蛋白質(zhì)是生命科學(xué)的“基石分子”，但其純化過(guò)程長(cháng)期依賴(lài)化學(xué)試劑，易導致活性損傷。近日，慕尼黑工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新方法，通過(guò)物理而非傳統化學(xué)手段來(lái)獲得所需的蛋白質(zhì)。他們利用人眼無(wú)法察覺(jué)的短波紫外線(xiàn)成功地從細胞提取物或培養物中純化蛋白質(zhì)。這一技術(shù)比以往的方法更加高效，且對蛋白質(zhì)更為溫和。

從事分子生物學(xué)或相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家需要純化的蛋白質(zhì)，以便進(jìn)行各類(lèi)研究。這些蛋白質(zhì)主要來(lái)自自然來(lái)源，或通過(guò)基因改造的細胞進(jìn)行生產(chǎn)。

傳統親和色譜法依賴(lài)酸性試劑分離蛋白質(zhì)，導致30%-50%的活性損失，且流程復雜耗時(shí)。通訊作者Peter Mayrhofer指出：“化學(xué)試劑的強刺激性是行業(yè)長(cháng)期痛點(diǎn)，尤其在抗體藥物生產(chǎn)中，活性損失意味著(zhù)成本飆升。”

慕尼黑工業(yè)大學(xué)生物化學(xué)教授Arne Skerra領(lǐng)導的團隊，基于傳統方法的桎梏研發(fā)了一種新方法：“我們使用物理機制取代化學(xué)試劑。我們的技術(shù)與傳統方法截然不同，既溫和又高效，”Arne Skerra教授表示。

“Azo-tag”：作為錨的分子附錄

新方法同樣采用填充有多孔載體材料的色譜柱。然而，主要區別在于色譜柱周?chē)贾昧?/span>LED燈，并且目標蛋白質(zhì)上附加了一個(gè)小的分子附錄。

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圖片信息：該團隊進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了色譜法。為此，他們開(kāi)發(fā)了一種光敏分子闌尾，作為靶蛋白的錨點(diǎn)。它將目標蛋白與色譜柱中的載體材料結合。當用溫和的紫外光照射色譜柱時(shí)，分子闌尾會(huì )釋放載體材料，并與目標蛋白一起洗掉。為此，研究人員在色譜柱周?chē)惭b了 LED 燈。為了可視化這個(gè)過(guò)程，該團隊在這里使用熒光蛋白進(jìn)行研究。

這一被稱(chēng)為Azo-tag的微小配件由Peter Mayrhofer、Markus Anneser、Stefan Achatz與Arne Skerra在生物化學(xué)教研室共同開(kāi)發(fā)，基于光敏的“偶氮苯”化學(xué)基團。Azo-tag在光照下能夠改變形狀，并作為目標蛋白質(zhì)的分子錨：在自然光或黑暗環(huán)境中，目標蛋白通過(guò)這一錨與載體材料結合。任何其他污染物和雜質(zhì)均可被洗凈，而目標蛋白及其錨則被保留。

然而，當LED燈開(kāi)啟并用波長(cháng)為355納米的溫和紫外線(xiàn)照射色譜柱時(shí)，標簽的形狀發(fā)生變化。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它會(huì )從載體材料上被排斥，從而使帶有Azo-tag的目標蛋白以純凈、濃縮且未受損的形式被洗出色譜柱。以這種方式純化的蛋白質(zhì)可以直接用于后續研究，無(wú)需額外的純化步驟。

這一方法比傳統色譜法更為高效，且具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛力

生物化學(xué)教研室現在定期使用這種方法，并已經(jīng)成功地純化了針對乳腺癌的抗體。目前，實(shí)驗室中采用的是一種小型設備，這個(gè)色譜柱直徑不到一厘米，但研究團隊預計其在更大規模上的應用也將可行。

Arne Skerra提到，他們還有進(jìn)一步的計劃，他與團隊成員已為這一新方法申請了專(zhuān)利：“我們目前正在考慮將流程自動(dòng)化，以進(jìn)一步提升效率，特別是在高通量藥物研發(fā)領(lǐng)域。”

雜志：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-55212-y