무세포 단백질 합성 시스템은 세포를 파쇄한 후 파쇄액 내의 단백질 합성기구들을 이용하여 단백질을 발현하는 시스템으로 기존의 세포 기반 재조합 단백질 발현 기법들과 달리 세포의 생장조건에 영향을 받지 않으면서 발현 조절에 관한 다양한 인자들을 인위적으로 조절 할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 단백질 합성 과정 중 소모되는 ATP의 연속적 재생을 위해 사용되는 에너지원의 높은 비용과 낮은 안정성은 재조합 단백질 대량생산에의 적용을 제약하는 요인으로 작용하여 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안들 중의 하나로 포도당을 에너지원으로 사용하여 세포 파쇄액내 대사과정을 통해 ATP를 재생하는 방법이 있다. 본 연구에서는 포도당을 에너지원으로 이용한 무세포 합성 시스템에서의 단백질 합성 효율 향상을 위하여 대장균 파쇄액으로부터 회수된 지질을 추가적으로 첨가함으로써 산화적 인산화 과정에서의 ATP재생을 증진시키고자 하였다. 그 결과, 지질이 추가된 무세포 단백질 합성 시스템은 지질이 추가되지 않은 대조군에 비하여 6배 이상 향상된 단백질 생산성을 나타내었다.

Cell-free protein synthesis utilizes the translational machinery in a cell extract. Unlike the conventional cell-based expression methods, not being affected by the conditions for cell growth, cell-free protein synthesis enables flexible manipulation of individual factors affecting the efficiency protein biosynthesis. However, the high cost and low stability of the energy sources to regenerate ATP have limited the use of cell-free synthesis for large-scale production of recombinant proteins. One of the approaches to address this problem is to use glucose as an alternative energy source to regenerate ATP through the glucose-metabolizing pathways in a cell extract. In this study, in an attempt to improve the efficiency of ATP regeneration by reinforcing oxidative phosphorylation process, we supplemented with cellular lipids to a glucose-fueled reaction mixture for cell-free protein synthesis. As a result of the lipid supplementation, the productivity of chloramphenicol acetyltransferase in a cell-free synthesis system using glucose increased more than 6 fold compared to when the lipid was not supplemented.

Cell-free protein synthesis ATP regeneration Glucose Energy source Lipids

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