美国莱斯大学和德克萨斯农工大学研究人员通过基因嵌入融合技术，将不同蛋白质与一种来自果蝇的转录因子结合，再拉成纤细结实的线，就能织成任何想要的纹理构造。这种材料拥有多种潜在功能，可作为化学催化剂和生物传感器，在未来的组织工程领域前景广阔。最新论文发表在今天的《先进功能材料》网络版上。

莱斯大学生化实验室的凯瑟琳·马修与德克萨斯农工大学副教授沙拉·邦多斯共同合作，对黑腹果蝇基因中一种能调控翅膀和腿发育的重组转录因子蛋白——超级双胸基因（Ubx）进行了研究。他们利用基因融合技术将Ubx和荧光、冷光蛋白结合，生成了嵌合体，并将该嵌合体拉成纤维，放在显微镜下观察，结果发现，Ubx和强化绿色荧光蛋白结合呈现明亮的绿色，而与红色荧光蛋白和棕色蛋白肌球素结合，分别显出亮红色和棕色，和荧光素酶结合发出炽红色的光。表明这些功能蛋白在嵌合体中保留了各自的功能。

生物学意义上的嵌合体包含两种以上不同基因的细胞系，比如植物的整体嫁接；而在分子水平上，嵌合体是将不同的蛋白质聚合而成的单分子多肽。

论文主要作者、莱斯大学的黄兆（音译）将各种蛋白质扭转折叠生成嵌合体拉成了线，并用这些线织成了各种图案，或把它们系缚在一个框架上。“用功能蛋白制作固体材料的理化过程通常会伤害蛋白质活性，而我们生成的三维结构具有活性。这种制作技术简单独特，不需要特殊设备。”黄兆解释说。

该研究小组曾在2009年《生物大分子》杂志上发表论文，称开发出一种“超级”材料，一种超强、高弹性的天然纤维。“当时我们能制造三维体。在此基础上，现在能制作小棒和小片，并能把它们结合在一起。任何用拼装玩具能做出来的东西，我们都能用Ubx制造出来。”邦多斯说。以Ubx为基础的生物材料能媲美构成皮肤和其他柔软组织的天然弹性蛋白，这种嵌合体纤维的力学性质还可通过改变其直径来调整。功能化的Ubx能一层层地生成三维器官。“我们能建造像心脏那样的形状，还可以在材料内部建立指令，让细胞分化成肌肉、神经、血管或其他组织。”

马修指出，嵌合了多种功能蛋白的纤维还有很多用途。它能将酶、抗体、生长因子和肽识别序列结合在一起，也能制造按特定顺序排列的功能纤维，作为逐步递进的催化剂。

原文出处：

Advanced Functional Materials, 2011; DOI: 10.1002/adfm.201100067

Functionalization and Patterning of Protein-Based Materials Using Active Ultrabithorax Chimeras

Zhao Huang, Taha Salim, Autumn Brawley, Jan Patterson, Kathleen S. Matthews, Sarah E. Bondos

Keywords:protein-based materials;gene fusion;protein chimeras;functionalization;patterning

Abstract

A key advantage of protein-based materials is the potential to directly incorporate novel functions via gene fusion to produce a single chimeric polypeptide capable of both self-assembly and the desired activity. However, facile production of functionalized protein materials is frequently hampered by the need to trigger materials assembly using conditions that will not irreversibly damage the functional protein. In contrast, the recombinant Drosophila melanogaster transcription factor Ultrabithorax (Ubx) rapidly self-assembles under mild, aqueous conditions to form highly extensible materials with a variety of morphologies. Here, it is demonstrated that materials composed of Ubx chimeras with Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP), mCherry, luciferase, or myoglobin display the functions of the appended proteins, indicating that these activities are neither impaired by the assembly process nor by confinement within the materials. Finally, methods are established that combine EGFP-Ubx and mCherry-Ubx monomers to self-assemble materials patterned on the microscale to macroscale. The self-adhesive properties of Ubx materials also permit manual construction and patterning of more complex forms. The ability to easily functionalize and pattern protein-based materials greatly expands their potential utility in a wide variety of applications.