我院环境与生物分析课题组在非生物合成抗体研究方面取得新进展，相关成果在线发表在国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上，题为《Abiotic Synthetic Antibodies to Target a Specific Protein Domain and Inhibit Its Function》。博士研究生程巧连为该论文的第一作者，刘名茗教授和美国加州大学欧文分校Kenneth J. Shea教授为该论文的共同通讯作者。

Bt杀虫剂的使用和转Bt作物的种植已成为农业害虫管理的重要组成部分。尽管Bt蛋白的生物安全性仍存在诸多争议，但公众高度关注的与Bt蛋白释放、残留和迁移相关的环境生态和健康风险问题不容忽视。评估不同环境和生物介质中Bt蛋白的存在和水平是研究Bt蛋白环境命运和归趋的先决条件。因此，开发一种选择性识别Bt蛋白的亲和试剂显得尤为重要。聚合物纳米颗粒，作为一种新型的非生物亲和配体，在蛋白质的分离、纯化以及生物毒素的去除方面显示出独特的优越性。

本课题组前期在Journal of American Chemical Society上发表了题为《Synthetic Polymer Affinity Ligand for Bacillus thuringiensis (Bt) Cry1Ab/Ac Protein: The Use of Biomimicry Based on the Bt Protein–Insect Receptor Binding Mechanism》的研究论文。该论文通过模拟Bt Cry1Ab/Ac蛋白与烟草天蛾中肠类钙粘蛋白受体Bt-R1之间的识别机制，建立了一种以Bt蛋白抗原表位为作用靶标的聚合物纳米颗粒定向合成及筛选方法。尽管该方法得到的聚合物仿生亲和配体对Bt Cry1Ab/Ac蛋白具有高亲和力，但是其吸附容量较低，这对其实际分析应用是不利的。

在此基础上，本研究报告了一种新的基于理性设计和化学定向进化相结合的非生物合成抗体研制策略。该策略基于Bt Cry蛋白-昆虫中肠类钙粘蛋白受体复合物的晶体结构和热点区域分析，选择与Bt Cry蛋白关键暴露热点互补的功能单体，合成得到一个小而聚焦的水凝胶共聚物纳米颗粒文库，通过化学定向进化方法得到一种对Bt Cry1Ab/Ac蛋白具有pH敏感、亲和力大、选择性高、吸附容量大、结合速度快、重复性好的非生物合成抗体APhe-NP23。通过APhe-NP23与Bt Cry1Ac胃蛋白酶水解多肽的亲和吸附、潜在多肽丙氨酸定点突变和缺失突变以及聚合物纳米颗粒对Bt Cry1Ac与其类钙粘蛋白受体Bt-R1和SeCad1b受体结合域的蛋白-蛋白抑制研究，明确了非生物合成抗体与Bt蛋白的结合界面，证实了合成抗体APhe-NP23与天然受体Bt-R1和SeCad1b在Bt蛋白表面具有相同的受体结合区域。我们相信这种基于热点的理性设计是创建靶向功能蛋白特定结构域的非生物蛋白亲和试剂的通用方法。亲和配体通常是高信息含量的生物制剂，它们的结构和功能是由氨基酸或寡核苷酸序列决定的。相反，本研究中得到的非生物合成抗体是一种缺乏序列特异性的统计共聚物，该结果是对结构随机性和生物特异性并不相互排斥这一概念的重要贡献。

该研究工作得到国家自然科学基金（21577044 和21976064）、中央高校基本科研业务费专项资金（2662019PY056）、新世纪优秀人才支持计划（NCET-13-0808）、湖北省自然科学基金（2014CFA016）和美国国家科学基金（DMR-1308363）等项目的资助。

通讯员：程巧连

审核人：刘名茗