Language
Country/Area
No result found
Hành trình tuyệt vời của quá trình tổng hợp protein không có tế bào: Làm thế nào để tạo ra quy tắc sống trong phòng thí nghiệm?
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, quá trình tổng hợp protein không tế bào (CFPS) đã dần trở thành một công nghệ không thể thiếu trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học và dược phẩm. Công nghệ này cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng bộ máy sinh học bên trong tế bào để tổng hợp protein mong muốn mà không cần dựa vào tế bào sống.
Giới thiệu
Quá trình tổng hợp protein không cần tế bào hoạt động bằng cách sử dụng chiết xuất tế bào, kết hợp các nguồn năng lượng, axit amin, đồng yếu tố như magiê và DNA chứa gen cần biểu hiện. Bằng cách ly giải tế bào và loại bỏ các tạp chất như thành tế bào, dịch chiết tế bào thu được chứa nhiều loại máy móc sinh học cần thiết cho quá trình tổng hợp protein. Các hệ thống không có tế bào mang lại sự linh hoạt cao hơn trong việc kiểm soát môi trường tổng hợp so với tổng hợp nội bào truyền thống, giúp quá trình tổng hợp protein không có tế bào trở nên thuận lợi hơn cho một số ứng dụng nhất định.
Môi trường tổng hợp protein ngoài tế bào không bị giới hạn bởi thành tế bào hay sự cân bằng nội môi của tế bào.
Ưu điểm và ứng dụng
Quá trình tổng hợp protein không cần tế bào có nhiều ưu điểm rõ ràng so với quá trình tổng hợp in vivo truyền thống, đáng chú ý nhất là tốc độ nhanh chóng của nó. Việc chuẩn bị cho các phản ứng với CFPS thường chỉ mất từ 1 đến 2 ngày, trong khi biểu hiện protein trong tế bào sống có thể mất từ 1 đến 2 tuần. Ngoài ra, tính chất mở của CFPS cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát trực tiếp môi trường hóa học, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy mẫu và theo dõi phản ứng.
Ngoài ra, CFPS còn có khả năng tổng hợp hiệu quả các protein độc hại, điều này sẽ gây trở ngại khi sử dụng tế bào sống. Do đó, hệ thống không có tế bào rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng như:
- Việc kết hợp các axit amin không tự nhiên vào cấu trúc protein sẽ mở rộng phạm vi ứng dụng của mã di truyền.
- CFPS cũng đã cho thấy tiềm năng của nó trong việc tổng hợp các máy nano và mô hình mạch axit nucleic.
- Phát triển các hạt giống vi rút để sử dụng trong vắc xin, thuốc điều trị, v.v.
Các yếu tố hạn chế
Mặc dù CFPS có một số lợi thế nhưng vẫn còn một số thách thức. Đặc biệt về mặt suy thoái DNA, các nuclease nội sinh trong dịch chiết tế bào có sức tàn phá đặc biệt đối với các mẫu biểu hiện tuyến tính (LET). Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mặc dù DNA vòng tròn (chẳng hạn như plasmid) không bị ảnh hưởng bởi các nuclease cuối cùng, nhưng LET lại dễ bị tấn công bởi các enzyme này do đặc điểm cấu trúc của chúng. Do đó, nhiều nghiên cứu hiện đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của LET để đạt được kết quả hoạt động tương đương với plasmid.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng protein gam lambda của thực khuẩn để bảo vệ LET, nhờ đó làm tăng đáng kể năng suất CFPS.
Các loại hệ thống không có cell
Các chất chiết xuất không chứa tế bào hiện đang được sử dụng chủ yếu có nguồn gốc từ Escherichia coli (E. coli), hồng cầu thỏ, mầm lúa mì, tế bào côn trùng và nấm men, v.v., và chúng đều có sẵn trên thị trường. Chiết xuất E. coli là lựa chọn phổ biến nhất do chi phí thấp và năng suất hiệu quả. Tuy nhiên, nếu nhiều lần sửa đổi sau được thực hiện trên protein thì hệ thống nhân chuẩn tương ứng cần phải được chọn để đạt được hiệu suất tốt hơn.
Khi chọn một bản trích xuất, bạn phải cân nhắc dựa trên loại mong muốn sau sửa đổi, thông lượng và chi phí.
Bối cảnh lịch sử
Quá trình tổng hợp protein không có tế bào đã có lịch sử hơn 60 năm kể từ những thí nghiệm đầu tiên được thực hiện bởi Marshall Nirenberg và Heinrich J. Matthaei tại Viện Y tế Quốc gia vào năm 1961, họ đã sử dụng một hệ thống không có tế bào để dịch một chuỗi RNA polyuracil. trình tự và tổng hợp thành công chỉ các polypeptide chứa Phenylalanine, từ đó thiết lập mối liên hệ giữa bộ mã hóa và axit amin, đồng thời thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của sinh học phân tử.
Tổng hợp lại, sự phát triển của công nghệ tổng hợp protein không có tế bào và triển vọng ứng dụng đa dạng của nó khiến các nhà khoa học phải suy nghĩ xem liệu khoa học và công nghệ trong tương lai có thể vượt qua các ranh giới hiện tại và đạt được những kết quả đáng kinh ngạc hơn khi các nhà khoa học tiếp tục khám phá những bí ẩn của sự sống hay không.
