[发明专利]丝素衍生的蛋白质组合物

说明书

本发明提供了一种丝素衍生的蛋白质组合物，该组合物在水溶液中具有增强的溶解性和稳定性。天然丝素的初级氨基酸序列在SDP中被修饰，使得丝素重链和丝素轻蛋白链之间的半胱氨酸二硫键被还原或消除。另外，与天然丝素蛋白相比，所述组合物的丝氨酸含量可以降低40％以上，并且SDP的平均分子量小于约100kD。

相关申请

本申请根据U.S.C.§119(e)的规定要求下述在先申请的优先权：2014年8月20日提交的美国临时专利申请62/039,675以及2015年7月17日提交的美国临时专利申请62/193,790。上述在先申请在此通过引用纳入本文。

背景技术

从家蚕Bombyx mori得到的蚕丝纤维和分泌蛋白已经在纺织行业中使用了数百年。分泌蛋白近来在生物医学应用中被当作生物材料，包括作为结构部件以及作为蛋白溶液。自然地，家蚕蛋白以丝蛋白丝素和丝胶的混合物存在，其中丝胶为与丝素结合的胶状物质并且保持蚕茧的形状。去除丝胶，例如通过洗涤剂介导的提取作用或在高热和高碱洗涤情况下，得到无丝胶的丝素纤维，其包括丝素蛋白的、通过单个二硫桥结合的重链和轻链。这种纤维丝向水溶性丝素蛋白的转化需要添加浓缩的重盐(例如，8-10m的溴化锂)，其干扰分子间-和分子内的离子键和氢键，否则会导致丝素蛋白不溶于水。

丝素蛋白质的应用通常需要消除高LiBr盐浓度，例如通过采用渗析作用，从而所述盐类不会在给定的环境下对合适材料的功能产生干扰。没有这些盐类与溶解的丝素蛋白质的离子和氢键合的竞争，丝素蛋白质溶液就会比较地不稳定，易于发生蛋白质集聚，并且常常会从水溶液中沉淀出来。所述的集聚的发生被认为是通过丝素蛋白质之间的相互作用，然后由于在所述丝素重链的疏水氨基酸结构基元之间的beta-折叠二级蛋白质结构形成引起的后续物料胶凝作用。一旦形成这样的结构，由溶解的丝素溶液到不溶解的丝素凝胶的转化过程是迅速的而且在很大程度上也是不可逆转的，从而由于有限的物料储藏期限而限制了以水溶液为基础的应用中溶液的用途。

为了克服上述含水丝素的凝胶性质，尝试了尽量减少蛋白质的聚结以及后续的beta-折叠结构的形成。降低溶液中的丝素浓度是一种依数性方法用来减弱蛋白质─蛋白质相互作用，其先于这些结构的形成，然而可能会导致丝素溶液对于相关蛋白质应用来说过于稀释。或者，对水溶液进行调节，其可能会阻止聚结的发生和/或beta-折叠的形成(例如，溶液pH、添加稳定辅料)可以预防这些情形。但是，这些调节和化学添加可能会由于增加生物毒性或在溶液中引入不相容的用剂而限制后续的应用。因此，需要丝素衍生的蛋白质(SDP)物料，其能够抵抗聚结并且具有对于各种不同工业用途有用的储存稳定性。

用以避免含水丝素的上述缺陷的一种新对策是对丝素蛋白质本身而不是含水溶液的环境进行生化结构和品质上的改进。为此，对在含水丝素生产过程中所涉及的丝素纤维的提取工艺过程和/或条件的改进能够影响氨基酸的初级序列以及引起蛋白质聚结和beta-折叠形成的化学作用。因此，开发出用于改进丝素物料的方法可以显着地延长丝溶液产品的稳定性和保质期。

发明内容

本发明提供了一种来自蚕丝素的蛋白质组合物。所述组合物本质上具有在水溶液中增强的溶解度和稳定性。在一种实施方式中，本发明提供了一种经由包括在加压下加热含水丝素溶液的过程制备的蛋白质组合物。所述含水丝素溶液包括浓度至少为8M的溴化锂。所述含水丝素溶液在至少约 10PSI的压力下被加热到至少约105℃(221°F)达至少约20分钟，用以提供所述蛋白质组合物。所述蛋白质组合物的多肽类包括少于8.5％的丝氨酸氨基酸残基，并且所述蛋白质组合物在水中的10％ w/w溶液具有低于5cP的水相粘度。