生物聚合物可以自發地自我組裝成複雜的結構–類似於容器或籠子，但小得多，被稱為“納米籠”。這些結構可以在裡面容納各種各樣的分子以作為“客人”行事。一個流行的例子是“鐵蛋白納米籠”，它是由24個亞單位自組裝成的蛋白質鐵蛋白形成，可以包圍作為重要催化劑的金屬離子。

在這些金屬離子的幫助下，催化反應將任何底物轉化為產品。儘管廣為人知，但鐵蛋白籠在工業中的潛在應用還沒有被充分開發。

截止到目前，大多數提高鐵蛋白中金屬離子吸收量的努力都引發了籠子的低穩定性。為了使“客人”能夠很好地坐在籠子裡，有效的設計是關鍵。考慮到這一點，由日本東京工業大學的Takafumi Ueno教授領導的科學家團隊在鐵蛋白納米籠的核心部分引入了特定位點的突變並增加了其對銥金屬絡合物（IrCp*）的吸收量。他們的研究結果發表在《Angewandte Chemie》上。銥是酒精生產途徑中的一種重要催化劑，另外在製藥、食品和化學工業中也得到商業應用。

Ueno表示：“根據以前的文獻，我們知道籠子裡的配位氨基酸的存在會改善銥的活性，用適當的殘基取代這些氨基酸可以緩解這個問題。由於銥複合物的行為是一種催化劑，配位殘基會起到作用。”研究人員使用氨基酸組氨酸取代兩種殘基，即常規（野生型）鐵蛋白籠子的精氨酸和天冬氨酸，並創造出突變體R52H和D38H。值得注意的是，組裝結構或籠子的大小沒有受到這些變化的影響。

接下來，他們將IrCp*加入突變體中，發現R52H能嵌入比野生型籠子多0.5倍的銥原子。但令他們震驚的是D38H突變體，它的表現與野生型完全一樣。所以，為什麼這兩個突變體都沒有被發現？那麼，為什麼兩個突變體沒有相同的效果呢？據Ueno說道：“這意味著不僅組氨酸殘基的存在且其位置也是決定籠子中吸收效率的關鍵。”

使用新的催化籠子，研究人員能夠完成高達88%的酒精生產率。顯然，突變有利於反應成分的結構重新排列從而提高了轉化率。

為了了解底物在籠內的表現，研究人員使用了模擬，其中底物分子可以在納米籠內自由移動。他們觀察到R52H突變體中底物和組氨酸之間的一些相互作用，這在野生型籠子中是不存在的，也就是說，底物在納米籠內表現出優先結合。

“這些混合生物納米籠也被發現是高度穩定的，這表明它們可以作為工業應用中可行的催化劑。目前基於結構設計的金屬離子結合點研究可以被推進，從而創造出具有選擇性吸收特定客體分子的新型鐵蛋白突變體，用於化學和製藥業的各種催化應用，”Ueno教授說道。