在这里,我们介绍简单的方法编制泡,封装的转录和翻译机制,监测蛋白质的生产。将得到的无细胞系统可以用来作为一个起点,从而建立越来越复杂的细胞模仿。
从单个分子的分子系统随着利率的变化,越来越多的实验室已设法建立从下往上蜂窝模仿细胞生命的复杂性,更好地代表。迄今为止,也有一些可以采取,建立条块蜂窝模仿的路径,包括开采的油包水型乳状液,微流体装置,和囊泡。可用的选项中的每一个具有特定的优点和缺点。例如,油包水型乳剂给予较高的包封率,但没有模仿活细胞的通透性屏障。本文所述的方法的主要优点是,它们都容易和便宜的实施。转录 – 翻译机械是封装内的磷脂小泡通过一个过程,它利用常见的仪表,如离心式蒸发器和挤出机。荧光光谱反应监测。该协议s可以适于重组蛋白的表达,细胞模仿建设,探索细胞生命的最低要求,或遗传的电路组件的。
无细胞, 在体外转录翻译反应和合成脂质囊泡代是什么新鲜事。然而,成蜂窝模拟相结合的两个显着更多challenging1-6 E。带或不带T7 RNA聚合酶的大肠杆菌细胞提取物可用于作为源转录-翻译机器7,8。细胞提取物受益于额外的细胞成分的存在下,可以方便蛋白的表达和折叠。或者,单独纯化的RNA和蛋白质分子的混 合, 即在PURE系统9,可以用于介导合成intravesicular蛋白4,10-14。纯系统可以完全定义蜂窝模仿,建设并不会受到细胞提取物中发现核酸酶活性。实际上,这意味着,需要少得多的DNA模板,从而促进低包封11的流程与</sup>。虽然不经常使用,可内置模拟蜂窝,细胞提取物是来自于真核cells15。到目前为止,基因编码封装的瀑布和细胞感知周围环境的模仿已经报道16-18。
监测转录 – 翻译反应最简单的方法是测量基因编码的元素的荧光或发光。通常情况下,萤火虫荧光素酶19或GFP的使用,虽然在体外的反应,经常测定放射性标记。荧光检测还可以让囊泡20,21人群的监测,通过基于流式细胞仪的方法,从而提供一些洞察类似生物过程的随机性。这些监测方法已被用来定义一个小的设计规则和部件,从而建立从图书馆,包括荧光蛋白的集合, 与 i体外转录-翻译22,22表达的基因的组织的影响,西格玛因子16的活性,和转录终止子效率23。尽管如此,仍然有许多增加的能力, 在体外建立可预测,基因编码的设备,需要做的事情。
有许多方法可以使囊泡。最常用的方法取决于在玻璃表面上,然后再悬浮在水溶液中solution24薄的脂质膜的生成。如果该水溶液含有转录 – 翻译机器,例如,则形成囊泡的一小部分将包含蛋白质的生产所需的元件。然而,这样的方法包封为低,这意味着,只有一小部分的囊泡是活跃的。许多替代的方法,其特征在于高得多的封装EFF的iciency利用囊泡的油包水型乳状液的液滴转换。虽然这是可能的,这种方法将在未来是司空见惯,目前这些方法存在需要专门的设备和给囊泡有改变膜组合物的25。的油包水型囊泡的方法的一个显着优点是控制膜的层数(lamellarity)的电位。本文所述的方法是根据在薄的脂质膜YOMO实验室11所述的协议,有轻微的修改,包括一个额外的均质化步骤。这个方法很简单,价格便宜,而且提供了强大的囊泡转录翻译机器的封装非常适合。
虽然无细胞合成生物学是仍处于起步阶段,进展奠定了基础,日益复杂的细胞样系统可以。完全定义的组件内囊泡28的重组转录翻译机器尤为显着,在促进以后努力建设环境敏感人工cells17 18。同样地,人工细胞的研究已被用来探测进化过程4,29,30,RNA和蛋白质的合成22,31,影响代谢load32 33,和组装病毒颗粒34的机理的细节。足够的知识,更重要的是,现在存在里面泡在实验室后,这些先前的报告和本文所描述的协议,可以重组,基本的细胞功能。
除了容易,所描述的封装程序ocedure有几个好处。例如,许多空的,冻干的囊泡等分试样可以预先制造,并储存在-20℃下以供以后使用。该协议并不受生物分子的有机溶剂,温度急剧变化或长时间的透析。我们预计,温柔的程序,会促进将因为需要额外的元件。我们还没有观察到改变的脂质组成的膜封装或转录翻译效率的不利影响。因此,脂质膜蛋白,具体的形态,或可视化纳入更适合可以想见,被人利用。
上述方法的主要限制是,由此产生的囊泡大小和层数(lamellarity)不是同质的。对于许多应用,这些困难不会干扰对数据的解释。然而,如果需要的话,额外的步骤可以并入窄次E尺寸分布和减少层膜,如进一步挤压轮封装后,冻结解冻,或透析35。无疑是更好的方法规避这些和其他问题将得到发展。直到这时,我们发现这里描述的协议非常适合蜂窝模仿建设。
The authors have nothing to disclose.
作者承认Armenise哈佛基金会,玛丽 – 居里特伦蒂诺COFUND(ACS)自治省特伦托(ECOMM),和CIBIO资金。
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 |