Platform biomanufaktur menggunakan bakteri yang meledak dan kapsul yang menyusut untuk menghasilkan protein yang ditargetkan – Sains Terkini


Insinyur biomedis di Duke University telah mengembangkan platform baru untuk membuat obat biologis menggunakan bakteri yang direkayasa khusus yang meledak dan melepaskan protein yang berguna ketika mereka merasakan bahwa kapsul mereka menjadi terlalu ramai.

Platform ini bergantung pada dua komponen utama: bakteri rekayasa, yang disebut "swarmbots," yang diprogram untuk merasakan kepadatan rekan-rekan mereka di dalam wadah mereka, dan biomaterial yang membatasi swarmbots, kapsul berpori yang dapat menyusut sebagai respons terhadap perubahan dalam populasi bakteri. Ketika menyusut, kapsul memeras protein target yang dibuat oleh bakteri penangkap.

Platform mandiri ini dapat memudahkan para peneliti untuk membuat, menganalisis, dan memurnikan beragam biologik untuk digunakan dalam biomanufaktur skala kecil.


Penelitian ini muncul online 16 September di jurnal Biologi Kimia Alam.

Bakteri umumnya digunakan untuk menghasilkan biologik, yang merupakan produk seperti vaksin, terapi gen dan protein yang dibuat atau disintesis dari sumber biologis. Saat ini, proses ini melibatkan serangkaian langkah-langkah canggih termasuk pembiakan sel, isolasi protein dan pemurnian protein, yang masing-masing membutuhkan infrastruktur yang rumit untuk memastikan efisiensi dan kualitas. Untuk operasi industri, langkah-langkah ini dilakukan dalam skala besar. Meskipun ini membantu menghasilkan sejumlah besar molekul tertentu, pengaturan ini tidak fleksibel atau layak secara finansial ketika para peneliti perlu menghasilkan sejumlah kecil beragam biologik atau bekerja di rangkaian terbatas sumber daya.

Teknologi baru ini dikembangkan oleh Lingchong You, seorang Profesor Teknik Biomedis di Duke University, dan mantan peneliti postdoctoral Duke, Zhuojun Dai, sekarang menjadi Associate Professor di Shenzhen Institute of Advanced Technologies. Dalam studi baru, mereka menunjukkan bagaimana platform baru mereka menggunakan komunikasi antara swarmbots dan kapsul mereka untuk mencapai produksi serbaguna, analisis dan pemurnian beragam protein dan kompleks protein.

Dalam bukti konsep sebelumnya, Anda dan timnya merekayasa strain bakteri E. coli yang non-patogen untuk menghasilkan penangkal antibiotik ketika bakteri mencapai kepadatan tertentu. Swarmbots ini kemudian terbatas pada kapsul, yang dimandikan dengan antibiotik. Jika bakteri meninggalkan kapsul itu hancur, tetapi jika tetap di dalam wadah di mana kepadatan populasi tinggi, itu bertahan.

"Studi pertama kami pada dasarnya menunjukkan komunikasi satu arah, di mana sel-sel bisa merasakan lingkungan dalam kapsul tetapi lingkungan tidak bereaksi terhadap sel," kata You. "Sekarang, kami memiliki komunikasi dua arah – swarmbots yang direkayasa masih dapat merasakan kepadatan dan pengurungannya, tetapi kami telah memperkenalkan bahan yang dapat merespons ketika populasi bakteri di dalamnya berubah. Sepertinya kedua komponen saling berbicara satu sama lain , dan secara kolektif mereka memberi Anda perilaku yang sangat dinamis. "

Setelah populasi di dalam kapsul mencapai kepadatan tertentu, bakteri mulai 'pop,' melepaskan semua konten selulernya, termasuk produk protein yang menarik. Pada saat yang sama, pertumbuhan bakteri ini mengubah lingkungan kimiawi di dalam kapsul, menyebabkannya menyusut. Saat menyusut, ia memeras protein yang dilepaskan dari sel-sel yang meledak sementara bakteri dan puing-puing sel disimpan dalam kapsul.


Setelah protein dikumpulkan, para peneliti dapat menambahkan pengisian nutrisi ke piring sebagai isyarat agar kapsul membesar. Ini mengatur ulang lingkungan interior dan memungkinkan bakteri untuk mulai tumbuh lagi, memulai kembali prosesnya. Menurut Anda, siklus ini dapat diulang hingga satu minggu.

Untuk membuat pendekatan ini berguna untuk pembuatan bioman, tim menambahkan kapsul ke chip mikrofluida, yang termasuk ruang bagi mereka untuk mendeteksi dan mengukur protein mana yang dilepaskan. Ini bisa diganti dengan ruang pemurnian untuk menyiapkan protein untuk digunakan dalam biologi.

"Ini adalah proses yang sangat kompak. Anda tidak memerlukan listrik, dan Anda tidak perlu centrifuge untuk menghasilkan dan mengisolasi protein ini," kata You. "Itu membuat ini platform yang baik untuk pembuatan bioman. Anda memiliki kemampuan untuk memproduksi jenis obat tertentu dalam format yang sangat kompak dengan biaya rendah, dan mudah dikirim. Selain itu, platform ini menawarkan cara mudah untuk menghasilkan beberapa protein secara bersamaan. "

Menurut Anda, kemudahan penggunaan ini telah memungkinkan tim untuk menghasilkan, mengukur dan memurnikan lebih dari 50 protein berbeda bekerja sama dengan laboratorium Ashutoshi Chilkoti, Profesor Alan L. Kaganov dan Ketua Departemen Teknik Biomedis di Duke. Mereka juga mengeksplorasi bagaimana platform mereka dapat menyederhanakan pembuatan kompleks protein, yang merupakan struktur yang terbuat dari banyak protein.

Pada percobaan pembuktian konsep untuk menghasilkan jalur sintesis asam lemak dari berbagai enzim, "kami dapat menggunakan tujuh versi swarmbots mikroba kami, yang masing-masing diprogram untuk menghasilkan enzim yang berbeda," kata You. "Biasanya, untuk menghasilkan jalur metabolisme, Anda perlu menyeimbangkan rantai pasokan, yang bisa melibatkan peningkatan pengaturan satu enzim dan menurunkan pengaturan ekspresi lainnya. Dengan platform kami, Anda tidak perlu melakukan itu, Anda hanya perlu mengatur rasio swarmbots yang benar. "

"Teknologi ini sangat serbaguna," katanya. "Itu kemampuan yang ingin kita manfaatkan."

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.