基于DNA水凝胶的无细胞蛋白合成

Protein is one of the key molecules for human health and economy development in the future. Traditional cell-based protein producing methods, restricted by intracellular regulation and the confinement of cells, failed to meet the high demands of protein manufacturing due to their low protein yield and high cost. The emergence of cell-free protein production provides a rapid and efficient solution for in vitro protein manufacturing. However, the problem of low yield and high cost has become a bottleneck that severely limits the wide application of cell-free protein production. The aim of this proposed research is to develop a novel and efficient cell-free protein production system through rational design of DNA composite hydrogel materials and morphology control of hydrogel micro-particles utilizing microfluidic technology. It is expected that the proposed research will result in greatly improved yield and remarkably reduced cost in cell-free protein production. The DNA composite hydrogel-based, cell-free protein producing system will afford a novel, powerful, and universal platform for almost any protein production.

蛋白质的重要性无与伦比，是未来人类健康和经济发展的核心分子之一。传统利用细胞作宿主的蛋白合成方法由于受细胞调控和细胞膜的限制，存在产量低、种类少等致命弱点，从根本上限制了以蛋白为基础的相关产业的发展。无细胞蛋白质合成的出现为快速、高效的体外蛋白合成提供了一个重要的解决方案。但太低的产率和太高的成本成为限制其广泛应用的瓶颈。本项目拟从材料学和化学反应动力学角度出发，通过理性设计制备DNA复合水凝胶材料，结合微流控技术，控制水凝胶颗粒形状和大小，开发新型、高效的无细胞蛋白合成体系并用于合成难表达蛋白。通过本项目的实施，将有望极有效地提升无细胞蛋白合成的效率，并极大地降低其成本，从而在无细胞蛋白合成领域取得突破性进展，为蛋白的体外生产提供一个强有力、普适的技术平台。

传统利用细胞作宿主的蛋白合成方法由于受细胞调控和细胞膜的限制，存在产量低、种类少等致命弱点，从根本上限制了以蛋白为基础的相关产业的发展。无细胞蛋白质合成的出现为快速、高效的体外蛋白合成提供了一个重要的解决方案。但产率低和成本高成为限制其广泛应用的瓶颈。本项目从材料学和化学反应动力学角度出发，通过理性设计制备了三种DNA复合水凝胶材料，开发了新型、高效的无细胞蛋白合成体系，并用其成功合成了常规细胞难以表达的蛋白人尿胰蛋白酶。通过本项目的实施，极大地提升了常规 无细胞蛋白合成的效率，并极大地降低其成本，从而在无细胞蛋白合成领域取得突破性进展，为蛋白的体外生产提供一个强有力、普适的技术平台。