Proteinsyntesemaskiner fra bakteriekonsortier i ét skud

En ny teknik udviklet på UC Davis kan have brudt barrieren for hurtig samling af rene proteinsyntesemaskiner uden for levende celler.

For at rekonstruere cellulære reaktioner uden for biologiske systemer, forskere skal producere de involverede proteiner. Hurtig, men alligevel rekonstruktion af cellulære reaktioner med høj renhed er afgørende for undersøgelsen med høj gennemstrømning af cellulære veje og cellefrie diagnostiske tests for forskellige sygdomme. Rekonstruktion af cellulære reaktioner uden for celler, imidlertid, kræver separat ekspression og oprensning af hvert protein, der kræves for at udføre reaktionerne. Denne proces er dyr og tidskrævende, gør produktionen af ​​mere end flere proteiner på én gang ekstremt udfordrende.

I et papir udgivet i Naturens kemiske biologi , Fernando Villarreal og kolleger i professor Cheemeng Tans laboratorium i Institut for Biomedicinsk Teknologi ved UC Davis beskriver produktionen i en enkelt kultur af alle 34 proteiner, der kræves til mRNA -translation - processen med at syntetisere protein fra genetisk kode - i de korrekte proportioner.

I øjeblikket, proteiner ekstraheres fra hele celler og bruges direkte til in vitro -translation. Proteiner ekstraheret ved denne metode kan indeholde cytoplasma og andre elementer i den oprindelige celle, og er uønskede for nogle applikationer. En anden metode involverer at rense hvert af de 34 proteiner separat og blande dem for at tilnærme blandingen, eller "maskiner" påkrævet for at starte mRNA -oversættelsen.

Tan -laboratoriet omgåede disse begrænsninger ved syntetisk at konstruere stammer af Escherichia coli -bakterier for at producere de nødvendige proteiner af korrekt mængde inden for en enkelt blandet kultur. Ved at manipulere transkriptionshastigheder, oversættelseshastigheder og relative belastningstætheder, gruppen fandt ud af, at de kunne få bakteriekonsortierne til at producere korrekte mængder af oversættelsesmaskinen.

"Jeg tror, ​​at arbejdet vil åbne døre til grundlæggende forbedring af proteinudbyttet af rene cellefrie transskription-oversættelsessystemer og gennemløb af undersøgelse af sygdomsrelevante veje uden for levende celler, "Sagde Tan.

Teamet kalder deres metode TraMOS, til oversættelsesmaskiner One Shot. De brugte proteiner produceret af TraMOS i en test, der screener for tilstedeværelsen af ​​peptider, der hæmmer en protease. Fordi proteaser almindeligvis er involveret i parasiters livscyklus og kræftudvikling, en test, der kan lokalisere og identificere mange af proteasehæmmerne på én gang, vil være nyttig til udvikling af lægemidler.

Ved at reducere den tid og omkostninger, der er forbundet med at forberede multiproteinsystemer, Tan labs tilgang muliggør applikationer med høj gennemstrømning af TraMOS uden at skulle investere i yderligere rensningsudstyr. I modsætning til eksisterende tilgange, forskere kan tilpasse ekspression og kontrol af proteiner ved hjælp af TraMOS -metoden. De fleste laboratorier, der rutinemæssigt udfører proteinrensning, har allerede udstyr til at bruge TraMOS -metoden, gør det let at implementere, og demokratisering af adgangen til systemet. Den mikrobielle konsortiabaserede tilgang kan generaliseres til syntese af andre multiproteinsystemer, hvilket gør det til en potentiel spilskifter til applikationer uden høj celle.