Name: from cells to cell-free protein synthesis within 24 hours using cell-free autoinduction workflow
Uploaded: 2021-07-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about From Cells to Cell-Free Protein Synthesis within 24 Hours Using Cell-Free Autoinduction Workflow at JoVE.com

Yazarlar, teknik destek için Dr. Jennifer VanderKelen ve Andrea Laubscher'a teşekkür eder. Yazarlar ayrıca yararlı tartışmalar için Nicole Gregorio, Max Levine, Alissa Mullin, Byungcheol So, August Brookwell, Elizabeth (Lizzy) Voyvoda, Logan Burrington ve Jillian Kasman'a teşekkür eder. Yazarlar ayrıca Bill ve Linda Frost Fonu, Biyoteknoloji Uygulamaları Merkezi'nin Chevron Biyoteknoloji Uygulamalı Araştırma Bağış Bursu, Cal Poly Research, Bilimsel ve Ulusal Bilim Vakfı'ndan (NSF-1708919) finansman desteğini de kabul ediyor.

1. Medya büyümesi
<ol><li>Tablo 1'de açıklandığı gibi 960 mL CFAI ortamı hazırlayın ve KOH kullanarak pH'ı 7,2'ye ayarlayın.</li>
	<li>Kültür ortamını 121 °C'de 30 dakika boyunca 2,5 L şaşkın şişeye ve otoklavlara aktarın.</li>
	<li>Tablo 1'de açıklandığı gibi 40 mL'lik bir şeker çözeltisi hazırlayın. Çözeltiyi ayrı bir otoklavlanmış cam kaba filtreleyerek sterilize edin. NOT: Şeker çözeltisi, daha fazla kullanıma kadar 30 °C'lik bir inküb...

