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。     

点饱和突变技术及其在蛋白质工程中的应用

点饱和突变技术是蛋白质工程中的一门新兴技术,它通过对目的蛋白的编码基因进行改造,短时间内获取靶位点氨基酸分别被其它19种氨基酸替代的突变子。此技术不仅是蛋白质定向改造的强有力工具,而且是蛋白质结构－功能关系研究的重要手段。本文概述了几种常用点饱和突变技术,介绍了其在蛋白质工程中的应用状况,讨论了其在应用中的问题,展望了其应用前景。     

蛋白内含子与蛋白剪接

蛋白内含子和蛋白剪接是蛋白质研究的前沿领域。重点介绍了蛋白内含子的结构和蛋白剪接机理的最新研究成果 ;蛋白内含子如同RNA剪接中的内含子 ,也是一类可移动的遗传元件 ;蛋白内含子目前研究的热点是蛋白内含子的功能研究及其在蛋白质工程和其它生物工程领域的用。     

甜蛋白与抗虫蛋白

在植物中发现有极甜的蛋白质。植物中也有抗虫的蛋白质,其中一类抗虫蛋白与甜蛋白在结构上极为相似。介绍了它们的研究现状和广泛的应用前景。     

分子酶工程的研究进展

随着基因工程和蛋白质工程的进展和应用,酶工程在分子水平上的研究与应用也得到了迅猛发展。本着重介绍了酶基因克隆与异源表达、酶分子的定向改造和进化、融合蛋白与融合酶、酶的人工模拟(抗体酶、分子印迹技术)和端粒酶,综述了分子酶工程的研究进展、趋势及其应用。     

甜蛋与抗虫蛋白

在植物中发现有极甜的蛋白质。植物中也有抗虫的蛋白质。其中一类抗虫蛋白与甜蛋白在结构上极为相似。介绍了它们的研究现状和广泛的应用前景。     

工程蛋白用作特异性结合试剂

随着蛋白质工程的发展和蛋白质文库选择技术的出现,我们开始了对大量人工改造的作为结合分子的蛋白支架的探索,并且已经获得了有价值的结合蛋白支架,这就预示着用于生物技术和临床的抗体有了新的替代物。主要介绍了不同类型的结合蛋白支架以及它们的结构特征。     

蛋白质工程：从定向进化到计算设计

定向进化通过建立突变体文库与高通量筛选方法,快速提升蛋白的特定性质,是目前蛋白质工程最为常用的蛋白质设计改造策略。近十年随着计算机运算能力大幅提升以及先进算法不断涌现,计算机辅助蛋白质设计改造得到了极大的重视和发展,成为蛋白质工程新开辟的重要方向。以结构模拟与能量计算为基础的蛋白质计算设计不但能改造酶的底物特异性与热稳定性,还可从头设计具有特定功能的人工酶。近年来机器学习等人工智能技术也被应用于计算机辅助蛋白质设计改造,并取得瞩目的成绩。文中介绍了蛋白质工程的发展历程,重点评述当前计算机辅助蛋白质设计改造方面的进展与应用,并展望其未来发展方向。     

重组贻贝足蛋白的研究进展与应用*

贻贝足蛋白是一类通过贻贝足腺分泌的蛋白质复合物,与基质表面发生反应而产生极强的黏附作用。其在海洋环境中具有强黏附能力、可降解性和优秀的生物相容性等优点,因此常被用做生物医药黏合剂。但提取天然蛋白质受原料来源限制,且工艺烦琐导致价格高昂,阻碍了贻贝足蛋白的进一步应用发展。微生物合成的最新进展为贻贝足蛋白的产出提供了一种新思路,并且具有扩大规模生产的意义。主要综述了贻贝足蛋白的基因工程生产方法,总结了重组蛋白在黏附抗污涂层、组织工程材料等领域的应用现状。同时对其研究方向进行了展望,指出重组贻贝足蛋白的进一步发展的关键技术是解析蛋白质的构效和层级结构,在此基础上提高其异源表达水平,以获得更多生物功效性的衍生产品。     

