A fusion protein strategy for high-yield production of DOPA- modified recombinant mussel adhesive protein Pvfp-5P
本研究提出了一种利用毕赤酵母（*Pichia pastoris*）实现多巴修饰的贻贝粘附蛋白 Pvfp-5P 高产的高效且可扩展的融合蛋白策略，该蛋白在生物医学应用中展现出卓越的伤口愈合促进作用、多功能的表面粘附性以及极佳的柔韧性。
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在深邃的海底，贻贝紧紧地附着在岩石、船体和码头上，其顽强的生命力足以抵御海浪与潮汐的不断冲击。它们实现这一壮举并非依靠瓶装胶水，而是通过足部分泌的一种特殊蛋白质。这种被称为贻贝粘附蛋白的天然粘合剂，含有一种名为 DOPA 的独特化学成分。这种分子就像一种分子级的魔术贴，能够与几乎任何表面形成强力的结合，无论该表面是潮湿或干燥，还是粗糙或光滑。由于这些特性，科学家们长期以来一直希望将这种蛋白质用于人类医学，希望能创造出更好的绷带、手术胶水或医疗器械涂层。然而，直接从贻贝中采集这种蛋白质既缓慢又低效，而尝试在实验室中进行人工合成也一直很困难，往往只能产生极少量的产品，且缺乏使其发挥作用所需的关键化学修饰。
一组研究人员致力于通过转向一种被称为毕赤酵母（Pichia pastoris）的微型酵母来解决这一生产难题，这种酵母是生物技术领域的“劳模”，以其大量生产蛋白质的能力而闻名。挑战在于，这种酵母本身并不能很好地产生贻贝蛋白，也缺乏添加必需的 DOPA 修饰所需的内部机制。为了克服这一难题，科学家们采用了一种巧妙的融合策略。他们提取了贻贝蛋白的基因，并将其与一段编码类胶原蛋白片段（一种酵母非常喜爱并能大量产生的蛋白质结构）的 DNA 相连接。此外，他们还引入了来自一种土壤细菌的第二个基因，该基因充当“工厂工人”，负责将蛋白质中的酪氨酸构建模块转化为至关重要的 DOPA 成分。这个组合系统旨在作为单个高效的生产线，在酵母细胞内运行。
研究结果令人瞩目。当研究人员在标准的实验室烧瓶中培养这种工程化酵母时，细胞分泌这种新型融合蛋白的速度约为每升 300 毫克。与以往经常难以达到每升 100 毫克的尝试相比，这是一个显著的飞跃。团队能够通过单一步骤纯化这种蛋白质，去除杂质后使纯度达到 90% 以上。至关重要的是，化学分析证实该蛋白质已成功完成修饰，其重量占比含 2.5% 的 DOPA。虽然这略低于天然采集的贻贝蛋白中所含的 3.3%，但在被认为对医疗用途有效的范围内，且远优于通过其他方法生产的未修饰版本。
为了测试这种实验室制造的蛋白质是否真的有效，研究人员检查了它如何与活细胞和表面相互作用。他们将蛋白质涂抹在层小鼠成纤维细胞（一种参与伤口愈合的细胞）上，并观察细胞闭合缺口的速度。使用这种新型融合蛋白处理的细胞比使用天然贻贝蛋白处理的细胞愈合速度更快，在三天内闭合了 93.5% 的伤口，而天然版本的闭合率为 83.5%。该蛋白质还证明了其卓越的涂层性能。当应用于玻璃（一种非常潮湿的表面）和聚苯乙烯（一种中度干燥的表面）时，它都能牢固且均匀地粘附，展示了其像天然对应物一样与多种材料结合的能力。
最后，团队测量了该蛋白质的物理性质，以了解它在体内的表现。他们发现这种材料极其柔软且具有弹性，弹性模量为 2.34 千帕。这种极度的柔软意味着蛋白质可以轻松顺应伤口或组织表面的形状，从而确保紧密且稳固的结合，而不会显得僵硬或脆弱。通过将提升产量的融合策略与增加化学活性的共表达系统相结合，研究人员创造了一种可扩展且高效的方法来制造生物活性粘合剂。这项工作为大规模生产这种有望改善我们治疗伤口、修复组织和设计医疗表面的材料开辟了一条可行的路径。
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