<ol>
	<li>Gregorio, N. E., Levine, M. Z., Oza, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+user's+guide+to+cell-free+protein+synthesis.">A user's guide to cell-free protein synthesis.</a> Methods and Protocols. 2 (1), 1-34 (2019).</li><li>Silverman, A. D., Karim, A. S., Jewett, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+gene+expression:+an+expanded+repertoire+of+applications.">Cell-free gene expression: an expanded repertoire of applications.</a> Nature Reviews Genetics. 21 (3), (2020).</li><li>Swartz, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+biological+applications+using+cell-free+metabolic+engineering:+An+overview.">Expanding biological applications using cell-free metabolic engineering: An overview.</a> Metabolic Engineering. 50, 156-172 (2018).</li><li>Jared, B., Dopp, L., Tamiev, D. D., Reuel, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+supplement+mixtures:+Elucidating+the+history+and+biochemical+utility+of+additives+used+to+support+in+vitro+protein+synthesis+in+E.+coli+extract.">Cell-free supplement mixtures: Elucidating the history and biochemical utility of additives used to support in vitro protein synthesis in E. coli extract.</a> Biotechnology Advances. 37 (1), 246-258 (2019).</li><li>Jewett, M. C., Swartz, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mimicking+the+Escherichia+coli+cytoplasmic+environment+activates+long-lived+and+efficient+cell-free+protein+synthesis.">Mimicking the Escherichia coli cytoplasmic environment activates long-lived and efficient cell-free protein synthesis.</a> Biotechnology and Bioengineering. 86 (1), 19-26 (2004).</li><li>Calhoun, K. A., Swartz, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energizing+cell-free+protein+synthesis+with+glucose+metabolism.">Energizing cell-free protein synthesis with glucose metabolism.</a> Biotechnology and Bioengineering. 90 (5), 606-613 (2005).</li><li>Levine, M. Z., Gregorio, N. E., Jewett, M. C., Watts, K. R., Oza, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Escherichia+coli-based+cell-free+protein+synthesis:+Protocols+for+a+robust,+flexible,+and+accessible+platform+technology.">Escherichia coli-based cell-free protein synthesis: Protocols for a robust, flexible, and accessible platform technology.</a> Journal of Visualized Experiments. (144), e58882 (2019).</li><li>Sun, Z. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocols+for+Implementing+an+Escherichia+coli+Based+TX-TL+Cell-Free+Expression.">Protocols for Implementing an Escherichia coli Based TX-TL Cell-Free Expression.</a> System for Synthetic Biology. , 1-14 (2013).</li><li>Pardee, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Portable,+on-demand+biomolecular+manufacturing.">Portable, on-demand biomolecular manufacturing.</a> Cell. 167, 248-254 (2016).</li><li>Moore, S. J., Macdonald, J. T., Freemont, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+synthetic+biology+for+in+vitro+prototype+engineering.">Cell-free synthetic biology for in vitro prototype engineering.</a> Biochemical Society Transactions. 45 (3), 785-791 (2017).</li><li>Cole, S. D., Miklos, A. E., Chiao, A. C., Sun, Z. Z., Lux, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodologies+for+preparation+of+prokaryotic+extracts+for+cell-free+expression+systems.">Methodologies for preparation of prokaryotic extracts for cell-free expression systems.</a> Synthetic and Systems Biotechnology. 5 (4), 252-267 (2020).</li><li>Didovyk, A., Tonooka, T., Tsimring, L., Hasty, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+scalable+preparation+of+bacterial+lysates+for+cell-free+gene+expression.">Rapid and scalable preparation of bacterial lysates for cell-free gene expression.</a> ACS Synthetic Biology. 6 (12), 2198-2208 (2017).</li><li>Dopp, J. L., Reuel, N. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+optimization+for+scalable+E.+coli+extract+preparation+for+cell-free+protein+synthesis.">Process optimization for scalable E. coli extract preparation for cell-free protein synthesis.</a> Biochemical Engineering Journal. 138, 21-28 (2018).</li><li>Kwon, Y. C., Jewett, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+preparation+methods+of+crude+extract+for+robust+cell-free+protein+synthesis.">High-throughput preparation methods of crude extract for robust cell-free protein synthesis.</a> Scientific Reports. 5, 8663 (2015).</li><li>Endo, Y., Sawasaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+expression+systems+for+eukaryotic+protein+production.">Cell-free expression systems for eukaryotic protein production.</a> Current Opinion in Biotechnology. 17 (4), 373-380 (2006).</li><li>Zemella, A., Thoring, L., Hoffmeister, C., Kubick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+protein+synthesis:+Pros+and+cons+of+prokaryotic+and+eukaryotic+systems.">Cell-free protein synthesis: Pros and cons of prokaryotic and eukaryotic systems.</a> ChemBioChem. 16 (17), 2420-2431 (2015).</li><li>Laohakunakorn, N., Grasemann, L., Lavickova, B., Michielin, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bottom-up+construction+of+complex+biomolecular+systems+with+cell-free+synthetic+biology.">Bottom-up construction of complex biomolecular systems with cell-free synthetic biology.