僅需加入水就可按需產生生物藥物

相關研究結果近期發表在Cell期刊上，論文標題為“Portable, On-Demand Biomolecular Manufacturing”。論文第一作者為加拿大多倫多大學助理教授Keith Pardee、麻省理工學院醫學工程與科學研究所博士後Shimyn Slomovic、美國哈佛大學懷斯生物啟發工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）研究員Jeong Wook Lee和哈佛大學懷斯生物啟發工程研究所技術研究員Peter Nguyen。

這些顆粒含有從細胞中提取出的幾十種酶和其他分子，能夠在室温下更長時間地保存。一旦加入水和凍存的DNA，這些顆粒開始產生這種DNA編碼的蛋白。

論文通信作者、麻省理工學院醫學工程與科學研究所生物工程系醫學工程與科學教授James Collins説，“它是一種模塊化系統，能夠經編程後在現場製造你需要的什麼。你可能有上百個不同的DNA顆粒供你在現場添加。”

Collins説，這些直徑在幾微米的顆粒可能輕鬆地被士兵、航天員或前往偏遠地區的衞生保健工作者攜帶。

無細胞的蛋白合成

Collins和合成生物學領域的很多其他人之前設計出細胞來執行它們正常時不會擁有的很多功能，如產生藥物或生物燃料。在過去幾年，Collins已證實這種設計也能夠在細胞外通過提取必需的細胞組分並且在紙張或其他材料上凍幹它們來開展。

Collins説，“這些不含細胞的`提取物由幾十種酶、DNA和RNA以及核糖體和其他導致轉錄和翻譯發生的分子複合體組成。”

在這項新的研究中，研究人員將這種紙張拿走：僅僅將這些細胞提取物凍幹成至少在一年時間內保持穩定的顆粒。為了激活蛋白產生，他們加入水以便讓這些顆粒覆水，同時加入凍乾的DNA編碼來所需的蛋白。

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

研究人員也對這些顆粒進行編程來產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複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。

就診斷應用而言，研究人員使用這些顆粒產生幾種不同的抗體，包括一種能夠檢測艱難梭菌的抗體，其中艱難梭菌能夠導致結腸產生炎症。

容易儲存

這種方法可能比使用活的細胞更容易產生生物藥品，這是因為這些凍存的組分容易儲存和運輸，因而它們不需在冰箱中冷藏。

美國西北大學化學與生物工程副教授Michael Jewett（未參與這項研究）説，“Collins和同事們描繪出凍存的不含細胞的生物製造平台能夠被用來按需合成治療試劑、疫苗、生物化學試劑同時不需要一種冷供應鏈的未來。通過將工廠生產移動到第一線，我們可能能夠提供如今不可能獲得的藥物。”