合成粘蛋白模仿天然存在的粘液的结构

粘液由粘蛋白制成 - 用糖装饰的蛋白质分子．许多科学家正试图创建粘液的合成版本，希望复制其有益的特征。在一项新的研究中，来自麻省理工学院的研究人员现在生成了具有聚合物骨架的合成粘液，更准确地模仿天然存在的粘液的结构和功能。该团队还表明，这些合成粘蛋白可以有效地中和原因的细菌毒素霍乱．

这些发现可以帮助研究人员更好地了解粘蛋白的哪些特征有助于不同的功能，尤其是它们的功能抗菌劳拉·凯森斯表示，诺华科学诺斯·科研洛杉矶解放军教授。复制合成粘蛋白中的功能最终可能导致新的治疗或预防传染病的新方法，并且这种材料可能不太可能导致这种抗性抗生素,她说。“我们真的很想了解粘蛋白的哪些特征对它们的活动是重要的，并模仿这些特征，这样你就可以阻断毒性途径微生物“Kiessling说，谁是新研究的高级作者。

Kiessling的实验室与Katharina Ribbeck, Mark Hyman, Jr.的生物工程职业发展教授，和Richard Schrock, F.G. Keyes的化学名誉教授，他们也是这篇论文的作者，共同参与了这个项目。发表在《ACS中央科学》杂志上的这篇论文的主要作者是前麻省理工学院研究生奥斯汀·克鲁格和麻省理工学院博士后斯宾塞·布鲁克斯。

2018年，kisesling和Ribbeck在Amar G. Bose教授研究基金的资助下，联手尝试创造黏液启发材料。粘液的主要组成部分是粘蛋白——一种长而像瓶刷的蛋白质，上面附着许多被称为聚糖的糖分子。里贝克发现，这些粘蛋白破坏了感染性细菌的许多关键功能，包括它们分泌毒素、相互沟通和附着在细胞表面的能力。

这些功能使许多科学家们试图产生可能有助于预防或治疗细菌感染的人工版本。然而，粘蛋白非常大，难以准确地复制它们的结构。每个粘蛋白聚合物具有长的骨架，包括成千上万的氨基酸，并且许多不同的聚糖可以附着在这些骨架上。

在新的研究中，研究人员决定专注于骨干聚合物．为了尝试复制其结构，它们使用称为开环复分解聚合的反应。在这种反应过程中，打开含碳环以形成含有碳 - 碳双键的线性分子。然后可以将这些分子连接在一起以形成长聚合物。

在2005年，Schrock因为他开发了能够驱动这种反应的催化剂而获得了诺贝尔化学奖。后来，他开发了一种催化剂，可以产生特定的“顺式”构型的产物。双键中的每个碳原子通常都有另一个化学基团连着，在顺式结构中，这两个基团都在双键的同一侧。在“反式”构型中，基团在相反的两边。

为了创造他们的聚合物，研究人员使用基于钨的斯基罗克的催化剂，形成CIS版本的粘蛋白模拟聚合物。它们将这些聚合物与由不同的钌基催化剂产生的那些进行比较，其产生反式型号。他们发现CIS版本与天然粘液更相似 - 即它们形成了非常细长的水溶性聚合物。相反，转化聚合物形成球的球，而不是拉出。

模仿粘蛋白

研究人员随后测试了合成粘蛋白模仿天然粘蛋白功能的能力。研究人员发现，当暴露于霍乱弧菌产生的毒素时，拉长的顺式聚合物比反式聚合物更能捕获毒素。事实上，合成的顺式粘蛋白模拟物甚至比自然产生的粘蛋白更有效。

研究人员还发现，它们的细长聚合物在水中比反式聚合物更易溶，这可能使它们可用于诸如滴眼剂或皮肤保湿剂的应用。

现在他们可以创造合成粘液，从而有效地模仿真实的东西，研究人员计划在不同的聚糖附在底部时，研究粘液的功能如何发生变化。通过改变聚糖的组成，他们希望开发可以抑制各种微生物的毒力途径的合成粘蛋白。

“我们正在思考更好地模仿粘蛋白的方法，但这项研究是了解相关因素的重要一步，”基斯林说。