2019-07-30 06:48:01
用肽装饰调整纳米线特性

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在马萨诸塞州阿默斯特大学微生物学家Derek Lovley领导的Geobacter实验室的最新论文中,他和同事们报道了在细菌Geobacter sulfurreducens中开发导电蛋白纳米线以用作化学和生物传感器的“重大进展”。详情见本期美国化学学会期刊ACS Synthetic Biology。

Lovley指出,在Geobacter中发现的导电蛋白纳米线已经在他的实验室中进行了多年的深入研究,因为它们比昂贵的硅纳米线和需要有毒化学品和高能量工艺生产的碳纳米管提供了许多优势。

相比之下,Geobacter的纳米线可以通过可再生原料进行可持续的大规模生产和种植。微生物学家指出,它们需要低能量输入 - 据估计,生产它们的能耗比硅纳米线低100倍 - 它们可以回收利用。蛋白质纳米线比硅树脂线更敏感,更薄,更柔韧,因此更多的可以包装到更小的空间,具有更好的感应能力。它们在水或体液中也很稳定,这是生物医学应用的重要特征。

Lovley在30多年前发现波托马克河泥浆中的导电微生物,他说:“在我们之前的研究中,我们专注于通过修改Geobacter组装成导线的蛋白质的基因来调节导线的电导率。我们现在有一个电线工具箱可供选择,电导率范围达百万倍。这为电子设备设计提供了广泛的灵活性。“

“蛋白质纳米线最有前途的应用之一是生物医学和环境传感器,”他解释说。 “我们希望设计出能够特异性结合感兴趣的生物或化学物质的电线。当该分子与电线结合时,电子信号的变化将是显而易见的。”

“下一个目标是看看我们是否可以在不破坏其导电性的情况下修改纳米线的表面特性,这就是我们在最新的概念验证论文中所展示的,”洛夫利指出。他的实验室最近的研究表明,长达9个氨基酸的肽可以添加到纳米线的氨基酸骨架中,并且可以用更多的肽“装饰”它。

Lovley说,研究人员测试了两种不同的肽“装饰”场景 - 因为沿着电线外部暴露的肽就像一串圣诞灯上的小灯泡。

他们首先构建了一种G. sulfurreducens菌株,这种菌株制成的合成纳米线装饰有六个组氨酸“His-tag”,专门将镍结合到金属丝表面。接下来,他们展示了生产具有两种装饰的电线的可能性,His标签和外表面上暴露的“接头”九肽“HA标签”。他们还证明,通过引入遗传电路来控制HA标签的表达,可以控制线上装饰的数量。作者报告说,这两种标签都没有削弱电线的导电性。

研究人员说,这些用肽修饰纳米线的广泛可能性,以及它们的“绿色”可持续属性,有望为进一步的发展做出贡献。现在可以很容易地修改纳米线的特性以具有新的功能。例如,正如我们在论文中所示,肽可以被设计成特异性地结合感兴趣的化学物质或生物制剂,这将对设计纳米线传感器有用。“

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