Small：美国能源部橡树岭国家实验室研发出无需活细胞的蛋白合

在12月22日的Small杂志上，来自美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员研发出了一种无需细胞培养，人工合成蛋白质的新系统。

这个生物反应器采用的是一种混合液，其中包含有大肠杆菌细胞提取物，一种绿色荧光蛋白DNA编码基因，以及必需的代谢物。与一般的活细胞体系不同，这种新蛋白合成机器利用由硅制成的长蛇形通道，上面整合有一种能结合“反应器”和“供给器”通道材料的膜。

“利用这种工程膜可以很方便的实现代谢物、能源和抑制物之间的交换，”作者写道。

(并联反应器和供给器通道(顶部)、工程膜扇的单孔(左边)，以及指示代谢物跨膜交换的图片 (右边) )

研究人员将这种双通道生物反应器的蛋白合成与离心管中进行参照混合反应，以及单通道生物反应器进行了比较。在离心管中进行的参照混合反应就是简单的在摇床上进行温浴，直到它停止生成蛋白，这样最后会产生325 μg/ml蛋白浓度的混合液。

单通道生物反应器中的蛋白产量则大约能提高24%。而最新的这一新技术利用工程膜，最终产生的蛋白浓度为2 mg/ml。

“通过这种方法，我们可以更快的生产更多的蛋白质，用于定点生产，”文章作者Scott Retterer说，“由于这一系统无需活体细胞，因此会减少生成蛋白所需的设施，并且也能在任何时候，任何地方，如果你需要生成蛋白就可以获得，这也不需要在运输和储存过程中保持蛋白冷冻冷藏了。”

此外，在体外人工构建能合成蛋白的核糖体，一直是合成生物学领域的研究热点，在此之前，人们也尝试了多种合成途径，但结果都不理想。2015年，西北大学的Michael C. Jewett和哈佛大学医学院的George M. Church领导研究团队，在天然酶的帮助下，模拟了细胞内的核糖体生成途径，获得了有功能的人造核糖体。

这项研究可以帮助人们进一步理解核糖体的形成和功能，开发更有效靶标核糖体装配的抗生素，设计具有特殊功能的新型核糖体，甚至构建人造细胞。

原文摘要：Toward Microfluidic Reactors for Cell-Free Protein Synthesis at the Point-of-Care

原文链接：Cell-free protein synthesis (CFPS) is a powerful technology that allows for optimization of protein production without maintenance of a living system. Integrated within micro and nanofluidic architectures, CFPS can be optimized for point-of-care use. Here, the development of a microfluidic bioreactor designed to facilitate the production of a single-dose of a therapeutic protein, in a small footprint device at the point-of-care, is described. This new design builds on the use of a long, serpentine channel bioreactor and is enhanced by integrating a nanofabricated membrane to allow exchange of materials between parallel “reactor” and “feeder” channels. This engineered membrane facilitates the exchange of metabolites, energy, and inhibitory species, and can be altered by plasma-enhanced chemical vapor deposition and atomic layer deposition to tune the exchange rate of small molecules. This allows for extended reaction times and improved yields. Further, the reaction product and higher molecular weight components of the transcription/translation machinery in the reactor channel can be retained. It has been shown that the microscale bioreactor design produces higher protein yields than conventional tube-based batch formats, and that product yields can be dramatically improved by facilitating small molecule exchange within the dual-channel bioreactor.

DOI: 10.1002/smll.201502764

作者：阳光森林