L'Ascesa delle Proteine Biostrutturali Sintetiche

Le proteine biostrutturali, macromolecole naturalmente evolute come la fibroina della seta, l'elastina e il collagene, si distinguono per le loro eccezionali proprietà meccaniche, biocompatibilità e degradabilità. Le loro capacità di assemblaggio gerarchico consentono la formazione di materiali avanzati, inclusi filamenti, fasci, nanovettori, microstrutture, impalcature e materiali biologici viventi - tutti ora realizzabili attraverso la sintesi artificiale di geni.

Progressi della ricerca:

• 2010: Si è sviluppata un'elastina artificiale che imita le strutture naturali del titino ricombinando moduli GB1 e ripetizioni conservate.
• 2016: È stato creato un sistema artificiale di cattura della luce che imita le fotobatterie naturali utilizzando l'auto-assemblaggio della proteina ciclica SP1. È stata anche raggiunta l'espressione in sistemi eterologhi come batteri, lieviti e piante transgeniche.
• 2021: Sono stati progettati legami fotosensibili per la regolazione meccanica delle cellule staminali, offrendo un metodo per controllare la differenziazione cellulare attraverso la meccanotrasduzione.

Applicazioni:

Il collagene, idrofilo e biocompatibile, viene utilizzato in tendini artificiali, vasi sanguigni, impianti dentali e altro. Le proteine simili alla fibroina della seta ed all'elastina formano nanovettori per la somministrazione controllata di farmaci. Assemblaggi di peptidi si integrano con farmaci funzionali, migliorando i nanovettori per l'immunoterapia.

Vantaggi e Svantaggi:

• Vantaggi: Proprietà meccaniche, biocompatibilità e degradabilità.
• Svantaggi: Instabilità nei sistemi sintetici a causa di alti pesi molecolari e sequenze ripetute; bassa compatibilità con i sistemi procarioti; danni alla struttura delle proteine durante l'assemblaggio; relazioni incerte tra sequenza-amminoacido-struttura-funzione.

Conclusione:

Un biosintesi efficiente, scalabile e a costo contenuto di proteine strutturali ad alte prestazioni è fondamentale. I sistemi sintetici per la secrezione di proteine riducono i costi di purificazione. La modifica genetica, l'evoluzione diretta e la biologia sintetica guideranno lo sviluppo di ospiti efficienti. Il "Gene Factory" di Yaohai Bio-Pharma automatizza la sintesi, abbassando i costi del DNA e rivoluzionando la bioscienza.

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