nature

当前位置: Nature » 蛋白&蛋白质组学 » 正文

Nature Chemistry:“超级”铀结合蛋白质的获得

摘要 : 北京大学化学与分子工程学院/定量生物学中心来鲁华教授课题组与芝加哥大学何川教授课题组合作,经过蛋白质设计计算与实验,成功获得对于铀酰离子达到飞摩尔结合能力的“超级”铀结合蛋白。这一结果于近期发表于《自然•化学》杂志上。
铀酰离子结合蛋白质计算设计过程

铀酰离子结合蛋白质计算设计过程

利用“超级”铀结合蛋白质从海水中提取铀的过程示意图

利用“超级”铀结合蛋白质从海水中提取铀的过程示意图

铀是核工业的关键原料。海水中铀的蕴藏量约为45亿吨,是陆地上已探明的铀矿储量的约1000倍,可以说是取之不尽。半个多世纪以来,人们一直致力于从海水中大规模提取铀却未找到有效的办法,其难点在于海水中含铀浓度极低(3.2ppb,约14nM,每吨海水中含铀3.2毫克),而其他各种离子含量很高,从而要求配体分子对铀应具有极高的亲和性及选择性。

北京大学化学与分子工程学院/定量生物学中心来鲁华教授课题组与芝加哥大学何川教授课题组合作,经过蛋白质设计计算与实验,成功获得对于铀酰离子达到飞摩尔结合能力的“超级”铀结合蛋白。他们基于来鲁华教授课题组过去针对蛋白质相互作用设计所建立的“蛋白质关键残基嫁接”策略发展了一种铀结合蛋白质设计方法及程序URANTEIN,从自然界中已存在的结构多样化的蛋白质中计算筛选出合适的蛋白质结构并进行计算设计改造,从中选出10种蛋白质设计方案进行实验,其中4种蛋白质改造后与铀酰离子结合能力达到纳摩尔。

何川教授课题组针对其中一种蛋白质进行了优化改造并结合多种实验手段,得到了具有超高亲和性(飞摩尔,10-15M)及高选择性的铀结合蛋白SUP,所解出的SUP与铀酰离子的复合物晶体结构证明了设计的合理性。他们还将该铀结合蛋白展示于大肠杆菌表面,实现了海水中低浓度铀的高效选择性吸附,为解决海水提铀领域中长久以来的难题开辟了一条新途径。这一结果于近期发表于《自然•化学》杂志上。

该论文发表后引起了广泛关注,美国化学会的官方杂志《化学与化工新闻》(Chemical & Engineering News, 2014, 92(5), 26)在科学技术焦点(Science & Technology Concentrates)栏目中报道了这一成果。《自然•化学》杂志在当期上以亮点工作(Highlights)的形式对该成果进行了介绍评论,指出该成果不仅在海水提铀工程中迈出了重要的一步,而且是金属结合蛋白设计中的一个重要突破。近期,该成果被美国阿贡国家实验室(Argonne National Lab)先进光子源(Advanced Photon Source)评选为年度科研亮点。

何川教授课题组的访问学者复旦大学药学院周璐副教授是该论文第一作者。共同第一作者Mike Bosscher博士是何川教授课题组的博士生;共同第一作者张长胜博士是来鲁华教授课题组的博士后,负责蛋白质设计计算工作。该项研究得到了阿贡国家实验室Mark P. Jensen教授的大力支持。

原文摘要:

A protein engineered to bind uranyl selecively and with femtomolar affinity

Lu Zhou, Mike Bosscher, Changsheng Zhang, Salih Özçubukçu, Liang Zhang, Wen Zhang,Charles J. Li, Jianzhao Liu, Mark P. Jensen, Luhua Lai & Chuan He

Uranyl (UO22+), the predominant aerobic form of uranium, is present in the ocean at a concentration of ~3.2 parts per 109 (13.7 nM); however, the successful enrichment of uranyl from this vast resource has been limited by the high concentrations of metal ions of similar size and charge, which makes it difficult to design a binding motif that is selective for uranyl. Here we report the design and rational development of a uranyl-binding protein using a computational screening process in the initial search for potential uranyl-binding sites. The engineered protein is thermally stable and offers very high affinity and selectivity for uranyl with a Kd of 7.4 femtomolar (fM) and >10,000-fold selectivity over other metal ions. We also demonstrated that the uranyl-binding protein can repeatedly sequester 30–60% of the uranyl in synthetic sea water. The chemical strategy employed here may be applied to engineer other selective metal-binding proteins for biotechnology and remediation applications.

来源: 北京大学 浏览次数:59

热门文章TOP

RSS订阅 - 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容: - 网站地图
网站联系电话:020-87540820 备案号:粤ICP备11050685号-8 增值电信业务经营许可证:粤B2-20120479
©2011-2015 生物帮 All rights reserved.