合成生物学在蛋白质功能材料领域的研究进展 [复制链接]

本刊将陆续推出《合成生物学》精选的优秀文章全文完整版，以飨读者。

作者：王盼，朱晨辉，赵婧，范代娣

单位：西北大学化工学院，陕西省可降解生物医用材料重点实验室；西北大学化工学院，陕西省生物材料与发酵工程技术研究中心

引用：引用格式:王盼，朱晨辉，赵婧，范代娣.合成生物学在蛋白质功能材料领域的研究进展[J].合成生物学,,2(1):46-58

DOI：10./-.-

蛋白质功能材料具有良好的生物相容性、可降解性和多功能性，在医药、军事和纺织等领域应用价值巨大。然而，材料蛋白具有分子量大、高频氨基酸多和翻译后修饰特殊等独特性，导致其在人工细胞合成中存在表达率低、各功能元件与底盘细胞适配性差、结构及功效不稳定等瓶颈，严重限制了这些蛋白的高效生产与应用。掀起第三次生物技术革命的合成生物学技术，以“基因调控，工程设计”为核心，可用于产品的精准化设计与高效合成，实现人类对可持续发展工业模式的期待。本文介绍了蛋白质功能材料的应用及发展，以蛋白高效合成及功能需求为导向，从蛋白分子的定向设计、细胞工厂构建与适配调控以及蛋白材料加工应用等方面阐述蛋白质功能材料的合成策略，以实现其功能定向强化及工业化生产。目前以合成生物学的科学理念为指导，对生命体进行不断改造与优化，以实现细胞工厂定向合成蛋白，结合理性设计的材料模块，赋予蛋白质在生产过程的智能可控以及性能的更新升级是研究的热点。展望未来，讨论了蛋白质功能材料在面向产业应用过程中需要克服的挑战，为性能优异的蛋白质功能材料广泛应用提供可能。

自然界中蕴藏着极为丰富的生物大分子或天然高分子，它们是自然界赋予人类最重要的物质资源和宝贵财富。其中蛋白质功能材料最基本的特点是具备良好的生物相容性和可降解特性。生物相容性是指材料与人体之间接触时相互作用产生的各种生物、物理及化学反应的性质，两者之间的接触不会对宿主产生不良影响的材料属性；生物可降解性是指材料通常具备被宿主降解并且不会对宿主产生持续性伤害的材料属性。此外许多蛋白质功能材料还具备低毒性、抗菌性等多功能特性，对它们的使用早就不仅仅局限于衣食住行等日常生活方面，随着科学技术的进步，蛋白质功能材料的应用获得越来越多的