分子印跡與蛋白識別

2020-12-04 中國數字科技館

分子印跡是模擬抗體和酶的專一識別性能的重要仿生識別技術。分子印跡材料在滿足人工抗體選擇性和特異性要求的同時, 還可以彌補天然抗體物理化學穩定性差、製備複雜、價格昂貴、篩選困難等缺陷, 並已經廣泛應用於分離、樣品處理和傳感等領域。然而, 其中的成功案例主要以小分子為主, 蛋白質分子印跡的發展相對滯後。

21世紀以來, 材料科學等學科的迅速發展為蛋白質分子印跡技術提供了新的契機。近年來蛋白質分子印跡已取得一定的研究進展, 其中不乏一些成功的新型蛋白質印跡策略。這些性能優異、功能獨特的新型蛋白質印跡材料, 已經在蛋白組學、疾病診斷/治療、生物成像等領域中展現出獨特的優勢和潛力。

福州大學林子俺教授課題組從蛋白質分子印跡策略出發, 總結了近十年來發展的蛋白質分子印跡新方法、新策略, 闡述了各種策略的獨特優勢, 並綜述了該領域的發展方向和應用前景。

(一)納米骨架表面印跡

納米材料包括SiO2, Fe3O4, 量子點, 納米線, 碳納米管, 石墨烯等, 具有比表面積大、成本低、製備簡單的特點, 製備得到的納米骨架蛋白表面印跡材料吸附容量高, 具有更快的結合動力學。同時, 和特殊的納米材料結合, 納米骨架蛋白表面印跡材料還能被賦予新的獨特性能, 如磁響應、螢光等。

(二)硼酸親和表面印跡

硼酸親和表面印跡是針對糖基化蛋白的印跡方法。硼酸親和表面印跡發展至今, 已經能夠對糖蛋白進行高選擇性、高特異性的親和識別, 並已應用到蛋白組學、生物成像、臨床診斷等領域。尤其是劉震課題組發展的普適的硼酸親和可控定向表面高效印跡法, 展現了優越的分子識別性能。

(三)抗原決定基印跡

抗原決定基印跡是以蛋白質表面暴露的一小段短肽為模板進行印跡, 最接近抗體或酶識別抗原或受體的印跡方法。抗原決定基表面印跡的最大優勢在於, 只要獲取目標蛋白的肽段序列, 就可以其中一段肽段為模板製備出相應的蛋白質印跡材料。

(四)固相合成

固相合成是一種在固定模板的載體上合成分子印跡材料的方法。該方法生產效率高、模板可重複利用, 適合大規模工業生產, 得到的納米分子印跡聚合物識別位點均一、親和力強、溶解性好、穩定性強, 具有和單克隆抗體相當的尺寸和特異性, 在臨床診斷、生物分析領域有潛在的應用價值。

(五)印跡後修飾

印跡後修飾的主要機理是對印跡空穴中的特殊功能單體進行位點特異性修飾, 通過化學修飾的方式賦予印跡聚合物新的性能, 真正實現「量身定製」, 如螢光信號、結合活性開/關轉換、結合特性精細調節等。

總的來說，蛋白質分子印跡近十年來在合成策略和方法上已得到很大的創新和進步，一系列性能優異、功能獨特的蛋白質印跡材料不斷湧現。然而，通用性好、適應性強的蛋白質印跡方法還未出現。因此，開發普適、通用的蛋白質分子印跡方法依然是蛋白質分子印跡領域的主要挑戰和目標。

文/賀燕庭, 白璟, 林子俺

本文來自《科學通報》

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