[發(fā)明專利]基于S-層蛋白體外自組裝的多功能生物納米材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410052723.6
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103805580B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張先恩;王殿冰;王旭穎;張治平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院生物物理研究所
• 主分類號: C12N9/36
• 分類號: C12N9/36;C12N15/75;A62D3/02;G01N33/68;G01N33/577;A62D101/28;A62D101/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物納米材料，特別是涉及一種基于S-層蛋白體外自組裝的多功能新型生物納米材料。

背景技術(shù)

生物、化學、材料等多種學科的交叉發(fā)展，開創(chuàng)了納米科學的新時代。如今，納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超分子結(jié)構(gòu)、裝置的制造，并在多個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，但是如何獲得具有精細結(jié)構(gòu)、尺寸均一、功能化的納米材料仍然是個挑戰(zhàn)。由于經(jīng)過數(shù)億年的生物進化，大自然中普遍存在著獨特的分子自組裝系統(tǒng)，控制超分子結(jié)構(gòu)的合成。受此啟發(fā)，近年來研究者們開始利用分子自組裝系統(tǒng)開發(fā)理想的生物納米材料，以滿足電子、生物、工程等行業(yè)的需求，以“bottom-up”形式自組裝的S-層蛋白（Surface?layer?protein，S-layer?protein）也因此而矚目。

S-層蛋白是一種天然的生物納米材料。由文獻1（U.B.Sleytr,M.Sara,Trends?in?biotechnology1997,15,20;T.Pavkov-Keller,S.Howorka,W.Keller,Progress?in?molecular?biology?and?translational?science2011,103,73.）可知：S-層蛋白是廣泛存在于古菌和細菌菌體表面，具有規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的單分子層，它與位于其下方的細胞膜或者細胞壁以非共價形式連接，完整的包裹著菌體，構(gòu)成了生物體與外界環(huán)境之間一道天然屏障。由文獻1、文獻2（M.Sara,U.B.Sleytr,Progress?in?biophysics?and?molecular?biology1996,65,83;U.B.Sleytr,T.J.Beveridge,Trends?in?microbiology1999,7,253.）和文獻3（B.Schuster,U.B.Sleytr,Methods?Mol?Biol2013,996,153）可知：大部分S-層蛋白由單一蛋白質(zhì)或糖蛋白組成，相對分子質(zhì)量為40-230kDa之間，形成P1、P2、P3、P4和P6多種結(jié)構(gòu)（亞結(jié)構(gòu)單元數(shù)目為1、2、3、4、6），其亞單位的排列可呈現(xiàn)斜形（P1、P2）、正方形（P4）和六邊形（P3、P6）對稱。由文獻4（U.B.Sleytr,C.Huber,N.Ilk,D.Pum,B.Schuster,E.M.Egelseer,FEMS?microbiology?letters2007,267,131.）可知：細菌的S-層蛋白厚度通常約為5-20nm，古細菌的S-層蛋白厚度可達70nm。由文獻5（M.Sara,U.B.Sleytr,Journal?of?bacteriology2000,182,859）可知：各形態(tài)單位的中心間距為2.5-35nm，S-層表面的孔洞直徑為2-8nm，占據(jù)菌體表面的70%。由文獻6（U.B.Sleytr,B.Schuster,E.M.Egelseer,D.Pum,C.M.Horejs,R.Tscheliessnig,N.Ilk,Progress?in?molecular?biology?and?translational?science2011,103,277.）和文獻7（D.Pum,J.L.Toca-Herrera,U.B.Sleytr,International?journal?of?molecular?sciences2013,14,2484.）可知：S-層蛋白是地球上最多的生物分子之一，在具有S-層蛋白的生物體中，被用于合成S-層的蛋白通常占細胞總蛋白的10%。參見文獻7，對于一個中等大小的桿狀細菌而言，其完整的S-層蛋白需要5×10⁵個單體組成，在代時約為20-30min的細菌生長過程中，S-層蛋白的形成體現(xiàn)了完美的超分子結(jié)構(gòu)組裝的動力學過程。