可编程化从头设计介孔蛋白质晶体框架

三维蛋白质晶体是有序、多孔的宏观材料，在催化、生物传感和生物医学等领域具有潜在应用。然而，大多数蛋白质晶体是通过经验性筛选获得的，这使得人们对决定材料功能的晶格结构、孔道几何形貌或组分组成的控制十分有限。在这里，我们提出了一种模块化策略，利用预定义的蛋白质-蛋白质相互作用，对高孔隙率、框架状蛋白质晶体进行可编程设计。该策略获得了30多种不同的蛋白质晶体，包括单组分和多组分的P213与I213晶格，并且其生长尺寸可超过100微米。小角X射线散射和电子显微镜结果表明，实验晶格与计算模型之间高度一致。在RFdiffusion引导下的设计生成了具有匹配晶格参数的同晶型变体，从而实现了相干蛋白质晶体合金、外延核壳生长以及可逆壳层组装。所设计的晶体表现出可调的介孔结构，其限制孔径为2–18 nm，并支持通过遗传编码方式引入荧光蛋白客体。这些结果确立了一条用于蛋白质晶体可编程晶格工程的通用途径，并将其定位为遗传编码的、组成可调的介孔材料。

三维蛋白质晶体是有序的、多孔的大尺度材料，在催化、生物传感和生物医学中具有潜在应用。然而，大多数蛋白质晶体仍通过经验性筛选获得，因此对决定材料功能的晶格结构、孔道几何形貌或组分组成的控制十分有限。

在此，我们提出了一种模块化策略，利用预先定义的蛋白质—蛋白质相互作用，对高孔隙、框架样蛋白质晶体进行可编程设计。该策略获得了30多种不同的蛋白质晶体，包括单组分和多组分的 P2₁3 和 I2₁3 晶格，其尺寸可生长至超过100微米。小角 X 射线散射和电子显微镜结果表明，实验获得的晶格与计算模型高度一致。基于 RFdiffusion 引导的设计生成了具有匹配晶格参数的同晶型变体，从而实现了相干蛋白质晶体合金、外延核壳生长以及可逆壳层组装。所设计的晶体表现出可调的介孔结构，其限制孔径为 2–18 nm，并支持通过遗传编码方式引入荧光蛋白客体。这些结果确立了一条用于蛋白质晶体可编程晶格工程的通用途径，并将其定位为具有遗传编码特性、组成可调的介孔材料。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.25.747085v1?rss=1

🏷️ 蛋白质晶体 从头设计 介孔材料 晶格工程 蛋白质-蛋白质相互作用 RFdiffusion