重组贻贝足蛋白的研究进展与应用*

贻贝足蛋白是一类通过贻贝足腺分泌的蛋白质复合物,与基质表面发生反应而产生极强的黏附作用。其在海洋环境中具有强黏附能力、可降解性和优秀的生物相容性等优点,因此常被用做生物医药黏合剂。但提取天然蛋白质受原料来源限制,且工艺烦琐导致价格高昂,阻碍了贻贝足蛋白的进一步应用发展。微生物合成的最新进展为贻贝足蛋白的产出提供了一种新思路,并且具有扩大规模生产的意义。主要综述了贻贝足蛋白的基因工程生产方法,总结了重组蛋白在黏附抗污涂层、组织工程材料等领域的应用现状。同时对其研究方向进行了展望,指出重组贻贝足蛋白的进一步发展的关键技术是解析蛋白质的构效和层级结构,在此基础上提高其异源表达水平,以获得更多生物功效性的衍生产品。     

基因工程改良作物营养品质的研究

综述了近10年来采用基因工程技术改良作物蛋白质、糖类、脂类营养成分研究的最新发展,尤其对作物蛋白质含量及氨基酸组分改良方面进行了详细描述;并简要介绍了基因工程食品可能存在的不安全性问题及解决的办法。     

胰岛素蛋白质工程研究进展

近年来,胰岛素蛋白质工程研究进展很快,主要介绍具有临床意义的速效长效和高效胰岛素研究概况,包括分子设计基础,生物活性和应用前景等.此外,还讨论了胰岛素的受体结合部位及胰岛素与其受体相互作用的研究近况．     

重要谷类种子贮藏蛋白的特性及改良研究

在成熟谷类种子中,总蛋白约为种子干重的7％～16％,其中大部分为贮藏蛋白。这些贮藏蛋白对于人类和牲畜所需要的营养质量以及在食品加工中都有重要的影响。本文对一些重要谷类种子贮藏蛋白的组成特性以及利用基因工程技术提高谷类种子蛋白质含量和质量进行了全面综述。此外,还简要介绍了在利用基因工程改良谷物种子品质中可能产生的食品安全性问题、如何增加外源基因的表达量和全面提高谷类种子蛋白质含量以及解决的办法。     

减蛋综合症病毒纤维蛋白C-末端的分泌表达及抗原性分析(英文)

目的:在大肠杆菌中分泌表达重组纤维蛋白的C-末端序列,并检测其抗原性。方法:采用PCR技术扩增了减蛋综合症病毒(EDSV)纤维蛋白C-末端的编码基因,并将其克隆到组成型分泌表达载体pUC18ompAcat上构建pUC18ompA-EDS。将该重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株构建工程菌,培养工程菌以表达目的蛋白。结果:SDS-PAGE分析表明,纤维蛋白C-末端在大肠杆菌中成功实现了表达,且部分重组蛋白分泌到了周质空间和胞外的培养基中,Ni2+-NTA树脂分离纯化后,Western blotting对其免疫原性的分析表明,重组蛋白可与鸡抗EDSV血清发生特异反应。结论:说明获得的纤维蛋白的C-末端具有明显的抗原性,该研究对于开发预防EDSV的基因工程疫苗的研究具有一定参考作用。     

超突变细胞在进化工程中的开发与应用

通过进化工程技术改造微生物细胞的生理表型是生物技术和生物炼制领域的重要研究方向,但是现阶段的各种进化工程技术面临效率低或连续性差的问题。超突变细胞能够进行自发、连续的胞内诱变,将其应用于进化工程技术能够实现连续、高效的菌种改造。本文详细介绍了自然界中超突变细胞产生的遗传机制和相应的人工超突变细胞的构建策略,以及应用此类超突变系统在微生物细胞生理性能改造和蛋白质突变体文库高效构建上取得的进展。随着相关领域认识和技术的加强,未来人工超突变细胞的构建将继续向着不同维度上可控性、靶向性不断提高的方向发展,从而为细胞和蛋白的改造提供更强更优的进化动力。     

蛋白质定向进化及其在微生物代谢调控中的应用

蛋白质定向进化是非理性改造蛋白质的一种有效方法。利用蛋白质定向进化技术可以改变代谢流,扩展或构建新的代谢途径,弱化或消除不必要或有害的代谢途径,从而达到提高某种代谢产物产率或降解有害物质的目的。蛋白质定向进化技术在代谢调控中的应用有效拓宽了代谢工程的应用范围。本文介绍了主要的蛋白质定向进化技术如易错PCR技术、DNA改组技术、交错延伸技术和临时模板随机嵌合技术等,评述了蛋白质定向进化技术对微生物细胞代谢中的关键蛋白进行定向改造,从而改善其代谢能力,调控微生物代谢等的应用。     

