大家好，今天和大家分享一篇发表在Nature上的文章，题目为“De novo design of modular and tunable protein biosensors”。文章的通讯作者是华盛顿大学的Byung-Ha Oh教授 和David Baker教授。
基于蛋白的生物传感器在合成生物学和临床应用领域发挥重要作用，但目前的传感器设计大多还依赖于基于天然蛋白的再修饰，符合需求的天然蛋白难以寻找且改造工程量较大。因此，构建模块化的蛋白生物传感器设计平台十分必要。本研究针对这一问题从头构建了一个模块化的蛋白生物传感器设计平台，实现了对目的蛋白的高灵敏度和特异性检测。
一个蛋白生物传感器应该有两个能量相近的状态且两个状态的平衡受待分析物影响。它应该具有以下几个性质: ①普适性：待测物引发的构象改变应该不受待测物的具体细节影响，；②可变性：可根据不同的检测物，检测需求进行调整；③灵敏性：构象改变应可转换为一个灵敏的输出。基于这一设计理念，本研究构建了一个由两种蛋白组分构成的系统：①一个“笼结构域”(cage domain) 和一个“门闩结构域”(latch domain)构成的“lucCage”；②一个可结合开启状态lucCage的“钥匙肽段”和一个荧光素酶片段构成的“lucKey”。在没有待测物时，门闩和笼结构域结合，lucKey无法结合从而钥匙肽段上的荧光素酶片段无法和门闩结构域上的另一个荧光素酶片段结合，从而无法产生荧光信号；当存在待测物时，待测物和门闩结构域的特异性位点结合，释放笼结构域的结合位点，使得lucKey结合Cage, lucKey和门闩结构域的两个荧光素酶片段相结合，从而产生荧光信号。根据待测物的不同，此传感器体系仅需要更换特异性的待测物结合序列就能达到预期的效果，从而实现了模块化。通过调整cage打开的自由能ΔGopen和cage结合key的自由能ΔGCK的平衡，这个体系可以实现对不同待测物，不同检测条件下对待测物的灵敏检测。
基于构建的lucCage和lucKey模板，本研究分别设计了针对心肌肌钙蛋白，HBV抗体，SARS-CoV-2抗体和SARS-CoV-2突刺蛋白的生物传感器，并结合计算的方法进行结构优化，最终得到的生物传感器达到临床样品检测的标准，具有较好的灵敏度和特异性。
本文作者：ZRJ
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03258-z
原文引用：doi：10.1038/s41586-021-03258-z
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