Une nouvelle technique développée à UC Davis a peut-être brisé la barrière à l'assemblage rapide de machines de synthèse de protéines pures en dehors des cellules vivantes.

Afin de reconstituer des réactions cellulaires en dehors des systèmes biologiques, les scientifiques doivent produire les protéines impliquées. Une reconstitution rapide mais de haute pureté des réactions cellulaires est essentielle pour l'étude à haut débit des voies cellulaires et des tests de diagnostic sans cellules pour diverses maladies. Reconstituer les réactions cellulaires en dehors des cellules, cependant, nécessite l'expression et la purification séparées de chaque protéine requise pour exécuter les réactions. Ce processus est coûteux et prend du temps, rendant la production de plus de plusieurs protéines à la fois extrêmement difficile.

Dans un article publié en Nature Chimie Biologie , Fernando Villarreal et ses collègues du laboratoire du professeur Cheemeng Tan du département de génie biomédical de l'UC Davis décrivent la production dans une seule culture des 34 protéines nécessaires à la traduction de l'ARNm - le processus de synthèse des protéines à partir du code génétique - dans les bonnes proportions.

Actuellement, les protéines sont extraites de cellules entières et utilisées directement pour la traduction in vitro. Les protéines extraites par cette méthode peuvent contenir du cytoplasme et d'autres éléments de la cellule d'origine, et sont indésirables pour certaines applications. Une autre méthode consiste à purifier chacune des 34 protéines séparément et à les mélanger pour se rapprocher du mélange, ou "machines", nécessaire pour démarrer la traduction de l'ARNm.

Le laboratoire Tan a contourné ces limitations en manipulant synthétiquement des souches de bactéries Escherichia coli pour produire les protéines requises en quantité correcte dans une seule culture mixte. En manipulant les taux de transcription, taux de translation et densités de déformation relatives, le groupe a découvert qu'ils pouvaient inciter les consortiums bactériens à produire des quantités correctes de la machinerie de traduction.

"Je pense que le travail ouvrira la porte à une amélioration fondamentale du rendement en protéines des systèmes de transcription-traduction sans cellules pures et du débit d'étude des voies pertinentes pour la maladie en dehors des cellules vivantes, " dit Tan.

L'équipe appelle sa méthode TraMOS, pour Translation Machinery One Shot. Ils ont utilisé les protéines produites par TraMOS dans un test qui recherche la présence de peptides inhibant une protéase. Parce que les protéases sont couramment impliquées dans le cycle de vie des parasites et le développement du cancer, un test qui pourrait localiser et identifier plusieurs des inhibiteurs de protéase à la fois sera utile pour le développement de médicaments.

En réduisant le temps et les coûts associés à la préparation de systèmes multiprotéiques, l'approche du laboratoire Tan permet des applications à haut débit de TraMOS sans avoir à investir dans un équipement de purification supplémentaire. Contrairement aux approches existantes, les scientifiques peuvent personnaliser l'expression et le contrôle des protéines en utilisant l'approche TraMOS. La plupart des laboratoires qui effectuent régulièrement la purification des protéines ont déjà l'équipement pour utiliser l'approche TraMOS, facilitant sa mise en œuvre, et démocratiser l'accès au système. L'approche basée sur les consortiums microbiens peut être généralisée pour la synthèse d'autres systèmes multiprotéiques, ce qui en fait un changeur de jeu potentiel pour les applications sans cellule à haut débit.