银鱼、南极鳕鱼等多种生物都会制造抗冻蛋白质来帮助它们在冰水中生存。按理来说,它们体液中会形成冰晶,使脆弱的细胞膜和细胞组织破裂,然而,抗冻蛋白质会依附于冰晶的表面,起到阻遏冰晶的作用。抗冻蛋白 AFPs(Antifreeze proteins):一类具有提高生物抗冻能力的蛋白质类化合物的总称。最初是从南极与北极地区的海洋鱼类血清中发现一种能与冰晶相结合的特异性蛋白质,它能阻止体液内冰核的形成与生长,维持体液的非冰冻状态。在这些地区生活的鱼类全都具有合成这类蛋白的能力,以适应低温的生活条件。研究最多的可能是生活在南极洋面的Perchlike notothenioids的体内抗冻蛋白,发现这一蛋白基因与鱼的胰蛋白酶原基因中90%以上的核苷酸碱基序列相同或许说明这两者有相近的进化关系。
现在相继在昆虫、植物(如冬黑麦、沙冬青、唐古特红景天叶等)体内也发现有类似功能的抗冻蛋白。鱼类的AFP基因的转化植物已获成功;与植物中类似AFP基因在微生物体内克隆也获得成功。推测植物抗冻分子生物学和培植农业上抗冻新品种的前景必定是光明的。现已发现五种,包括抗冻糖蛋白、抗冻蛋白Ⅰ、抗冻蛋白Ⅱ、抗冻蛋白Ⅲ、抗冻蛋白Ⅳ。
抗冻蛋白具有两种特殊的功能活性——热滞活性和重结晶抑制活性,AFPs所具有的热滞活性主要表现在具有非依数性降低冰点的作用,FPs热滞活性是冰晶形态调控的一种重要作用机制。其具有的独特抗冻活性一直以来广泛引起人们关注。然而,由于其种类和结构的复杂性,关于其在冷冻环境下到底如何调控冰-水界面层结构,以什么样方式与冰晶结合或互作从而实现其抑制冰晶生长,产生热滞活性和重结晶抑制活性一直以来未得到清晰而系统的解析。
《抗冻蛋白与冰-水界面层相互作用的理论机制研究进展》对国内外相关研究进行了综述,在吸附-抑制模型、偶极子-偶极子模型、晶体占位-晶格匹配模型、刚体能量模型、包合物锚定模型、亲和相互作用偶联团聚模型等典型的理论模型分析中,揭示了AFPs通过调控冰-水界面层结构产生结合或相互作用驱动力作用特点,解析了AFPs产生热滞活性和重结晶抑制活性的主要作用模式及其机理,为抗冻蛋白的研究和产业化应用提供了新思路。
打造产学研用融合生态,推进科技创新发展。事实上,这不是人民国肽集团和福州大学、上海交通大学科研团队第一次合作。此前,人民国肽集团就与福州大学、上海交通大学等科研团队达成合作,联合创新申请的技术发明——“天然蛋白源抗冻多肽的高效制备关键技术及产业化应用”成功获评2019年度福建省“科学技术进步奖”一等奖。人民国肽集团和福州大学、上海交通大学等科研团队的创新成果“天然抗冻多肽的产业化绿色制备与示范”荣获2020年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。
不止于此,人民国肽集团积极深化产学研用一体化发展,建立起“自主创新+协同创新”双轨创新机制:引入高校优秀人才建立自主研发团队,联合多家高校和科研机构打造“一院两站”(功能肽联合研究院、院士工作站、教授工作站)创新体系,聘请中国农业大学罗永康教授为国肽产品研发首席顾问,深化产学研用合作,创新多项专利技术。截至目前,人民国肽集团已成功申请近百项专利。