,借助8 mol/L尿素裂解缓冲液进行变性纯化,得到纯度较高的杂合蛛丝蛋白MiSpNT-PySpRp-MiSpCT,产量约100 mg/L。CD图谱显示,MiSpNT-PySpRp-MiSpCT蛋白质溶液主要以α-螺旋和无规卷曲形式存在,随着溶液pH值降低,部分α-螺旋向β-折叠转变;红外光谱显示,在自然成丝及冻干过程中,部分α-螺旋转化为β-折叠,符合天然蛛丝蛋白成丝过程的二级结构变化特征。本研究结果为今后获得具有天然蛛丝纤维优异性能的人工重组蛛丝纤维材料提供一种新的可能。     

乳糖诱导高分子量重组蛛丝蛋白发酵培养基优化

在M9培养基的基础上,以乳糖为诱导剂,对基因重组蛛丝蛋白工程菌pNSR32/BL21(DE3)的发酵培养基进行了优化。利用单因子实验和正交试验优化出表达高分子量重组蛛丝蛋白的最优培养基配方,结果表明：优化的碳源为0.3%的甘油,氮源为3%的酵母膏、0.75％的蛋白胨和0.05％(NH4)2SO4及少量的无机盐。优化培养基有利于菌体的生长和目的蛋白的表达,表达重组蛛丝蛋白达总蛋白量的20%。     

大腹园蛛鞭状腺蛛丝蛋白N端结构域的克隆表达及圆二色谱分析

鞭状腺蛛丝是6种蛛丝中延展性最好的丝,由鞭状腺蛛丝蛋白(FlSp)构成,具有极大的潜在应用价值。目前,有关FlSp的末端功能模块(NT和CT)编码基因的报道极少,且其结构和功能均尚未明确,这在一定程度上限制了鞭状腺蛛丝的仿生。现利用5′-RACE的方法,以大腹园蛛总RNA和基因组DNA为模板,首次获取了大腹园蛛FlSp NT模块(FlSp_A.v-NT)的完整编码基因,并对其成功进行了克隆、表达及纯化,产量可达60 mg/L;同时,利用圆二色谱(circular dichroism,CD)对FlSp_A.v-NT的二级结构进行了分析,结果显示其主要以α螺旋构象存在,这是首次对FlSp NT的二级结构进行探索,为后续FlSp NT结构功能的研究提供了材料,奠定了研究基础。     

三种蜘蛛丝蛋白组成分析

本文应用高压液相色谱（ＨＰＬＣ）法分析了岳麓山的大腹园蛛Ａｒａｎｅｕｓ ｖｅｎｔｒｉｃｏｓｕｓ（Ｃ．Ｋｏｃｈ,１８７８）,机敏漏头蛛Ａｇｅｌｅｎａ ｄｉｆｆｉｃｌｉｓ （Ｆｏｘ,１９３７）,白额巨蟹蛛Ｈｅｔｅｒｏｐｏｄａ ｖｅｎａｔｏｒｉａ （Ｌｉｎｎａｅｕｓ,１７５７）的丝蛋白的氨基酸组成,以ＳＤＳ－ＰＡＧＥ法测定了大腹园蛛不同丝腺体的未成丝的可溶性丝蛋白的分子量。实验结果表明蛛丝蛋白中占优势的     

丝素蛋白/壳聚糖复合材料在组织工程中应用的研究进展

丝素蛋白(silk fibroin,SF)和壳聚糖(chitosan,CS)具有良好的生物相容性和可降解性,然而单一组分的SF和CS支架材料的诸多缺点限制了其在组织工程研究中的应用。SF/CS复合材料克服单一组分SF和CS支架的缺点,具有力学性能优良、可塑性好、孔隙率及孔径可调和组分优势互补等特点。多种方法制备的SF/CS复合材料(微米/纳米颗粒、膜、纳米纤维、水凝胶和三维多孔支架)已用于骨、软骨、皮肤、神经、脂肪、心脏和角膜等组织工程或组织损伤修复的研究中。目前,国内外对于SF/CS复合材料在组织工程中应用的研究尚处于起步阶段。主要对SF/CS复合材料的特点、制备方法以及在多种组织工程中应用的研究现状进行了简要介绍。     