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, (2020).</li><li>Ahn, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+synthesis+of+recombinant+proteins+from+PCR-amplified+genes+at+a+comparable+productivity+to+that+of+plasmid-based+reactions.">Cell-free synthesis of recombinant proteins from PCR-amplified genes at a comparable productivity to that of plasmid-based reactions.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 338 (3), 1346-1352 (2005).</li><li>Kim, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+procedures+for+the+construction+of+a+robust+and+cost-effective+cell-free+protein+synthesis+system.">Simple procedures for the construction of a robust and cost-effective cell-free protein synthesis system.</a> Journal of Biotechnology. 126 (4), 554-561 (2006).</li><li>Hunt, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Streamlining+the+preparation+of+"endotoxin-free"+ClearColi+cell+extract+with+autoinduction+media+for+cell-free+protein+synthesis+of+the+therapeutic+protein+crisantaspase.">Streamlining the preparation of "endotoxin-free" ClearColi cell extract with autoinduction media for cell-free protein synthesis of the therapeutic protein crisantaspase.</a> Synthetic and Systems Biotechnology. 4 (4), 220-224 (2019).</li><li>Studier, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+production+by+auto-induction+in+high-density+shaking+cultures.">Protein production by auto-induction in high-density shaking cultures.</a> Protein Expression and Purification. 41, 207-234 (2005).</li><li>Shrestha, P., Holland, T. M., Bundy, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Streamlined+extract+preparation+for+Escherichia+coli-based+cell-free+protein+synthesis+by+sonication+or+bead+vortex+mixing.">Streamlined extract preparation for Escherichia coli-based cell-free protein synthesis by sonication or bead vortex mixing.</a> BioTechniques. 53 (3), 163-174 (2012).</li><li>Bosdriesz, E., Molenaar, D., Teusink, B., Bruggeman, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+fast-growing+bacteria+robustly+tune+their+ribosome+concentration+to+approximate+growth-rate+maximization.">How fast-growing bacteria robustly tune their ribosome concentration to approximate growth-rate maximization.</a> FEBS Journal. 282 (10), 2029-2044 (2015).</li><li>Zawada, J., Swartz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintaining+rapid+growth+in+moderate-density+Escherichia+coli+fermentations.">Maintaining rapid growth in moderate-density Escherichia coli fermentations.</a> Biotechnology and Bioengineering. 89 (4), 407-415 (2005).</li><li>Kim, J., Copeland, C. E., Padumane, S. R., Kwon, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+crude+extract+preparation+and+optimization+from+a+genomically+engineered+Escherichia+coli+for+the+cell-free+protein+synthesis+system:+Practical+laboratory+guideline.">A crude extract preparation and optimization from a genomically engineered Escherichia coli for the cell-free protein synthesis system: Practical laboratory guideline.</a> Methods and Protocols. 2 (3), 1-15 (2019).</li><li>Failmezger, J., Rauter, M., Nitschel, R., Kraml, M., Siemann-Herzberg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+protein+synthesis+from+non-growing,+stressed+Escherichia+coli.">Cell-free protein synthesis from non-growing, stressed Escherichia coli.</a> Scientific Reports. 7 (1), 1-10 (2017).</li><li>Levine, M. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+energy+metabolism+through+growth+media+reformulation+enables+a+24-h+workflow+for+cell-free+expression.">Activation of energy metabolism through growth media reformulation enables a 24-h workflow for cell-free expression.</a> ACS Synthetic Biology. 9 (10), 2765-2774 (2020).</li><li>Martin, R. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-free+protein+synthesis+from+genomically+recoded+bacteria+enables+multisite+incorporation+of+noncanonical+amino+acids.">Cell-free protein synthesis from genomically recoded bacteria enables multisite incorporation of noncanonical amino acids.</a> Nature Communications. , 1-9 (2018).</li><li>Soye, B. J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resource+A+highly+productive,+One-pot+cell-free+protein+synthesis+platform+based+on+genomically+recoded+Escherichia+coli+resource.">Resource A highly productive, One-pot cell-free protein synthesis platform based on genomically recoded Escherichia coli resource.</a> Cell Chemical Biology. 26 (12), 1743-1754 (2019).</li><li>Ezure, T., Suzuki, T., Ando, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cell-free+protein+synthesis+system+from+insect+cells.">A cell-free protein synthesis system from insect cells.</a> Methods in Molecular Biology. , 285-296 (2014).</li><li>Heide, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=development+and+optimization+of+a+functional+mammalian+cell-free+protein+synthesis+platform.">development and optimization of a functional mammalian cell-free protein synthesis platform.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 1-10 (2021).</li></ol>

