Эластин-подобные полипептиды (ELP) — это биополимеры, состоящие из повторяющихся (VPGXG)n-мотивов 1,2,3,4,5,6,7,8,9. Гостевой остаток X в пентапептидном блоке может быть любой аминокислотой, отличной от пролина. Вариации X можно использовать для настройки гидрофобности, термического переходного поведения и функциональных характеристик конструкции ELP для создания модульных биосовместимых материалов, которые широко исследованы в различныхбиомедицинских приложениях 10, 11 и 12 .
Хотя химический синтез может использоваться для получения коротких пептидов, он плохо подходит для высокомолекулярных ELP или для сохранения функциональности термоядерныхбелков 13,14. По таким причинам ELP обычно экспрессируются рекомбинантно в E. coli, что позволяет производить последовательно определённое производство в больших количествах. Однако такой подход также может принести трудности. Во время экспрессии в E. coli ELP часто накапливаются в плотных инклюзивных телах, требуя эффективных стратегий восстановления для извлечения функциональногобелка 15. Кроме того, экспрессия бактерий вводит нежелательные биомолекулы, такие как белки клеток хозяина, нуклеиновые кислоты и липополисахариды (эндотоксины), которые необходимо отделить от ELP при очистке. Традиционные стратегии растворения с использованием детергентных средств (например, додецилсульфат натрия (SDS) или Triton X-100) или хаотропных агентов, таких как мочевина, имели ограниченный успех для наших последовательностей слияния ELP. По нашему опыту, тритон и мочевина не смогли извлечь ELP из фазы гранул, тогда как SDS обеспечивал частичную растворимость, но мешал очистке аффинности и был трудно полностью удален из гидрофобной последовательности ELP.
На сегодняшний день обратный переходный цикл (ITC) остаётся самым широко используемым методом очистки для ELP. Этот метод использует их поведение LCST для селективного осадка и ресолюбилизации ELP по температурным и солянымградиентам 16. Однако при белках с меньшей молекулярной массой ITC — это трудоёмкий многоступенчатый процесс, плохо подходящий для ELP, запертых в инклюзивных телах, требующий нескольких циклов ITC, что может привести к потере белка на каждомшаге 7,16.
Чтобы преодолеть эти ограничения, мы внедрили процесс экстракции и осадков на основе органических растворителей. В то время как Яхнин и др. впервые продемонстрировали гидрофобную стратегию распределения для очистки ГФП с использованием градиентов этанола исоли в 1998 году 17, разработанный нами новый метод использует смеси органических растворителей для прямого извлечения белков слияния ELP из клеток E. coli 7. Свит и др. и Дарджи и др. адаптировали этот подход к слиянию ELP, показав, что экстракция органическими растворителями обеспечивает быстрое восстановление функциональных ELP при сохранении структурной целостности ибиоактивности 8,9. Этот подход использует соникирование и органические растворители для лизирования бактериальных клеток и экстракции ELP за одну операцию, при этом большинство белков хозяина и нуклеиновых кислот осаживаются. Восстановление органической фазы, богатой ELP, за которым следует быстрое осаждение для изоляции ELP от растворителей и растворимых примесей, приводит к образованию высокочистых ELP. Этот подход также способен получить чистый ELP из гранул E. coli с уровнем эндотоксинов ниже 1 EU/mL менее чем затри часа, 7,8.
Исследования на сегодняшний день показывают, что этот метод способен очищать конструкции ELP и белки слияния ELP с разной молекулярной массой и изоэлектрической точкой без множества циклов ITC или этапов растворения (см. рисунок 1). Атомно-силовая микроскопия (AFM) и трансмиссионная электронная микроскопия (TEM) показывают, что белки ELP-fusion, очищенные таким образом, образуют обратные мицеллоподобные структуры (см. рисунок 2), что помогает сохранить структуру и функцию доменов слияния ELP при извлечении органического растворителя. Этот оптимизированный рабочий процесс позволяет быстрее и надёжнее очищать ELP для различных биомедицинскихприложений 7,8. Примечательно, что Aayush и соавторы сообщили, что ELP-конструкции, очищенные этим методом, сохраняют функцию связывания эпидермального фактора роста срецепторами 18, что подчёркивает, что этот метод не только производит чистый ELP-материал, но и поддерживает активность домена синтезного белка.
В качестве дополнительной демонстрации полезности этого метода при выделении слияния ELP-ферментов мы описываем детальный метод на основе органических растворителей для очистки конструкции мутазы ELP-Intein-Chorismate 2 (ELP-I-Cm2) (Рисунок 3). Этот метод может быть полезен для быстрой очистки других ELP для доставки лекарств и применения наноматериалов.