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新技术提升蛋白质结晶成功率

超构材料21世纪初被提出，截至目前它仍然是非常活跃的前沿领域。其中的微结构，大小尺度与它作用的蛋白质尺寸相当，因此得以对蛋白质的结晶过程施加干预，对蛋白质的聚集态形成起到促进作用，从而降低了两步成核中的步能垒。其次，通过材料本体结构的晶格对聚集态蛋白质分子进行引导排列，促进蛋白质分子的有序排列和晶核形成，从而降低了两步成核中的第二步能垒。

尽管通过实验和理论证明了超构材料在蛋白质结晶方面的巨大潜力，但要充分发挥其优势则必须兼容当前蛋白质结晶通过的高通量筛选系统。目前国际上普遍采用液体处理机器人来进行高通量结晶筛选，筛选一个结晶条件的蛋白样品消耗体积为纳升级别。因此，如何快速，稳定地将成核剂添加到高通量系统的同时，又不对结晶系统造成大的影响成为急需解决的问题。

随后通过优化生产和制备工艺，考察了各生产因素对成核剂尺寸和稳定性的影响，确定了适合高通量蛋白质结晶筛选的成核剂混悬剂的制备工艺流程。这是一种含有具有表面超结构的有机无机复合材料，其尺寸分布在几百纳米到几微米之间。该产品的组成为材料颗粒与水溶液的混悬液。在蛋白质结晶筛选实验中，使用该产品有助于提高蛋白质结晶筛选的成功率，包括改善晶体的分辨率和筛选新的结晶条件，使不结晶或难结晶的蛋白质成功结晶，展现了巨大的应用潜力，使用该成核剂已经成功结晶和解析十多个蛋白质晶体结构。

此外，针对能够结晶的蛋白质分子，成核剂混悬液在筛选新的结晶条件，提升结晶的分辨率方面同样有效。目前，***院已经与国内超过18个实验室开展了合作，助力我国的生命科学和生物研究。

传统结晶板蛋白质晶体板比较

在20℃时虽然微流控芯片上的结晶条件数少于24孔结晶板(67 vs 94),但主要是嗜热菌蛋白酶的结晶条件数显著减少,其他4种蛋白在两种方法上均有相近的结晶条件数,表明微流控芯片能以接近24孔结晶板的效率进行蛋白质结晶筛选.但是,在4℃时微流控芯片与24孔结晶板有60%的结晶条件不同,20℃时有90%的结晶条件不同,这表明目前的这种微流控芯片还不能直接代替传统的24孔结晶板,它可以作为蛋白质结晶筛选时的一种补充方式。

蛋白质晶体板

半胱氨酸、赖氨酸的蛋白质、以及含有金属离子的蛋白质。这些蛋白质的吸附会导致重组蛋白质纯度大幅降低。为了解决这一问题,我们制备了两类新材料,用于提高重组蛋白质纯度:1)通过分子印迹技术,以组氨酸标签为模板,在IMAC材料表面形成组氨酸标签的分子印迹层,使得不含组氨酸标签的蛋白质无法靠近IMAC材料,从而提高重组蛋白纯度;2)通过活性可控自由基聚合,在IMAC基质材料表面包被了一层尺寸可控的聚合物涂层。在聚合物网络的筛分作用下,进而实现带组氨酸标签的重组蛋白的纯化。

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以蛋白质晶体学为主要手段的结构***组学研究通常包括选靶、、表达、纯化、晶体筛选与优化、X射线衍射数据收集与结构解析等步骤。其中,获得满足衍射数据收集要求的高质量蛋白晶体是大的'瓶颈'。我们在人类细胞内氯离子通道蛋白2(CLIC2)结构与功能研究中发现用5,5'二硫双-2-甲酸(处理,可以显著提高CLIC2晶体质量,成功收集了分辨率至2埃的衍射数据***作为一个检测巯基化合物的经典***,通常用在半胱氨酸或含量测定上。在蛋白晶体学领域里以获得蛋白晶体为目的的***修饰例子实际并不多。我们将其应用在蛋白结晶学领域,使用Ellman***修饰方法使蛋白晶体质量得到有效改善。