大自然利用pH值来控制蛋白质的组装。例如，蜘蛛丝蛋白具有pH敏感的继电器来控制固体丝的产生，CTP合酶丝在低pH下聚合以促进出芽酵母饥饿过程中的稳态，R体通过经历通过相同亚基的延伸晶格传播的局部构象变化来响应pH变化而产生力。这些材料启发了生物工程师尝试设计pH依赖性蛋白质材料。设计的pH响应蛋白是一类很有前途的新型材料，在组织工程、药物和基因递送以及自修复生物材料等领域具有潜在的应用前景。通过模拟丝蛋白结构域和通过交错肽卷曲线圈之间的延伸相互作用基序引入组氨酸残基，在生产pH响应性组装纳米材料方面取得了进展。然而，具有精确定义的结构和可调的pH转变点的pH响应性细丝的从头设计是一个尚未满足的挑战。
David Baker团队通过计算合成了pH响应蛋白，该设计可以从含有多个埋藏残基的亚基中组装蛋白质丝，这些亚基在小范围的pH值内转换其质子化状态并驱动展开/折叠转变。由于设计的细丝含有数百个或更多这样的亚基，即使是微小的pH变化，环境反应也应该是极其敏感和协同的。有吸引力的候选者包括先前设计的依赖于pH的三聚螺旋束，其在4.0至6.5之间的可调pH下经历非常急剧的展开转变，在埋藏的氢网络中具有9个埋藏的组氨酸，但内部对称性与并入具有一般螺旋对称性的延伸细丝不兼容，因为它会导致不同纤维的大规模成束。
pH依赖性三聚体在非常窄的pH范围内以高协同性分解，这是由于许多组氨酸残基同时被质子化/去质子化。通过调节亚基间相互作用的强度和改变组氨酸的数量，可以将过渡中点的pH和协同性调节在4.0和6.5之间。为了打破三聚体的内部对称性以防止捆绑，并允许不对称界面的设计来驱动纤维组装，我们设计了短环来连接其中一个三聚体中的三个原聚体，称为pRO-2.3，它包含六个埋藏的组氨酸（PDB ID:6MSQ）到单链中（图第1a段）。然后，我们应用Shen等人7中描述的细丝设计方法，将这些连接的单体对接到各种螺旋细丝排列中，并设计新形成的界面上的氨基酸残基来驱动组装）。我们生成了45000个螺旋丝骨架，并根据纤维形成的预测能量和其他指标（方法）选择了18种设计进行实验测试。这些设计（我们称之为从头设计的pH响应性螺旋丝（DpHFs））在大肠杆菌中表达并纯化。所有18个设计都表达良好且可溶。发现两种设计（DpHF7和DpHF18）形成细丝，如阴性染色电子显微镜（EM）图像所示。
