黏液mucus是一种从人体的黏膜层或黏膜下层分泌出来的、比较浓稠的湿滑胶状液体，主要由黏蛋白（mucins）组成，比如痰，鼻涕什么的。黏液不仅仅是疾病的征兆，还是身体抵抗疾病的关键部分。每天，我们的身体都会产生超过一公升、足以覆盖400多平方米表面积的这类黏滑液体，用以捕获和消灭微生物入侵者。
粘液是主要由粘蛋白组成的，粘蛋白是由糖分子修饰的蛋白质。许多科学家正尝试人工合成黏蛋白，希望能复制它们有益的特性。在一项新的研究中，麻省理工学院的研究人员已经合成了一种具有聚合物主链（polymer backbone）的合成粘蛋白，可以更精确地模拟天然粘蛋白的结构和功能。研究小组还发现，这些合成粘蛋白可以有效地中和引起霍乱的细菌毒素。
这一发现有助于研究人员更好地了解黏蛋白的哪些特征有助于发挥不同的功能，特别是它们的抗菌功能。合成黏蛋白模拟天然黏蛋白的这些功能，就能阻断微生物的毒力途径，最终可能产生能治疗或预防传染病的新方法，并且合成黏蛋白导致的细菌耐药性可能性不太，这不同于抗生素。这篇论文发表在今天的《美国化学学会中心科学》杂志上。
灵感来源于黏液
在Amar G.Bose教授资助下，Kiessling 和 Ribbeck于2018年开始合作，试图从黏液中获得灵感、创造出能模拟黏液的材料。黏液的主要组成部分是黏液蛋白——一种长的、类似瓶刷的蛋白质，上面附着着许多糖分子，称为聚糖。Ribbeck发现，这些粘蛋白能破坏感染性细菌的许多关键功能，包括它们分泌毒素、相互交流和附着在细胞表面的能力。这些特性使许多科学家尝试制造出有助于预防或治疗细菌感染的人工版本。然而，黏蛋白是如此之大，以至于很难精确地复制它们的结构。每个黏蛋白聚合物都有一个由数千个氨基酸组成的长骨架，许多不同的聚糖可以附着在这些骨架上。
在新的研究中，研究人员决定将重点放在聚合物的骨架上。为了复制它的结构，他们使用了一种叫做开环复分解聚合反应（ring-opening metathesis polymerization—— 这过程中一个含碳环被打开，形成一个含有碳碳双键的线性分子。然后这些分子可以结合在一起形成长聚合物。
2005年，Schrock因为开发了能够驱动这类反应的催化剂的工作而获得了诺贝尔化学奖。后来，他开发了一种催化剂，可以特异产生“顺式”构象的产物——双键中的每个碳原子通常都有一个化学基团附着在其上，在顺式构型中，这两个基团都位于双键的同一侧。在“反式”构型中，这些基团位于相反的一侧。
为了制造聚合物骨架，研究人员使用了Schrock的催化剂——它是以钨为基础的，可形成顺式的黏蛋白模拟聚合物。他们将这些聚合物与另一种钌基催化剂所产生的聚合物进行了比较，钌基催化剂可以产生反式产物。他们发现顺式结构与天然黏蛋白更为相似，也就是说，它们形成了非常细长的水溶性聚合物。相反，反式聚合物形成的球状物聚集在一起而不是向外伸展。
模拟黏蛋白
研究人员随后测试了合成黏蛋白模拟天然黏蛋白功能的能力。研究人员发现，当接触到霍乱弧菌产生的毒素时，拉长的顺式聚合物比反式聚合物更能捕获毒素。事实上，合成的顺式黏蛋白模拟物甚至比天然的黏蛋白更有效。
研究人员还发现，它们的细长聚合物比反式聚合物更易溶于水，这可能使它们在滴眼液或皮肤润肤霜等应用中发挥作用。既然它们能制造出有效模拟天然黏蛋白的合成黏蛋白，研究人员计划研究黏蛋白的功能在不同聚糖附着在主干上时如何变化。通过改变聚糖的组成，他们希望开发出能够抑制多种微生物毒力途径的合成黏蛋白。“我们正在考虑更好地模拟黏蛋白的方法，但这项研究是理解相关内容的重要一步，”Kiessling说。