Исследователи радикально упростили метод бесклеточного синтеза белка (CFPS), метод, который может стать фундаментом для медицинских исследований.
Синтез белков необходим для многих видов фармацевтических и генетических исследований. В течение многих лет белки могли синтезироваться только в живых клетках. CFPS обеспечивает новую способность биосинтеза белков в пробирке в течение нескольких часов без необходимости использования живых клеток. Этот процесс обеспечивает новый уровень контроля над производством белка, невероятное благо для исследователей, занимающихся тестированием с высокой пропускной способностью, созданием биосенсоров, метаболической инженерией и многим другим.
«Эта биотехнология использует генетический код в пробирке, обеспечивая прямой доступ к биологическому механизму, который традиционно заперт внутри клетки», - сказал Джавин Оза, профессор биохимии Калифорнийского политехнического института в Сан-Луис-Обиспо. «Это позволяет ученым и инженерам создавать вакцины и терапевтические белки, а также проводить диагностические тесты по запросу в лаборатории или в полевых условиях. В классе CFPS позволяет студентам узнавать о генетическом коде на основе запросов».
Несмотря на то, что признание CFPS в качестве многообещающей технологии значительно выросло за последние два десятилетия, она все еще страдает от некоторых ограничений из-за сложности и затрат на внедрение этой техники.
Как сообщается в Journal of Visualized Experimentation, группа исследователей из Калифорнийского политехнического института под руководством Озы и ее соавтора Кэтрин Уоттс разработала метод, позволяющий сделать CFPS широко доступным. Основными преимуществами нового метода являются скорость, экономичность и гораздо менее сложная установка реакции по сравнению с другими системами CFPS. Чтобы еще больше снизить барьеры, мешающие ученым использовать этот метод, в публикацию включено видеоруководство по внедрению новой процедуры.
«Этот протокол упрощает и уточняет методы осуществления бесклеточного синтеза белка неспециалистами», - сказал Оза. «Улучшенный доступ к этим методам поможет демократизировать платформу и ее широкий набор приложений».
Новый метод требует от новых пользователей только базовой лабораторной подготовки для внедрения CFPS в своих лабораториях, от выращивания клеток и подготовки экстрактов до самих реакций синтеза белка in vitro. Исследователи разработали премиксы реагентов, которые значительно снижают вероятность ошибки во время настройки и повышают вероятность успешной реакции. Эти химические и биологические реагенты стабильны и могут выдерживать многократные циклы замораживания-оттаивания. В документе исследователи также определяют и сообщают о переменных, которые существенно влияют на успешное внедрение CFPS, и переменных, которые новые пользователи должны оптимизировать для успешных реакций.
Упрощенная процедура функционально сравнима с более техническими методами, использовавшимися ранее, и может использоваться для более быстрого скрининга белковых продуктов, что значительно увеличивает количество тестов, которые можно проводить за заданный период времени. Этот потенциал поддерживает сложные исследования, такие как функциональная геномика и метаболическая инженерия.
«В нашем сотрудничестве мы используем упрощенный метод CFPS для синтеза и разработки сложных мегаферментов, которые традиционно трудно экспрессировать», - сказал Уоттс, также профессор биохимии Калифорнийского политехнического университета. «Использование CFPS позволяет значительно ускорить циклы проектирования-сборки-тестирования для разработки этих мегаферментов».
В дополнение к первичным исследованиям, новый метод CFPS можно использовать в качестве образовательного инструмента в классах старших классов и бакалавриата. Когда он упакован для использования в образовательных целях, он дает учащимся возможность заниматься генетикой в среде практического обучения.