是风口还是陷井?无细胞培养技术对传统发酵工程师而言(一)

2023-05-10 14:56:27

引言

无细胞培养目前还是一个"ugly baby",虽然丑,但是有生命力,就像一开始无血清培养基在传统工程师眼里一样。相信它未来肯定也会成为主流技术,传统工程师是不是还要放弃这次机会呢?决定权在我们自己。本平台将非连续推出几期介绍无细胞培养的文章,为我们未来的选择增加一些理性成份,毕竟改变需要付出代价。

什么是无细胞蛋白质合成系统

   无细胞蛋白质合成系统是一种以外源mRNA或DNA为模板,在细胞抽提物的酶系中补充底物和能量来合成蛋白质的体外系统.

,前苏联学者Spirin等人通过在无细胞体系中连续流加能量和底物,从而大大的延长了反应时间和提高了蛋白质的合成产量。此后,无细胞蛋白质合成系统成了生物工程领域中的研究前沿和热点之一,发展了多种原核和真核无细胞蛋白质合成系统

优势 

1、因没有细胞膜的阻隔,外源性的物质可以直接加入到反应体系中,从而对反应条件进行针对性的调控,例如促进蛋白的折叠或进行翻译后修饰。

2、因不存在活细胞,该体系可用于表达在胞内系统中难以表达的蛋白质,如对细胞有毒害作用的抗菌肽和离子通道蛋白等,同时表达过程也不受细胞生长代谢的影响。

3、能使大部分的代谢能源集中用于合成目标蛋白质,而不会消耗在细胞生长等其他过程中。

4、能在多孔板(例96孔板)上同时平行合成多种蛋白质,满足高通量药物筛选和蛋白质组学的研究的要求。

5、无细胞形式允许进行筛选而不需要基因克隆步骤,从而实现快速的工艺/产品开发。

在最近20多年中,对无细胞系统中的蛋白质合成的反应机制和调控、能量供应、遗传模板稳定性、反应器设计和操作等方面进行了大量的研究.不仅能够直接应用PCR产物作为模板合成蛋白质,而且在体外重组蛋白质生产、高通量蛋白质合成、功能蛋白质组研究和蛋白质体外定向进化等方面展示了良好的应用前景。

主要过程

   1)质粒DNA或是直接的PCR产物,在RNA聚合酶的作用下在体外合成mRNA;

   2)在体外蛋白质合成系统中,利用体系的翻译因子、各类合成蛋白质所需的酶和外加补充的氨基酸、能源物质、tRNA等将mRNA翻译成蛋白质;

   3)无细胞体系中翻译后释放的mRNA被再次循环利用合成蛋白质.

发展前景

利用无细胞系统合成掺入非天然的氨基酸和带有选择性标记的氨基酸残基的特殊蛋白质或多肽;经PCR扩增的突变DNA在体外无细胞系统中的快速表达和功能分析,从而实现体外高通量筛选和蛋白质的定向进化;从DNA文库中体外筛选多肽和蛋白质,结合PCR技术,利用无细胞合成系统制备功能蛋白质阵列和多肽阵列,在体外组装病毒。和合成各种功能性脂蛋白、膜蛋白、抗菌肽、和抗体片段等.

有几个问题需要大家思考下:

如果从传统发酵工程师转到这一领域需要有哪些技术升级?

无细胞培养与目前传统发酵相比有哪些优势?

无细胞培养可能会用到哪些传统的发酵技术?

如果自己心志坚定,何惧未来!

后续内容

这一技术的缺点

这一技术的关系环节

引用文献

张鹏《无细胞蛋白质合成的研究进展

徐志南《无细胞蛋白质合成系统的研究进展》


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