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蛋白質穩定性是影響其功能、折疊和降解的關鍵因素，在活細胞內直接測量蛋白穩定性一直是實驗研究中的難題。傳統方法往往操作復雜、耗時長，且難以在活細胞中獲得定量結果。基于內含肽(Intein)的生物傳感器為解決這一問題提供了新思路。
內含肽生物傳感器的原理
內含肽是一類存在于宿主蛋白中的可自剪接多肽序列，可通過自催化蛋白剪接反應將自身切除，并將兩端外顯肽重新連接形成成熟蛋白。由于其對肽鍵的精準重排能力，內含肽已廣泛應用于蛋白質工程。部分微生物中的內含肽還可感應金屬、熱、氧化應激等環境刺激，作為調控蛋白功能的傳感元件。基于此，研究者開發了多種剪接依賴型報告系統，用于篩選剪接抑制劑或構建生物傳感器。
內含肽生物傳感器在蛋白穩定性監測中的應用
2025年，美國莫瑞州立大學Christopher W. Lennon團隊開發了一種基于內含肽的生物傳感器，用于活細胞內蛋白穩定性的實時監測。該方法的核心是將目標蛋白插入內含肽內部，而非直接融合于報告蛋白，有效避免了目標蛋白對報告蛋白結構和功能的干擾。通過剪接恢復氨基糖苷類抗性基因(KanR)的功能，使剪接活性與細胞存活直接相關，便于通過生長曲線評估蛋白穩定性。
具體而言，該方法利用內含肽在特定條件下自發剪接的特性，將目標蛋白的穩定性與剪接效率直接掛鉤，實現體內蛋白穩定性的定量評估。當目標蛋白穩定時，內含肽剪接效率高，KanR功能恢復，細胞在含抗生素的培養基中存活；反之，當目標蛋白不穩定時，內含肽剪接效率低，KanR功能無法恢復，細胞死亡。通過監測細胞存活率，可以間接評估目標蛋白的穩定性。
高通量分析的實現
該方法具有高通量分析的潛力。通過將不同突變體或不同處理條件下的細胞分別培養在微孔板中，可以同時監測多個樣本的蛋白穩定性。此外，結合自動化液體處理系統和高通量測序技術，可以進一步提高分析通量。
應用前景
基于內含肽的生物傳感器在蛋白穩定性監測中具有廣泛的應用前景：
快速評估突變對蛋白穩定性的影響：通過將突變體插入內含肽內部，可以快速篩選出影響蛋白穩定性的關鍵突變。
藥物篩選：通過監測藥物處理后蛋白穩定性的變化，可以評估藥物對蛋白功能的影響，為藥物研發提供重要依據。
伴侶蛋白表達優化：通過監測伴侶蛋白表達對目標蛋白穩定性的影響，可以優化伴侶蛋白的表達條件，提高重組蛋白的生產效率。
小分子化合物篩選：通過識別影響蛋白穩定性或剪接反應的小分子化合物，可以探索其作用機制，為新藥研發提供候選化合物。
結論
基于內含肽的生物傳感器為活細胞內蛋白穩定性的實時監測提供了一種新范式。該方法具有操作簡便、高通量、定量準確等優點，在蛋白穩定性研究、藥物篩選和重組蛋白生產等領域具有廣泛的應用前景。隨著技術的不斷發展，基于內含肽的生物傳感器有望在生命科學研究和生物醫藥產業中發揮更大的作用。
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