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Method Article
新一代的无细胞的转录翻译平台被设计在生化系统体外基因电路执行构建。在这篇文章中,我们描述如何从其基因组,使用所有的大肠杆菌细胞免费 TXTL 系统合成噬菌体 MS2、 ΦΧ174 和 T7,等。
新一代的无细胞转录翻译 (TXTL) 系统,工程有更大的灵活性和模块化,提供新颖的功能来执行基础和应用科学中试管反应。在过去的十年,无细胞 TXTL 已成为广泛的新颖的多学科研究领域相关的定量和合成生物学强大技术。新的 TXTL 平台是特别有用的构建和审问生化系统通过合成或天然基因电路的执行。在体外TXTL 已被证明的高度概括,方便快速原型调控元件和生物网络,以及分子自组装机制发现生命系统中。在这篇文章中,我们描述如何传染性噬菌体,如 MS2 (RNA),ΦΧ174 (ssDNA),和 T7 (dsDNA),完全由他们的基因组中使用所有的大肠埃希氏大肠杆菌、 无细胞 TXTL 系统的一锅反应合成。合成三个体内大肠杆菌噬菌被量化使用空斑法测定。我们展示如何合成噬菌体产量取决于反应的生化设置。分子的拥挤,通过控制浓度的 PEG 8000,效仿的订单的大小影响合成噬菌体的量。我们还描述如何放大噬菌体和如何净化它们的基因组。组协议和结果提出了这项工作应该是多学科研究人员感兴趣的在无细胞合成生物学与生物工程学院。
在过去的十年,无细胞表达技术工程化到地址小说在新兴的多学科研究领域相关的合成和定量生物学中的应用。最初用于表达蛋白独立的一个活的有机体,新无细胞 TXTL 系统已为这两个基础和应用科学1,2,大大扩大这一技术的范围。新一代的 TXTL 平台已被设计成用户友好,效率更高 (达 2 毫克/毫升的蛋白质合成的批处理模式3),更多功能转录4,一级和模块化,以方便地集成小说自然或扩展现有的生物系统5,6的合成功能。尤其是,无细胞 TXTL 系统已成为方便快速原型的遗传程序,例如调控元件或小基因电路7,8,9,通过减少设计-生成-测试循环到几天。引人注目的是,新的 TXTL 系统也是能够处理大型节目如体内大肠杆菌噬菌10,11,强展示足够的性能支持活跃基因组重组完成合成的 DNADNA 编码生活实体。
TXTL 系统目前相比传统体外建设性的生化分析中的很多技术优势。无细胞 TXTL 链接到最终的产品在减少和开放的环境中,而不是复杂的生活细胞的细胞质基因表达的过程。TXTL 利用 DNA 生化系统体外,重建现代 DNA 装配技术,是负担得起和快除了不需要讲究蛋白质纯化步骤。无细胞的表达提供了大部分的生化反应,从而使分子间的相互作用12深夹层中的组件直接访问。TXTL 反应,人可以改变意愿,几乎是不可能在一个活细胞的生物化学和生物物理设置。鉴于这些优势和最近有所改善,TXTL 技术变得越来越流行作为合成和定量生物学替代平台。虽然快速增长的研究团体使用 TXTL 和 TXTL 正成为标准技术在生物工程中的,至关重要的是要了解如何使用这种平台,发展与执行 TXTL 反应,以及相关的适当做法结果的解释。
在这篇文章中,我们描述了如何使用所有的大肠杆菌TXTL 系统在一锅反应合成噬菌体从其基因组11、 如 MS2 (RNA,3.4 kb),ΦΧ174 (ssDNA,5.4 kb),和 T7 (双链 Dna,40 kb)。我们展示如何噬菌体大量合成反应 (镁和钾浓度) 的生化设置的一些变化。分子的拥挤,通过 PEG 范围 8000 浓度,效仿戏剧性影响噬菌体合成了几个数量级。实现的这类大型的生化系统中单试管反应,同时概括的转录,翻译,过程和自组装,是有趣的处理有关的生物学和生物物理学的基本问题。10 (基因调控、 自组装),以及为开发应用程序,如重新调整用途噬菌体的功能,打造新的纳米结构13。除了实用于 TXTL,我们通过空斑法测定提供噬菌体扩增,基因组提取和纯化,和噬菌体量化的方法。这手稿 》 中提出的方法是适当的人员使用大肠杆菌提取基于无细胞系统和感兴趣的噬菌体。
议定书 》 提出了这项工作可以概括如下: 1) 噬菌体扩增 (一天 1: 准备接种细胞,第 2 天: 单斑块、 多个噬菌体生长和浓度和第 3 天: 纯化噬菌体),2) 双链基因组 DNA 提取(苯酚/氯仿萃取),和 3) 无细胞噬菌体反应和效价实验 (一天 1: 板宿主细胞并使琼脂平板,第 2 天: 无细胞反应和宿主细胞前文化,和一天 3: 宿主细胞文化和噬菌体效价)。
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注意: 以下扩增步骤和提取方法在很大程度上可归纳为许多双链 DNA 噬菌体,例如, 噬菌体 T7、 肠杆菌噬菌体 T4 或肠杆菌噬菌体 λ (L)。它们主要用于噬菌体的基因组不是现成的商业来源购买。
1.噬菌体扩增
