基于不同基质纯化重组蛋白的研究进展

摘要：重组蛋白生产的目的是获得高质量的纯蛋白样品，在蛋白纯化过程中是基于不同类型的纯化标签对目的蛋白进行回收利用，为满足高效获得符合要求的产品这一需求，各种快速分离纯化重组蛋白的技术应运而生。标签介导的蛋白质功能材料质已成为纯化目的蛋白最绿色和经济有效的方法，未来对这些环保材料在蛋白纯化的应用将进一步扩大。因此，开发快速、可靠和具有成本效益的重组蛋白分离和纯化技术一直是重要的考虑因素，并应用于生物技术和生物医学等领域。

近年来，重组蛋白用于晶体学研究、免疫学特性探究、酶学和医学应用（如药物蛋白）及蛋白质特性（如功能、活性和结构）的一般性研究。重组蛋白的生产和纯化密切相关，蛋白质生产宿主的选择不仅影响蛋白质的扩增和分离，而且影响纯化产物的方式，基因工程技术的不断进步增加宿主细胞，如细菌、哺乳动物、昆虫和酵母等中生产的大量重组蛋白的可用性，其中大肠杆仍是最广泛使用的菌株。然而，在重组蛋白质纯化过程中依然要克服许多技术难题才能获得高质量的蛋白质样品，满足既定的纯度和构象要求，这对重组蛋白的纯化和表征可能要求高、昂贵且耗时，但可以确定蛋白质的质量，因此，重组蛋白的成功应用很大程度取决于其高效的下游加工，包括蛋白质纯化、质量验证、量化和储存等条件。
蛋白质工程功能材料的应用前景十分广阔，在固体材料和生物元素之间建立特定的非共价/共价相互作用的显著能力，促进定制和先进功能材料的开发，以及下一代杂交材料的应用，在蛋白纯化过程中标签介导的重组蛋白可与多种材料结合，最适合用于蛋白质纯化过程，因此获取高质量的蛋白质样品被运用于各个领域。

目前，有许多蛋白质表达的系统，例如大肠杆菌、毕赤酵母等可以为各种肽和蛋白质提供对应的表达宿主，最终将目的肽或蛋白纯化出来进行研究。因此，从其他细胞内容物中快速且经济地纯化活性生物重组蛋白被认为是生物技术领域的最大挑战之一，通过将遗传序列与亲和标签整合，可以促进目标蛋白或酶的纯化。

使用不同重组蛋白标签可对重组蛋白有不同的回收效果，在生化蛋白方面，其主要作用是提高蛋白质产物进入高质量水平，抑制蛋白质水解反应，促进目标蛋白的折叠过程，保护抗原性集成蛋白，增强蛋白质的溶解度，以及提高单链抗体标记结合技术的敏感性。

在重组蛋白标签可根据性能分为两大类。一是溶解度标签。这些标签增加了目的蛋白的溶解度，提高了靶蛋白表达和稳定性，这种类型的标签主要有GST、MBP、Nus A、Trx和SUMO等。二是亲和标签。这些标签使用结合亲和基质捕获目标蛋白，主要有Poly、His、Flag、HA、Strep II、CBP1、CBD2等。亲和性标签有时也可作为溶度增强剂使用，但对于溶解度低或表达水平低的蛋白质，应同时使用可溶性标签和结合标签以实现蛋白质的正确表达和纯化。

通常选择小标签是为了不容易影响目的蛋白的折叠、生物活性和免疫原性。所有的蛋白质标签，无论大小，都可能对蛋白质的生物学功能、理化性质的改变、免疫和防止蛋白质结晶产生干扰作用，融合蛋白标签的分离主要有3种方法，即化学法、酶法和自切割标记，标签大小也取决于蛋白质的整体构象。
编码N或C端序列的基因与靶蛋白结合并最终与靶蛋白表达，通过融合标记与靶蛋白分离纯化。

蛋白质纯化/固定标签可以在固体材料和生物元素之间建立特定非共价/共价相互作用的显着能力，促进对先进的功能材料及下一代混合材料的创造。亲和标签可与多种材料（合成、天然或混合）结合，最适合蛋白质纯化。已报道过的基质材料有基于金属和非金属材料为基质纯化标签蛋白、基于碳基材料纯化标签蛋白、基于聚合物/多糖材料纯化标签蛋白、基于复合材料纯化标签蛋白。

已报道过的基质材料有基于金属和非金属材料为基质纯化标签蛋白、基于碳基材料纯化标签蛋白、基于聚合物/多糖材料纯化标签蛋白、基于复合材料纯化标签蛋白。二氧化硅低成本，易于提取或合成，纯度非常高且可重复使用，地球资源丰富且生态友好型的一种基质材料，可成为蛋白质纯化/固定化方案最佳选择之一。已报道利用二氧化硅为基质纯化目的蛋白的有通常利用绿色荧光蛋白（GFP/EGFP)作为靶蛋白，以His6、Car9、SB7、R5等标签纯化荧光蛋白，通过该基质提高目的蛋白的回收率及纯度。

碳基材料主要通过非共价相互作用，属于单步功能化材料，已报道有关碳基材料纯化蛋白的文献较少；已报道有关聚合物/多糖为材料纯化蛋白的材料众多，大多数聚合物是以树脂为载体对目的蛋白进行纯化，如Khairil等和Keeble等利用Spy Dock树脂，通过合理的工程设计，可以捕获Spy Tag标签融合并允许高效洗脱目的蛋白。
复合材料是基于纳米或分子尺度上对蛋白进行固定纯化，被广泛应用于生物技术、生物医药等方面。目前报道与复合材料结合的标签主要以His6及SBP、CBM等。Zhou等合成一种高效便捷的用于纯化和固定His标记的β-葡萄糖苷酶的Fe3O4/PM-G/IDA-Ni2+纳米颗粒，采用蒸馏-沉淀聚合法合成核/壳微球，用亚氨基二乙酸（IDA）打开微球壳上的环氧环以结合Ni2+，固定化的β-葡萄糖苷酶可多次循环利用，并保留原有活性的65%以上，该材料在酶的纯化和固定化方面显示出巨大潜力。

蛋白质工程材料的出现对蛋白质纯化过程提供参考，可认为是一种材料科学的未来。基于感兴趣的肽、蛋白质特异性连接到有机或无机材料表面的标签的单步纯化和固定方法为一系列不同的新型蛋白质、肽应用开辟了道路。

参考文献
[1]张飞飞,朱睿,姜学权等.基于不同基质纯化重组蛋白的研究进展[J].食品工业,2023,44(07):274-280.