合成生物纳米酶

纳米酶是一类本身蕴含酶学特性的纳米材料,能够在生理条件下催化天然酶的底物及其介导的生化反应,表现出类似的反应动力学和催化机理。自2007年首次发现四氧化三铁纳米颗粒自身具有类过氧化物酶活性以来,成百上千种不同的纳米酶材料相继被开发出来,在生物医学、检测传感、环境工程等领域有着广泛的应用。近年来,以基因编辑或重组为基础的纳米酶材料开始出现。相比较其他纳米酶,这种纳米酶是基于合成生物学相关技术开发而来,在这里将其命名为合成生物纳米酶,其特点是以人为改造或从头设计的蛋白作为骨架,原位生长一些金属纳米颗粒,将蛋白骨架的功能和材料的催化融于一体。本文主要介绍了纳米酶的基本概况,例证了其在生物医学应用上的优势;概述了多种天然蛋白作为骨架制备纳米酶的原理,列举了其中的部分应用;简述了基因改造蛋白骨架方面的研究进展,并重点强调这种蛋白骨架在合成无机纳米颗粒方面的优势;在以上这些进展的基础上,提出了合成生物纳米酶的概念,并阐释了其中的内涵,最后也以基因重组铁蛋白纳米酶为例介绍了目前的一些设计及应用。未来,以合成生物纳米酶为代表的纳米酶,有可能会将计算生物学、结构生物学、蛋白/基因工程及化学等手段融为一体,在模拟酶的设计上更为理性,在赋予功能上更为多样化,并且有望进一步促进合成生物学与纳米生物学的深度融合。