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Angew：上海交大夏小霞課題組在活細胞內(nèi)限域生物合成方面取得新進展

來源：上海交通大學      2022-12-08
導(dǎo)讀：近日，上海交通大學生命科學技術(shù)學院、微生物代謝國家重點實驗室夏小霞課題組在模式原核生物細胞內(nèi)成功實現(xiàn)了量子點的區(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“熱點論文”發(fā)表在《德國應(yīng)用化學》期刊。上海交通大學碩士生陳夢婷、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。目前能合成量子點的宿主多為細菌、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，而且合成機理尚不清晰，因此難以實現(xiàn)亞細胞水平的限域合成，造成對宿主細胞毒性大、合成效率低下等不足。

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圖1 量子點在模式原核生物大腸桿菌細胞內(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），進而推測蛋白質(zhì)有序凝聚的特性可能有利于量子點的成核、生長及成熟。以CdSexS1-x為模式量子點，研究表明蛛絲蛋白能支持量子點在大腸桿菌細胞兩極的生物合成（以“點亮”細胞的熒光進行表征），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。進一步的機理研究表明，轉(zhuǎn)運至細胞內(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。這不僅巧妙地“隔離”量子點合成過程減少了對宿主細胞的毒性，而且顯著提升了目標量子點的合成效率和熒光壽命，體現(xiàn)了活細胞內(nèi)限域合成的獨特優(yōu)勢。

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圖2 大腸桿菌活細胞內(nèi)量子點限域合成的機理模型
該論文成果成功建立了在活細胞內(nèi)通過區(qū)室化的蛋白質(zhì)模板限域合成量子點的方法，不僅為量子點的生物合成提供了一種“限域合成”的新視角，而且可為亞細胞原位成像、生物修復(fù)、有機-無機復(fù)合催化等領(lǐng)域的應(yīng)用提供機遇。
該研究獲得科技部國家重點研發(fā)計劃（2021YFA0909502）和國家自然科學基金（32071414）等研究項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202214177
參考資料：https://news.sjtu.edu.cn/jdzh/20221202/177246.html


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