25 년 2023 월 XNUMX 일 (
나노 워크 뉴스) 세포 내 공학은 유망한 촉매 특성을 지닌 기능성 단백질 결정을 합성하기 위한 강력한 도구가 될 수 있다고 Tokyo Tech의 연구원들이 밝혔습니다. 연구진은 유전자 변형 박테리아를 친환경 합성 플랫폼으로 활용해 인공 광합성을 위한 하이브리드 고체 촉매를 제작했다. 이러한 촉매는 높은 활성, 안정성 및 내구성을 나타내어 제안된 혁신적인 접근 방식의 잠재력을 강조합니다. 일반 결정과 마찬가지로 단백질 결정은 다양한 특성과 맞춤화 가능성이 큰 잘 정렬된 분자 구조입니다. 세포 내에서 발견되는 물질로부터 자연적으로 조립할 수 있어 합성 비용이 크게 줄어들 뿐만 아니라 환경에 미치는 영향도 줄어듭니다. 단백질 결정은 다양한 기능성 분자를 수용할 수 있기 때문에 촉매로서 유망하지만, 현재 기술은 작은 분자와 단순 단백질의 부착만 가능하게 합니다. 따라서 효소 고정화에 대한 잠재력을 최대한 활용하려면 천연 효소와 합성 기능성 분자를 모두 포함하는 단백질 결정을 생산하는 방법을 찾는 것이 필수적입니다. 이러한 배경에서 우에노 다카후미(Takafumi Ueno) 교수가 이끄는 도쿄공업대학(Tokyo Tech) 연구진은 단백질 결정을 기반으로 한 하이브리드 고체 촉매를 생산하는 혁신적인 전략을 개발했습니다. 에 발표된 논문에서 설명했듯이
나노 편지 (
“인공 광합성을 위한 하이브리드 고체 촉매로의 단백질 결정의 세포 내 엔지니어링”), 그들의 접근 방식은 셀 내 엔지니어링과 간단한
체외에서 인공 광합성을 위한 촉매를 만드는 과정. 하이브리드 촉매의 구성 요소는 봄빅스 모리 누에를 감염시키는 바이러스에서 추출한 단백질 단량체입니다. 연구자들은 이 단백질을 암호화하는 유전자를 뇌에 도입했습니다.
대장균 생성된 단량체가 삼량체를 형성하고 N 말단 α-나선(H1)을 통해 서로 결합하여 안정적인 다면체 결정(PhC)으로 자발적으로 조립되는 박테리아입니다. 또한 연구자들은 효모 종의 FDH(포르메이트 탈수소효소) 유전자의 변형된 버전을 효모에 도입했습니다.
E. 대장균 게놈. 이 유전자는 박테리아가 H1 말단을 가진 FDH 효소를 생산하게 하여 잡종의 형성을 유도합니다.
세포 내의 결정. 팀은 하이브리드 결정을 추출했습니다.
E. 대장균 초음파 처리 및 구배 원심분리를 통해 박테리아를 제거하고 에오신 Y(EY)라는 인공 감광제가 포함된 용액에 담갔습니다. 결과적으로, 중앙 채널이 에오신 Y 분자를 수용할 수 있도록 유전적으로 변형된 단백질 단량체는 EY가 하이브리드 결정에 대량으로 안정적으로 결합하는 것을 촉진했습니다. 이러한 독창적인 공정을 통해 팀은 활성도가 높고 재활용이 가능하며 열적으로 안정적인 EY·를 생산할 수 있었습니다.
이산화탄소(CO)를 전환할 수 있는 촉매
2)를 포메이트(HCOO
-) 빛에 노출되면 광합성을 모방합니다. 또한, 유리 효소에 비해 고정화 후에도 촉매 활성이 94.4% 유지되었습니다. Ueno 교수는 “제안된 하이브리드 결정의 전환 효율은 이전에 보고된 FDH 기반 효소 인공 광합성 화합물의 전환 효율보다 훨씬 더 높았습니다.”라고 강조합니다. “게다가 하이브리드 PhC는 두 가지를 모두 견뎌낸 후에도 고체 단백질 조립 상태를 유지했습니다.
생체내에서 및
체외에서 엔지니어링 공정을 통해 캡슐화 지지체로서 PhC의 놀라운 결정화 능력과 강력한 가소성을 입증했습니다.” 전반적으로, 이 연구는 복잡한 기능성 물질의 합성을 촉진하는 생명공학의 잠재력을 보여줍니다. “의 조합
생체내에서 및
체외에서 단백질 결정의 캡슐화 기술은 나노물질과 인공 광합성 분야의 연구에 효과적이고 환경 친화적인 전략을 제공할 것입니다”라고 Ueno 교수는 결론지었습니다.
