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近日，中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所李峰團(tuán)隊(duì)與深圳理工大學(xué)張先恩團(tuán)隊(duì)、南京郵電大學(xué)范曲立團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nano Letters發(fā)表了一項(xiàng)題為“Assembly of Matryoshka-Type Protein Nanocages for Compartmentalized Oxygen Sensing”的研究工作。該研究實(shí)現(xiàn)了雙層蛋白納米籠（Protein nanocage，PNC）結(jié)構(gòu)的嵌套組裝，發(fā)展了PNC內(nèi)腔氧傳感新方法，并揭示了不同天然PNC的氧通透性特征。
PNC廣泛存在于生物界，是由蛋白亞基通過(guò)精確有序自組裝形成的籠形納米結(jié)構(gòu)（如病毒衣殼、鐵蛋白等），是限域催化、靶向遞送、納米疫苗等前沿領(lǐng)域的理想平臺(tái)。PNC的多孔性可賦予其選擇性物質(zhì)通透性從而精確調(diào)控功能。其中，PNC的可控氧氣通透性為氧敏感或氧響應(yīng)型催化、藥物遞送、傳感等應(yīng)用提供了可能，近年來(lái)越發(fā)受到關(guān)注。然而，如何定量評(píng)價(jià)和精確調(diào)控PNC的氧氣通透性目前還十分挑戰(zhàn)。
李峰團(tuán)隊(duì)與合作者前期以氧敏感量子點(diǎn)（Quantum dot，QD）為納米模板，通過(guò)QD-蛋白互作界面設(shè)計(jì)組裝了人工PNC，提出了基于QD熒光淬滅動(dòng)力學(xué)的氧傳感方法（PNAS 2022，119: e2104964119）。但QD與PNC內(nèi)表面的強(qiáng)相互作用會(huì)引起PNC結(jié)構(gòu)變形，容易使PNC氧通透性分析結(jié)果失真。在最新的研究中，他們模仿俄羅斯套娃玩具，利用界面電荷互補(bǔ)和分子識(shí)別設(shè)計(jì)，兼顧內(nèi)外殼層尺寸適配，成功組裝了組分可調(diào)的雙層嵌套結(jié)構(gòu)，即1個(gè)外層PNC包裝1個(gè)內(nèi)層PNC，后者作為載體將氧敏感銥配合物探針精準(zhǔn)引入外層PNC內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外層PNC內(nèi)腔氧氣的高保真定量檢測(cè)，揭示了噬菌體MS2 病毒樣顆粒（Virus-like particle，VLP）完全透氧、海棲熱袍菌(Thermotoga maritima)納米區(qū)室蛋白（Encapsulin）完全隔氧的特性。該研究為PNC氧通透性分析和調(diào)控提供了方法學(xué)支撐，為氧敏感或氧響應(yīng)型PNC酶反應(yīng)器、人工細(xì)胞器等功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；可調(diào)嵌套PNC對(duì)納米疫苗、分級(jí)藥物遞釋系統(tǒng)的構(gòu)建也有借鑒意義（Nano Lett. 2025，25: 4433）。
武漢病毒所李峰研究員、深圳理工大學(xué)張先恩研究員、南京郵電大學(xué)范曲立教授為論文共同通訊作者，武漢病毒所博士研究生周維、博士后高瑞敏以及江蘇海洋大學(xué)馬少杰副教授為共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06699