古代折纸艺术被用来制作复杂的鸟或其他形状，华盛顿大学圣路易斯分校麦凯维工程学院科学家受到DNA折纸的启发，发现了一种利用合成生物学和蛋白质组装技术制造单链蛋白质纳米结构的新方法。该团队使用稳定的蛋白质构建块，创造出三角形和正方形的纳米结构。这些蛋白质纳米结构可以承受高温和苛刻的化学条件，而这两种情况在DNA基纳米结构中是不可能的。

　　在未来，这些蛋白质纳米结构可以用来提高传感能力，加速化学反应，在药物传递和其他应用。当试图创建适合特定应用的蛋白质纳米结构时，科学家通常会对现有的蛋白质结构(如病毒颗粒)进行修改。然而，使用这种方法可以得到的纳米结构形状仅限于大自然所提供。现在能源，环境和化学工程副教授和实验室成员已经开发了一种自下而上的方法来构建二维纳米结构，基本上是从零开始，建造大自然没有不存在的东西更令人兴奋。

　　将单个折叠的蛋白质用作构建块，然后将它们一块一块地组装起来，这样就能创造出量身定制的纳米结构，这项研究的结果发表在《自然通讯》上。利用合成生物学方法，研究团队首先生物合成了棒状的蛋白质构建块，形状类似于铅笔，但只有12纳米长。然后通过反应蛋白结构域将这些构建块连接在一起，这些结构域通过基因融合到每根杆子的两端，形成三个杆子组成的三角形和四个杆子组成的正方形。

　　这些反应蛋白区域被称为分裂内蛋白，该实验室研究团队用来制造高强度合成蜘蛛丝和合成粘着贻贝足蛋白复制品的工具。在这两种情况下，这些分裂的内珠蛋白群都能产生大量蛋白质，使合成的蛛丝更坚韧，贻贝足部的蛋白质更粘。在这种情况下，它们使新型纳米结构的构建成为可能。研究了连接处蛋白质序列如何决定这些纳米结构的灵活性，并预测蛋白质序列，从而更好地控制纳米结构的灵活性和几何形状。合成生物学实验室和帕普教授生物物理建模实验室之间的合作已经证明非常有效。

　　这种协作简化了一个非常复杂的过程，一旦理解了设计策略，这项研究就变得相当简单，而且非常有趣，只是控制不同的官能团，然后控制形状。由于蛋白质具有多种功能，这些纳米结构有望作为支架材料组装各种纳米材料。为了验证这个想法，研究小组在三角形的顶点上精确地组装了1纳米金纳米颗粒。在该大学材料科学与工程学院的新电子显微镜下，蛋白质三角形和聚集在三角形顶点上的金纳米颗粒都是可见的。为了测试这些蛋白质纳米结构的稳定性，研究小组将它们暴露在高温下，高达98摄氏度，化学物质，如盐酸胍，和有机溶剂，如丙酮。

　　虽然这些条件通常会破坏蛋白质结构，但实验室的结构却完好无损。这种超稳定性可以使更多的纳米应用成为可能，而使用DNA或其他蛋白质制成的纳米结构很困难或不可能。接下来，利用这些蛋白质纳米结构开发改进的等离子体传感器。利用高度稳定结构构建块与本质上无序或灵活区域之间的相互作用，为设计具有可定制特性的纳米结构，用于合成生物学和生物医学科学的各种应用提供了一种新途径。

　　博科园｜研究/来自：华盛顿大学圣路易斯分校

　　参考期刊《

　　自然通讯

　　》

　　DOI: 10.1038/s41467-019-11285-8

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