基于金属蛋白表达调控的金属形态分析新方法研究

The separation and speciation of metal species from complex sample matrixes has attracted extensive attention, and the isolation of ultra-trace metal species depends strongly on the efficacy of the sample pretreatment procedures. In this respect, it is highly desired to develop sample pretreatment theories and at the same time focus on the development of high selective separation protocols for metal species from complex sample matrices, e.g., biological samples. The present project will focus on the following issues: 1) To construct plasmids containing gene that can express metal-binding and metalloregulatory proteins. The specific metal-binding proteins that have affinity to target metal species were afterwards expressed in hosts containing different expression vectors to study the selectivity of the strains toward heavy metal species of interest in life sciences for the purpose of elucidating the specific response and/or adsorption of metal species; 2)The specific gene expression is controlled or regulated during the cell culture process, to provide the required selectivity toward the metal species of interest; 3) On this basis, to develop cell sorption system for the metal species and meanwhile perform high selective speciation analysis. The expressed proteins generally tend to exhibit highly selective interactions with specific metal species under well controlled experimental conditions. Thus the separation protocols for the metal species of interest based on the developed cell strains might be highly specific. This is obviously benefitial for the separation and speciation of metal species in complex sample matrixes, especially for biological samples.

复杂基体样品中金属形态的分离分析受到高度关注，而从复杂基体中提取痕量金属形态依赖于有效的样品预处理方法。因此发展样品预处理理论并建立适于复杂基体样品中金属形态的高选择性分离分析方法具有重要科学意义。 本项目的研究宗旨包括：（1）运用分子生物学技术，在宿主细胞表面诱导表达展示对目标金属元素或其形态具有特异性结合能力的蛋白，研究其对重金属形态的选择性、特异性响应及吸附性能；（2）构建表面含有重金属抗性基因的工程菌株，并在细胞培养过程中调控基因表达和官能团，研究其对目标金属形态的特异性吸附；（3）建立痕量金属组分的细胞萃取系统及在线检测系统，实现痕量金属形态的分离分析。 鉴于金属结合蛋白/调节蛋白与其对应的金属组分结合具有专属性，本项目拟通过有目的、有针对性的"设计"细胞/菌体表面金属结合/调节蛋白的种类及密度，实现对目标金属形态的高度选择性，为复杂基体中痕量金属组分及形态的分离分析开辟新途径。

复杂基体样品中金属形态的分离分析受到高度关注，而从复杂基体中提取痕量金属形态依赖于有效的样品预处理方法。因此发展样品预处理理论并建立适于复杂基体样品中金属形态的高选择性分离分析方法具有重要科学意义。本项目的主要研究内容包括：对微生物细胞在重金属选择性分离富集领域的相关应用进行了深入考证，细胞表面丰富的金属结合位点以及通过化学修饰或基因改造的手段，在细胞表面引入对目标金属组分具有选择性结合能力的基团，可以有效提高细胞对目标金属离子结合的选择性；基于研究蛋白或金属结合蛋白与金属相互作用的目的，探索了一些基于纳米结构的新型分离富集载体，讨论了其与金属或特定蛋白质之间的相互作用；利用噬菌体展示文库筛选技术，筛选出对金属离子或金属的特定形态具有特异性结合能力的外源蛋白或多肽基因片段，将其表达并展示在噬菌体表面，并以此噬菌体为固相萃取材料，研究其在提高生物材料对目标元素及其形态的选择性吸附性能等方面的应用潜力；研究了不同亚型的金属硫蛋白对痕量金属元素的选择性结合能力，为后续在微生物细胞等表面进行接枝和细胞表面的生物诱导或化学改良提供依据。