Hücre büyümesi sırasında iki temel eylem için geleneksel olarak araştırmacı gözetimine ihtiyaç vardır: T7 RNAP'nin indüksiyonu ve belirli bir OD600'de hücrelerin toplanması. CFAI, araştırmacının zamanını ve yüksek kaliteli hücre ekstraktları hazırlamak için gereken teknik eğitimi azaltmak için bu gereksinimlerin her ikisini de ortadan kaldırır. T7 RNAP'nin otomatik indüksiyonu, glikozun ortamdaki birincil şeker olarak laktoz ile değiştirilmesi, büyümenin aktif olarak izlenme...

Biyoteknoloji uygulamaları için hücresiz protein sentezinin (CFPS) kullanımı son birkaç yılda önemli ölçüde artmıştır 1,2,3. Bu gelişme kısmen, CFPS'de meydana gelen süreçleri ve her bir bileşenin rolünü anlamada artan çabalara bağlanabilir 4,5. Ek olarak, optimize edilmiş kurulumlara ve alternatif enerji kaynaklarına atfedilen azaltılmış maliyetler, hücresiz teknolojinin yeni kullanıcılar için uygulanmasını kolaylaştırmıştır 6,7,8,9. Protein sentezi için gerekli transkripsiyon ve translasyon faktörlerini uygulamak için, hücre ekstresi genellikle hücresiz reaksiyonları yönlendirmek için kullanılır10. Son zamanlarda yayınlanan kullanım kılavuzları, işlevsel özüt üretmek için basit protokoller sağlamış ve1,11,12,13,14 gibi yeni ve deneyimli kullanıcılar için uygulamayı kolaylaştırmıştır. Hücre ekstraktı genellikle, istenen spesifik kullanıma bağlı olarak farklı organizmalar kullanılarak yetiştirilebilen bir hücre kültürünün lizisi yoluyla elde edilir 1,15,16.
Escherichia coli (E. coli) hızla fonksiyonel ekstraktlar üretmek için en yaygın kullanılan konakçı organizmalardan biri haline gelmiştir17. BL21 Star (DE3) suşu tercih edilir, çünkü proteazları dış zardan (OmpT proteaz) ve sitoplazmadan (Lon proteaz) uzaklaştırır ve rekombinant protein ekspresyonu için en uygun ortamı sağlar. Ek olarak, DE3, lacUV5 promotörünün kontrolü altında T7 RNA polimeraz (T7 RNAP) genini taşıyan λDE3'ü içerir; yıldız bileşeni, mRNA4,14,18,19'un bölünmesini önleyen mutasyona uğramış bir RNaseE geni içerir. LakUV5 promotörü altında, izopropil-tiyogalaktopiranosid (IPTG) indüksiyonu, T7 RNAP20,21'in ekspresyonuna izin verir. Bu suşlar, ekstrakt hazırlanması için hammadde veren hücrelerin büyümesi ve toplanması için kullanılır. Hücre lizisi, boncuk çırpma, Fransız presi, homojenizasyon, sonikasyon ve azot kavitasyonu1,11,12,22 dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Bakteri kültürü ve hasat süreci, E. coli kullanırken çoğu platformda tutarlıdır, ancak birkaç gün ve yoğun araştırmacı gözetimi gerektirir 1,11,13. Bu işlem genellikle LB suyunda bir gecede tohum kültürü ile başlar, bu da gece büyümesi üzerine ertesi gün daha büyük bir 2xYTPG kültürüne (maya, tripton, fosfat tamponu, glikoz) aşılanır. Bu daha büyük kültürün büyümesi, 2.5 14,20'lik bir optik yoğunlukta (OD) erken-orta log fazına ulaşana kadar izlenir. Transkripsiyon ve çeviri bileşenlerinin daha önce23,24 erken ve orta log fazında oldukça aktif olduğu gösterildiğinden sürekli ölçüm gereklidir. Bu işlem tekrarlanabilir ekstrakt oluşturabilse de, laboratuvarımız yakın zamanda araştırmacı gözetimini azaltan, belirli bir litre hücre kültürü için ekstraktın genel verimini artıran ve hem deneyimli hem de yeni kullanıcılar için E. coli bazlı ekstrakt preparatına erişimi artıran Hücresiz Otomatik İndüksiyon (CFAI) Ortamını kullanarak yeni bir yöntem geliştirmiştir (Şekil 1 ). Burada, CFAI iş akışını uygulamak için, çizgili bir hücre plakasından 24 saat içinde tamamlanmış bir CFPS reaksiyonuna geçmek için adım adım kılavuz sunuyoruz.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.5 mL Microfuge Tubes</td>
			<td>Phenix</td>
			<td>MPC-425Q</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1L Centrifuge Tube</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>A99028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avanti J-E Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>369001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CoA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C3144-25MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytation 5 Cell Imaging Multi-Mode Reader</td>
			<td>Biotek</td>
			<td>BTCYT5F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Glucose</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>D16-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-Lactose</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J66376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>15508013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folinic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F7878-100MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP229-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7126-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>11344041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPTG</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I6758-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JLA-8.1000 Rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>366754</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K(Glu)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G1501-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K(OAc)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P1190-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KOH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5958-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Alanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7627-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Arginine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A8094-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Asparagine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A0884-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Aspartic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7219-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Cysteine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C7352-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G1501-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G3126-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Histadine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H8000-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Isoleucine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I2752-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Leucine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L8000-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Lysine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L5501-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Methionine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M9625-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Phenylalanine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2126-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Proline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P0380-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Serine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S4500-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Threonine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T8625-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Tryptophan</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T0254-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Tyrosine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T3754-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luria Broth</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>12795027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Valine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>V0500-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mg(Glu)2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>49605-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mg(OAc)2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M5661-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microfuge 20</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B30134</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molecular Grade Water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7732-18-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A12313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NAD</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N8535-15VL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>New Brunswick Innova 42/42R Incubator</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>M1335-0000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH4(Glu)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>09689-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NTPs</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>R0481</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxalic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P0963-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEP</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>860077-250MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Phosphate Dibasic</td>
			<td>Acros, Organics</td>
			<td>A0382124</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Phosphate Monobasic</td>
			<td>Acros, Organics</td>
			<td>A0379904</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PureLink HiPure Plasmid Prep Kit</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>K210007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Putrescine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D13208-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spermidine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S0266-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(OAc)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T6066-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tRNA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10109541001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>73049-73-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tunair 2.5L Baffled Shake Flask</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z710822</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Processor</td>
			<td>QSonica</td>
			<td>Q125-230V/50HZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Extract</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>1/2/8013</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

