[发明专利]融合蛋白、包含该融合蛋白的生物纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及融合蛋白、包含该融合蛋白的生物纤维及其制备方法和应用。所述的高强高韧生物纤维包括湿法纺丝制备的戊二醛共价交联的融合蛋白纤维及手动收集的鲑鱼精DNA/蛋白静电组装复合纤维。通过将Resilin‑ELP融合蛋白溶液挤入戊二醛凝固浴或与鲑鱼精DNA按不同的电荷比例混合分别制备。共价交联纤维由醛和氨基通过席夫碱反应形成的亚胺键网络构成，静电组装复合纤维由通过超分子相互作用的DNA骨架和蛋白柔性链组成，两种蛋白纤维既呈现优异的力学性能又具有良好的生物相容性。本发明所制备的高性能蛋白纤维可用于大鼠腹部疝气修复等需要力学支撑材料的生物医学领域。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及融合蛋白、包含该融合蛋白的生物纤维及其制备方法和应用。

背景技术

相较于化学合成纤维，天然蛋白纤维(蚕丝、蜘蛛丝、蓑衣虫丝等)具有无毒、可生物降解、支持细胞生长和分化、机械强度高和仿生性强等优点，引起了学者的广泛关注。他们基于仿生学原理，利用重组DNA技术在构建仿生结构蛋白方面做了大量工作，特别是在制造结构和性能良好的先进生物材料方面，包括生物纤维、生物薄膜、水凝胶、生物胶粘剂甚至软机器人的制备等。但大多数重组生物纤维的力学性能几乎不能同时兼具天然蛋白纤维高强高韧的特点，这在很大程度上限制了其在各种领域的应用研究。随着对蛋白质序列-结构-功能关系的认识加深，我们不仅可以人工合成天然力学结构蛋白聚合物，还可以融合各种高性能的蛋白序列，生产出具有多重优势兼具高强高韧力学性能的新型蛋白聚合物。

除了力学结构蛋白外，由非晶态结构组成的Resilin蛋白因其低刚度、高延展性和优异的回弹性、抗疲劳性等突出的力学性能而受到广泛关注，这使得Resilin蛋白已被制备成生物力学蛋白水凝胶，用于组织工程和功能纳米结构材料。然而，由于其强度较低，以Resilin蛋白为基础的具有平衡强度和韧性的高性能生物纤维鲜有报道。一方面，Resilin蛋白具有内在的无序结构，缺乏高强度所需要的刚性晶体结构(β-sheets或α-helix)，导致Resilin基生物材料的拉伸强度较弱。此外，尽管Resilin蛋白可以通过光控二酪氨酸交联实现溶液-凝胶转换，但这一过程缺乏关键的时效性。通过交联在短时间内实现从蛋白溶液到纤维的转化是困难的。因此，利用Resilin蛋白制备高强度、高韧性的仿生纤维具有很大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了融合蛋白、包含该融合蛋白的生物纤维及其制备方法和应用。该融合蛋白制得的生物纤维既具有优异的力学性能和良好的生物相容性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

融合蛋白，其特征在于，包括至少一个Resilin嵌段和至少一个ELP嵌段；

所述Resilin嵌段包括(1)～(3)中至少一种：

(1)氨基酸序列如SEQ ID No.1所示的蛋白片段；

(2)在(1)所示的片段中取代、缺失或添加一个或多个氨基酸且与(1)所述的蛋白活性相同或相似的蛋白；

(3)与(1)或(2)所示的氨基酸序列至少有80％同源性的蛋白；

所述ELP嵌段包括(I)～(III)中至少一种：

(I)氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示的蛋白片段；

(II)在(I)所示的片段中取代、缺失或添加一个或多个氨基酸且与(1)所述的蛋白活性相同或相似的蛋白；

(III)与(I)或(II)所示的氨基酸序列至少有80％同源性的蛋白。

一些具体实施例中，所述Resilin嵌段的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示：VGSGGRPSDSYGAPGGGNP；所述ELP嵌段的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示：VPGKG。