Procédés d’intégration de réactions de synthèse de protéines acellulaires dans des hydrogels à l’échelle macroscopique

Nous présentons ici deux protocoles permettant d’intégrer des réactions de synthèse de protéines acellulaires dans des matrices d’hydrogel à l’échelle macroscopique sans avoir besoin d’une phase liquide externe.

Les réseaux de gènes synthétiques fournissent une plate-forme aux scientifiques et aux ingénieurs pour concevoir et construire de nouveaux systèmes avec des fonctionnalités codées au niveau génétique. Alors que le paradigme dominant pour le déploiement des réseaux de gènes se trouve à l’intérieur d’un châssis cellulaire, les réseaux de gènes synthétiques peuvent également être déployés dans des environnements sans cellules. Les applications prometteuses des réseaux de gènes acellulaires comprennent les biocapteurs, car ces dispositifs ont été démontrés contre des cibles biotiques (virus Ebola, Zika et SRAS-CoV-2) et abiotiques (métaux lourds, sulfures, pesticides et autres contaminants organiques). Les systèmes acellulaires sont généralement déployés sous forme liquide dans une cuve de réaction. Cependant, être capable d’intégrer de telles réactions dans une matrice physique peut faciliter leur application plus large dans un ensemble plus large d’environnements. À cette fin, des méthodes d’intégration des réactions de synthèse de protéines acellulaires (CFPS) dans une variété de matrices d’hydrogel ont été développées. L’une des principales propriétés des hydrogels propices à ce travail est la grande capacité de reconstitution en eau des matériaux hydrogels. De plus, les hydrogels possèdent des caractéristiques physiques et chimiques fonctionnellement bénéfiques. Les hydrogels peuvent être lyophilisés pour le stockage et réhydratés pour une utilisation ultérieure. Deux protocoles étape par étape pour l’inclusion et le dosage des réactions CFPS dans les hydrogels sont présentés. Tout d’abord, un système CFPS peut être incorporé dans un hydrogel par réhydratation avec un lysat cellulaire. Le système à l’intérieur de l’hydrogel peut alors être induit ou exprimé de manière constitutive pour une expression complète de la protéine à travers l’hydrogel. Deuxièmement, le lysat cellulaire peut être introduit dans un hydrogel au point de polymérisation, et l’ensemble du système peut être lyophilisé et réhydraté à un point ultérieur avec une solution aqueuse contenant l’inducteur du système d’expression codé dans l’hydrogel. Ces méthodes ont le potentiel de permettre la création de réseaux de gènes acellulaires qui confèrent des capacités sensorielles aux matériaux hydrogel, avec un potentiel de déploiement au-delà du laboratoire.

La biologie synthétique intègre diverses disciplines d’ingénierie pour concevoir et concevoir des pièces, des dispositifs et des systèmes biologiques qui peuvent remplir des fonctions que l’on ne trouve pas dans la nature. La plupart des approches de biologie synthétique sont encore liées aux cellules vivantes. En revanche, les systèmes de biologie synthétique acellulaires offrent des niveaux de contrôle et de liberté de conception sans précédent, ce qui permet une flexibilité accrue et un temps plus court pour l’ingénierie des systèmes biologiques, tout en éliminant de nombreuses contraintes des méthodes traditionnelles d’expression génique ce....

1. Tampon de lysat cellulaire et préparation du milieu

1. Préparation de 2x gélose YT+P et médium
   1. Préparez 2 gélose YT+P en mesurant 16 g/L de tryptone, 10 g/L d’extrait de levure, 5 g/L de NaCl, 40 mL/L 1 M K 2 HPO 4, 22 mL/L 1 M KH₂PO₄ et 15 g/L de gélose. Pour le bouillon 2x YT+P, suivez la composition précédente mais omettez l’agar-agar.
   2. Stériliser à l’autoclavage des 2x YT+P.
2. Préparation du t.......

Ce protocole détaille deux méthodes d’intégration des réactions CFPS dans des matrices d’hydrogel, la figure 1 présentant une vue d’ensemble schématique des deux approches. Les deux méthodes se prêtent à la lyophilisation et au stockage à long terme. La méthode A est la méthode la plus utilisée pour deux raisons. Tout d’abord, il a été démontré qu’il s’agit de la méthode la plus applicable pour travailler avec une gamme de matériaux hydrogel^11.......

Voici deux protocoles pour l’incorporation de réactions CFPS à base de lysat de cellules d’E. coli dans les hydrogels d’agarose. Ces méthodes permettent l’expression simultanée des gènes dans l’ensemble du matériel. Le protocole peut être adapté à d’autres systèmes CFPS et a été mis en œuvre avec succès avec des kits CFPS disponibles dans le commerce en plus des lysats cellulaires préparés en laboratoire détaillés ici. Il est important de noter que le protocole permet l’expression.......

Les auteurs remercient chaleureusement le Conseil de recherches en biotechnologie et en sciences biologiques pour l’appui qu’ils ont accordé aux bourses BB/V017551/1 (S.K., T.P.H.) et BB/W01095X/1 (A.L., T.P.H.), ainsi qu’à la bourse EP/N026683/1 du Conseil de recherches en sciences et sciences physiques du Canada (Laboratoires des sciences et technologies de la défense) (C.J.W., A.M.B., T.P.H.). Les données à l’appui de cette publication sont disponibles gratuitement à l’adresse suivante : 10.25405/data.ncl.22232452. Aux fins du libre accès, l’auteur a appliqué une licence Creative Commons Attribution (CC BY) à toute version manuscrite acceptée par l’auteur.