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我院合成生物学团队在国际权威期刊《Biomacromolecules》发表论文

近日,我院合成生物学课题组在国际权威杂志《Biomacromolecules》(中科院高分子科学一区,IF 6.978)上发表文章“Adenylate kinase fused to spidroin as catalyst for decreasing leakage out of 3D-bioprinted hydrogels and for ATP regeneration”,本文的通讯作者为孟尔副教授,第一作者为刘长军副教授。


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3D打印具有操作方便、打印形状和空间结构设计的选择性大以及酶固定化成本低等优点,为酶的固定化提供了一种最有前景的解决方案。由于水凝胶具有相对较大的网眼尺寸,因此物理包埋在水凝胶中的酶分子——尤其是分子量较小的酶——在凝胶化以及在反应缓冲溶液浸泡过程中很容易从水凝胶中发生泄漏。

为减少酶分子在3D打印水凝胶中的泄露并构建一种体外ATP再生体系,该课题组报道了一种酶-蛛丝蛋白仿生复合体的制备策略。该策略通过基因工程手段,将腺苷酸激酶(ADK)替换蛛丝蛋白中的NT结构域,构建了一种新型的腺苷酸激酶-蛛丝蛋白仿生复合体(ADK-RC),提高酶分子的分子尺度,并具有自聚合能力。该团队综合测试了该仿生复合体ADK-RC与ADK的酶学性质比较,ADK-RC获得了更高的比酶活和底物亲和力,并保留了的温度稳定性、pH稳定性以及对部分有机溶剂的耐受性等。该团队实现了酶分子的3D打印,并检测了不同打印形状的酶活差异。实验检测发现,3D打印后的水凝胶在缓冲液中浸泡6小时后,ADK-RC从水凝胶中的泄露率(17.90%)显著低于ADK酶的泄露率(59.17%)。最后,该团队构建一种连续反应装置,实现了3D打印-酶连续反应,通过ATP再生提高了葡萄糖激酶催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的产量,提高了107.06%。


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本文提出的3D打印酶-蛛丝蛋白仿生复合体的酶固定化策略,具有比酶活高、酶泄露率低、可重复使用以及可以连续反应等优点,为酶固定化技术提供了一种新策略和新思路。


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Biomacromolecules是ACS Publications(美国化学学会期刊)出版集团旗下专注发表生物大分子化学、生物化学与分子生物学、高分子科学等相关研究成果的国际权威学术杂志,2021-2022年影响因子/JCR分区:6.978/Q1,H-index:193,CiteScore,11.30。



一审:刘长军   二审:马敏   三审:彭佳师



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