Forskare har radikalt förenklat metoden för cellfri proteinsyntes (CFPS), en teknik som kan bli grundläggande för medicinsk forskning.

Syntetisering av proteiner är avgörande för flera typer av farmaceutisk och genetisk forskning. I åratal, proteiner kunde endast syntetiseras i levande celler. CFPS ger den nya förmågan att biosyntetisera proteiner i ett provrör på några timmar utan behov av levande celler. Denna process ger en ny nivå av kontroll över proteinproduktion, en otrolig välsignelse för forskare som bedriver testning med hög genomströmning, biosensorkonstruktion, ämnesomsättningsteknik och mer.

"Denna bioteknik utnyttjar den genetiska koden i ett provrör, ger direkt tillgång till biologiska maskiner som traditionellt är låsta inne i cellen, "sa Javin Oza, en biokemiprofessor vid Cal Poly, San Luis Obispo. "Detta gör det möjligt för forskare och ingenjörer att göra vacciner och terapeutiska proteiner, och utföra diagnostiska tester på begäran i laboratoriet eller ute på fältet. I klassrummet, CFPS låter eleverna lära sig om den genetiska koden på ett förfrågningsbaserat sätt. "

Även om acceptansen av CFPS som en lovande teknik har växt väsentligt under de senaste två decennierna, det lider fortfarande av vissa begränsningar på grund av svårigheten och kostnaden för att implementera tekniken.

Som rapporterats i Journal of Visualized Experimentation , en grupp forskare på Cal Poly under ledning av Oza och medarbetaren Katharine Watts har utvecklat en metod för att göra CFPS allmänt tillgänglig. De främsta fördelarna med den nya tekniken är hastighet, kostnadseffektivitet och en mycket mindre komplex reaktionsinställning jämfört med andra CFPS-system. För att ytterligare minska hindren för forskare att anta denna metod, publikationen innehåller en videoguide för att genomföra det nya förfarandet.

"Detta protokoll förenklar och förtydligar metoderna för att implementera cellfri proteinsyntes av icke-experter, "Oza sa." Förbättrad tillgång till dessa metoder kommer att hjälpa demokratisera plattformen och dess breda uppsättning applikationer. "

Den nya tekniken kräver bara grundläggande laboratorieutbildning för nya användare att implementera CFPS i sina laboratorier, från celltillväxt och extraktberedning till själva in vitro proteinsyntesreaktionerna. Forskare utvecklade reagensförblandningar som kraftigt minskar risken för fel under installationen och ökar sannolikheten för en lyckad reaktion. Dessa kemiska och biologiska reagenser är stabila och tål flera frysnings- och tiningscykler. I tidningen, forskare identifierar och rapporterar också de variabler som väsentligt påverkar framgångsrik implementering av CFPS och de variabler som nya användare bör optimera för framgångsrika reaktioner.

Det förenklade förfarandet är funktionellt jämförbart med de mer tekniska metoder som tidigare använts och kan användas för att screena proteinprodukter snabbare, kraftigt öka antalet tester som kan köras under en viss tidsperiod. Denna kapacitet stöder sofistikerade forskningsinsatser, såsom funktionell genomik och metabolisk teknik.

"I vårt samarbete vi använder den förenklade CFPS-metoden för att syntetisera och konstruera komplexa mega-enzymer, som traditionellt är svåra att uttrycka, "sade Watts, även professor i biokemi i Cal Poly. "Användningen av CFPS möjliggör mycket snabbare design-build-test-cykler för att konstruera dessa mega-enzymer."

Förutom primärforskning, den nya CFPS -metoden kan användas som ett pedagogiskt verktyg i gymnasieskolor och grundutbildningsklasser. Förpackad för pedagogiskt bruk, det ger studenterna möjlighet att engagera sig med genetik i en praktisk inlärningsmiljö.