Science：开发出对蛋白酶进行重编程的进化方法

来源：生物谷

在一项新的研究中，来自哈佛大学、布罗德研究所和波士顿儿童医院等研究机构的研究人员开发了一种对蛋白酶进行重编程的进化方法。相关研究结果发表在2021年2月19日的Science期刊上，论文标题为“Phage-assisted evolution of botulinum neurotoxin proteases with reprogrammed specificity”。

在这篇论文中，他们描述了他们的技术是如何发挥作用的，以及在测试时它的表现如何。瑞典斯德哥尔摩大学的Pål Stenmark在同期Science期刊上发表了一篇标题为“Re-engineering Botox”的观点类型文章，概述了重新设计肉毒杆菌毒素（Botox）的研究努力，以及这些研究人员在这项新研究中取得的研究成果如何可能适用于此类研究。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf5972

蛋白酶可分解蛋白和肽。在许多情况下，作为身体自然过程的一部分，它们在某些特定的位点切割蛋白。几年来，科学家们一直在研究如何对蛋白酶进行编程，使其以所需方式进行切割。据信，这样做将允许开发一系列新的治疗方法和生物技术应用。在这项新的研究中，这些研究人员开发出一种利用进化方法实现这一目的的方法。

这项研究涉及开发出一种噬菌体辅助的、基于进化的过程的改进版本，它允许随着时间的推移同时对某些蛋白酶的活性进行正向和负向选择。它依靠的是将特定蛋白酶结构域的特性与噬菌体的传染性结合在一起，然后让蛋白酶经过几代进化，直到进化出所需的特性。

这项研究涉及到肉毒神经毒素（botulinum neurotoxin），众所周知，肉毒神经毒素在某些情况下具有毒性，而在其他情况下具有治疗作用。比如，它们可以以肉毒杆菌毒素中毒的形式出现，这是一种众所周知的食物中毒，不过它们也以另一种形式用于制造肉毒杆菌毒素，用于治疗偏头痛和作为美容疗法。他们开发的方法使得他们首先能够识别出所需的底物，然后在进化过程展开时针对其他底物进行筛选。

这些研究人员利用他们的技术对一种蛋白酶进行重编程，使得它以所需的方式切割肉毒神经毒素E的一种底物。他们还发现，他们的技术可以用来对一种蛋白酶进行重编程，以构建出全新的底物。

Stenmark指出，这些研究人员开展的这项研究可能会在某些医学研究领域产生重大影响---例如，按需对蛋白酶进行重编程可能会实现对涉及痛觉的蛋白进行切割。

参考资料：
1.Travis R. Blum et al. Phage-assisted evolution of botulinum neurotoxin proteases with reprogrammed specificity. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf5972.
2.Pål Stenmark et al. Re-engineering Botox. Science, 2021, doi:10.1126/science.abg3535.
3.An evolutionary method for reprogramming proteases
https://phys.org/news/2021-02-evolutionary-method-reprogramming-proteases.html