Een nieuwe techniek die aan UC Davis is ontwikkeld, heeft mogelijk de barrière verbroken voor een snelle assemblage van machines voor pure eiwitsynthese buiten levende cellen.

Om cellulaire reacties buiten biologische systemen te reconstrueren, wetenschappers moeten de betrokken eiwitten produceren. Snelle maar zeer zuivere reconstitutie van de cellulaire reacties is van cruciaal belang voor de high-throughput-studie van cellulaire routes en celvrije diagnostische tests voor verschillende ziekten. Reconstitueren van cellulaire reacties buiten cellen, echter, vereist de afzonderlijke expressie en zuivering van elk eiwit dat nodig is om de reacties uit te voeren. Dit proces is duur en tijdrovend, waardoor de productie van meer dan meerdere eiwitten tegelijk extreem uitdagend is.

In een paper gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie , Fernando Villarreal en collega's in het laboratorium van professor Cheemeng Tan van de afdeling Biomedische Technologie van UC Davis beschrijven de productie in een enkele cultuur van alle 34 eiwitten die nodig zijn voor mRNA-translatie - het proces van het synthetiseren van eiwitten uit genetische code - in de juiste verhoudingen.

Momenteel, eiwitten worden geëxtraheerd uit hele cellen en direct gebruikt voor in vitro translatie. Eiwitten die met deze methode worden geëxtraheerd, kunnen cytoplasma en andere elementen van de oorspronkelijke cel bevatten, en zijn voor sommige toepassingen ongewenst. Een andere methode omvat het afzonderlijk zuiveren van elk van de 34 eiwitten en het mengen ervan om het mengsel te benaderen, of "machines", nodig om de mRNA-translatie te starten.

Het Tan-lab omzeilde deze beperkingen door synthetisch stammen van Escherichia coli-bacteriën te manipuleren om de vereiste eiwitten in de juiste hoeveelheid binnen een enkele gemengde cultuur te produceren. Door transcriptiesnelheden te manipuleren, translatiesnelheden en relatieve rekdichtheden, de groep ontdekte dat ze de bacteriële consortia konden aanzetten om de juiste hoeveelheden van de vertaalmachinerie te produceren.

"Ik geloof dat het werk deuren zal openen voor fundamentele verbetering van de eiwitopbrengst van zuivere celvrije transcriptie-translatiesystemen en de doorvoer van het bestuderen van ziekterelevante paden buiten levende cellen, ' zei Tan.

Het team noemt hun methode TraMOS, voor vertaalmachines One Shot. Ze gebruikten de door TraMOS geproduceerde eiwitten in een test die screent op de aanwezigheid van peptiden die een protease remmen. Omdat proteasen vaak betrokken zijn bij de levenscyclus van parasieten en de ontwikkeling van kanker, een test die veel van de proteaseremmers in één keer zou kunnen lokaliseren en identificeren, zal nuttig zijn voor de ontwikkeling van geneesmiddelen.

Door de tijd en kosten te verminderen die gepaard gaan met het voorbereiden van multi-eiwitsystemen, de aanpak van het Tan-lab maakt toepassingen van TraMOS met hoge doorvoer mogelijk zonder te hoeven investeren in extra zuiveringsapparatuur. In tegenstelling tot bestaande benaderingen, wetenschappers kunnen de expressie en controle van eiwitten aanpassen met behulp van de TraMOS-aanpak. De meeste laboratoria die routinematig eiwitzuivering uitvoeren, hebben al de apparatuur om de TraMOS-aanpak te gebruiken, waardoor het eenvoudig te implementeren is, en de toegang tot het systeem te democratiseren. De op microbiële consortia gebaseerde benadering kan worden gegeneraliseerd voor de synthese van andere multi-eiwitsystemen, waardoor het een potentiële gamechanger is voor celvrije toepassingen met hoge doorvoer.