Bu protokol, Escherichia coli'nin tasarlanmış bir suşunu kullanarak ve sadece standart laboratuvar ekipmanı gerektiren hücresiz gen ekspresyözü için bakteriyel lisat üretmek için hızlı ve basit bir yöntemi açıklar.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, Escherichia coli'nin tasarlanmış bir suşunu kullanarak ve sadece standart laboratuvar ekipmanı gerektiren hücresiz gen ekspresyözü için bakteriyel lisat üretmek için hızlı ve basit bir yöntemi açıklar.
Hücresiz gen ekspresyasyonu, canlı bir organizmanın komplikasyonları olmadan biyolojinin gücünü sunar. Bu tür birçok gen ekspresyon sistemi olmasına rağmen, çoğu satın almak için oldukça pahalıdır ve / veya etkili bir şekilde üretmek için özel ekipman ve ince honlanmış uzmanlık gerektirir. Bu protokol, sadece standart laboratuvar ekipmanlarını kullanarak ve minimum işlem gerektiren, yüksek düzeyde gen ekspresyonını destekleyen bakteri hücresiz lisat üretmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Yöntem, büyümeyi etkilemeyen, ancak basit bir donma-çözülme döngüsünü takiben hasat edilen bir hücre peletini verimli bir şekilde yukan bir endolysin üreten bir Escherichia coli suşu kullanır. Gerekli olan tek işlem, hücresel kalıntıların otomatik olarak temizlenmesi için kısa bir inkübasyon ve ardından santrifüjlemedir. Dinamik gen devreleri, hasattan önce hücrelerdeki ClpX proteazının heterolog ifadesi ile elde edilebilir. LacZ geni olmayan bir E. coli suşu, kolorimetrik veya floresan bir okuma kullanılarak yüksek hassasiyetli, hücresiz biyosens uygulamaları için kullanılabilir. Tüm protokol, aşılamadan tamamlanmaya kadar sadece 1-2 saatlik uygulamalı çalışma ile 8-9 saat kadar az bir süre gerektirir. Hücre içermeyen lisat elde etmek için maliyeti ve zamanı azaltarak, bu yöntem çeşitli uygulamalar için hücresiz gen ekspresyonunun karşılanabilirliğini artırmalıdır.
Hücresiz lisatlarda gen ekspresyoz, canlı hücreler1, 2,3,4kullanma konusunda çeşitliavantajlarasahiptir. Lysates biyokimyasal olarak kolayca değiştirilebilir ve canlı hücrelerde elde edilmesi zararlı veya imkansız olabilecek koşullarda kullanılabilir. Gen ekspresyon devreleri konak biyolojik süreçlerle uğraşmak veya rekabet etmek zorunda değildir ve yeni genetik devreleri test etmek DNA eklemek kadar basittir. Bu nedenlerden dolayı, hücresiz gen ekspresyözü biyosensörlerden5,6'dan hızlı prototipleme sentetik gen devrelerine 7 ,8'den yapay hücreler geliştirmeye kadar çeşitli uygulamalar bulmuş9. Çoğu hücresiz gen ekspresyasyonu, genellikle uzun ve karmaşık protokoller, özel ekipmanlar ve / veya kullanıcılar ve partiler arasında önemli farklılıklara yol açabilecek hassas adımlar gerektiren, yüksek oranda işlenmiş hücresel lysates kullanır10,11.
Bu makalede, minimum işleme ve uzmanlık gerektiren hücresiz lisat üretmek için basit ve verimli bir yöntem açıklanmaktadır (Şekil 1A)12. Yöntem, basit bir donma-çözülme döngüsünü takiben iyse için tasarlanmış E. coli hücrelerine dayanır. Hücreler, hücre duvarını bozan faj lambda'dan bir endolysin ifade eder. Hücreler büyüdükçe, bu endolysin hücre duvarından inzit edilen sitoplazmda kalır. Bununla birlikte, basit bir donma-çözülme döngüsü sitoplazmik zarı bozar, endolizi periplazma bırakır, burada hücre duvarını bozar ve hızlı hücre lizisine neden olur. Protokol sadece birkaç saatlik uygulamalı çalışma ile tamamlanabilir ve sadece bir dondurucu, 30.000 × g kapasiteli bir santrifüj (optimum sonuçlar için; peleti rahatsız etmemek için daha düşük hızlar kullanılabilir), bir girdap karıştırıcısı ve basit bir tampon çözeltisi gerektirir. Fonksiyonel lisat, hücrelerin dondurularak kurutılması ve yerinde yeniden sulandırılmasıyla bile üretilebilir. Bununla birlikte, bu yöntem, muhtemelen kalan hücre kalıntıları nedeniyle daha düşük aktiviteye sahip lysates üretir.
