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Angew：上海交大夏小霞課題組在活細(xì)胞內(nèi)限域生物合成方面取得新進(jìn)展
來源：上海交通大學(xué) 2022-12-08
導(dǎo)讀：近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室夏小霞課題組在模式原核生物細(xì)胞內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)的區(qū)室化限域合成，相關(guān)研究成果“Spatially Directed Biosynthesis of Quantum Dots via Spidroin Templating in Escherichia coli”作為“熱點(diǎn)論文”發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》期刊。上海交通大學(xué)碩士生陳夢婷、博士后胡春飛為共同第一作者，錢志剛副研究員和夏小霞教授為共同通訊作者。
生物合成量子點(diǎn)具有反應(yīng)條件溫和、綠色可持續(xù)、產(chǎn)物穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，因而是一種極具潛力的合成策略。目前能合成量子點(diǎn)的宿主多為細(xì)菌、真菌等微生物，由于參與合成的模板、離子等前體物質(zhì)在宿主內(nèi)呈分散狀態(tài)存在，而且合成機(jī)理尚不清晰，因此難以實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞水平的限域合成，造成對宿主細(xì)胞毒性大、合成效率低下等不足。
圖1 量子點(diǎn)在模式原核生物大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的限域合成夏小霞課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)，異源表達(dá)的蜘蛛絲等結(jié)構(gòu)蛋白通過液-液相分離在大腸桿菌胞內(nèi)形成“液滴樣”的無膜區(qū)室（Nat. Chem. Biol. 2020, 16: 1143-1148），進(jìn)而推測蛋白質(zhì)有序凝聚的特性可能有利于量子點(diǎn)的成核、生長及成熟。以CdSexS1-x為模式量子點(diǎn)，研究表明蛛絲蛋白能支持量子點(diǎn)在大腸桿菌細(xì)胞兩極的生物合成（以“點(diǎn)亮”細(xì)胞的熒光進(jìn)行表征），而且特定的β-折疊形成能力對于蛛絲蛋白發(fā)揮模板作用極為關(guān)鍵。進(jìn)一步的機(jī)理研究表明，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)的前體鎘離子可與蛛絲蛋白結(jié)合，誘導(dǎo)蛛絲蛋白從無規(guī)卷曲向β-折疊二級結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而招募含硫還原劑并通過氧化還原反應(yīng)在區(qū)室內(nèi)合成量子點(diǎn)。這不僅巧妙地“隔離”量子點(diǎn)合成過程減少了對宿主細(xì)胞的毒性，而且顯著提升了目標(biāo)量子點(diǎn)的合成效率和熒光壽命，體現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)限域合成的獨(dú)特優(yōu)勢。
圖2 大腸桿菌活細(xì)胞內(nèi)量子點(diǎn)限域合成的機(jī)理模型該論文成果成功建立了在活細(xì)胞內(nèi)通過區(qū)室化的蛋白質(zhì)模板限域合成量子點(diǎn)的方法，不僅為量子點(diǎn)的生物合成提供了一種“限域合成”的新視角，而且可為亞細(xì)胞原位成像、生物修復(fù)、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合催化等領(lǐng)域的應(yīng)用提供機(jī)遇。該研究獲得科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0909502）和國家自然科學(xué)基金（32071414）等研究項(xiàng)目的資助。參考資料：https://news.sjtu.edu.cn/jdzh/20221202/177246.html
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