The state-of-the-art strategies of protein engineering for enzyme stabilization

Enzymes generated by natural recruitment and protein engineering have greatly contribute in various sets of applications. However, their insufficient stability is a bottleneck that limit the rapid development of biocatalysis. Novel approaches based on precise and global structural dissection, advanced gene manipulation, and combination with the multidisciplinary techniques open a new horizon to generate stable enzymes efficiently. Here, we comprehensively introduced emerging advances of protein engineering strategies for enzyme stabilization. Then, we highlighted practical cases to show importance of enzyme stabilization in pharmaceutical and industrial applications. Combining computational enzyme design with molecular evolution will hold considerable promise in this field.     

噬菌体展示技术研究进展

噬菌体表面展示技术是一种将外源蛋白或抗体可变区与噬菌体表面特定蛋白质融合并展示于其表面,构建蛋白质或抗体库,并从中筛选特异蛋白质或抗体的基因工程技术。介绍这一技术的原理、相关展示系统以及在蛋白质相互作用的研究,抗体及疫苗的制备、多肽药物的研制等方面的应用潜力和独特的优点。     

绿色荧光蛋白基因原核表达载体的构建及其在昆虫肠道短短芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌中的表达

【目的】构建带有苏云金芽孢杆菌cry3a基因非芽孢依赖启动子和绿色荧光蛋白基因gfp(Green Fluorescent Protein)的原核表达载体,并转化从桑粒肩天牛幼虫肠道分离的两株常驻细菌短短芽孢杆菌CQUBb和苏云金芽孢杆菌CQUBt,以检测cry3a启动子在昆虫肠道常驻菌中的启动子活性,获得GFP标记菌株,为常驻菌在昆虫幼虫肠道中的定殖情况和杀虫工程菌的构建奠定基础。【方法】采用重叠延伸PCR将cry3a基因启动子和gfp基因进行融合,并与pHT304载体连接构建重组质粒pHT3AG,获得的重组质粒以电脉冲转化肠道常驻菌短短芽孢杆菌CQUBb和苏云金芽孢杆菌CQUBt,于可见光和荧光显微镜下观察荧光并通过SDS-PAGE分析重组菌株的蛋白表达情况,然后对重组菌株进行生长动力学分析和稳定性测试。【结果】重组菌在营养期大量组成型表达GFP,经电泳分离在凝胶上出现约29kDa的特异蛋白条带;重组菌生长曲线与出发菌没有显著差异,说明外源质粒未对宿主菌的生长带来明显不利影响;抗性条件下传代30次后两菌株外源质粒稳定性仍可达95%、67%;两个菌株比较,CQUBb比CQUBt质粒转化率高、重组菌GFP表达时间长、表达量大,并且重组菌株稳定性好。【结论】成功地将cry3a基因核心启动子和gfp基因转入桑粒肩天牛幼虫肠道常驻菌,实现了该启动子在Bt之外的菌株中发挥作用,构建了两个GFP标记菌株;重组基因工程菌株表达量大,稳定性好,可以用作昆虫肠道内微生态研究和芽孢杆菌表达系统以及杀虫菌株的构建。     

Suppressing mutation-induced protein aggregation in mammalian cells by mutating residues significantly displaced upon the original mutation

Mutations introduced to wild-type proteins naturally, or intentionally via protein engineering, often lead to protein aggregation. In particular, protein aggregation within mammalian cells has significant implications in the disease pathology and biologics production; making protein aggregation modulation within mammalian cells a very important engineering topic. Previously, we showed that the semi-rational design approach can be used to reduce the intracellular aggregation of a protein by recovering the conformational stability that was lowered by the mutation. However, this approach has limited utility when no rational design approach to enhance conformational stability is readily available. In order to overcome this limitation, we investigated whether the modification of residues significantly displaced upon the original mutation is an effective way to reduce protein aggregation in mammalian cells. As a model system, human copper, zinc superoxide dismutase mutant containing glycine to alanine mutation at position 93 (SOD1^G93A) was used. A panel of mutations was introduced into residues substantially displaced upon the G93A mutation. By using cell-based aggregation assays, we identified several novel variants of SOD1^G93A with reduced aggregation propensity within mammalian cells. Our findings successfully demonstrate that the aggregation of a mutant protein can be suppressed by mutating the residues significantly displaced upon the original mutation.