本明細書で我々は、小胞の調製、転写および翻訳機構のカプセル化、およびタンパク質の産生を監視するための簡単な方法を記載する。得られた無細胞系がますます複雑な細胞模倣物の構築の開始点として使用することができる。
個々の分子から分子のシステムへの関心がシフトしたように、研究室が増えて、より良い携帯人生の複雑さを表す携帯ミミックボトムアップからビルドしようとしてきた。これまでに、油中水型エマルジョン、マイクロ流体デバイス、および小胞の利用を含む区画セルラ模倣物の構築を取ることができるパスの数が存在する。利用可能なオプションには、それぞれ固有の利点と欠点を有する。例えば、油中水型エマルジョンは、高い封入効率を与えるが、よく生きた細胞の透過障壁を模倣しない。本明細書に記載の方法の主な利点は、すべての実装が容易で安価であることである。転写·翻訳機構は、遠心エバポレーター、押出機などの一般的なインストゥルメンテーションを、悪用プロセスを通じてリン脂質小胞の内部に封入されている。反応を蛍光分光法によって監視されます。プロトコルSは、組換えタンパク質の発現、細胞の模倣の建設、携帯生命の最小要件の探査、または遺伝回路の組み立てに適合させることができる。
無細胞は、in vitroで転写·翻訳反応と合成脂質からの小胞の生成は、新しいものではありません。しかし、模倣携帯に2を組み合わせること。E. challenging1-6かなり多くあるT7 RNAポリメラーゼの有無にかかわらず大腸菌細胞抽出物を転写-翻訳機構7,8の供給源として使用することができる。細胞抽出物は、タンパク質発現および折り畳みを容易にすることができる付加的な細胞成分の存在から恩恵を受ける。あるいは、個別にRNAと蛋白質分子の精製混合物が、9 PUREシステム、すなわち 、膀胱内タンパク質合成4,10-14を媒介するために使用することができる。 PUREシステムは完全に定義された細胞の模倣の建設を可能にし、細胞抽出物で見つかったヌクレアーゼ活性に悩まされることはありません。実際には、このことにより、低封入効率11とプロセスを容易にする、はるかに少ないDNAテンプレートが必要であることを意味する</sup>。あまり頻繁に使用されますが、細胞の模倣は、真核生物cells15由来の細胞抽出物を使用して構築することができます。これまで、環境を感知遺伝的にエンコードされカプセル化されたカスケードおよび細胞模倣は16-18報告されている。
転写翻訳反応を監視する最も簡単な方法は、遺伝的にコード要素の蛍光又はルミネセンスを測定することである。 インビトロ反応で頻繁に放射性標識によって測定されるが、典型的には、ホタルルシフェラーゼ19又はGFPが用いられる。蛍光検出は、さらにそれによって生物学のような過程の確率的性質にいくつかの洞察を提供し、サイトメトリーベースのメソッドを介して小胞20,21の個体群のモニタリングを可能にします。これらの監視方法は、iのと互換性のある蛍光タンパク質の集合を含むデザインルールとからビルドするのに部品のライブラリの小さなセットを定義するために使用されているN体外転写翻訳22、表現22、シグマ因子16の活動、および転写ターミネーター23の効率に遺伝子組織の影響。それにもかかわらず、 インビトロで予測可能な遺伝的にエンコードされた装置を構築する能力を高めるために行われる必要があり、その多くが残っている。
小胞を作るために利用できる多くの方法がある。最も一般的な方法は、水性solution24で再懸濁し、続いてガラス表面上に薄い脂質膜の生成に依存する。水溶液転写 – 翻訳機構が含まれている場合、例えば、次いで形成された小胞の割合は、タンパク質産生のために必要なコンポーネントを含むであろう。しかしながら、このような方法のカプセル化効率は、小胞のごく一部がアクティブであることを意味し、低い。はるかに高い封入EFFが特徴の代替メソッドの多くiciencyは、小胞の油中水型エマルジョン液滴の変換を利用する。そのような方法は、将来的には一般的であろうと思われているが、現在のところ、これらの方法は、特殊な装置を必要と苦しむ、変更された膜組成物25と小胞を得た。小胞のメソッドへの油中水型の明確な利点は、膜ラメラを制御するための電位である。本明細書に記載された方法は、追加の均質化工程を含むわずかな変更を加えて四方実験室11に記載の薄膜脂質膜プロトコルに基づいている。この方法は安価で、簡単で、うまく転写 – 翻訳機械のカプセル化に適した堅牢な小胞を与える。
無細胞合成生物学は、まだ始まったばかりであるが、進歩は、ますます複雑化する細胞のようなシステムを作ることができ、そこから基礎を築いた。完全に定義されたコンポーネントからの転写·翻訳機構の再構成胞28の9内部は環境対応人工cells17、18を構築する後の努力を促進する上で特に顕著であった。同様に、人工細胞研究は、進化の過程4,29,30、機械的なRNAの詳細およびタンパク質合成22,31、代謝load32、33の影響、およびウイルス粒子の集合体34をプローブするために使用されている。重要なのは、十分な知識は今、基本的な細胞機能が存在するこれらの以前の報告とここに記載されているプロトコルは、次の研究室での小胞の内側に再構成することができる。
