近期，我校生物工程学院周哲敏教授团队在蛋白支架材料设计的研究方面取得重要进展，研究成果“Design of a Programmable and Recyclable Protein Scaffolding Material with Geometrically Precise Enzyme Patterning for Improved Cascade Catalysis” 正式发表于Advanced Functional Materials（IF=19.0）。
通过支架介导的多酶复合体空间有序组装对于提升催化性能至关重要。然而，构建兼具可编程性与可重复利用性的支架体系仍面临重大挑战。现有方法通常只能实现酶分子的随机分布，而难以实现精确的空间定位，从而限制了级联催化的整体效率；同时，多数级联催化体系仅形成可溶性复合物或依赖外部载体，缺乏宏观可操作性，从而限制了体系在实际工业应用中的可行性。针对此问题，本研究构建了一种完全由蛋白质组成且具遗传可编程性的支架体系，通过将双正交识别模块SpyTag/SnoopTag分别与超稳定的自组装γ-Prefoldin（γPFD）纤维融合，实现正交化修饰。进一步的，结合由SpyCatcher/SnoopCatcher和含刚性螺旋片段A(EAAAK)nA构建的SpyC-A(EAAAK)nA-SnoopC 桥接蛋白，实现了宏观、可控的组装结构。该组装体系可形成易于分离与重复使用的宏观材料。通过交替排列携带SpyTag和SnoopTag的γPFD纤维，并调控桥接蛋白的长度，可实现货物蛋白的几何精确共固定化及可调控的空间组织。利用荧光共振能量转移（FRET）分析验证了蛋白定位的精确性。作为验证性应用，本支架体系显著提高了PETase与MHETase的热半衰期，分别提升约25倍与15倍。在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解反应中，由于优化的酶间距离与潜在的底物通道效应，共固定化酶系的对苯二甲酸产率较游离酶提升约3.2倍。此外，该生物催化剂经10次循环使用后仍保持约75%的初始活性，显示出优异的可重复利用性。该研究提出了一种可编程蛋白质支架的通用设计策略，可在同时提升酶的稳定性、活性与循环使用性能的基础上，促进可持续生物制造领域的发展。
2023级硕士生公衡为论文第一作者，程中一副研究员为论文通讯作者。这项工作得到了以下项目的资金支持：国家自然科学基金（32271301、32301049）、中国创新挑战赛（宁波）重大项目（2023T020）、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX25_2728）、111计划（编号：111-2-06）。
近年来，周哲敏教授团队在酶学与酶工程领域取得了丰硕的成果。相关研究发表于Advanced Functional Materials (2025), Advanced Science (2025, 2024), Biotechnology Advances (2025), Chemical Science (2024, 2023), Food Chemistry (2024, 2023) 等本领域权威期刊。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202514761
