李全飞, 陈乾, 刘浩, 贺坤东, 潘亮, 雷鹏, 谷益安, 孙良, 李莎, 邱益彬, 王瑞, 徐虹

合成生物学 2025, 6 (4): 806-828. DOI:10.12211/2096-8280.2025-043

摘要（186）

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高黏性蛋白材料因其卓越的生物黏附性和潜在的生物相容性，在生物医用材料和黏合剂领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统方式获取的高黏蛋白材料面临诸多挑战，如产量低、结构复杂、难以规模化生产等。合成生物学作为新兴的交叉学科，为解决这些瓶颈提供了创新策略。本综述系统总结了近年来高黏性蛋白材料的生物合成、改性及应用进展，重点突出了合成生物学在解决高黏性蛋白材料产量、可控性以及功能多样性等方面的优势。全面梳理了基因工程实现对贻贝黏蛋白、藤壶胶蛋白和扇贝足丝蛋白等黏附蛋白的精确设计和高效表达，从而克服高黏蛋白材料在产量和可控性方面的限制。同时，综述了这些蛋白材料在生物黏合剂和医用功能涂层方面的独特优势，如贻贝蛋白的湿面黏附性、藤壶胶蛋白的强黏附性以及类弹性蛋白的可调控性。通过合成生物学方法，可以突破高黏蛋白材料在产量、性能和功能方面的限制，加速其在组织工程、表界面改性等领域的应用。最后，总结了当前合成生物学在高黏蛋白材料领域的最新进展和创新点，并展望了其未来的发展方向，为开发高性能、多功能的高黏蛋白材料提供了新的思路和策略。

宿主细胞的选择直接影响重组蛋白的表达效率、翻译后修饰以及生产成本。目前常用的宿主细胞包括细菌、酵母、哺乳动物细胞和植物细胞等，每种宿主细胞都有其独特的优势和局限性［34］（表1）。大肠杆菌是最常用的原核表达系统，具有生长速度快、培养成本低、遗传背景清晰等优点，适用于表达结构简单的、不需要复杂翻译后修饰的蛋白［35］。然而，大肠杆菌缺乏真核细胞的翻译后修饰机制，并且容易形成包涵体，导致蛋白活性降低［36］。近年来，通过优化培养条件、使用可溶性标签和共表达伴侣蛋白等方法，可以提高重组蛋白在大肠杆菌中的可溶性表达［37］。针对高黏蛋白，大肠杆菌常被用于表达Mfp-3和Mfp-5等小分子蛋白，并通过融合标签提高其溶解度。如Wang等［38］利用SUMO和TrxA两种融合标签，通过构建双顺反子表达载体进行共表达，显著提高了Mfp-3B及其杂合蛋白（Mfp-3-1， Mfp-3-3， Mfp-3-5）的溶解性表达，其中SUMO-TrxA组合使Mfp-3溶解性表达提高了18.07%。黏附能力也与商品化的贻贝黏附剂Cell-Tak相当，更适合大规模生产和实际应用。为实现Mfp-3和Mfp-5在枯草芽孢杆菌中表达，Yan团队［39］通过筛选信号肽，发现枯草芽孢杆菌中分泌的一个小的伴侣蛋白（Spy）与Mfp-3和Mfp-5融合表达产量分别达255 mg/L和119 mg/L。另外，日本Kamino课题组［40-41］利用大肠杆菌表达系统成功表达红巨藤壶（Megabalanus rosa） Mrcp19k和Mrcp20k重组黏胶蛋白，并以可溶性形式获得和纯化。