En ny teknik som utvecklats vid UC Davis kan ha brutit barriären för snabb sammansättning av maskiner för ren proteinsyntes utanför levande celler.

För att rekonstituera cellulära reaktioner utanför biologiska system, forskare måste producera proteinerna som är inblandade. Snabb men ändå hög renhet rekonstitution av cellulära reaktioner är avgörande för hög genomströmning studie av cellulära vägar och cellfria diagnostiska tester för olika sjukdomar. Rekonstituering av cellulära reaktioner utanför celler, dock, kräver separat uttryck och rening av varje protein som krävs för att utföra reaktionerna. Denna process är dyr och tidskrävande, vilket gör produktionen av mer än flera proteiner samtidigt extremt utmanande.

I en tidning publicerad i Natur kemisk biologi , Fernando Villarreal och kollegor i professor Cheemeng Tans labb vid institutionen för biomedicinsk teknik vid UC Davis beskriver produktionen i en enda kultur av alla 34 proteiner som krävs för mRNA-translation – processen att syntetisera protein från genetisk kod – i rätt proportioner.

För närvarande, proteiner extraheras från hela celler och används direkt för in vitro translation. Proteiner som extraheras med denna metod kan innehålla cytoplasma och andra element i den ursprungliga cellen, och är oönskade för vissa applikationer. En annan metod innebär att varje 34 proteiner renas separat och blandas för att approximera blandningen, eller "maskiner", krävs för att starta mRNA-översättningen.

Tan -laboratoriet kringgick dessa begränsningar genom att syntetiskt konstruera stammar av Escherichia coli -bakterier för att producera de erforderliga proteinerna med rätt mängd inom en enda blandad kultur. Genom att manipulera transkriptionshastigheter, översättningshastigheter och relativa stamtätheter, gruppen fann att de kunde få bakteriekonsortierna att producera rätt mängder av översättningsmaskineriet.

"Jag tror att arbetet kommer att öppna dörrar för fundamental förbättring av proteinutbytet av rena cellfria transkriptions-translationssystem och genomströmning av att studera sjukdomsrelevanta vägar utanför levande celler, " sa Tan.

Teamet kallar sin metod för TraMOS, för Translation Machinery One Shot. De använde proteinerna som produceras av TraMOS i ett test som skärmar efter närvaron av peptider som hämmar ett proteas. Eftersom proteaser ofta är involverade i parasiters livscykel och cancerutveckling, ett test som kan lokalisera och identifiera många av proteashämmarna på en gång kommer att vara användbart för läkemedelsutveckling.

Genom att minska tiden och kostnaderna för att förbereda multiproteinsystem, Tan labs tillvägagångssätt möjliggör tillämpningar med hög genomströmning av TraMOS utan att behöva investera i ytterligare reningsutrustning. Till skillnad från befintliga metoder, forskare kan anpassa uttryck och kontroll av proteiner med hjälp av TraMOS -metoden. De flesta laboratorier som rutinmässigt utför proteinrening har redan utrustning för att använda TraMOS -metoden, gör det enkelt att implementera, och demokratisering av tillgången till systemet. Den mikrobiella konsortiebaserade metoden kan generaliseras för syntes av andra multiproteinsystem, vilket gör det till en potentiell spelväxlare för cellfria applikationer med hög genomströmning.