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如何利用E. coli的魔力，揭开细胞内部的秘密？
在生物学研究中，科学家们面临着探索细胞内部反应的复杂性。现在，细胞自由系统的兴起，不仅使这一过程变得容易许多，还让我们可以深入理解细胞的行为及反应机制。
细胞自由系统是一种在体外工具，被广泛用来研究细胞内发生的生物反应，从而减少在整个细胞中进行研究时常见的复杂交互作用。
细胞自由系统的基本概念是将细胞内的分子机制抽取出来进行实验，而无需完整的细胞。该系统大致可以分为两种类别：提取基于细胞的系统和基于纯化酶的系统。这些系统的优势在于，可以精确控制所研究的反应及其产量。
细胞提取的准备
传统上，细胞提取曾经是使用酵母萃取，但随着研究的进步，E. coli、小麦胚芽和兔红细胞等其他来源也被证明是有效的提取来源。在这些程序中，E. coli的30S提取物是经过研磨细菌和进一步清理而来的，而其他来源的准备方法则各不相同，这使得提取的效率和质量存在差异。
E. coli的细胞提取系统可用于快速合成蛋白质，并且能够在不干扰细胞内部机制的情况下进行实验。
细胞自由系统的应用
随着这些技术的发展，细胞自由生物合成平台诞生了，这是一种低成本的生物制造平台，相比微生物发酵的方法具有许多优势。这些系统通常能够在没有产生副产品的情况下达到极高的产量。
其次，这些系统还能够实现一些活体微生物或化学催化剂无法完成的生物反应。例如，通过使用内外酶的混合，将纤维素转化为淀粉，这在常规的细胞系统内难以实现。
这些酶系统的反应速率通常比微生物系统更快，因此在产业应用上展现出巨大的潜力。
蛋白质合成与代谢操作
在细胞自由系统中，蛋白质的合成过程能够被轻松控制。历史上，以Nirenberg和Matthaei的实验为例，这个系统成功将放射标记的氨基酸合成进入蛋白质中。近日的研究进一步提高了合成产量，这使得包括疫苗在内的多种应用得以实现。
此外，通过细胞自由系统，代谢过程的工程化也取得了显著成就。例如，研究者利用E. coli的酵解网络提取物来实时分析代谢物浓度，从而优化生产。
在没有细胞膜的限制下，细胞自由系统可以快速而高效地进行细胞内反应的模拟。
不自然氨基酸的引入
细胞自由系统还能够用来引入不自然氨基酸，这在细胞内工作时往往会遭遇困难。例如，有研究显示，通过删除RF1释放因子，可以将停止密码转变为敏感密码，实现将所需氨基酸插入到蛋白质中。
这些进展使得研究者在NMR光谱学研究中能够利用这些系统进行氨基酸的特定标记，从而获得深入的分子结构信息。
总的来说，细胞自由系统是一个强有力的工具，帮助科学家们更加深入地探索细胞内部的奥秘，使得生物合成、蛋白质合成和代谢操作等领域获得了巨大的推进。在未来，这些系统将如何改变我们对生命的理解呢？
