生物合成量子点具有反应条件温和、绿色可持续、产物稳定性好等优势，因而是一种极具潜力的合成策略。目前能合成量子点的宿主多为细菌、真菌等微生物，由于参与合成的模板、离子等前体物质在宿主内呈分散状态存在，因此难以实现亚细胞水平的限域合成，造成反应可控性差、量子点合成效率低以及对宿主细胞毒性大等不足。

近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室的夏小霞及钱志刚课题组，通过蛛丝蛋白液-液相分离形成亚细胞区室的方式，在模式生物大肠杆菌胞内成功实现了量子点的区室化限域合成，不仅巧妙地将前体重金属离子与宿主隔离，显著减少了对宿主细胞的毒性，而且显著提升了目标量子点的合成效率和荧光寿命。

课题组在前期研究中发现，异源表达的蜘蛛丝等结构蛋白通过液-液相分离在大肠杆菌胞内形成“液滴样”的无膜区室（Nat. Chem. Biol. 2020, 16: 1143-1148），进而推测蛋白质有序凝聚的特性可能有利于量子点的成核、生长及成熟。因此，研究组测试了重组表达蛛丝蛋白的大肠杆菌能否支持量子点的限域合成，发现特定的蛛丝蛋白确实支持了模式量子点CdSe_xS_1-x的区室化合成（以“点亮”细胞的荧光进行表征）。单细胞荧光共聚焦显微及扫描透射电镜元素分析表明，发射荧光的量子点及组成元素的聚集位置均与蛛丝蛋白区室重叠，证实量子点在胞内区室的限域合成。研究表明，不同分子量的蛛丝蛋白聚集体具有截然不同的量子点合成能力，而恰当的β-折叠形成能力对于蛛丝蛋白特异性地发挥模板作用非常关键。

机理研究表明，进入细胞内的镉离子可与蛛丝蛋白结合，诱导蛛丝蛋白从无规卷曲向β-折叠二级结构的转变，进而招募含硫还原剂并通过氧化还原反应在区室内合成量子点。体外重构等实验，进一步证实量子点的合成与蛛丝蛋白β-折叠的形成密切相关。研究还发现，区室化合成的量子点可以降低前体重金属离子的细胞毒性，很好地体现了活细胞内限域合成的优越性。

该论文成果，首次建立了在活细胞内通过区室化的蛋白质模板限域合成量子点的新方法，不仅为量子点的生物合成研究提供了一种“限域合成”的新视角，证明了区室化限域合成的优越性，而且可为亚细胞原位成像、生物修复、有机-无机复合催化等领域的应用提供新机遇。