基于活性腈生物合成与基因编码的快速蛋白偶联及可调荧光标记技术的意义探索

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《Chem》：Biosynthesis and genetic encoding of activated nitriles for fast protein conjugation and tunable fluorogenic labeling

【字体：大中小】 时间：2025年02月19日 来源：Chem 19.1

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　　在蛋白质工程中，传统的位点特异性标记和翻译后修饰方法存在成本高、合成过程复杂等问题。研究人员开展了关于活性腈的体内生物合成和基因编码的研究，实现了含腈氨基酸的低成本合成、蛋白质标记等。该研究为蛋白质工程提供了新平台，推动了相关领域发展。

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　　蛋白质工程领域的进展愈发关注可持续性以及资源高效型化学工具的开发。传统用于蛋白质位点特异性标记和翻译后修饰的方法，常常依赖昂贵的试剂和复杂的合成过程，这限制了其可及性和可扩展性。这项研究提出了一个可持续的平台，利用易得的化学物质在大肠杆菌（E. coli）体内进行生物合成，并将带有反应性腈基的氨基酸位点特异性地整合到蛋白质中。通过利用细菌生物合成途径，该方法将化学废物降至最低，并减少了对资源密集型过程的依赖。该系统整合了腈 - 氨基硫醇（NAT）点击反应，用于可调荧光标记和快速蛋白质偶联，能够在生理条件下实现高效、免洗的活细胞标记。这种方法简化了工作流程，拓宽了在荧光成像、蛋白质功能化和化学生物学领域的应用范围。它为研究人员在药物发现、诊断和治疗应用中提供了可持续的工具，同时促进了资源的合理利用。

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少数化学方法适用于细胞内蛋白质标记，且所需试剂价格昂贵。研究人员提出了一种将活性腈的生物合成和基因编码相结合的方法，为蛋白质提供了生物相容性反应手柄，便于后续在细胞内和体外进行位点特异性修饰。该策略利用细菌内源性半胱氨酸生物合成机制原位生成含腈的非天然氨基酸（ncAAs），然后通过工程化的正交翻译系统进行基因编码。研究人员展示了该系统通过腈 - 氨基硫醇（NAT）点击反应实现快速位点特异性生物偶联和大环化的效用。此外，研究人员引入了芳香缩合 NAT（arcNAT）点击反应，作为生成多种开启型荧光团的工具。arcNAT 实现了蛋白质的荧光标记，用于活细胞显微镜观察，且无需洗涤步骤。该方法为蛋白质的翻译后多样化提供了一个极为便利、通用且经济高效的平台。

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