拟肽研究前景及PTI多肽合成仪助力拟肽设计的优势介绍

劳伦斯伯克利国家实验室分子制造与生物纳米结构中心主任 Ron Zuckermann（http://foundry.lbl.gov）长期以来一直对自然条件下生物通过线性聚合物折叠构建精确三维纳米结构的方式着迷。他和他的团队正在模仿这种结构，创造出新颖而坚固的纳米级仿生聚合物，称为“拟肽”。

拟肽弥补了天然蛋白质复杂结构与合成聚合物的坚固性和化学多样性之间的差距，它们提供了一种在特定应用领域改进天然产物的方法。例如，类脂质拟肽可以模仿天然膜，并可以自组装成比肥皂泡更薄更稳定的薄片。该薄片可以选择性地与生物靶标结合，其表面环类似于分子尼龙搭扣。它们可以承受各种液体的浸泡，在某些情况下甚至可以自我修复。像这样的人造膜为开发天然膜的特性提供了新途径，例如制造水过滤器、传感器、药物递送装置或燃料电池。
 

图1 . 拟肽是由重复的 N 取代甘氨酸单体组成的肽模拟聚合物，其中侧链连接到氮原子而不是 α 碳。它们可以使用全自动多肽合成仪从简单的构建块轻松组装而成。（图片改编自 http://www.neuromics.com/overview-of-peptoids-and-peptoid-libraries）

与多肽相比，拟肽的结构修饰提高了其对蛋白水解的抵抗力，并使得高度化学多样化的序列信息能够被编码到链中。拟肽可以通过固相多肽合成的方式高效合成，使用现成的试剂，完全控制链长、侧链化学和单体序列。拟肽采用二级结构并进行超分子自组装，主要由侧链-侧链相互作用控制。

Ron Zuckermann 和他的团队已经建立了一个拟肽合成中心，供 Molecular Foundry 用户使用，其中 Gyros Protein Technologies （PTI）的几台全自动多肽合成仪发挥着核心作用。该团队正在开发大量信息丰富的肽聚合物组合库，可以筛选出各种功能序列。Molecular Foundry 研究工作的关键推动者是首席科学工程助理 Mike Connolly，他负责提供高效的合成支持。我们借此机会向 Ron 和 Mike 询问了他们的工作，以及为什么 Symphony^® X 全自动多肽合成仪在他们的工作中发挥了如此重要的作用。

问：拟肽研究的前景如何？
RON：“我认为制造人造蛋白质是新的前沿。如果我们能用非天然结构块制造出类似蛋白质的纳米结构，那么我们就可以制造催化剂、合成抗体。也许它们可以做像生物体一样神奇，同时更加稳定。这样的结构在需要分子识别的应用中非常有用，例如治愈疾病、水净化以及检测化学和生物制剂。”

问：您如何看待未来几年拟肽研究的发展？
RON：“在未来几年内，我们应该能够建立形成和组装预定义拟肽纳米结构的设计规则。我们还希望在未来几年内发布拟肽组装体的原子分辨率结构，就像我们今天可以发布蛋白质的 X 射线晶体结构一样。这将帮助我们了解非天然结构如何组合在一起并开发出自然界中无法获得的功能性、化学稳定性和多样性。”

问：为什么 Symphony X 全自动多肽合成仪比实验室中的其他系统更好？
Mike：“Symphony X能够对肽和聚合物中的某些物质进行特定序列控制，这为我们提供了所需的灵活性，为材料科学家、化学家和物理学家打开了新的大门。能够使用一整套一级胺作为构建模块确实很有帮助。这种功能多样性和亚单体控制使任何人都可以合成与其研究领域相关的材料。”

问：您如何衡量成功？
Mike：“对我来说，成功取决于产量和纯度，以及获得产品的速度和成本。这包括货币成本以及产生的化学废物量。Symphony X 和 Prelude^®X （PurePep Chorus上一代型号）全自动多肽合成仪是最大限度提高我们成功率的出色系统。”
 

图 2 Ron Zuckermann（左）和 Mike Connolly（右） 在实验室中。

问：是否有些实验只有使用这些多肽合成仪才能进行？
Mike：“Gyros Protein Technologies （PTI）的全自动多肽合成仪帮助我们完成了以前无法完成的整个项目。这包括 Ron 的大型 DARPA 项目 http://today.lbl.gov/mimicking-nature-for-homeland-security/，该项目旨在构建世界上第一个 1 亿个基于拟肽的纳米片库。这个想法是在纳米片表面显示化学上不同的环，具有不同的尺寸、电荷和亲水或疏水特性。每个纳米片变体都将接受测试，以确定其在检测和中和炭疽等威胁因子方面的有效性。虽然我们有其他合成器，但我永远不会尝试在这些机器上运行该项目，因为它们的速度太慢，或者在合成较长序列的过程中可能会降解隔膜。在 Symphony X 上，我们一次可以合成 24 个肽，而且我们经常合成 40 聚体。”

问：您认为 Symphony X 多肽合成仪速度更快的原因是什么？
Mike：Symphony X 的试剂输送速度比机器人类型移液系统快得多，因为机器人类型系统每次只能添加一种试剂，还要进行冲洗。气动输送加快了添加速度。这可以改善您的化学反应和反应时间的精确度。如果您尝试进行短时间的孵育，其他系统的延长输送时间会成为一个问题。Symphony X 还支持对二十四个反应容器进行独立并行控制。”

“该仪器帮助我们开发出具有极短亚单体的拟肽合成方案。Symphony X 的合成周期短，能够处理多达 400 mL 的大量亚单体胺反应，这使得该系统成为快速合成具有多达 50 个残基序列的拟肽库的理想选择。”

问：软件如何帮助您优化方法？
Mike：“Symphony X的软件比其他供应商的软件更灵活。这包括试剂瓶存储试剂和命名方式的灵活性。我们可以同时运行大量不同的序列，这有助于我们支持更多用户。我可以同时在机器上放置三到四个项目，而不是像在其他仪器上那样一次合成一个。”

“能够在较短的时间内进行大量合成真是太棒了。Symphony X 具有紫外线监测功能，如果您试图找出脱保护过程在哪里出现问题，这真的很有用。我们这里的研究小组在其他机器上合成困难的肽时遇到了困难，而 Symphony X 上的紫外线和加热组合使他们能够高效地合成纯肽并提高产量。”

详细了解 Molecular Foundry 如何推动拟肽纳米片设计、合成、组装和工程领域的前沿。
Design, Synthesis, Assembly, and Engineering of Peptoid Nanosheets. Robertson EJ et al. Acc Chem Res. 2016 Mar 15;49(3):379-89. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00439. Epub 2016 Jan 7.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26741294

PTI全自动多肽合成仪特点简介
Symphony X全自动高通量多肽合成仪

• 24个独立反应通道
• 支持原位活化和预活化
• 8个试剂瓶，40个氨基酸位置
• Single-Shot^TM特殊氨基酸传输技术
• 内置专利设计的PurePep Pathway流路系统
• 红外加热（选配，第一个通道）
• IntelliSynth^TM UV监测（选配，第一个通道）
• 肽预测软件
• 远程邮件提醒
• 软件设计符合21 CFR Part 11合规性
• 自动原位切肽
• 自动多肽纯化

PurePep Chorus全自动多通道平行多肽合成仪

• 唯一的三位一体系统（合成、切割、纯化）
• 可配置2、4或6个反应容器
• 选配可控感应加热和振荡混匀
• 选配实时紫外线监测
• 内置PurePep Pathway流路系
• Single Shot^TM液体传输技术
• 直观的操作软件
• 自动原位切肽
• 自动多肽纯化