from cells to cell-free protein synthesis within 24 hours using cell-free autoinduction workflow

Hücresiz protein sentezi (CFPS), transkripsiyon ve çeviri makinelerini in vitro olarak yakalayan bir biyoteknoloji platformu olarak büyümüştür. Çok sayıda gelişme, CFPS platformunu yeni kullanıcılar için daha erişilebilir hale getirdi ve uygulama yelpazesini genişletti. Lisat bazlı CFPS sistemleri için, hücre ekstraktları çeşitli organizmalardan üretilebilir ve protein sentezini arttırmak için bu konağın benzersiz biyokimyasından yararlanılabilir. Son 20 yılda, Escherichia coli (E. coli), satın alınabilirliği ve çok yönlülüğü nedeniyle CFPS'yi desteklemek için en yaygın kullanılan organizmalardan biri haline gelmiştir. Çok sayıda önemli ilerlemeye rağmen, E. coli hücre ekstraktı hazırlama iş akışı, yeni kullanıcıların uygulamaları için CFPS'yi uygulamaları için uygulamaları için önemli bir darboğaz olmaya devam etmiştir. Ekstrakt hazırlama iş akışı zaman alıcıdır ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için teknik uzmanlık gerektirir. Bu engellerin üstesinden gelmek için, daha önce kullanıcı girdisini ve gerekli teknik uzmanlığı azaltan 24 saat hücresiz otomatik indüksiyon (CFAI) iş akışının geliştirildiğini bildirmiştik. CFAI iş akışı, hücre ekstraktları üretmek için gereken işçiliği ve teknik beceriyi en aza indirirken, elde edilen toplam hücre ekstresi miktarlarını da arttırır. Burada, erişimi iyileştirmek ve E. coli tabanlı CFPS'nin geniş kapsamlı uygulamasını desteklemek için bu iş akışını adım adım açıklıyoruz.

