腺苷酸激酶融合蛛絲蛋白減少3D打印中酶泄露及其在ATP再生中的應(yīng)用

來源：奇物論  

3D打印具有操作方便、打印形狀和空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇性大以及酶固定化成本低等優(yōu)點(diǎn)，為酶的固定化提供了一種最有前景的解決方案。由于水凝膠具有相對(duì)較大的網(wǎng)眼尺寸，因此物理包埋在水凝膠中的酶分子——尤其是分子量較小的酶——在凝膠化以及在反應(yīng)緩沖溶液浸泡過程中很容易從水凝膠中發(fā)生泄漏。

為減少酶分子在3D打印水凝膠中的泄露并構(gòu)建一種體外ATP再生體系，湖南科技大學(xué)合成生物學(xué)課題組在國(guó)際權(quán)威雜志《Biomacromolecules》（中科院高分子科學(xué)一區(qū)，IF 6.978）上發(fā)表文章“Adenylate kinase fused to spidroin as catalyst for decreasing leakage out of 3D-bioprinted hydrogels and for ATP regeneration”，本文的通訊作者為孟爾副教授，第一作者為劉長(zhǎng)軍副教授。該文報(bào)道了一種酶-蛛絲蛋白仿生復(fù)合體的制備策略。該策略通過基因工程手段，將腺苷酸激酶（ADK）替換蛛絲蛋白中的NT結(jié)構(gòu)域，構(gòu)建了一種新型的腺苷酸激酶-蛛絲蛋白仿生復(fù)合體（ADK-RC），提高酶分子的分子尺度，并具有自聚合能力。該團(tuán)隊(duì)綜合測(cè)試了該仿生復(fù)合體ADK-RC與ADK的酶學(xué)性質(zhì)比較，ADK-RC獲得了更高的比酶活和底物親和力，并保留了的溫度穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性以及對(duì)部分有機(jī)溶劑的耐受性等。

該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了酶分子的3D打印，并檢測(cè)了不同打印形狀的酶活差異。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，3D打印后的水凝膠在緩沖液中浸泡6小時(shí)后，ADK-RC從水凝膠中的泄露率（17.90%）顯著低于ADK酶的泄露率（59.17%）。最后，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建一種連續(xù)反應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)了3D打印-酶連續(xù)反應(yīng)，通過ATP再生提高了葡萄糖激酶催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的產(chǎn)量，提高了107.06%。

本文提出的3D打印酶-蛛絲蛋白仿生復(fù)合體的酶固定化策略，具有比酶活高、酶泄露率低、可重復(fù)使用以及可以連續(xù)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，為酶固定化技術(shù)提供了一種新策略和新思路。

Biomacromolecules是ACS Publications（美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊）出版集團(tuán)旗下專注發(fā)表生物大分子化學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、高分子科學(xué)等相關(guān)研究成果的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志，2021-2022年影響因子/JCR分區(qū)：6.978/Q1，H-index：193，CiteScore，11.30。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.biomac.2c01445