用于生物催化DNA折纸纳米反应器的模块化病毒衣壳涂层

《ACS Nano》：Modular Virus Capsid Coatings for Biocatalytic DNA Origami Nanoreactors

本文将病毒衣壳蛋白与DNA纳米origami结合，构建模块化纳米反应器，通过调节衣壳蛋白比例控制酶负载和底物通量，并实现表面功能化靶向递送。研究发现不同衣壳蛋白（如CCMV和MPyV）的封装量可改变纳米反应器尺寸及孔径，从而影响酶催化活性，且抗体修饰可实现精准靶向。

　　近年来，随着生物技术和纳米技术的快速发展，科学家们致力于开发新型的纳米反应器，以模拟自然界的生物催化反应并实现对酶与底物相互作用的精准调控。纳米反应器在生物系统中起着至关重要的作用，它们通过提供一个特定的微环境，不仅能够提高反应效率和特异性，还能保护反应中间体免受外界干扰。在这一背景下，研究者发现蛋白质笼（protein cages）和DNA折纸结构（DNA origami）可以作为自组装的纳米反应器，从而在酶的封装和催化过程中发挥重要作用。

蛋白质笼因其出色的自组装能力和对酶与底物相互作用的调控能力而受到广泛关注。它们能够通过其表面的电荷性质和结构特性，实现对底物的通透性控制，同时保护酶免受蛋白酶或变性的影响。相比之下，DNA折纸结构因其高度的可寻址性，能够实现对酶负载量的精确控制以及对酶的精准定位。然而，这两种材料在酶负载和底物通透性控制方面仍面临一定挑战，因此结合蛋白质笼与DNA折纸结构成为一种可行的解决方案。

在本研究中，科学家们通过模块化的方法，将病毒衣壳蛋白（virus capsid proteins, CPs）组装在DNA折纸纳米反应器（NR）上，形成一种新型的生物催化平台。这种结合方式不仅实现了对酶与底物相互作用的调控，还增强了纳米反应器的稳定性，使其在核酸酶丰富的环境中仍然能够保持功能。通过调整CPs与DNA折纸的摩尔比例，研究者能够观察到对底物分子的大小选择性吸收，这一特性对于控制催化反应具有重要意义。

为了进一步研究这种结合对酶活性的影响，科学家们利用不同的底物分子，如邻苯二胺（oPD）、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）和2,2′-联氮-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS），进行了一系列催化实验。结果显示，随着CPs的增加，酶的催化活性受到一定程度的抑制，这种现象可能与底物进入反应器的通透性有关。同时，研究还发现，不同类型的CPs对酶与底物相互作用的影响存在差异，这可能与其形成的孔径和电荷分布有关。

此外，为了提高纳米反应器的靶向性，科学家们在反应器表面引入了抗体片段，如针对人类表皮生长因子受体2（HER2）的单链抗体（anti-HER2）。通过将抗体片段与DNA折纸结构结合，研究人员成功实现了对特定靶标的识别和结合，这为纳米反应器在生物医学领域的应用提供了新的可能性。实验结果表明，这种靶向策略不仅能够提高反应器的特异性，还能在一定程度上增强其在复杂环境中的稳定性。

在实验过程中，科学家们采用了多种技术手段，包括凝胶电泳、透射电子显微镜（TEM）和荧光免疫检测等，以评估纳米反应器的结构特征、酶活性和靶向能力。这些技术不仅帮助研究人员确认了CPs与DNA折纸的结合情况，还提供了对酶负载和底物通透性的详细分析。通过比较不同CPs和不同底物条件下的实验结果，研究者能够进一步理解纳米反应器的性能和优化其应用。

总之，本研究开发了一种基于DNA折纸和病毒衣壳蛋白的模块化纳米反应器，不仅能够实现对酶与底物相互作用的精确控制，还能够提高纳米反应器的稳定性和靶向能力。这种结合方式为生物催化反应提供了新的平台，有望在生物医学、代谢工程和高通量酶反应等领域得到广泛应用。通过进一步研究纳米反应器的微环境和物理化学特性，科学家们能够更好地优化其性能，为未来的生物技术应用奠定基础。