高产量的spidroin通过计算设计模仿生物灵感纤维

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 蛋白质工程是指蛋白质工程.
• 合成生物学 合成生物学

背景情况:

• 蜘蛛丝的特殊特性 (机械强度,生物相容性,生物降解性) 为生物材料提供了重要的潜力.
• 蜘蛛丝蛋白 (spidroins) 的大规模生产受到异质表达的挑战的限制,包括低产量和 prokaryotic 系统中不溶性蛋白质聚合物.

研究的目的:

• 为了克服表达障碍,并实现可扩展的功能蜘蛛丝模仿器的生产.
• 设计可溶于水的,富含β叶的蜘蛛变体,以优化高效的 prokaryotic 表达.

主要方法:

• 深度学习和生物工程的整合,用于模仿蜘蛛的序列设计.
• 在Nephila clavipes MaSp1中计算选和用新型序列 (例如,ITVQQ) 替换聚氨酸图案.
• 在大肠杆菌中,工程蜘蛛的可溶性表达,然后使用循环二元化,SEM,静电旋转和分子动力学模拟进行表征.

主要成果:

• 与原生MaSp1 (41.5%) 相比,工程蜘蛛实现了高产量 (高达0.99g/L),并显示了增强的β叶含量 (高达81.3%).
• 结构分析揭示了密集,均的网络,并通过静电线成功制造纳米纤维.
• 分子动力学模拟证实了渐进的自我组装和减少溶剂可访问的表面积.

结论:

• 开发的战略有效地克服了蜘蛛生产的局限性,简化了净化,并使可调节的机械性能成为可能.
• 这项工作为可扩展生产高性能仿生纤维提供了蓝图.
• 工程蜘蛛对组织工程,手术和功能材料的应用充满希望.