注: 单斑块、 多周期 (次贷危机) 噬菌体生产技术是很好的描述为 T4 噬菌体在陈 等人 14 下面的噬菌体扩增和 DNA 提取方法是用 大肠杆菌 双链 DNA 噬菌体,例如,T7,T4,或者 L.推广议定书 》 的最终成功很大程度取决于所选的宿主细胞株 ' s 能够承受二重感染的条件。如果宿主细胞是不稳定的下二重感染,或从未到达二重感染,并裂解永远不会达到这一关键阶段,它是最佳着手汇合裂解协议。这包括分离通过高速离心和噬菌体的速度超速离心造粒的细胞碎片。所有以下条件和参数被作为一般的起始点。本地主机细胞系的最佳条件可能不同;确定和坚持适当的条件。
2。纯化噬菌体
注: 蔗糖净化是很大程度上依赖于噬菌体的大小。噬菌体被孤立的大量的注意事项将必须作出进行梯度分离条件的调整。最后病毒滴度测定的超过 10 13 噬菌体/mL 是用这种方法很容易实现。
3。双链基因组 DNA 提取
注: 稀释,颤抖着,和离心步骤必须优化发展之间苯酚和水相中的又厚又结实的蛋白质边界层。这将生成最高纯度基因组来说,都是免费的蛋白质污染物。初始稀释是依赖最后噬菌体效价。极高滴度的噬菌体股票 (≥ 10 13 噬菌体/mL) 可能需要 10 ~ 20 倍稀释前提取,而低滴度股票 (~ 10 10-10 11 噬菌体/mL) 可能只需要 2 倍或根本没有。如果它很难在随后的步骤中形成固体蛋白质层或悬浮液是太黏要可行由于 DNA 浓度较高,可以考虑噬菌体股票继续提取之前高稀释。在任何基因组处理步骤中,它是重要时要使用大口径吸液管吹打任何水相中。多个噬菌体基因组都相当大,很容易分散通过吸管剪。此外,任何涡流应当明确地避免,因为这将严重剪切基因组。
4。无细胞噬菌体反应和噬菌体效价实验
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我们显示四个标志性的成果。在图 1中,我们提出一套的阴性对照,以确保无细胞 TXTL 系统和噬菌体 DNA 股票不沾染生活大肠杆菌细胞。我们验证无细胞 TXTL 系统是免费的完整大肠杆菌细胞由电镀无效的基因组 DNA (图 1A和图 1B) 两个非孵化和孵育反应液的污染。如?...
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后陈等人的技术14的次贷危机,关键的一步被达到确定二重感染的适当条件时。最严密控制主机应变能力,能够承受二重感染的参数通常是感染噬菌体的初始浓度。宿主细胞必须在之前初次感染极少量的噬菌体对数生长阶段。最终,噬菌体也会达到对数增长,目标是以允许噬菌体数字迅速超越细胞计数,允许为每个宿主细胞噬菌体的多个副本。这迫使细胞进入准稳定状态?...
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作者声明以下竞争金融申请书: Noireaux 实验室获得研究经费从 MYcroarray,MYtxtl 无细胞蛋白质表达工具包的分销商。
这种材料基于工作支持的海军研究办公室奖号码 N00014-13-1-0074 (马路),人类前沿科学计划授予数量 RGP0037/2015年 (马路),和两国科学基金会授予 2014400 (马路)。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ultracentrifugation tubes | Beckman Coulter | 344057 | |
Conical tubes | Falcon | 352070 | |
Gradient maker | BioComp Gradient Master | see Anal Biochem. 1985 Jul;148(1):254-9. | |
Syringe and Blunt Cannula | Monoject | 8881513918 and 888202017 | |
Wide-bore pipette tips | Fischerbrand | 02-707-134 | |
Plaque counter | New Brunswik Scientific | Colony Counter Model C-110 | |
Culture tubes | Fischerbrand | 14-961-33 | |
Cell-free system | Mycroarray Inc | Mytxtl | |
BioComp Gradient Master | BioComp Instruments | Model 105ME | |
LB agar plate recipe | 25 g/L Luria-Bertani medium (LB Broth, Miller - Fisher BioReagents product number BP1426) and 15 g/L Bacto-Agar solid (Brenton, Dickenson and Company - product number 214010). |
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