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如何利用E. coli的魔力，揭開細胞內部的秘密？
在生物學研究中，科學家們面臨著探索細胞內部反應的複雜性。現在，細胞自由系統的興起，不僅使這一過程變得容易許多，還讓我們可以深入理解細胞的行為及反應機制。
細胞自由系統是一種在體外工具，被廣泛用來研究細胞內發生的生物反應，從而減少在整個細胞中進行研究時常見的複雜交互作用。
細胞自由系統的基本概念是將細胞內的分子機制抽取出來進行實驗，而無需完整的細胞。該系統大致可以分為兩種類別：提取基於細胞的系統和基於純化酶的系統。這些系統的優勢在於，可以精確控制所研究的反應及其產量。
細胞提取的準備
傳統上，細胞提取曾經是使用酵母萃取，但隨著研究的進步，E. coli、小麥胚芽和兔紅細胞等其他來源也被證明是有效的提取來源。在這些程序中，E. coli的30S提取物是經過研磨細菌和進一步清理而來的，而其他來源的準備方法則各不相同，這使得提取的效率和質量存在差異。
E. coli的細胞提取系統可用於快速合成蛋白質，並且能夠在不干擾細胞內部機制的情況下進行實驗。
細胞自由系統的應用
隨著這些技術的發展，細胞自由生物合成平台誕生了，這是一種低成本的生物製造平台，相比微生物發酵的方法具有許多優勢。這些系統通常能夠在沒有產生副產品的情況下達到極高的產量。
其次，這些系統還能夠實現一些活體微生物或化學催化劑無法完成的生物反應。例如，通过使用內外酶的混合，將纖維素轉化為澱粉，這在常規的細胞系統內難以實現。
這些酶系統的反應速率通常比微生物系統更快，因此在産業應用上展現出巨大的潛力。
蛋白質合成與代謝操作
在細胞自由系統中，蛋白質的合成過程能夠被輕松控制。歷史上，以Nirenberg和Matthaei的實驗為例，這個系統成功將放射標記的氨基酸合成進入蛋白質中。近日的研究進一步提高了合成產量，這使得包括疫苗在內的多種應用得以實現。
此外，通過細胞自由系統，代謝過程的工程化也取得了顯著成就。例如，研究者利用E. coli的酵解網絡提取物來實時分析代謝物濃度，從而優化生產。
在沒有細胞膜的限制下，細胞自由系統可以快速而高效地進行細胞內反應的模擬。
不自然氨基酸的引入
細胞自由系統還能夠用來引入不自然氨基酸，這在細胞內工作時往往會遭遇困難。例如，有研究顯示，通過刪除RF1釋放因子，可以將停止密碼轉變為敏感密碼，實現將所需氨基酸插入到蛋白質中。
這些進展使得研究者在NMR光譜學研究中能夠利用這些系統進行氨基酸的特定標記，從而獲得深入的分子結構信息。
細胞自由系統是一個強有力的工具，幫助科學家們更加深入地探索細胞內部的奧秘，使得生物合成、蛋白質合成和代謝操作等領域獲得了巨大的推進。在未來，這些系統將如何改變我們對生命的理解呢？
