视焦点讯！科学家们揭开了自然界超选择结合的秘密未来有望与免疫系统进行交流

2023-01-18 21:48:38 来源：cnBeta

洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员发现，控制纳米材料和蛋白质表面之间的超选择性结合相互作用不仅取决于分子密度，还取决于模式和结构刚性。这一突破有可能优化现有的病毒预防和癌症检测技术。

(资料图)

关于DNA材料上不同配体模式的原始显微镜数据

生物学的许多内容都归结为结合的生物物理过程：使一个或多个原子组--被称为配体--与表面上相应的受体分子之间建立起强有力的联系。结合事件是使病毒感染宿主，或化疗抗癌的第一个基本过程。但是结合的相互作用--至少是我们对它们的理解--有一个"Goldilocks问题"：一个分子上的配体太少，就不可能与正确的目标稳定地结合，而太多则会导致不受欢迎的副作用。

工程学院可编程生物材料实验室（PBL）负责人Maartje Bastings解释说："当结合由目标受体的阈值密度触发时，我们称之为"超选择性"结合，这是防止可能失调生物功能的随机相互作用的关键。由于自然界通常不会使事情过度复杂化，我们想知道仍然允许发生超选择性结合的最低数量的结合相互作用。我们还想知道配体分子的排列模式是否对选择性有影响。事实证明，它确实如此！"

巴斯廷斯和她的四个博士生最近在《美国化学学会杂志》上发表了一项研究，确定了超选择性结合的最佳配体数量：六个。但令他们兴奋的是，他们还发现，这些配体的排列方式--例如排成一条线、一个圆或一个三角形--也大大影响结合效果。他们将这种现象称为"多价模式识别"或MPR。

"MPR围绕着生物和免疫学过程中的分子通讯可能如何工作，开辟了一套全新的假设。例如，SARS-CoV-2病毒有一种用于与细胞表面结合的尖峰蛋白模式，当涉及到选择性时，这些模式可能真的很关键。"

从冠状病毒到癌症

由于其双螺旋结构是如此精确和被充分理解，DNA是PBL研究的完美模型分子。在这项研究中，该团队设计了一个完全由DNA制成的刚性圆盘，其中所有配体分子的位置和数量都可以精确控制。在设计了一系列配体-受体架构以探索密度、几何形状和纳米间距如何影响结合的超选择性之后，该团队意识到，刚性是一个关键因素。巴斯廷斯总结说："越灵活，越不精确。"

"我们的目标是以尽可能简约的方式雕刻出设计原则，以便每个配体分子都能参与结合互动。我们现在拥有的是一个非常好的工具箱，可以进一步利用生物系统中的超选择性结合相互作用。"

这样一个"工具箱"的应用是深远的，但巴斯廷斯看到了三个立即有价值的用途。她说："不管你喜不喜欢，SARS-CoV-2病毒目前是涉及到病毒学应用时的第一个想法。有了我们研究中的见解，人们可以想象开发一种具有配体模式的超级选择性粒子，旨在与病毒结合以防止感染，或阻断细胞部位，使病毒无法感染。"

诊断和治疗方法，如化疗，也可以从超级选择性中受益，这可以使其与癌细胞的结合更加可靠，因为已知某些受体分子具有更高的密度。在这种情况下，健康细胞将不被发现，从而大大减少副作用。

最后，这种选择性工程可以提供对免疫系统内复杂的相互作用的关键见解。精确地玩弄结合点发生的模式，在某种意义上，可以与免疫系统进行潜在的"交流"。

关键词：洛桑联邦理工学院