Energizando la síntesis de proteínas sin células mediante el metabolismo de la glucosa

En las reacciones tradicionales de síntesis de proteínas sin células, la fuente de energía (típicamente fosfoenolpiruvato (PEP) o fosfato de creatina) es el sustrato más costoso. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones biotecnológicas, la glucosa es el sustrato comercial preferido. Los intentos anteriores de utilizar glucosa en reacciones de síntesis de proteínas sin células han sido infructuosos. Ahora hemos desarrollado una reacción de síntesis de proteínas sin células donde el PEP es reemplazado por glucosa o glucosa-6-fosfato (G6P) como fuente de energía, lo que permite que estas reacciones compitan más eficazmente con las tecnologías de producción de proteínas in vivo. Demostramos altos rendimientos de proteínas en una reacción simple en formato por lotes a través del control de pH y la mitigación de la limitación de fosfato. Las reacciones de G6P pueden producir altos niveles de proteínas (aproximadamente 700 microg/mL de acetiltransferasa de cloranfenicol (CAT)) cuando se estabiliza el pH mediante el reemplazo del tampón HEPES por Bis-Tris. La síntesis de proteínas con glucosa como fuente de energía también es posible, y se observan rendimientos de CAT de aproximadamente 550 mug/mL cuando se agregan 10 mM de fosfato para aliviar las limitaciones de fosfato y se aumenta la concentración del tampón Bis-Tris para estabilizar el pH. Al seguir la radiactividad de U-(14)C-glucosa, encontramos que la glucosa se metaboliza principalmente a los productos anaeróbicos, acetato y lactato. La capacidad de utilizar glucosa como fuente de energía en reacciones sin células es importante no solo para la generación de ATP económica durante la síntesis de proteínas, sino también como un ejemplo de cómo los sistemas biológicos complejos pueden ser entendidos y explotados a través de la biología sin células.