SYSTÈME DE SYNTHÈSE DE PROTÉINES ACELLULAIRES POUR LA CONSTRUCTION DE CELLULES SYNTHÉTIQUES
19 avril 2024
Ce protocole décrit le système de synthèse des protéines libres (CFPS) utilisé dans la construction des cellules synthétiques. Il décrit les étapes clés avec des résultats représentatifs dans différents micro-compartiments. Le protocole vise à établir les meilleures pratiques pour divers laboratoires de la communauté des cellules synthétiques, faisant ainsi progresser le développement des cellules synthétiques.
Toutes nos recherches portent sur la biologie synthétique acellulaire. Cela implique l’assemblage ascendant de cellules synthétiques, l’analyse fonctionnelle et structurée des protéines membranaires, l’ingénierie des protéines tout en incorporant des acides aminés non coniques et l’ingénierie métabolique acellulaire. Actuellement, outre la synthèse des protéines acellulaires, le micro pour les édits dispositif par micro fabrication par lithographie douce, le développement de matériaux biocompatibles et l’IA générale à l’avant-garde des technologies qui conduisent au développement plus rapide de la biologie synthétique acellulaire.
La configuration présentée sous forme de protocole établit un système simple, mais robuste qui est bien filmé dans divers environnements de micro-compartiments, y compris le Jove-ase, GOase, SL-based, que nous devrions dans nos résultats représentatifs. À l’avenir, nous nous concentrerons sur le développement de systèmes sans cellule sur mesure, qui permettent l’assemblage et l’intégration de différents systèmes modulaires de mimétisme de cellules dans le but ultime de construire une cellule minimale.
Aperçu
Ce protocole décrit le système de synthèse protéique dépourvu de cellules (CFPS) utilisé pour la construction de cellules synthétiques. Il présente les étapes clés avec des résultats représentatifs dans différents microcompartiments, dans le but d'établir des pratiques optimales pour les laboratoires variés de la communauté des cellules synthétiques.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Biologie synthétique sans cellules
- Ingénierie des protéines
- Dispositifs microfluidiques
Contexte
- Assemblage ascendant de cellules synthétiques
- Analyse fonctionnelle et structurale des protéines membranaires
- Incorporation d'acides aminés non canoniques
- Ingénierie métabolique sans cellules
Objectif de l'étude
- Permettre de progresser dans le développement de cellules synthétiques
- Mettre en place un système solide de synthèse cellule-libre pour divers environnements micro-compartimentés
- Permettre l'assemblage de systèmes modulaires de mimétisme cellulaire
Méthodes utilisées
- Les cellules pré-cultivées lavées avec le tampon S30 A
- Disruption cellulaire à l’aide d’une chambre de disruption métallique sous pression (french press)
- Resuspension des cellules dans le tampon S30 B
- Utilisation de dispositifs microfluidiques et de matériaux biocompatibles
Résultats principaux
- Résultats représentatifs observés dans les GUV en gouttelettes
- Mise en place d'un système simple de synthèse protéique in vitro (CFPS)
- Démonstration de la fonctionnalité dans divers microcompartiments
- Avancées vers la construction d'une cellule minimale
Conclusions
- Le protocole fournit une base pour la recherche sur les cellules synthétiques
- Encourage la collaboration au sein de la communauté des cellules synthétiques
- Prépare le terrain pour de futurs systèmes sans cellules sur mesure
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Les systèmes de synthèse protéique sans cellule (CFPS) permettent un assemblage modulaire et ascendant de cellules synthétiques, offrant une plateforme polyvalente pour étudier les mécanismes biologiques en dehors des systèmes vivants. Cette capacité renforce la fiabilité prédictive lors des premières étapes de découverte et de la validation de cibles, en permettant un contrôle précis de l'expression protéique et de la compartimentation. Des protocoles CFPS robustes accélèrent le développement de modèles pertinents pour les maladies et facilitent la standardisation interlaboratoires dans les portefeuilles de recherche et développement en biologie synthétique.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse mécanistique de la fonction des protéines dans des environnements contrôlés et dépourvus de cellules.
- Facilite la réduction des risques biologiques en isolant les variables et en minimisant les facteurs cellulaires perturbateurs.
- Permet la validation fonctionnelle des cibles grâce à l'expression directe et à l'analyse des protéines candidates.
- Améliore la fiabilité prédictive des décisions de triage en aval dans le portefeuille de projets.
Développement de tests et criblage
- Prépare des systèmes synthétiques validés pour le criblage à haut contenu et le développement de tests.
- Standardise les niveaux d'expression protéique à l'aide de capteurs fluorescents pour un étalonnage quantitatif.
- Permet une encapsulation reproductible dans divers micro-compartiments, soutenant des plateformes de tests évolutives.
- Facilite une évaluation fiable des composés en minimisant la variabilité biologique.
Recherche translationnelle et préclinique
- Offre une base pour la construction de modèles synthétiques de cellules pertinents pour les maladies, lorsqu'elle est alignée sur des objectifs translationnels.
- Permet une continuité allant de la découverte à la validation préclinique en soutenant l'intégration de systèmes modulaires.
- Réduit l'ambiguïté mécanistique, facilitant ainsi des décisions d'avancement adaptées au niveau de risque.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Les systèmes de synthèse protéique in vitro occupent une position cruciale, de la phase initiale de découverte jusqu'au développement de tests, permettant la vérification d'hypothèses, l'élucidation des voies métaboliques et la conception rapide de modèles cellulaires synthétiques.
- Biologie de la découverte : Facilite l'analyse d'expression protéique et de voies métaboliques orientée par des hypothèses dans des contextes dépourvus de cellules.
- Écrans de sélection : Fournit des résultats quantitatifs standardisés pour évaluer la prêts-à-l'emploi et la reproductibilité des tests.
- Analytique : Offre des signaux fluorescents robustes permettant des analyses comparatives entre différentes conditions et compartiments.
- Recherche translationnelle : Permet l'assemblage modulaire de cellules synthétiques pour le développement de modèles précliniques, le cas échéant.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable et adaptable pour la recherche et le développement en biologie synthétique dans plusieurs programmes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la validation des cibles.
- Valeur opérationnelle : Améliore la standardisation, la reproductibilité et l'évolutivité des flux de travail de synthèse protéique.
- Valeur stratégique : Permet de meilleures décisions d'avancement ou d'abandon et une meilleure efficacité du capital en soutenant la génération de données robustes en phase précoce.
- Impact sur le portefeuille : Améliore la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des initiatives en biologie synthétique.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en biologie synthétique sans cellules et en ingénierie des protéines.
- Exige un accès à des dispositifs microfluidiques, à la microscopie confocale et à des infrastructures analytiques.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles de préparation des extraits et de compartimentation.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les cibles protéiques ou les types de compartiments.
- Les limites pratiques incluent l'optimisation des conditions d'expression et la stabilité des compartiments.
