[发明专利]光能诱导的生物材料的稳定性

说明书

技术领域

本公开内容总体涉及用于增强不稳定(易变的，labile)生物分子如蛋白(质)的稳定性的方法和试剂盒。

背景技术

提供下面的描述来辅助读者的理解。提供的信息或引用的参考文献都不承认是现有技术。

生物分子如蛋白的结构的变化可以由各种因素造成。例如，当许多生物分子暴露于高温时，可能在相当狭窄的范围内发生溶解度或活性的丧失。取决于所研究的生物分子和加热的严重度，这些变化可以是或不是可逆的。例如，随着蛋白的温度升高，蛋白分子中的大量键变弱。首先受影响的是，维持三级结构所需的远程相互作用。随着这些键变弱或断裂，蛋白获得更柔性的结构，且这些基团暴露于溶剂中。如果加热在这个阶段停止，那么所述蛋白应能够容易地重新折叠成天然结构。随着加热继续，稳定螺旋结构的一些协作氢键开始断裂。随着这些键断裂，水可以与肽键的酰胺氮和羰基氧相互作用，并形成新的氢键。随着螺旋结构破坏，疏水基团暴露于溶剂。

新的氢键合基团和疏水基团暴露的效应是增加由蛋白分子结合的水的量。发生解折叠增加该分子的流体动力学半径，引起溶液粘度增加。净结果是，蛋白尝试通过以下方式使它的自由能最小化：埋藏尽可能多的疏水基团，同时将尽可能多的极性基团暴露于溶剂。在冷却后，由聚集的蛋白获得的结构可能不是具有最低可能自由能的那些结构，但是动力学壁垒将阻止它们返回到天然结构。大多数蛋白暴露于高温导致不可逆的变性。

分子伴侣(侣伴蛋白，chaperone)是辅助其它大分子结构的非共价折叠和装配的蛋白，但是当所述其它大分子结构执行它们的正常生物学功能时，分子伴侣不会出现在这些结构中。分子伴侣的一种主要功能是，阻止新合成的多肽链和装配的亚基聚集成无功能的结构。由于该原因，许多分子伴侣(但绝不是所有的分子伴侣)也是热激蛋白，因为随着蛋白通过应激发生变性，聚集的趋势增大。

发明内容

在一个方面，本公开内容提供了一种用于使生物分子稳定的方法，所述方法包括：使水溶液中的一种或多种不稳定生物分子暴露于有效量的光能，以至少部分地使所述溶液中的一种或多种不稳定生物分子稳定。在一个实施方案中，一种或多种不稳定生物分子在变性剂存在下暴露于光能。

在一个实施方案中，所述变性剂是能够诱导不稳定生物分子的二级、三级或四级结构中的变化的试剂。在一个实施方案中，所述变性剂是热。在一个实施方案中，所述热包括：在生理温度以上加热所述不稳定生物分子。在一个实施方案中，所述热变性剂包括将所述不稳定生物分子加热到约40℃至约100℃的温度。在一个实施方案中，所述变性剂是破坏不稳定生物分子的二级、三级或四级结构的化学变性剂。在一个实施方案中，所述化学变性剂是还原剂如二硫苏糖醇。

在一个实施方案中，所述一种或多种不稳定生物分子选自由下列各项组成的组：蛋白、核酸、脂质和多糖。在一个实施方案中，所述一种或多种不稳定生物分子是蛋白。在一个实施方案中，所述蛋白在没有有效量的光能存在下发生聚集和/或解折叠。在一个实施方案中，与没有暴露于光能的一种或多种蛋白的聚集相比，所述蛋白的聚集减少约10％至约60％。在一个实施方案中，所述蛋白选自由下列各项组成的组：血红蛋白、胰岛素和柠檬酸合酶。

在一个实施方案中，水溶液中的一种或多种不稳定生物分子在选自由下列各项组成的组中的材料中：食物、饮料、治疗剂、植入物和它们的组合。在一个实施方案中，所述食物是蛋制品。在一个实施方案中，所述饮料是牛奶。

在一个实施方案中，所述光能是红光波长激光辐射。在一个实施方案中，所述光能的波长为约630±20nm。在一个实施方案中，所述光能具有小于约1.8瓦/cm²的功率密度。在一个实施方案中，所述光能产生在约900至约1000nm的NIR发射。

在一个方面，本公开内容提供了一种用于使生物分子在巴氏消毒过程中稳定的方法，所述方法包括：将在水溶液中具有一种或多种不稳定生物分子的材料暴露于有效量的光能，以至少部分地使所述溶液中的一种或多种不稳定生物分子稳定；并且同时将所述材料进行巴氏消毒。在一个实施方案中，所述材料包含工业用酶、重组蛋白、食物、饮料、治疗剂、医疗装置或它们的组合。