Zellfreie Proteinbiosynthese

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Shimadzu Deutschland GmbH

Axel Semrau GmbH /Trajan Scientific and Medical

TOSOH Bioscience GmbH

Heutzutage ist die Proteinbiosynthese mittels zellfreier Translation keine schwarze Kunst mehr, denn kommerzielle Anbieter, beispielsweise die Firmen Roche mit ihrem Rapid Translation System (RTS), Qiagen mit ihrer EasyXpress – Plattform oder auch Promega mit ihren TNT-Systemen liefern mittlerweile verlässliche Kit-basierte Lysate aus verschiedenen Organismen und passendes Zubehör für die Durchführung. Andere Firmen, wie die Berliner Firma RiNA GmbH, die eine prominente Stellung bei der Entwicklung von Systemen für zellfreie Proteinbiosynthese einnimmt, bieten auch einen Proteinsyntheseservice auf der Basis der zellfreien Proteinbiosynthese an. Optimale Syntheseraten erreichen im Batch-Verfahren gegenwärtig Werte um 0,5 mg Protein/ml Reaktion, im so genannten „Continuous-Exchange Cell-Free“ Verfahren (CECF-Verfahren) bis zu 5 mg Protein/ml. Als Standard hat sich heutzutage die Verwendung gekoppelter Reaktionen etabliert, bei denen in einem Ansatz die mRNA von einer Template-DNA transkribiert und daraus gleichzeitig die gewünschten Proteine translatiert werden. Ein Anwender kann also morgens mit einer PCR auf einer cDNA beginnen und bereits abends sein reines Protein in den Händen halten.

CECF-Verfahren zur zellfreien Proteinbiosynthese

CECF-Systeme bestehen aus einer Synthesekammer mit einem Volumen zwischen 50 µl und 10 ml und einem angeschlossenen Vorratsbehälter, der die Reaktion kontinuierlich über eine Dialysemembran mit frischen Verbrauchssubstanzen wie ATP und GTP als Energieträgern und allen notwendigen Aminosäuren als Bausteine für die Proteinsynthese versorgt. Zugleich werden über die Membran niedermolekulare Abfallstoffe wie z.B. Phosphate aus der Synthesekammer entfernt, die bei zunehmender Konzentration stören würden. In der Synthesekammer verbleiben unterdessen die codierenden Nukleinsäuren, die Maschinerie zur Synthese sowie die sich anreichernden Proteine. Mit Hilfe dieses Systems ist es möglich, Reaktionen bis zu 24 Stunden und mehr aufrecht zu erhalten, so dass sich Proteinausbeuten und -reinheit gegenüber batch-Verfahren teilweise verzehn- bis verzwanzigfachen, wovon vor allen Dingen die im allgemeinen weniger produktiven eukaryotischen Systeme profitieren.

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