膠原是連接細胞形成組織和器官的纖維狀蛋白，人體是生產(chǎn)膠原的專家，而科學家們也一直希望能在實驗室中合成這一物質。美國Rice大學的研究人員在膠原合成領域取得了重大突破，將有望幫助人們進行新藥設計和研發(fā)。Rice大學的科學家們在成功合成膠原之后，展開了深入研究來分析膠原的結構和形成及其與生物系統(tǒng)之間的相互作用。

Rice大學的化學和生物工程學副教授Jeffrey Hartgerink及其學生Jorge Fallas開發(fā)了一個新計算機程序，能夠預測納米級膠原的最穩(wěn)定結構。在自然界中，正是這些微小的膠原結構結合成鏈組成了機體的結締組織。Hartgerink和Fallas根據(jù)他們的軟件合成并測試了大量膠原。

他們的這項突破性成果于九月二十五日提前發(fā)表在Nature Communications雜志的網(wǎng)站上，這無疑會引起重建外科、化妝品和組織工程等領域研究者們的極大興趣，同時也有助于人們探尋膠原蛋白的相互作用，為癌癥及其他疾病尋求新的治療方式。

“膠原是人體中豐度最高的蛋白，”Hartgerink說，他發(fā)現(xiàn)了自組裝膠原的新合成方法?！斑@種連接性纖維的基本功能是將細胞聯(lián)系在一起?！薄皬暮可蟻碚f，膠原是人體內最普遍的蛋白。但它與你所見到的其他蛋白都不一樣，”他說。

Hartgerink將膠原的結構與DNA雙螺旋進行了類比，“Watson和Crick在研究DNA時，發(fā)現(xiàn)了這些堿基對結合在一起的方式，”他說?！澳z原的結構與DNA有些相似，只不過膠原由三條肽鏈組成。我們的這項研究就是旨在揭示氨基酸相互結合形成穩(wěn)定結構的機制。”

對膠原結構感興趣的科學家并不多，近來人們確定了越來越多的蛋白結構，但膠原蛋白的結構研究卻落在了后面。實際上，膠原的特性使其能夠成為頗有價值的生物支架原料，人們能夠應用這樣的生物支架來生產(chǎn)組織甚至整個器官用于醫(yī)療。“膠原所做的并不僅僅是將細胞聯(lián)系在一起，”Hartgerink說?！八材軌蚺c其他蛋白結合，承擔特殊的功能。在這些蛋白與膠原結合后，細胞再與上述蛋白結合，在相互作用的基礎上決定自身行為或者分化為另一種細胞類型。”

膠原蛋白的三條鏈必須要合理配置才能夠具有功能，在這項新研究中Hartgerink和Fallas著眼于帶正負電荷的氨基酸之間的相互作用，分析怎樣的氨基酸排列才能使三條肽鏈形成三螺旋。

肽鏈結合的方式還決定了膠原螺旋的穩(wěn)定性，Hartgerink說。Fallas和Hartgerink設計的計算機程序能夠計算肽鏈結合的穩(wěn)定性，在本研究中他們對27條肽鏈進行了排列組合，來尋找最佳的配對方式。改程序會基于整個螺旋所帶的電荷給每種組合評分。他們已經(jīng)將程序的源代碼放在自己研究團隊的主頁上，共其他研究者嘗試。

這項新成果還有望幫助人們破解膠原在癌轉移中起到的作用。“癌細胞需要降解膠原才能從一個器官轉移到另一個器官。要分析癌細胞是怎樣做到這一點的，我們就得先了解膠原的結構，”Hargerink說。