Zellfreie Biosynthese

© Fraunhofer IME | Holger Spiegel

Zellfreie Proteinsynthese bedeutet die in vitro Herstellung von Proteinen ohne lebende Zellen. Stattdessen werden spezielle Zellextrakte bzw. -lysate verwendet, welche den Proteinsyntheseapparat und alle weiteren benötigten Komponenten enthalten. Im Prinzip lassen sich aus jeder Art von Zellen Extrakte für die zellfreie Proteinexpression gewinnen. Am häufigsten werden jedoch Systeme auf Basis von Escherichia coli, Weizenkeimen, Kaninchen-Retikulozyten und Insektenzellen verwendet. Nach Zugabe von Aminosäuren, einer Energiequelle, Salzen und anderen Cofaktoren kann theoretisch jedes Protein, kodiert durch ein DNA- oder RNA-Template, synthetisiert werden.

Im Vergleich zu zellbasierten Methoden bietet die zellfreie Expression kürzere Prozessionszeiten und eine direkte Kontrolle und Überwachung der Reaktionsbedingungen. PCR Produkte können direkt ohne aufwändige Klonierungs- und Transformationsschritte für die simultane Expression multipler Proteine eingesetzt werden. Zellfreie Systeme erlauben zudem die Zugabe von Faltungshelfern, den Einbau artifizieller Aminosäuren und die Expression zytotoxischer Proteine, welche in lebenden Zellen nicht produziert werden können.

Im Rahmen des vom Bundeministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Leitprojektes »Zellfreie Bioproduktion« wurde am Fraunhofer IME ein Lysat auf der Basis von Tabakzellen (Bright Yellow 2, BY-2) entwickelt, welches den verfügbaren kommerziellen Systemen hinsichtlich Ausbeute und Flexibilität deutlich überlegen ist.

Ausgewählte Publikationen#

Buntru, M., Vogel, S., Spiegel, H., Schillberg, S., 2014. Tobacco BY-2 cell-free lysate: an alternative and highly-productive plant-based in vitro translation system. BMC Biotechnology 14, 37. http://doi.org/10.1186/1472-6750-14-37

Buntru, M., Vogel, S., Stoff, K., Spiegel, H., Schillberg, S., 2015. A versatile coupled cell-free transcription–translation system based on tobacco BY-2 cell lysates. Biotechnol. Bioeng. 112, 867–878. http://doi.org/10.1002/bit.25502