摘要：重組蛋白生產(chǎn)的目的是獲得高質(zhì)量的純蛋白樣品，在蛋白純化過程中是基于不同類型的純化標(biāo)簽對目的蛋白進(jìn)行回收利用，為滿足高效獲得符合要求的產(chǎn)品這一需求，各種快速分離純化重組蛋白的技術(shù)應(yīng)運而生。標(biāo)簽介導(dǎo)的蛋白質(zhì)功能材料質(zhì)已成為純化目的蛋白最綠色和經(jīng)濟有效的方法，未來對這些環(huán)保材料在蛋白純化的應(yīng)用將進(jìn)一步擴大。因此，開發(fā)快速、可靠和具有成本效益的重組蛋白分離和純化技術(shù)一直是重要的考慮因素，并應(yīng)用于生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。 近年來，重組蛋白用于晶體學(xué)研究、免疫學(xué)特性探究、酶學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用（如藥物蛋白）及蛋白質(zhì)特性（如功能、活性和結(jié)構(gòu)）的一般性研究。重組蛋白的生產(chǎn)和純化密切相關(guān)，蛋白質(zhì)生產(chǎn)宿主的選擇不僅影響蛋白質(zhì)的擴增和分離，而且影響純化產(chǎn)物的方式，基因工程技術(shù)的不斷進(jìn)步增加宿主細(xì)胞，如細(xì)菌、哺乳動物、昆蟲和酵母等中生產(chǎn)的大量重組蛋白的可用性，其中大腸桿仍是最廣泛使用的菌株。然而，在重組蛋白質(zhì)純化過程中依然要克服許多技術(shù)難題才能獲得高質(zhì)量的蛋白質(zhì)樣品，滿足既定的純度和構(gòu)象要求，這對重組蛋白的純化和表征可能要求高、昂貴且耗時，但可以確定蛋白質(zhì)的質(zhì)量，因此，重組蛋白的成功應(yīng)用很大程度取決于其高效的下游加工，包括蛋白質(zhì)純化、質(zhì)量驗證、量化和儲存等條件。
蛋白質(zhì)工程功能材料的應(yīng)用前景十分廣闊，在固體材料和生物元素之間建立特定的非共價/共價相互作用的顯著能力，促進(jìn)定制和先進(jìn)功能材料的開發(fā)，以及下一代雜交材料的應(yīng)用，在蛋白純化過程中標(biāo)簽介導(dǎo)的重組蛋白可與多種材料結(jié)合，最適合用于蛋白質(zhì)純化過程，因此獲取高質(zhì)量的蛋白質(zhì)樣品被運用于各個領(lǐng)域。
目前，有許多蛋白質(zhì)表達(dá)的系統(tǒng)，例如大腸桿菌、畢赤酵母等可以為各種肽和蛋白質(zhì)提供對應(yīng)的表達(dá)宿主，最終將目的肽或蛋白純化出來進(jìn)行研究。因此，從其他細(xì)胞內(nèi)容物中快速且經(jīng)濟地純化活性生物重組蛋白被認(rèn)為是生物技術(shù)領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)之一，通過將遺傳序列與親和標(biāo)簽整合，可以促進(jìn)目標(biāo)蛋白或酶的純化。
使用不同重組蛋白標(biāo)簽可對重組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質(zhì)產(chǎn)物進(jìn)入高質(zhì)量水平，抑制蛋白質(zhì)水解反應(yīng)，促進(jìn)目標(biāo)蛋白的折疊過程，保護(hù)抗原性集成蛋白，增強蛋白質(zhì)的溶解度，以及提高單鏈抗體標(biāo)記結(jié)合技術(shù)的敏感性。
在重組蛋白標(biāo)簽可根據(jù)性能分為兩大類。一是溶解度標(biāo)簽。這些標(biāo)簽增加了目的蛋白的溶解度，提高了靶蛋白表達(dá)和穩(wěn)定性，這種類型的標(biāo)簽主要有GST、MBP、Nus A、Trx和SUMO等。二是親和標(biāo)簽。這些標(biāo)簽使用結(jié)合親和基質(zhì)捕獲目標(biāo)蛋白，主要有Poly、His、Flag、HA、Strep II、CBP1、CBD2等。親和性標(biāo)簽有時也可作為溶度增強劑使用，但對于溶解度低或表達(dá)水平低的蛋白質(zhì)，應(yīng)同時使用可溶性標(biāo)簽和結(jié)合標(biāo)簽以實現(xiàn)蛋白質(zhì)的正確表達(dá)和純化。
