常去海邊旅游，常逛海鮮市場(chǎng)，喜歡新奇食物的人一定見(jiàn)識(shí)過(guò)這種長(zhǎng)相奇特的海洋動(dòng)物—藤壺。藤壺僅指甲蓋大小，是一種由堅(jiān)硬鈣質(zhì)外殼包圍起來(lái)、營(yíng)固著生活的節(jié)肢動(dòng)物，它能分泌主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膠水—藤壺膠，使其牢固附著在海邊的礁石、船體、貝殼等物體上，形成大片的種群。某些特殊的藤壺還是餐桌上的美味佳肴，因其捕撈艱難，素有“來(lái)自地獄的海鮮”之稱（圖1）。
藤壺依賴藤壺膠牢固附著在海洋艦船表面，引起航行阻力加大、能耗增多、腐蝕加劇等系列問(wèn)題，導(dǎo)致嚴(yán)重的海洋污損和經(jīng)濟(jì)損失。因此，抑制藤壺的表面附著是海洋防污研究的重要目標(biāo)，而藤壺附著情況也是室內(nèi)評(píng)價(jià)材料防污性能的指標(biāo)之一。反過(guò)來(lái)，藤壺分泌的藤壺膠具有在水下交聯(lián)固化實(shí)現(xiàn)牢固粘接的本領(lǐng)，是一種優(yōu)越的天然材料，為仿生開(kāi)發(fā)水下膠和潮濕環(huán)境的生物醫(yī)用膠提供了很好的靈感。無(wú)論是抑制藤壺附著進(jìn)行防污材料的開(kāi)發(fā)，還是模擬藤壺附著開(kāi)展仿生膠的研究，對(duì)藤壺附著機(jī)制的解析至關(guān)重要。
近年來(lái)，圍繞上述兩方面目的，國(guó)防科技大學(xué)仿生生物學(xué)團(tuán)隊(duì)胡碧茹教授課題組從（1）藤壺幼蟲(chóng)基底探測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與表面定居，以及（2）藤壺成體膠的分泌與固化兩大方向開(kāi)展長(zhǎng)期的藤壺附著機(jī)理研究（圖2），尋找防污和設(shè)計(jì)仿生膠的突破點(diǎn)，現(xiàn)已取得重要階段性成果1, 2。
針對(duì)幼蟲(chóng)基底探測(cè)與定居的關(guān)鍵過(guò)程，該課題組利用高通量的轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法理解其背后的分子機(jī)制，尋找防污新思路。近期，系統(tǒng)分析天然信息素SIPC（Settlement-Inducing Protein Complex）誘導(dǎo)藤壺幼蟲(chóng)基底附著的分子機(jī)制發(fā)現(xiàn)，低濃度的SIPC即可刺激G蛋白偶聯(lián)受體產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而激發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌大量囊泡而加強(qiáng)蛋白性分泌物的釋放，同時(shí)探明的各種膠蛋白組分的表達(dá)并不受SIPC的顯著影響3。
在成體藤壺膠的研究方面，相關(guān)工作包括三個(gè)層次：一是結(jié)合多種組學(xué)手段發(fā)現(xiàn)和解析新的藤壺膠蛋白，為藤壺膠蛋白家族添加新成員。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種尚未報(bào)道過(guò)的疑似新藤壺膠蛋白，現(xiàn)正開(kāi)展進(jìn)一步確認(rèn)工作。二是針對(duì)藤壺膠研究中原材料極難獲取的挑戰(zhàn)，長(zhǎng)年來(lái)不斷摸索和優(yōu)化利用分子生物學(xué)方法表達(dá)獲取不同的藤壺膠蛋白，現(xiàn)已成功、穩(wěn)定掌握了cp19k、cp20k和cp52k三種藤壺膠蛋白的制備方法。三是以重組膠蛋白為原材料，開(kāi)展蛋白質(zhì)—材料互作的界面粘接機(jī)理、蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)互作的自組裝以及仿生膠研究等工作。
針對(duì)cp19k蛋白，該團(tuán)隊(duì)最初將其與另一種蛋白融合表達(dá)，意外發(fā)現(xiàn)該雜合蛋白可形成一種高粘接強(qiáng)度（干燥條件下對(duì)鋁板的粘接強(qiáng)度約2MPa）的單組分蛋白膠粘劑（圖4）4。后續(xù)以無(wú)額外蛋白標(biāo)簽的重組cp19k蛋白為研究對(duì)象，首次證實(shí)該蛋白在類海水條件下自組裝成淀粉樣纖維（圖5）5，而在酸性低鹽度條件下自組裝成非淀粉樣纖維（圖6），相關(guān)自組裝性質(zhì)均與該蛋白是否形成分子內(nèi)二硫鍵無(wú)關(guān)，而且還發(fā)現(xiàn)該蛋白自組裝成纖維后粘性會(huì)明顯增加6。圍繞cp52k和cp20k的研究也已取得了部分結(jié)果，現(xiàn)正在整理和完善。
目前，該團(tuán)隊(duì)正在推動(dòng)藤壺人工養(yǎng)殖系統(tǒng)的建立，該系統(tǒng)一旦成功運(yùn)行，不僅可以大量孵化藤壺幼蟲(chóng)，開(kāi)展材料防污性能的室內(nèi)評(píng)估及幼蟲(chóng)附著分子機(jī)理的深入分析，還可以原位實(shí)時(shí)進(jìn)行成體藤壺行為學(xué)觀測(cè)，獲得寶貴的數(shù)據(jù)資料。同時(shí)，該課題組正在積極開(kāi)展藤壺膠蛋白的界面粘接機(jī)理和藤壺膠蛋白及其仿生多肽的自組裝研究，在更深入理解藤壺附著機(jī)理的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步開(kāi)展仿生人工化學(xué)膠的合成與應(yīng)用研究。
參考文獻(xiàn)
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