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细菌蛋白毒素构成了一个庞大且在很大程度上尚未被开发的抗菌活性资源库，具有显著的治疗和生物技术应用潜力。然而，其内在毒性常常阻碍其在细菌宿主中的稳定重组表达，从而成为其生化表征、结构分析以及作为抗菌剂开发过程中的主要瓶颈。在此，我们提出了一种基于瞬时分子内毒素中和作用的模块化平台，用于高毒性细菌蛋白的可扩展重组生产。该策略通过共价方式将每种毒素与其同源免疫蛋白连接，在生物合成过程中促进中和，同时通过位点特异性蛋白水解切割实现天然毒素的回收。利用这一方法，我们成功制备了多个此前难以获得的多态性毒素结构域，而这些结构域无法通过传统诱导表达、毒素-免疫蛋白共表达或细菌无细胞系统获得。我们还通过细胞内蛋白酶介导的切割进一步简化了生产流程，将纯化过程由四步减少为两步，并提高了蛋白回收率。针对天然免疫蛋白不足以实现有效中和的情况，我们引入了计算蛋白设计以工程化改造更优的毒素结合伴侣，从而实现了另一种对原始平台仍不响应的毒素的生产。纯化后的毒素在变性和复性后仍保留酶活性，证实了功能性蛋白的成功回收，并据此鉴定出一种此前未表征的核酸酶活性。综上，这些研究结果建立了一个可扩展且适应性强的微生物生物技术平台，用于内在毒性蛋白的生产。瞬时分子内中和与计算工程的整合，为有毒蛋白的系统化生产与表征提供了路径，可服务于抗菌发现、结构生物学、蛋白工程及未来生物技术应用。
netanel.tzarum{at}mail.huji.ac.il
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细菌蛋白毒素构成了一个庞大且在很大程度上尚未被开发的抗菌活性资源库，具有显著的治疗和生物技术应用潜力。然而，其内在毒性常常阻碍其在细菌宿主中的稳定重组表达，从而形成了生化表征、结构分析以及作为抗菌剂开发过程中的主要瓶颈。在此，我们提出了一种基于瞬时分子内毒素中和的模块化平台，用于高毒性细菌蛋白的可规模化重组生产。该策略通过共价方式将每种毒素与其对应的免疫蛋白连接，在生物合成过程中促进毒性中和，同时允许通过位点特异性蛋白水解切割回收天然毒素。利用该方法，我们成功制备了多个先前难以获得的多态性毒素结构域，而这些结构域无法通过传统诱导表达、毒素-免疫蛋白共表达或细菌无细胞系统获得。我们还通过细胞内蛋白酶介导的切割进一步简化了生产流程，将纯化过程从四步缩减为两步，并提高了蛋白回收率。针对天然免疫蛋白不足以实现中和的情况，我们引入计算蛋白设计以构建改良的毒素结合伙伴，从而实现了另一种对原始平台仍表现为难处理的毒素的生产。纯化后的毒素在变性和复性后仍保留酶活性，证实了功能性蛋白的成功回收，并使一种此前未被表征的核酸酶活性的鉴定成为可能。综上，这些发现建立了一个用于生产内在有毒蛋白的可规模化、可适配的微生物生物技术平台。将瞬时分子内中和与计算工程相结合，为有毒蛋白的系统化生产与表征提供了一条途径，可用于抗菌发现、结构生物学、蛋白工程以及未来的生物技术应用。
利益冲突声明
作者声明不存在竞争性利益。
已声明的资助信息
以色列创新局 81260 81259
版权
持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 7 月 31 日。
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一种用于高毒性细菌蛋白可规模化重组生产的模块化平台
Rina Fraenkel， Inbar Cahana， Tomer Sivan， Tal Fisher， Hen Nadav， shani bruchim， Noam Deouell， Shani Cheskis， Maor Shalom， Lionel Imbert， Asaf Levy， Netanel Tzarum
bioRxiv 2026.07.31.742022； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.31.742022
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一种用于高毒性细菌蛋白可规模化重组生产的模块化平台
Rina Fraenkel， Inbar Cahana， Tomer Sivan， Tal Fisher， Hen Nadav， shani bruchim， Noam Deouell， Shani Cheskis， Maor Shalom， Lionel Imbert， Asaf Levy， Netanel Tzarum
bioRxiv 2026.07.31.742022； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.31.742022
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.742022v1?rss=1
🏷️ 细菌蛋白毒素 重组蛋白表达 毒素-免疫蛋白融合 计算蛋白设计 抗菌蛋白 微生物生物技术