扩环酶的研究进展及其应用前景

扩环酶,也叫脱乙酰氧基头孢菌素Ｃ合成酶,催化青霉素Ｎ扩环生成脱乙酰氧基头孢菌素Ｃ,是头孢菌素生物合成中的关键酶。在真菌中它是一个双功能酶,同时具有扩环酶和羟化酶的活性;而在细菌中扩环和羟化却是由两个独立的酶来承担的。近年来,扩环酶被纯化成均一蛋白,有关它的性质、分子结构以及基因结构等方面的研究都取得了飞速发展,并不断地应用基因工程的技术探索其在抗生素生产上的应用。     

Construction of Synthetic Genes for Analogs of Spider Silk Spidroin 1 and Their Expression in Tobacco Plants

To obtain transgenic tobacco plants expressing recombinant analogs of spider dragline silk spidroin 1, artificial 1f5 and 1f9 coding for spidroin 1 analogs were 3"-fused in-frame with the reporter lichenase gene. The Tr2" weak constitutive promoter of Agrobacterium tumefaciens T-DNA and the strong constitutive promoter of the cauliflower mosaic virus 35S RNA gene were used as regulatory elements. The expression cassettes were used to transform agrobacteria and then introduced in tobacco leaf disks. On evidence of Southern hybridization, transgenic plants each carried a single copy of a hybrid gene, which corresponded in size to the constructed one. Zymography and Western blotting revealed full-length hybrid proteins in leaf extracts of transgenic plants. The results testified that plants can maintain and express synthetic genes for spider silks and, consequently, may be used as a convenient producer of recombinant silk analogs.     

蜘蛛丝蛋白研究进展

由于蜘蛛丝蛋白分子高度重复的一级结构、特殊的溶解特性和分子折叠行为以及具有形成非凡力学特性丝纤维的能力而引人注目。本文从蛛丝蛋白基因、天然蛛丝形成过程、蛛丝蛋白的基因工程生产及蛛丝蛋白的应用前景等几个方面着重介绍了近20年来对蛛丝蛋白的研究进展。围绕蛛丝蛋白展开的研究将有助于揭示蛋白质一级结构、蛋白质分子折叠与蛋白质大分子特性之间的内在联系。     

植物抗病基因工程的研究进展及前景展望

近年来,随着植物抗病基因(尤其是抗病毒基因)的分离,植物抗病机制的分子生物学和植物抗病基因工程的研究轰轰烈烈地展开并取得重大突破。本文针对植物抗病基因工程的原理、抗病基因、转化方法等方面的进展进行了综述,并对抗病基因工程的应用前景做了展望。     

透明质酸在组织工程领域的应用研究进展

透明质酸是由β(1-3)-N - 乙酰-D- 葡萄糖胺和 β(1-4)-D- 葡萄糖醛酸的双糖反复交替连接而构成的酸性黏多糖,广泛分布于脊 椎动物体内各种组织细胞间质中,具有重要生理功能。而外源性透明质酸具有理想的生物相容性和可降解性,其作为支架材料在组织工 程领域的应用具有独特优势。综述近年来透明质酸在组织工程不同领域的应用研究进展。     

解淀粉芽孢杆菌分子遗传操作及其应用研究进展

解淀粉芽孢杆菌是FDA认定的安全级(generally recognized as safe,GRAS)菌株,在工业酶制剂、高分子聚合物、大宗化学品、绿色生物农药等方面的生产具有突出的优势.近年来,随着解淀粉芽孢杆菌的分子遗传操作技术越来越成熟,对利用该菌开发成微生物发酵平台化菌株用于合成生物学制造领域提出了更迫切的需...     

