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稳定的冻干细胞机械可释放无细胞生物技术

加利福尼亚州立理工大学的研究人员开发了一种低成本的方法,可提高无细胞生物技术在生物制造中的实用性和现场应用的可移植性。

无细胞蛋白质合成(CFPS)是一种生物技术,可利用试管中的活跃细胞机制而不存在活细胞,从而使研究人员可以直接访问和操纵生化过程。科学家和工程师正在寻求将无细胞生物技术用于众多应用,包括生物材料和治疗剂的按需生物制造,疾病生物标志物和环境污染物的即时诊断,以及变革性生化教育平台。

无细胞生物技术研究人员已经在实验室中实现了许多此类应用,但要使其在现场,诊所和教室中工作更加困难。提取出来的用于无细胞生物技术的细胞机械包含蛋白质和RNA等生物分子,它们在较热的温度下会分解,大大限制了细胞机械的保质期。将其从一个实验室运输到另一个实验室或将其带出实验室以进行现场应用需要冷藏以保持其活动。束缚于“冷链”是满足无细胞生物技术潜力的根本限制。

受牛奶等生物材料存储优化的启发,研究人员以前通过冷冻干燥提取物来延长提取物的保质期,从而产生了一种类似于奶粉的产品,可以在室温下长时间保存。但是,与奶粉不同,冷冻干燥的细胞器不能连续活动地保存几天以上。加州理工大学的研究人员发现了低成本的防腐剂,这些防腐剂可使冷冻干燥的细胞机械在室温下保存长达两周时仍能保持全部活性。

为了实现这一目标,一个由本科生组成的研究团队采用了Javin Oza,Katharine Watts和Pratish Patel教授领导的跨学科方法。正如在《ACS合成生物学》杂志上发表的那样,研究人员选择了10种具有四种不同作用机理的防腐剂,并系统地确定了性能最佳的防腐剂,然后对两种或三种组合进行了测试。这种方法使研究人员能够确定可以在室温下保持细胞机械完整生产力两周的防腐剂组合。研究人员还发现,某些防腐剂组合可以将细胞机械的蛋白质生产能力提高近两倍。

研究人员证明,任何给定防腐剂用于稳定生物材料的效用在很大程度上取决于环境。为了帮助克服这一局限性,他们的数据被用于开发机器学习算法,以允许其他用户识别最适合其无细胞生物技术特定应用的防腐剂。通过用户友好的界面访问机器学习算法将很快上向公众开放。

这些进步代表了释放无细胞生物技术应用潜力的一步。有关这项工作的更多信息,可以在标题为“ 通过提高大肠杆菌提取物的保质期和生产率来释放无细胞生物技术的应用”中找到。

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