Language
Country/Area
No result found
从酵母到兔子：细胞提取物如何推动合成生物学的革命？
在生物学的研究领域，细胞是生命的基本单位。然而，随着科学的进步，研究人员逐渐认识到，在没有完整细胞的情况下，细胞的内部运作仍然可以被模拟和分析。这种无细胞系统的出现，不仅简化了我们对生物反应的理解，也促进了合成生物学的革命，开创了一个前所未有的研究和应用新时代。
无细胞系统是一种非常有用的工具，能够在控制的环境下进行生物反应的研究。
无细胞系统的类型
无细胞系统主要可以分为两种：基于细胞提取物的系统和纯化酶的系统。基于细胞提取物的系统，从整个细胞中提取出组分来进行外部使用，而纯化酶的系统则是使用已知参与某一过程的纯化组分。
然而，基于细胞提取物的系统也存在一些挑战。例如，在一项由Kitaoka等人进行的研究中，基于大肠杆菌的无细胞翻译系统显示，mRNA模板迅速降解，导致蛋白质合成的中断。因此，这类系统需要在应用上进行更为谨慎的考量。
准备无细胞系统
无细胞系统的准备方法各有不同。早在历史上，诺贝尔奖得主Eduard Buchner就首次展示了使用酵母萃取物的无细胞系统。随着时间的推移，大肠杆菌、小麦胚芽和兔子网状细胞等来源相继被发现可以用来创建无细胞系统。
目前，无细胞系统的准备方法包括使用研磨法和超离心法，分离出所需的细胞内部组件。
应用无细胞系统
随着技术不断发展，无细胞合成生物学正被视为新兴的低成本生物制造平台，与从事几千年的微生物发酵相比更具竞争力。无细胞生物系统具备多种优势，特别适合于工业应用：
无细胞系统通常能在没有副产物产生或细胞质合成的情况下，实现非常高的产品产量。
例如，利用合成酶途径，通过与淀粉和水的反应，能够从多糖和水的每一单元生成近12个氢分子，这是最佳厌氧氢生产微生物的理论产量的三倍。此外，无细胞系统可以实现一些活微生物或化学催化剂无法做到的生物反应。
蛋白质合成与代谢操控
无细胞生物系统亦能轻松控制和访问，而无需细胞膜的障碍。在诺贝尔奖的研究过程中，Nirenberg和Matthaei的实验就是利用了这种细胞提取物系统，将放射性标记的氨基酸纳入合成蛋白质的过程之中。近期的研究，如Spirin等人的研究，也运用了原核和真核的无细胞翻译系统，在合成蛋白质上显示出增产的潜力。
透过这些新技术，无细胞蛋白质合成逐渐成为快速合成蛋白质的新选择。
非天然氨基酸的引入
无细胞系统也被用来引入非天然的氨基酸。 Shimizu等人通过省略RF1释放因子，成功地将终止密码s更改为意味密码，这显示了在特殊情况下插入所需氨基酸的能力。这对于在细胞内工作存在困难的系统来说尤为重要，例如在氨基酸代谢的过程中，无法对氨基酸进行特定的标记。
这些技术将无细胞系统的应用推向新的高峰，使得其能够为多维核磁共振光谱研究提供支持。
综合来看，无细胞系统不仅简化了生物反应的研究过程，也为工业应用提供了新的可能性和机会。在这场由细胞提取物推动的合成生物学革命中，我们是否正站在未来生物科技进步的门槛上呢？