Lysates hücresiz gen ekspresyonu için oldukça aktiftir ve son kullanıma bağlı olarak çeşitli şekillerde geliştirilebilir. Protein sentezi oranı, standart spin konsantratörleri kullanılarak lizat konsantre edilerek daha da arttırılabilir. Doğrusal DNA, saflaştırılmış GamS proteini eklenerek bozulmaya karşı korunabilir. Salınım gibi daha karmaşık devre dinamikleri için gerekli olan protein bozulması, otolisat üreten gerinim13'tebir ClpX heksamerinin birlikte ifade edilmesiyle elde edilebilir. Son olarak, LacZ tabanlı görsel okumalar, lacZolmayan otomatik olarak bir gerinim kullanılarak etkinleştirilir. Genel olarak, bu yöntem çok çeşitli uygulamalar için uygun olan son derece aktif hücresiz lisat üretir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Ortam ve tamponlar hazırlayın.
2. Hücreleri hazırlayın.
3. Lisat hazırlayın.
4. Hücresiz gen ekspresyolü
NOT: Otomatik kullanım artık istenen son kullanım için hazırdır. Aşağıda, hücresiz gen ekspresyolü için örnek bir standart protokol verilmiştir.
5. Protokol değişiklikleri
NOT: Protokolün aşağıdaki değişiklikleri, diğer uygulamalara hizmet etmesini sağlar.
NOT 1: Otomatik olarak hücreleri dondurma-çözme döngüsü üzerine sulayacak şekilde tasarlanmıştır, bu nedenle donmuş stoklar yaparken kriyoprotektant kullanmak özellikle önemlidir. Stokları % 24 wt / vol gliserolde dondurduk ve -80 ° C'de depoladık.
NOT 2: Magnezyum iyonları ve PEG 8000, lysate performansı için kritik öneme sahiptir. Daha önce yayınlanan verilere dayanan 2,5x baz premiks, son reaksiyonda sırasıyla 2,4 mM ve% 1,9 olan 6 mM magnezyum glutamat ve% 4,8 wt / vol PEG 8000 içerir. Buradaki protokolle hazırlanan otomatikleştirme, tipik olarak son reaksiyonda ek 5 mM Mg-glutamat ve% 1.5 PEG 8000 ile en iyi performansı gösterir. Bununla birlikte, bu ek bir 0-10 mM Mg glutamat ve ek bir% 0-3 PEG 8000 aralığında optimize edilebilir (baz premiks ile karşılaştırıldığında). Premiksi önerilen ek 5 mM Mg-glutamat ve % 1,5 PEG 8000 (son konsantrasyonlar) ile hazırlamak için, 380 μL premiksi 1 M'de 4,75 μL magnezyum glutamat ve % 40 ağırlıkta / hacimde 36,1 μL PEG 8000 ile karıştırın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Temsili sonuçlar, GFP'yi bir konsitütif olarak ifade eden plazmidden ifade etmek için otomatik olarak kullanılarak, burada pBEST-OR2-OR1-Pr-UTR1-deGFP-T500 ve bir plaka okuyucusunda GFP floresanının bir zaman seyrini kaydederek gözlemlenebilir (Şekil 1B). Bir seyreltme serisi plazmid DNA,1 nM DNA'da bile güçlü bir ifade buldu. Ticari olarak mevcut bir lisate ile karşılaştırıldığında, otolisat daha fazla toplam verim üretebilir ve GFP zaman kursunun zaman türevi olarak hesaplanan daha yüksek ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada açıklanan protokol, hücresiz gen ekspresyözü için oldukça aktif bakteriyel lisat verir. Anahtar, lambda faj endolizini sitolizik olarak ifade eden plazmid pAD-LyseR'i taşıyan hücreleri kullanmaktır. Bu hücreler, iç zarın permeabilizasyonu üzerine kendilerini izlendirmek için güçlenir ve endolysin'in hücre duvarına erişmesini sağlar, bu da yöntemin basit bir donma-çözülme döngüsü ile elde ettiği. Hücreler kendilerini etkili bir şekilde uzatır çünkü, ürün otomatik olarak adlandırılır. Hücreler yutulduktan sonra, ger...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
J.H., kanser terapötiklerine odaklanan GenCirq Inc.'in kurucu ortağıdır. Yönetim Kurulu'ndadır ve GenCirq'te özkaynakları vardır.
