DNA编程蛋白质胶体晶体的逆向设计

《Journal of the American Chemical Society》：Inverse Design of DNA-Programmable Protein Colloidal Crystals

通过DNA修饰蛋白质多聚体并利用DNA-DNA相互作用进行胶体晶体工程，成功合成具有简单立方、体心立方、面心立方和CsCl型晶格的高结晶度蛋白质-DNA共轭体，为新型可编程生物材料提供平台

　　

蛋白质晶体是一类具有广泛应用前景的多孔材料，可用于催化、封装和结构生物学研究。然而，蛋白质的化学复杂性使得其结晶过程主要依赖于经验数据，结晶成功率存在较大波动。相比之下，经过DNA改性的纳米颗粒能够通过高度特异性和可调的DNA-DNA相互作用被结晶成具有可预测结构的有序超晶格。但目前这种可编程性在蛋白质晶体中尚未实现。在本研究中，我们使用DNA外壳对蛋白质寡聚体进行化学修饰，并利用DNA胶体晶体工程原理将其转化为蛋白质-DNA复合物。当采用一种新的DNA设计（包含三个间隔单元和一个4-6个核苷酸的粘性末端）时，所得晶体的结晶度显著提高（相比使用传统DNA设计与无机组装体的情况）。通过逆向设计策略，通过精心选择DNA序列和蛋白质类型，成功合成了简单立方、体心立方（bcc）、面心立方（fcc）以及氯化铯（CsCl）型晶格。这些晶体呈现出Wulff形态，尤其是面心立方晶格的形态，可通过光学显微镜直接观察到；这种形态在DNA引导的胶体晶体中极为罕见，反映了蛋白质构建块的单分散特性。此外，退火速率与晶体生长速率相关，从而能够制备出尺寸达到80微米的晶体。鉴于天然和工程化蛋白质在结构、生物学和化学方面的多样性，DNA引导的蛋白质胶体结晶为开发具有多种结构和功能的新类型可编程生物材料提供了一个强大的平台。