通常選擇小標(biāo)簽是為了不容易影響目的蛋白的折疊、生物活性和免疫原性。所有的蛋白質(zhì)標(biāo)簽，無論大小，都可能對蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能、理化性質(zhì)的改變、免疫和防止蛋白質(zhì)結(jié)晶產(chǎn)生干擾作用，融合蛋白標(biāo)簽的分離主要有3種方法，即化學(xué)法、酶法和自切割標(biāo)記，標(biāo)簽大小也取決于蛋白質(zhì)的整體構(gòu)象。
編碼N或C端序列的基因與靶蛋白結(jié)合并最終與靶蛋白表達(dá)，通過融合標(biāo)記與靶蛋白分離純化。 蛋白質(zhì)純化/固定標(biāo)簽可以在固體材料和生物元素之間建立特定非共價/共價相互作用的顯著能力，促進(jìn)對先進(jìn)的功能材料及下一代混合材料的創(chuàng)造。親和標(biāo)簽可與多種材料（合成、天然或混合）結(jié)合，最適合蛋白質(zhì)純化。已報道過的基質(zhì)材料有基于金屬和非金屬材料為基質(zhì)純化標(biāo)簽蛋白、基于碳基材料純化標(biāo)簽蛋白、基于聚合物/多糖材料純化標(biāo)簽蛋白、基于復(fù)合材料純化標(biāo)簽蛋白。
已報道過的基質(zhì)材料有基于金屬和非金屬材料為基質(zhì)純化標(biāo)簽蛋白、基于碳基材料純化標(biāo)簽蛋白、基于聚合物/多糖材料純化標(biāo)簽蛋白、基于復(fù)合材料純化標(biāo)簽蛋白。二氧化硅低成本，易于提取或合成，純度非常高且可重復(fù)使用，地球資源豐富且生態(tài)友好型的一種基質(zhì)材料，可成為蛋白質(zhì)純化/固定化方案最佳選擇之一。已報道利用二氧化硅為基質(zhì)純化目的蛋白的有通常利用綠色熒光蛋白（GFP/EGFP)作為靶蛋白，以His6、Car9、SB7、R5等標(biāo)簽純化熒光蛋白，通過該基質(zhì)提高目的蛋白的回收率及純度。 碳基材料主要通過非共價相互作用，屬于單步功能化材料，已報道有關(guān)碳基材料純化蛋白的文獻(xiàn)較少；已報道有關(guān)聚合物/多糖為材料純化蛋白的材料眾多，大多數(shù)聚合物是以樹脂為載體對目的蛋白進(jìn)行純化，如Khairil等和Keeble等利用Spy Dock樹脂，通過合理的工程設(shè)計，可以捕獲Spy Tag標(biāo)簽融合并允許高效洗脫目的蛋白。
復(fù)合材料是基于納米或分子尺度上對蛋白進(jìn)行固定純化，被廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、生物醫(yī)藥等方面。目前報道與復(fù)合材料結(jié)合的標(biāo)簽主要以His6及SBP、CBM等。Zhou等合成一種高效便捷的用于純化和固定His標(biāo)記的β-葡萄糖苷酶的Fe3O4/PM-G/IDA-Ni2+納米顆粒，采用蒸餾-沉淀聚合法合成核/殼微球，用亞氨基二乙酸（IDA）打開微球殼上的環(huán)氧環(huán)以結(jié)合Ni2+，固定化的β-葡萄糖苷酶可多次循環(huán)利用，并保留原有活性的65%以上，該材料在酶的純化和固定化方面顯示出巨大潛力。 蛋白質(zhì)工程材料的出現(xiàn)對蛋白質(zhì)純化過程提供參考，可認(rèn)為是一種材料科學(xué)的未來?；诟信d趣的肽、蛋白質(zhì)特異性連接到有機或無機材料表面的標(biāo)簽的單步純化和固定方法為一系列不同的新型蛋白質(zhì)、肽應(yīng)用開辟了道路。
參考文獻(xiàn)
[1]張飛飛,朱睿,姜學(xué)權(quán)等.基于不同基質(zhì)純化重組蛋白的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè),2023,44(07):274-280.