CFAI ortamı hazırlanırken, glikoz, ortamdaki ana enerji substratı olarak laktoz ve gliseroldeki bir artış ile değiştirildi. Ek olarak, CFAI ortamının tamponlama kapasitesi de artırıldı. Bu özel bileşenler Tablo 1'de verilmiştir.
Hücreler daha sonra değişen ekstrakt miktarlarına rağmen ekstrakt kalitesiyle tutarlılık göstermek için hem OD600 / 10'a hem de CFAI ortamındaki standart 2.5'e büyütüldü. 2.5 OD600 CFAI ortamı, LB su...

Watch this Scientific Journal Video about From Cells to Cell-Free Protein Synthesis within 24 Hours Using Cell-Free Autoinduction Workflow at JoVE.com

From Cells to Cell-Free Protein Synthesis within 24 Hours Using Cell-Free Autoinduction Workflow

Bu çalışma, Escherichia coli'den (E. coli ) hücre ekstraktının hazırlanmasını ve ardından 24 saatten kısa sürede hücresiz protein sentezi (CFPS) reaksiyonlarını açıklamaktadır. Hücresiz otoindüksiyon (CFAI) protokolünün açıklaması, araştırmacı gözetimini azaltmak ve elde edilen hücre ekstraktı miktarlarını artırmak için yapılan iyileştirmeleri detaylandırmaktadır.

Hücresiz Otomatik İndüksiyon İş Akışını Kullanarak 24 Saat İçinde Hücrelerden Hücresiz Protein Sentezine

Cell-free protein synthesis (CFPS) has grown as a biotechnology platform that captures transcription and translation machinery in vitro. Numerous ...

