导读：英国牛津大学最近开发出一种仿生超级胶，其超强黏合力无与伦比，能将蛋白质分子黏在一起。这种胶可以用来“抓住”蛋白质，或者把蛋白质黏在物体表面，甚至用它来组装蛋白质和酶，黏合各种纳米结构。无论是在生物技术还是纳米技术领域，都是一件有用的工具。比如把一个化学过程中的需要的所有酶黏在一起，做成一个 “小工厂”，能提高反应速度，增加产量；或者把植物转化太阳能的所有生化物质黏在一起，开发人工光合作用的新途径。
“仿菌”超级胶能“锁住”蛋白质分子
据美国物理学家组织网近日报道，英国牛津大学最近开发出一种仿生超级胶，其超强黏合力无与伦比，能将蛋白质分子黏在一起。这种胶可以用来“抓住”蛋白质，或者把蛋白质黏在物体表面，甚至用它来组装蛋白质和酶，黏合各种纳米结构。无论是在生物技术还是纳米技术领域，都是一件有用的工具。相关论文发表在美国《国家科学院院刊》上。
“我们希望能像搭积木那样，把蛋白质黏合组装起来。但由于生物反应之间的力很弱，我们以前控制这一过程的能力还很差。”牛津大学生物化学学院马克·豪沃斯博士说，开发出这种超强分子胶，是受到一种噬肉菌的启发。
许多人咽喉都携带有化脓链球菌，它们中有一些比较温和，会引发如婴儿脓疱病或咽喉痛；但另一些却能致命，会导致中毒性休克综合征或噬肉菌症。噬肉菌中有一种特殊的蛋白质FbaB，是它们黏住并侵入人体细胞的利器。
“这种蛋白质非常特殊，它能自发地与自己发生反应，形成一把锁扣。”马克解释说，蛋白质都是由氨基酸组成，氨基酸之间以强力共价键形成长链，折叠、连环形成各种三维结构，这些三维结构的力就相对较弱；但化脓链球菌中的FbaB蛋白的三维结构也是由共价键形成，这种强力化学键能在一瞬间就将氨基酸链连接成极牢固的环。
研究人员先沿着超级共价键把蛋白质拆解开，把其中较大的一半昵称为“捕谍器”（SpyCatcher），较小一半叫“谍标签”（SpyTag）。然后再让它们碰在一起，结果能再次结合形成强力共价键。这两部分，也包括跟它们黏附在一起的任何东西，也都牢牢地钉在一起。
研究人员还用原子力显微镜测试了要多大力量才能让“谍标签”脱离“捕谍器”的掌握。他们向外拉两端时，直到拉它们的工具先破裂了，这两部分仍然牢牢黏在一起；即使在洗涤剂中煮沸了，它们也没有分开。
“我们的系统能迅速形成稳定性极高的共价键。‘捕谍器’和‘谍标签’碰到一起能迅速结合，不管在酸性还是中性环境，温度是4℃还是37℃，不管在试管中还是在细胞内，它们都能黏在一起。但它们不会去黏其他的东西，不会把手指和航空模型黏到一起。”马克说，目前还没有其他类似的黏合生物分子的方法。一些化学反应虽然能在蛋白质之间形成共价键，但只有一小部分，而且要很长时间，或者需要紫外线、有毒催化剂及其他反应条件，而这会损害或细胞。
这种超级分子胶技术的应用前景广阔。马克说，你可以把“捕谍器”和“谍标签”黏贴在其他你想黏在一起的分子上，比如把一个化学过程中的需要的所有酶黏在一起，做成一个 “小工厂”，能提高反应速度，增加产量；或者把植物转化太阳能的所有生化物质黏在一起，开发人工光合作用的新途径。但其最直接的应用还是在实验室中黏合生物细胞内的蛋白质结构。
Peptide tag forming a rapid covalent bond to a protein, through engineering a bacterial adhesion
Zakeri, Bijan; Fierer, Jacob O.; Celik, Emrah; Chittock, Emily C.; Schwarz-Linek, Ulrich; Moy, Vincent T.; Howarth, Mark
Protein interactions with peptides generally have low thermodynamic and mechanical stability. Streptococcus pyogenes fibronectin-binding protein FbaB contains a domain with a spontaneous isopeptide bond between Lys and Asp. By splitting this domain and rational engineering of the fragments, we obtained a peptide (SpyTag) which formed an amide bond to its protein partner (SpyCatcher) in minutes. Reaction occurred in high yield simply upon mixing and amidst diverse conditions of pH, temperature, and buffer. SpyTag could be fused at either terminus or internally and reacted specifically at the mammalian cell surface. Peptide binding was not reversed by boiling or competing peptide. Single-molecule dynamic force spectroscopy showed that SpyTag did not separate from SpyCatcher until the force exceeded 1 nN, where covalent bonds snap. The robust reaction conditions and irreversible linkage of SpyTag shed light on spontaneous isopeptide bond formation and should provide a targetable lock in cells and a stable module for new protein architectures.
