Платформа основана на двух основных компонентах: искусственно созданных бактериях, называемых «роевые зародыши», которые запрограммированы на определение плотности своих собратьев в своем контейнере, и биоматериале, ограничивающем роевых зародышей, – пористой капсуле, которая может сжиматься в ответ на изменения в окружающей среде. бактериальная популяция. Когда капсула сжимается, она выдавливает целевые белки, созданные бактериями в неволе.
Эта автономная платформа может облегчить исследователям создание, анализ и очистку различных биологических препаратов для использования в мелкомасштабном биопроизводстве.
Исследование появилось в сети в сентябре. 16 место в журнале Nature Chemical Biology.
Бактерии обычно используются для производства биопрепаратов, то есть таких продуктов, как вакцины, генная терапия и белки, которые создаются или синтезируются из биологических источников.
В настоящее время этот процесс включает в себя ряд сложных этапов, включая культивирование клеток, выделение белка и очистку белка, каждый из которых требует сложной инфраструктуры для обеспечения эффективности и качества. Для промышленных предприятий эти этапы выполняются в больших масштабах. Хотя это помогает производить большие количества определенных молекул, такая установка не является гибкой или финансово жизнеспособной, когда исследователям необходимо производить небольшие количества различных биопрепаратов или работать в условиях ограниченных ресурсов.
Новая технология была разработана Линчонг Ю, профессором биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, и бывшим докторантом Герцога Чжоцзюнь Даем, ныне адъюнкт-профессором Шэньчжэньского института передовых технологий. В новом исследовании они показывают, как их новая платформа использует связь между роямботами и их капсулой для достижения универсального производства, анализа и очистки различных белков и белковых комплексов.
В более ранней проверке концепции Вы и его команда создали непатогенный штамм E. бактерии coli для выработки противоядия от антибиотиков, когда бактерии достигают определенной плотности. Затем эти роевые боты были помещены в капсулу, которая была залита антибиотиками. Если бактерия покидала капсулу, она уничтожалась, но если она оставалась внутри контейнера с высокой плотностью популяции, она выживала.
«Наше первое исследование, по сути, показало одностороннюю коммуникацию, когда клетки могли ощущать окружающую среду внутри капсулы, но среда не реагировала на клетки», – сказал Ю. «Теперь у нас есть двусторонняя связь – спроектированные роевые боты все еще могут ощущать свою плотность и замкнутость, но мы ввели материал, который может реагировать, когда бактериальная популяция внутри него изменяется.
Как будто эти два компонента разговаривают друг с другом, и вместе они дают вам очень динамичное поведение."
Как только популяция внутри капсулы достигает определенной плотности, бактерии начинают «всплывать», высвобождая все свое клеточное содержимое, включая интересующий белковый продукт.
В то же время рост бактерий изменяет химическую среду внутри капсулы, вызывая ее усадку. По мере того, как он сжимается, он выжимает белок, высвобождаемый из разрывающихся клеток, в то время как бактерии и клеточный мусор остаются внутри капсулы.
После того, как белки собраны, исследователи могут добавить в блюдо пополнение питательных веществ, чтобы капсулы увеличились. Это сбрасывает внутреннюю среду и позволяет бактериям снова начать расти, возобновляя процесс.
По Вашему мнению, этот цикл можно повторять до недели.
Чтобы сделать этот подход полезным для биопроизводства, команда добавила капсулы к микрожидкостному чипу, который включал камеру для их обнаружения и количественной оценки высвобождаемых белков. Его можно заменить камерой очистки для подготовки белков для использования в биопрепаратах.
"Это очень компактный процесс. Вам не нужно электричество, и вам не нужна центрифуга для производства и выделения этих белков ", – сказал Ю. "Это делает его хорошей платформой для биопроизводства. У вас есть возможность производить лекарства определенного типа в очень компактном формате по низкой цене, и их легко доставить.
Кроме того, эта платформа предлагает простой способ одновременного производства нескольких белков."
По словам Ю, эта простота использования позволила команде производить, количественно определять и очищать более 50 различных белков в сотрудничестве с лабораторией Ашутоши Чилкоти, Алана Л. Каганов, профессор и заведующий кафедрой биомедицинской инженерии Duke. Они также исследовали, как их платформа может упростить создание белковых комплексов, которые представляют собой структуры, состоящие из нескольких белков.
В ходе экспериментального эксперимента по созданию пути синтеза жирных кислот из нескольких ферментов, «мы смогли использовать семь версий наших микробных стоев, каждая из которых была запрограммирована на производство разных ферментов», – сказал Ю. «Обычно для выработки метаболического пути вам необходимо сбалансировать цепочку поставок, что может включать в себя усиление экспрессии одного фермента и подавление экспрессии другого. С нашей платформой вам не нужно этого делать, вам просто нужно установить правильное соотношение swarmbots."
«Эта технология невероятно универсальна», – сказал он. "Это возможность, которой мы хотим воспользоваться."