Биомедицинские инженеры Университета Дьюка разработали новую платформу для создания биологических препаратов, используя специально спроектированные бактерии, которые лопаются и выделяют полезные белки, когда они чувствуют, что их капсула становится слишком людно.
Платформа опирается на две основные составляющие: инженерии бактерий, называемых «swarmbots,» которые запрограммированы в смысле плотности сверстников в их контейнер, а биоматериал, который ограничивает swarmbots, пористую капсулу, которая может уменьшиться в связи с изменениями в бактериальной популяции. Когда он сжимается, капсулы выжимает целевых белков, созданных бактерий в плен.
Автономная платформа может сделать его проще для исследователей для создания, анализа и очистки различных биопрепаратов для использования в небольших биотехнологического производства.
Исследования появился в интернете в сентябре. 16 в журнале Nature химической биологии.
Бактерии широко используются для производства биопрепаратов, которые являются продукты, такие как вакцины, генная терапия и белков, которые создаются или синтезированных из биологических источников. В настоящее время, этот процесс включает в себя ряд сложных шагов, в том числе клеточного культивирования, выделения и очистки белка белка, каждый из которых требует деликатного инфраструктуры для обеспечения эффективности и качества. Для промышленных операций, эти действия проводятся в больших масштабах. В то время как это помогает вырабатывать большие количества определенных молекул, эта установка не является гибким или финансово жизнеспособным, когда исследователи должны производить небольшие количества различных биопрепаратов или работа в условиях ограниченных ресурсов.
Новая технология была разработана Lingchong Вы, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, и бывший герцог постдок, дай Zhuojun, теперь адъюнкт-профессор Института передовых технологий Шэньчжэня. В новом исследовании, они показывают, как их новая платформа использует связь между swarmbots и их капсулы для достижения разносторонней подготовки, анализа и очистки различных белков и белковых комплексов.
В более раннее доказательство концепции, вы и его команда разработала непатогенный штамм бактерии E. coli вырабатывать противоядие к антибиотикам, когда бактерии достигли определенной плотности. Затем эти swarmbots были заключены в капсулу, которая купалась в антибиотиках. Если бактерия покинул капсулу он был разрушен, но если он остался внутри контейнера, где плотность населения была высока, она выжила.
«Наше первое исследование по существу показал одностороннюю связь, где клетки могут воспринять среды в капсулу, но окружение не реагирует на клетки», — сказал Ты. «Теперь, мы имеем двустороннюю связь — инженерии swarmbots до сих пор могу чувствовать их плотность и их содержания, но мы представили материал, который может реагировать, когда в популяции бактерий внутри него меняется. Это как два компонента разговаривают друг с другом, и в совокупности они дают вам очень динамическое поведение».
После того, как население внутри капсулы достигает определенной плотности, бактерии начинают поп, выпуская все свое содержимое сотовой связи, в том числе белка. В то же время, этот рост бактерий приводит к изменению химической среды внутри капсулы, заставляя его сокращаться. Как она сжимается, он выжимает из белка освобождается от разрыва клеток, в то время как бактерии и твердые частицы клетки содержатся в капсуле.
Как только белки собираются, исследователи могут добавить пополнения питательных веществ к блюду в качестве подсказки для капсулы для увеличения. Этот сброс среды интерьера и позволяет бактерии начинают снова расти, возобновления процесса. По-вашему, этот цикл может повторяться до недели.
Чтобы сделать подход полезен для биотехнологического производства, разработчики добавили в капсулы для микроструйный чип, который включал в себя палаты для их обнаружения и количественного определения белков, которые были выпущены. Это может быть заменена на камеру очищения, чтобы подготовить белков для использования в биопрепараты.
«Это очень компактный процесс. Вам не нужно электричество, и вам не нужна центрифуга для производства и выделения этих белков», — сказал Ты. «Это хорошая платформа для биотехнологического производства. У вас есть возможность произвести определенный тип медицины в очень компактном формате по невысокой стоимости, и это легко поставить. Кроме того, эта платформа предлагает простой способ создания одновременно нескольких белков».
По-вашему, это простота использования позволила команде в производстве, количественно и очистить более 50 различных белков в сотрудничестве с лабораторией Ashutoshi Chilkoti, Алан л. Каганов профессор и завкафедрой биомедицинской инженерии в Университете Дьюка. Они также исследовали, как их платформа может упростить создание белковые комплексы, которые являются структурами, состоят из нескольких белков.
По доказательств — принципиальной схемы эксперимента для получения синтез жирных кислот путь из нескольких ферментов, «мы были в состоянии использовать семь версий наших микробной swarmbots, каждый из которых был запрограммирован для получения различных ферментов», — сказал Ты. «Обычно, чтобы произвести метаболический путь, нужно сбалансировать цепочки поставок, которая может включать upregulating выражение одного фермента и downregulating выражение другого. С помощью нашей платформы вы не нужны, чтобы это сделать, вам просто нужно установить правильное соотношение swarmbots.»
«Эта технология является невероятно универсальный», — сказал он. «Это возможность мы хотим воспользоваться».
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!