Cell：僅需加入水就可按需產(chǎn)生生物藥物

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2016-10-10 09:32:00【大中小】

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)麻省理工學(xué)院和其他研究機(jī)構(gòu)的研究人員構(gòu)建出微小的包含將DNA翻譯為蛋白所需的所有分子復(fù)合體的凍干顆粒（freeze-dried pellets），這可能成為按需生產(chǎn)藥物和疫苗的基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Cell期刊上。論文第一作者為加拿大多倫多大學(xué)Keith Pardee、麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所Shimyn Slomovic、美國(guó)哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所Jeong Wook Lee和哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所Peter Nguyen。

這些顆粒含有從細(xì)胞中提取出的幾十種酶和其他分子，能夠在室溫下更長(zhǎng)時(shí)間地保存。一旦加入水和凍存的DNA，這些顆粒開始產(chǎn)生這種DNA編碼的蛋白。

僅需加入水就可按需產(chǎn)生生物藥物

論文通信作者、麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所生物工程系醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)教授James Collins說，“它是一種模塊化系統(tǒng)，能夠經(jīng)編程后在現(xiàn)場(chǎng)制造你需要的什么。你可能有上百個(gè)不同的DNA顆粒供你在現(xiàn)場(chǎng)添加。”

Collins說，這些直徑在幾微米的顆粒可能輕松地被士兵、航天員或前往偏遠(yuǎn)地區(qū)的衛(wèi)生保健工作者攜帶。

無(wú)細(xì)胞的蛋白合成

Collins和合成生物學(xué)領(lǐng)域的很多其他人之前設(shè)計(jì)出細(xì)胞來執(zhí)行它們正常時(shí)不會(huì)擁有的很多功能，如產(chǎn)生藥物或生物燃料。在過去幾年，Collins已證實(shí)這種設(shè)計(jì)也能夠在細(xì)胞外通過提取必需的細(xì)胞組分并且在紙張或其他材料上凍干它們來開展。

Collins說，“這些不含細(xì)胞的提取物由幾十種酶、DNA和RNA以及核糖體和其他導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生的分子復(fù)合體組成。”

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員將這種紙張拿走：僅僅將這些細(xì)胞提取物凍干成至少在一年時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的顆粒。為了激活蛋白產(chǎn)生，他們加入水以便讓這些顆粒復(fù)水，同時(shí)加入凍干的DNA編碼來所需的蛋白。

這種方法可能被用來產(chǎn)生一系列產(chǎn)物，包括藥物和可能被用來診斷疾病的分子。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員產(chǎn)生能夠被用作一種白喉疫苗的小分子蛋白，以及有潛力抵抗細(xì)菌感染的抗菌肽。

研究人員也對(duì)這些顆粒進(jìn)行編程來產(chǎn)生形成一種多步驟代謝通路中的酶，其中這種通路合成一種復(fù)雜的被稱作紫色桿菌素（violacein）的藥物。紫色桿菌素具有抗癌活性和抗生素活性。

就診斷應(yīng)用而言，研究人員使用這些顆粒產(chǎn)生幾種不同的抗體，包括一種能夠檢測(cè)艱難梭菌的抗體，其中艱難梭菌能夠?qū)е陆Y(jié)腸產(chǎn)生炎癥。

容易儲(chǔ)存

這種方法可能比使用活的細(xì)胞更容易產(chǎn)生生物藥品，這是因?yàn)檫@些凍存的組分容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸，因而它們不需在冰箱中冷藏。

美國(guó)西北大學(xué)化學(xué)與生物工程副教授Michael Jewett（未參與這項(xiàng)研究）說，“Collins和同事們描繪出凍存的不含細(xì)胞的生物制造平臺(tái)能夠被用來按需合成治療試劑、疫苗、生物化學(xué)試劑同時(shí)不需要一種冷供應(yīng)鏈的未來。通過將工廠生產(chǎn)移動(dòng)到第一線，我們可能能夠提供如今不可能獲得的藥物。”

原文來源

Portable, On-Demand Biomolecular Manufacturing