EST的研究进展

EST(expressed sequence tags)是指从cDNA文库中随机挑取克隆并对其3′或5′端进行单轮自动测序所获得的短cDNA库列,一般长度为150～500 bp.EST作为一种快捷、高效的揭示基因组信息的方法,为寻找新基因、绘制遗传图谱、研究基因差异表达和比较基因组学及DNA芯片的制备等提供了大量的序列信息.总结了EST标记开发存在的一些问题及解决方法和主要EST标记(EST-SSR、EST-SNP、EST-RFLP、EST-AFLP)的开发策略.     

细胞支架研究进展

目前细胞培养通常采用二维平面培养技术,但由于在培养板和培养瓶二维细胞培养并不能完全模拟体内细胞的三维生长环境,因此所得的试验数据与在体情况有偏差。然而细胞支架材料却能为细胞提供一个良好的三维生长环境,更利于细胞粘附、生长和增殖。目前可用于细胞支架材料的来源有天然和人工两大类,现将细胞支架研究进展综述如下。     

Bcl-2蛋白的研究进展

Bcl-2基因属于Bcl-2基因家族,其表达的Bcl-2蛋白在细胞凋亡过程中通过抑制线粒体中细胞色素C的释放,可明显地抑制细胞凋亡。由于在大规模的细胞培养过程中,细胞的死亡以凋亡为主,所以可通过建立稳定过表达Bcl-2蛋白的重组细胞株,以抑制细胞的凋亡。同时,Bcl-2蛋白的变化不但可预见肿瘤的发生,而且通过药物降低Bcl-2的含量对于肿瘤的治疗也具有积极的意义。本文综述了Bcl-2蛋白的结构、功能、抗凋亡作用的机理,以及目前在生物制药和临床方面的应用和前景。     

林木遗传连锁图谱构建研究进展与发展方向

本文就目前国内外林木连锁遗传图谱领域的研究进展进行了综述,指出了该领域研究中存在的主要问题,即一方面是作图个体的数量有限,另一方面是采用的标记以随机标记为主,导致了建成的图谱以及利用图谱获得的数量性状基因位点（QTLs）信息具有杂交组合特异性,造成了QTLs的可信度和在林木遗传改良以及标记辅助选择中的实用性降低等现象。针对存在的问题,讨论了根据林木生物学特点选择合适遗传标记的意义,指出进行林木比较作图研究的重要性和必要性。文中接着较为详尽地介绍了国外重要林木表达序列标签（EST）测序项目的研究进展,论述了功能已知和种间高度保守的表达序列标签多态性（ESTP）标记的由来,阐述了获得ESTP标记的主要方法,并指出应当利用ESTP标记进行林木遗传图谱构建、QTL定位和比较作图的研究。文中最后讨论了未来林木遗传图谱构建和QTL定位研究的发展方向,并探讨了我国在该领域取得重大进展的突破口,指出我国应首先进行杨树尤其是中国乡土杨树树种该方面的研究。 Abstract:The research progress in genetic linkage map construction of forest tree species both at home and abroad were reviewed in the paper.Two main problems involved in the field were discussed.One was the limitation of the number of individuals of mapping populations and the other was the random markers mostly employed by the majority of studies.These problems have resulted in crossing combination specificity in the constructed maps and the QTLs located on the basis of the maps.As a result,the QTLs discovered up to now have low credibility and poor practicability in marker-assisted selection.Therefore considering the biological characteristics of forest tree species,the selection of the most suitable genetic markers is crucial to obtain a high quality genetic linkage map,and it is both important and necessary to carry out comparative genetic mapping.Progress in the ongoing expressed sequence tag (EST) sequencing projects were summarized and EST polymorphism (ESTP),the most informative and highly conservative marker with known function,as well as the main ESTP detection techniques were elaborated.It was pointed out that ESTP markers should be integrated into the present studies of genetic linkage map construction,QTL mapping and genome comparative mapping.Finally the future prospects in the fields of genetic linkage map and QTL mapping were discussed.In China,Such studies around Populus,especially in the local Populus species should make a breakthrough in the related fields.