北京大学张文彬研究员系统评述：可基因编码的多肽-蛋白质化学反应对
传统蛋白质化学修饰方法存在诸如效率低、特异性差、难以精密控制等缺点，而引入非天然氨基酸又常常降低蛋白质产率或致其失活。近年来，通过对存在异肽键、酯键等特殊共价修饰的天然蛋白质结构域进行拆分，人们发展了一系列可基因编码的多肽-蛋白质化学反应对，其典型代表为谍标签(SpyTag)和谍捕手(SpyCatcher)反应对。它们完全基于天然氨基酸，不需要额外的化学试剂或催化剂即可自催化实现高特异性、高效的化学偶联。通过将其编码到相应的基因序列中，人们可方便地控制蛋白质的翻译后修饰及进一步衍生化。这为拓扑蛋白质及蛋白偶联物的精密合成与材料应用提供了强大的工具，对开拓蛋白质独特功能在生物材料领域的应用具有重要意义。
北京大学化学与分子工程学院张文彬研究员课题组致力于结合合成高分子和生物高分子的独特基元和设计理念，发展具有不寻常结构和性质的精密结构大分子。他们将超分子化学中“组装-反应”协同的理念应用到蛋白质拓扑工程中，结合具有特殊缠绕结构的蛋白质模板与多肽-蛋白反应对，成功突破重组蛋白质主链拓扑结构为线性的局限性，实现了包括蛋白质索烃、强制二聚体和星状蛋白质等在内的多种拓扑蛋白质的生物合成，并进一步发现该方法可大大增强蛋白的热稳定性、化学稳定性和酶解稳定性。他们也将该工具应用于无损活性前提下对蛋白质的可控加工，制备了包括薄膜和凝胶等在内的全蛋白质功能材料，实现在基因层面上调控材料的宏观性质，有效开发了蛋白质独特功能在材料方面的应用。此外，他们还利用蛋白质工程，发展了多种各具特色的基于谍反应的多肽-蛋白工具对，为进一步拓宽其用途奠定了基础。
张文彬研究员课题组在《高分子学报》2018年第4期发表的专论中系统评述了可基因编码的多肽-蛋白质化学反应对的研究进展。他们首先回顾了此类新型化学方法的发展背景，详细阐述了多肽-蛋白质反应对的作用原理和调控机制，介绍了业内在拓展一大类具有各种特性的反应对家族方面的初步尝试，并总结了它们在蛋白质拓扑工程学、人工疫苗、蛋白质材料以及蛋白纳米组装体等诸多方面的应用(图1)。最后，他们总结了多肽-蛋白反应对这一类工具的优缺点，并展望了其在高分子精密合成、性能调控和化学信息编译等方面的广泛应用前景。
图1 可基因编码的多肽-蛋白质化学反应对及其用途
链接地址：
http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/4/PDF/gfzxb20180034.pdf
DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18034
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