近日，山东大学教授赵广团队在可编程活体材料的构建与应用领域取得重要突破。他们首次提出了基于羟丁基壳聚糖与SpyCatcher/SpyTag蛋白相互作用构建半互穿网络活体材料的新策略，为环境修复与生物治疗提供了高效、稳定、可编程的通用平台。相关成果发表在《先进科学》。

活体材料是材料科学与合成生物学交叉的前沿方向，通过将工程化细菌嵌入凝胶基质，实现感知、响应、合成等功能。然而，现有活体材料普遍面临制备工艺复杂、环境稳定性差、机械性能不足等问题，限制了其实际应用。

羟丁基壳聚糖虽具有优良的温敏性和生物相容性，但其物理交联网络在生理条件下结构不稳定。

为解决这一难题，研究团队创新性地将表达SpyCatcher和SpyTag三嵌段蛋白的工程菌封装于羟丁基壳聚糖基质中，利用条件诱导细菌裂解释放蛋白，进而原位自组装形成半互穿聚合物网络，成功构建了结构稳定、功能可编程的细菌介导的Spy蛋白质原位自组装的可编程半互穿结构活性材料平台。

研究表明，细菌介导的Spy蛋白质原位自组装的可编程半互穿结构活性材料在2至12范围的酸碱度、42度的高温及模拟胃肠液中均保持结构完整，显著优于传统羟丁基壳聚糖水凝胶。

在溃疡性结肠炎小鼠模型中，封装白细胞介素-2分泌型益生菌大肠杆菌Nissle 1917的细菌介导的Spy蛋白质原位自组装的可编程半互穿结构活性材料通过调节调节性T细胞/辅助性T细胞免疫平衡、修复肠上皮屏障及重塑肠道菌群，显著缓解炎症症状，治疗效果优于游离大肠杆菌Nissle 1917。

在环境修复应用中，表达有机磷水解酶的细菌介导的Spy蛋白质原位自组装的可编程半互穿结构活性材料在4°C下保持80%活性达65天，在酸性、高温、高盐胁迫下活性远高于游离酶，并可通过细菌再生实现多次循环使用。

该平台还具备3D打印可塑性与模块化设计能力，可根据需求灵活更换功能蛋白或细菌菌株。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202524320