、説明されたカプセルは、PRに簡単であることに加えてocedureは、いくつかの利点を持っています。例えば、多くの空、凍結乾燥された小胞のアリコートを事前に行うことができ、後の使用のために-20℃で保存した。プロトコルは、有機溶剤、急激な温度変化、または透析の長い期間に受けない生体分子を行います。我々は、必要に応じて手順の優しさは、追加コンポーネントの取り込みを促進することを期待しています。我々はまた、カプセル化または転写 – 翻訳効率に膜の脂質組成の変化に悪影響を観察していない。従って、膜タンパク質、特定の形態、または可視化の取り込みに、より適した脂質は多分悪用される可能性があります。
記載されている方法の主な制限は、結果として小胞のサイズまたはラメラで均質でないことである。多くのアプリケーションでは、これらの問題は、データの解釈に干渉しない。ただし、必要に応じて、追加のステップが狭い番目に組み込むことができ電子サイズ分布及びカプセル化の後、押出のさらなるラウンドのような膜の層を、減少させるが、凍結融解、又は透析35。間違いなく、これらおよびその他の問題を回避するより良い方法が開発される。それまで、私たちは、プロトコルがよく携帯模倣の建設のために適していることが、ここで説明を見つける。
The authors have nothing to disclose.
著者はArmenise-ハーバード財団、マリー·キュリートレンCOFUND(ACS)、トレント(ECOMM)自治州、および資金調達のためにCIBIOを認める。
Quick Spin Mini-prep kit | Qiagen | 27104 | |
Spectrometer | NanoDrop 1000 | NDB767ND | |
POPC | Avanti Polar Lipids | 770557 | MW 760 g/mol Transition Temp -2 °C CAS# 26853-31-6 |
Ethanol | Sigma Aldrich | 459836 | Anhydrous, >99.5% |
Phenol-choloroform-isoamyl alcohol 25:24:1, for molecular biology use | Sigma Aldrich | P3803-100mL | Saturated with 10 mM Tris, pH 8.0, 1 mM EDTA |
Chloroform | Biotech Grade Fluka | 496189-1L | Contain ethanol at 0.5-1.0% v/v as stabilizer |
Brown amber glass bottles | VWR | 89043-518 | 55X 48 mm |
Rotary evaporator | Buchi Rotovapor R-210/Sigma | Z563846EU-1EA | With jack and water bath, 29/32 joint 240 V |
Analog vortex mixer | VWR | 945300 | Speed 1,000-3,200 rpm |
Homogenizer | IKA T10 Basic Ultra-Turbax | 3420000 | |
Mini-extruder | Avanti Polar Lipids | 610020 | |
Extruder filters | Whatman | 610014 | drain disc 10 mm |
Extruder polycarbonate membrane 400 nm | Whatman | 61007 | nuclepore polycarbonate |
Speed vacuum | Labconco | 7970011 | Centritrap DNA concentrator |
PURExpress kit | New England Biolabs | NRM #E6800S | |
RNAse inhibitor (40,000 U/ml) | New England Biolabs | #M0307S | |
Proteinase K (20.2 mg/ml) | Fermentas | #EO0491 | |
Microscope | Zeiss Observer Z1with a AxioCam MRm camera | ||
RealTime | CFX96 Real time PCR Detection System (Biorad) | ||
Silicon press to seal -Molecular Probe | Life Technologies | P18174 | Resistant from -25-30 °C |
Siliconized glass circle cover slides | Hampton Research | HR3-231 | Diameter= 22 mm |
ImageJ | NIH |