Hücresiz otoindüksiyon yöntemi, araştırmacı gözetimini ve fonksiyonel hücre ekstraktları üretmek için gereken zamanı azaltır. Bu, daha fazla zaman alıcı ve yoğun olan önceki in vitro protein sentez protokollerini basitleştirir. Bu teknik daha az karmaşıktır ve aynı zamanda daha büyük bir kitlenin hücresiz ifadeyi uygulamasını sağlayacak şekilde yüksek verimlidir.Bu yöntem, hücre büyümesi sırasında ve hücresiz reaksiyonlarda enerji metabolizmasının önemini vurgulamaktadır. 960 mililitre hücresiz otoindüksiyon ortamı hazırlayarak başlayın. Daha sonra, medyayı 2,5 litrelik şaşkın bir şişede, 121 santigrat derecede 30 dakika otoklavlayarak sterilize edin.Daha sonra, 40 mililitre şeker çözeltisi hazırladıktan sonra, ayrı bir otoklavlanmış cam kaba filtreleyerek sterilize edin. Otoklavlamadan sonra, kültür ortamı 40 santigrat derecenin altına soğuduğunda, filtre sterilize edilmiş şeker çözeltisini doğrudan ortama ekleyin. Daha sonra, daha önce çizgilenmiş taze bir E.coli BL21 yıldız plakasından kolonilerle dolu bir döngüyü kaydırarak ve döngüyü doğrudan ortama yerleştirerek ortamı aşılayın.Kabın kenarlarına dokunmadan döngüyü ortama çevirin. Ardından, aşılanmış medyayı gece boyunca 200 RPM'de sallanan 30 santigrat derecelik bir inkübatöre yerleştirin. Ertesi gün, bir litre medyayı bir litrelik santrifüj şişesine aktararak ve 10 dakika boyunca dört ila 10 santigrat derece arasında 5.000 kez G'de santrifüj yaparak hücreleri hasat edin.Süpernatanı attıktan sonra, peleti önceden soğutulmuş ve daha önce tartılmış 50 mililitrelik konik bir tüpe aktarmak için steril bir spatula kullanın. Daha sonra, peleti bir kez 30 ila 40 mililitre soğuk S30 tamponu ile yıkayın, peleti buz üzerinde dinlenme süreleri olan 30 saniyelik patlamalarda vorteks yoluyla yeniden askıya alın. Pelet tamamen yeniden askıya alındıktan sonra, hücre yeniden süspansiyonunu santrifüj edin, süpernatanı atın ve temiz bir doku kullanarak, fazla süpernatantı pelete dokunmadan 50 mililitrelik tüpün iç duvarlarından silin.Ardından, peleti sıvı azotta dondurulmadan önce tartın ve daha fazla kullanana kadar eksi 80 santigrat derecede saklayın. Hücre ekstraktını hazırlamak için, dondurulmuş hücre peletinin gramı başına bir mililitre S30 tamponu ekleyin ve peletin 30 ila 60 dakika boyunca buz üzerinde çözülmesine izin verin. Daha sonra, çözülmüş peleti vorteks yoluyla 30 saniyelik patlamalarla yeniden askıya alın ve görünür hücre kümeleri kalmayana kadar buz üzerinde dinlenme süreleri ile yeniden askıya alın.Hücre lizisi için, hücre süspansiyonunun 1.4 mililitrelik alikotlarını 1.5 mililitrelik mikrofüj tüplerine aktarın. Daha sonra, her tüpteki hücre süspansiyonunu 20 kilohertz frekansında ve% 50 genlikte% 50 genlik ile bir buz banyosunda döngü başına 59 saniye dinlenme ile üç patlama için sonikleştirin Tüpü döngüler arasında tersine çevirin ve son sonikasyon döngüsünden sonra hemen 4.5 mikrolitre bir molar dithiothreitol ekleyin. Tüm tüplerdeki hücre süspansiyonunu sonikleştirdikten sonra, tüpleri santrifüj edin ve süpernatantı 600 mikrolitrelik alikotlarda taze 1.5 mililitrelik mikrofüj tüplerine toplayın.Flaş dondurun ve alikotları daha fazla kullanıma kadar eksi 80 santigrat derecede saklayın. Dörtlü olarak 1.5 mililitrelik mikrofüj tüplerinde 15 mikrolitre hücresiz protein sentez reaksiyonu gerçekleştirmek için, hücre ekstraktının bir alikotunu çözün. Her 15 mikrolitrelik reaksiyon karışımını hazırladıktan sonra, reaksiyonun 37 santigrat derecede en az dört saat çalışmasına izin verin.Muhabir proteinini ölçmek için, pH 7.2'de 48 mikrolitre 50 milimolar HEPES tamponunu, siyah polistiren 96 delikli bir plakada her hücresiz protein sentezi reaksiyon ürününün iki mikrolitresi ile birleştirin. 485 uyarım dalga boyu ve 528 nanometre emisyon dalga boyu kullanarak süper klasör yeşil floresan proteininin veya sfGFP'nin floresan yoğunluğunu ölçün. Ardından, saflaştırılmış pJL1 sfGFP plazmidini kullanarak standart bir eğri oluşturarak bağıl floresan birimlerini sfGFP'nin hacimsel verimine dönüştürün.Burada, 600 nanometrede ölçülen farklı optik yoğunluklarda hücre hasadından sonra hücresiz otoindüksiyon ortamı peletleri gösterilmektedir. 10 optik yoğunluğa kadar büyüyen ortam, genel ekstraktta 2.5 optik yoğunluğa kadar yetiştirilen ortamdan daha yüksek miktarda hücre peleti üretti. Toplam protein konsantrasyonunun daha ileri analizi, her iki ekstrakt arasındaki genel proteinde anlamlı bir fark olmadığını göstermiştir.Medya farklı optik yoğunluk seviyelerine yetiştirilmiş olsa da, her iki ekstrakt da sfGFP'yi ifade eden hücresiz reaksiyonlarda benzer sonuçlar göstermiştir. Ortam ve şeker çözeltisini hazırlarken steril koşulların korunması önemlidir. Bu CFAI hücre ayıklama yöntemi, hücresiz ifadenin çoğu uygulaması için kullanılabilir.Bunlar biyoteknoloji eğitiminden protein mühendisliğine ve bakım noktası teşhisine kadar uzanmaktadır. Bu yöntem, gereken zaman ve teknik beceri miktarını azaltır, tekrarlanabilirliği artırır ve daha yüksek miktarda ekstrakt üretir.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Combinatorial Synthesis of and High-throughput Protein Release from Polymer Film and Nanoparticle Libraries