Yazarlar Zachary Sun ve Richard Murray'e (Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü) plazmid P_araBAD-gamS'i sağladıkları için ve Kaeko Kamei'ye (Kyoto Teknoloji Enstitüsü) yüksek hızlı bir soğutma santrifüjü sağladıkları için teşekkür ediyor. Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve ARO MURI programından hibelerle desteklendi ve kısmen Mükemmel Genç Araştırmacılar, MEXT, Japonya Lider Girişimi tarafından desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 2xYT medya | EMD Millipore | 4.85008 | veya eşdeğeri |
| 3-PGA | Sigma Aldrich | P8877 | veya eşdeğeri |
| Amicon Ultra-15 santrifüj filtre ünitesi, isteğe bağlı 3 kDa kesme | Millipore Sigma UFC900308 | , lizatı konsantre etmek, konsantre edilecek hacme uygun yoğunlaştırıcı kapasitesini seçmek için kullanılabilir | |
| ampisilin | Sigma Aldrich | A0166-5G | veya karbenisilin, daha kararlı bir varyant |
| ATP | Sigma Aldrich | A8937 | veya eşdeğeri |
| cAMP | Sigma Aldrich | A9501 | veya eşdeğeri |
| CoA | Sigma Aldrich | C4282 | veya eşdeğeri |
| CTP | Amerika Birleşik Devletleri Biosciences | 14121 | veya eşdeğeri |
| D-glikoz (dekstroz) | Fisher Scientific | AAA1749603 | veya eşdeğeri |
| ditiotreitol (DTT) | Sigma Aldrich | D0632-1G | veya eşdeğeri |
| E. coli, BL21-Altın (DE3), pAD-LyseR | Addgene | 99244 | |
| E. coli, BL21-Altın (DE3) ve Delta; pAD-LyseR | Addgene | 99245 | |
| Folinik asit | Sigma Aldrich | F7878 | veya eşdeğeri |
| GTP | lacZ Amerika Birleşik Devletleri Biosciences | 16800 | veya eşdeğeri |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375-25G | veya eşdeğeri |
| LB ortamı | Fisher Scientific | DF0446075 | veya eşdeğeri |
| magnezyum glutamat | Sigma Aldrich | 49605-250G | veya eşdeğeri |
| NAD | Sigma Aldrich | N6522 | veya eşdeğeri |
| potasyum glutamat | Sigma Aldrich | G1501-100G | veya eşdeğeri |
| potasyum hidroksit (KOH) | pH'ı ayarlamak için | Sigma Aldrich | 221473-25G |
| dibazik | Fisher Scientific | BP363-500 | veya eşdeğeri |
| potasyum fosfat monobazik | Fisher Scientific | BP362-500 | veya eşdeğeri |
| Spermidin | Sigma Aldrich | 85558 | veya eşdeğeri |
| Tris-HCl | Fisher Scientific | 9310500GM | veya eşdeğeri |
| tRNA karışımı | Roche | 10109541001 | veya eşdeğeri |
| UTP | Amerika Birleşik Devletleri Biyobilimleri | 23160 | veya eşdeğeri |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.