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  傳統蛋白質化學修飾方法存在諸如效率低、特異性差、難以精密控制等缺點，而引入非天然氨基酸又常常降低蛋白質產率或致其失活。近年來，通過對存在異肽鍵、酯鍵等特殊共價修飾的天然蛋白質結構域進行拆分，人們發展了一系列可基因編碼的多肽-蛋白質化學反應對，其典型代表為諜標簽(SpyTag)和諜捕手(SpyCatcher)反應對。它們完全基于天然氨基酸，不需要額外的化學試劑或催化劑即可自催化實現高特異性、高效的化學偶聯。通過將其編碼到相應的基因序列中，人們可方便地控制蛋白質的翻譯后修飾及進一步衍生化。這為拓撲蛋白質及蛋白偶聯物的精密合成與材料應用提供了強大的工具，對開拓蛋白質獨特功能在生物材料領域的應用具有重要意義。

  北京大學化學與分子工程學院張文彬研究員課題組致力于結合合成高分子和生物高分子的獨特基元和設計理念，發展具有不尋常結構和性質的精密結構大分子。他們將超分子化學中“組裝-反應”協同的理念應用到蛋白質拓撲工程中，結合具有特殊纏繞結構的蛋白質模板與多肽-蛋白反應對，成功突破重組蛋白質主鏈拓撲結構為線性的局限性，實現了包括蛋白質索烴、強制二聚體和星狀蛋白質等在內的多種拓撲蛋白質的生物合成，并進一步發現該方法可大大增強蛋白的熱穩定性、化學穩定性和酶解穩定性。他們也將該工具應用于無損活性前提下對蛋白質的可控加工，制備了包括薄膜和凝膠等在內的全蛋白質功能材料，實現在基因層面上調控材料的宏觀性質，有效開發了蛋白質獨特功能在材料方面的應用。此外，他們還利用蛋白質工程，發展了多種各具特色的基于諜反應的多肽-蛋白工具對，為進一步拓寬其用途奠定了基礎。

  張文彬研究員課題組在《高分子學報》2018年第4期發表的專論中系統評述了可基因編碼的多肽-蛋白質化學反應對的研究進展。他們首先回顧了此類新型化學方法的發展背景，詳細闡述了多肽-蛋白質反應對的作用原理和調控機制，介紹了業內在拓展一大類具有各種特性的反應對家族方面的初步嘗試，并總結了它們在蛋白質拓撲工程學、人工疫苗、蛋白質材料以及蛋白納米組裝體等諸多方面的應用(圖1)。最后，他們總結了多肽-蛋白反應對這一類工具的優缺點，并展望了其在高分子精密合成、性能調控和化學信息編譯等方面的廣泛應用前景。

圖1  可基因編碼的多肽-蛋白質化學反應對及其用途

  鏈接地址：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/4/PDF/gfzxb20180034.pdf

  DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18034