Kombinatorik Sentezi ve Polimer Film ve Nanoparçacık Kütüphaneler gelen Yüksek throughput Protein Yayın

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with ...

Isolation and Characterization Of Chimeric Human Fc-expressing Proteins Using Protein A Membrane Adsorbers And A Streamlined Workflow

Protein A Membran Adsorberleri ve Kolaylaştırılmış bir İş Akışı Kullanarak Kimerik İnsan Fc Ekspresyon Proteinlerinin İzolasyonu ve Karakterizasyonu

Laboratory scale to industrial scale purification of biomolecules from cell culture supernatants and lysed cell solutions can be accomplished using ...

The Encapsulation of Cell-free Transcription and Translation Machinery in Vesicles for the Construction of Cellular Mimics

Hücresel Mimics İnşası için Veziküller Hücre-ücretsiz Transkripsiyon ve Çeviri Makine Sarma

As interest shifts from individual molecules to systems of molecules, an increasing number of laboratories have sought to build from the bottom up ...

Sealable Femtoliter Chamber Arrays for Cell-free Biology

Hücre-serbest Biyoloji yapışmalı femtoliter Odası Diziler

Cell-free systems provide a flexible platform for probing specific networks of biological reactions isolated from the complex resource sharing (e.g., ...

Synthesis of Infectious Bacteriophages in an E. coli-based Cell-free Expression System

Synthesis of Infectious Bacteriophages in an E. coli-based Cell-free Expression System

Bir E. coli -bulaşıcı Bacteriophages sentezi ifade sistem boş hücre tabanlı

A new generation of cell-free transcription-translation (TXTL) systems, engineered to have a greater versatility and modularity, provide novel ...

Cell-free Protein Expression Using the Rapidly Growing Bacterium Vibrio natriegens

Cell-free Protein Expression Using the Rapidly Growing Bacterium Vibrio natriegens

Boş hücre Protein ifade kullanarak hızla büyüyen bakteri Vibrio natriegens

The marine bacterium Vibrio natriegens has garnered considerable attention as an emerging microbial host for biotechnology due to its fast growth rate. A ...

A Multilayer Microfluidic Platform for the Conduction of Prolonged Cell-Free Gene Expression

Uzun Süreli Hücresiz Gen Ekspresyonunun İletimi için Çok Katmanlı Mikroakışkan Platform

The limitations of cell-based synthetic biology are becoming increasingly apparent as researchers aim to develop larger and more complex synthetic genetic ...

Preparing Protein Producing Synthetic Cells using Cell Free Bacterial Extracts, Liposomes and Emulsion Transfer

Hücre Serbest Bakteriyel Özler, Lipozomlar ve Emülsiyon Transferi Kullanarak Protein Üreten Sentetik Hücreler Hazırlama

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell ...

Single-Cell Optical Action Potential Measurement in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

İnsan kaynaklı Pluripotent Kök Hücre Türevli Kardiyomiyositlerde Tek Hücreli Optik Eylem Potansiyeli Ölçümü

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically ...

OnePot PURE Cell-Free System

OnePot PURE Hücresiz Sistem

The defined PURE (protein synthesis using recombinant elements) transcription-translation system provides an appealing chassis for cell-free synthetic ...