您现在的位置是:首页 >新闻频道资讯 2019-11-13 10:36:06

新型生物过程利用爆发细菌生产生物药物

杜克大学的生物医学工程师已经开发出了一个新的平台,可以使用经过特殊设计的细菌创造生物药物,当细菌感觉到它们的胶囊变得过于拥挤时,这些细菌就会破裂并释放蛋白质。该平台依赖于两个主要组件:被设计为感知容器中同伴密度的工程细菌,称为群养机器人;以及限制群养机器人的生物材料,一种可对细菌变化做出反应而收缩的多孔胶囊。人口。当它收缩时,胶囊会挤出由圈养细菌产生的目标蛋白质。

据发表研究的科学家称,这个独立的平台可以使研究人员更容易创建,分析和纯化用于小型生物制造的多种生物制剂(“ 通过刺激响应性细胞材料反馈进行多功能生物制造 ”)在自然-化学生物学。

小规模的生物制剂生产具有极大的潜力,可以提高生物制造的可及性。通过利用细胞材料的反馈,我们设计了一个简洁的平台来实现多种蛋白质和蛋白质复合物的多功能生产,分析和纯化。我们技术的核心是微生物群机器人,它由对刺激敏感的聚合物微胶囊包裹工程细菌组成。通过感测限制,细菌以高局部密度进行程序性部分裂解。相反,随着细胞生长引起的化学环境变化,封装材料会收缩,从而挤出细菌裂解释放的蛋白质产物。”研究人员写道。

然后,该平台与下游模块集成在一起,以实现酶动力学的定量,各种蛋白质的纯化,蛋白质相互作用的定量控制以及功能性蛋白质复合物和多酶代谢途径的组装。我们的工作演示了如何使用单元材料反馈来设计具有复杂但定义明确的编程功能的模块化且灵活的平台。”

生物制造过程涉及一系列复杂的步骤,包括细胞培养,蛋白质分离和蛋白质纯化,每个步骤都需要精密的基础设施来确保效率和质量。对于工业操作,这些步骤是大规模进行的。杜克大学的研究小组指出,虽然这有助于产生大量的某些分子,但是当研究人员需要生产少量多样的生物制剂或在资源有限的环境中工作时,这种设置既不灵活也不经济。

这项新技术是由生物医学工程学教授尤灵冲博士和曾任杜克大学博士后研究员的戴卓军博士开发的,他现在是深圳先进技术学院的副教授。在这项新研究中,他们展示了他们的新平台如何利用群体机器人与其胶囊之间的通信来实现多种蛋白质和蛋白质复合物的多功能生产,分析和纯化。

在更早的概念验证中,You和他的团队设计了一种非致病性的大肠杆菌菌株,以在细菌达到一定密度时产生抗生素的解毒剂。然后将这些成群的机器人限制在一个装有抗生素的胶囊中。如果细菌离开了胶囊,它会被破坏,但是如果它保留在人口密度高的容器内,它就会存活下来。

尤说:“我们的第一项研究实质上显示了单向交流,细胞可以感知胶囊内的环境,但是环境对细胞没有反应。” “现在,我们已经进行了双向通讯,工程化的机器人群仍然可以感知其密度和限制,但是我们引入了一种材料,当其中的细菌种群发生变化时,它们可以做出响应。就像两个组件正在互相交谈,并且它们共同给您带来非常动态的行为。”

一旦胶囊内的种群达到一定密度,细菌就会开始“流行”,释放出它们所有的细胞内容物,包括目标蛋白质产物。同时,这种细菌的生长会改变胶囊内的化学环境,使其收缩。随着细菌的收缩,它会挤出破裂细胞释放的蛋白质,而细菌和细胞碎片则保留在胶囊中。

一旦收集了蛋白质,研究人员便可以向菜中添加营养补充剂,以作为胶囊扩大的提示。这将重置内部环境,并使细菌再次开始生长,从而重新启动该过程。根据您的说法,此循环最多可以重复一周。

为了使该方法对生物制造有用,研究小组将胶囊添加到微流控芯片中,该芯片包括一个用于检测和定量释放哪些蛋白质的小室。可用纯化室代替,以制备用于生物制剂的蛋白质。

“这是一个非常紧凑的过程。您不需要电力,也不需要离心机即可生产和分离这些蛋白质。” “这使它成为生物制造的良好平台。您可以低成本生产非常紧凑的某种类型的药物,并且易于交付。最重要的是,该平台提供了一种同时生产多种蛋白质的简便方法。”

据尤说,这种易用性使该团队与Ashutoshi Chilkoti博士,Alan L. Kaganov教授兼生物医学工程学系主任的实验室合作,可以生产,定量和纯化50多种不同的蛋白质。公爵。他们还探索了其平台如何简化蛋白质复合物的创建,蛋白质复合物是由多种蛋白质制成的结构。

在通过概念证明实验从多种酶产生脂肪酸合成途径时,“我们能够使用七个版本的微生物群养机器人,每个版本都被编程为产生不同的酶,”尤说。“通常,要产生新陈代谢途径,您需要平衡供应链,这可能涉及上调一种酶的表达而下调另一种酶的表达。使用我们的平台,您不需要这样做,只需要设置正确的swarmbot比例即可。”

他说:“这项技术用途广泛。” “这是我们要利用的能力。”

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