[发明专利]一种用于无细胞蛋白质连续合成的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于无细胞蛋白质连续合成的装置及相应的合成方法，该装置包括：液体提供单元、气体提供单元、微型套管膜反应单元、控温单元、和蛋白质纯化单元。液体提供单元、气体提供单元、蛋白质纯化单元分别与微型套管膜反应单元连接，控温单元控制微型套管膜反应单元的反应温度，蛋白质纯化单元纯化微型套管膜反应单元排出的反应产物。本连续合成装置及使用其的方法具有蛋白质合成效率高、表达量灵活可控、氧气浓度可控、气体传质速度快、易与后续蛋白质纯化集成等优点，同时，该方法具有很好的普适性和生物相容性，可用于抗体、疫苗、多肽、酶等多种蛋白质合成。

技术领域

本发明属于生物反应系统技术领域，尤其涉及一种用于无细胞蛋白质连续合成的装置和方法。

背景技术

近年来，无细胞蛋白合成(cell-free protein synthesis，CFPS)作为一种新型的蛋白质合成方法，展现出巨大的潜力和应用前景。该蛋白质合成系统的主要组分包括具有基本转录和翻译功能的粗提取物、DNA模板、能量再生物质、辅因子和无机盐等。特别地，与自然状态下活细胞合成蛋白质不同，无细胞蛋白合成体系发生在一个开放的世界，不受细胞膜的限制，这不仅允许无细胞蛋白体系合成对细胞活性有害的蛋白质，还使基因更容易被编辑和蛋白质合成过程更好监控，极大地增加了蛋白质合成过程的灵活性。因此，无细胞合成体系具有比活细胞合成方法更快的蛋白质表达率、更高的蛋白质产量和可合成更复杂的蛋白质。

目前，已有多种反应器被应用于无细胞蛋白质合成过程。间歇式反应器由于操作简单、规模小，在无细胞合成中得到了广泛的应用。氧气作为三磷酸腺苷(ATP)再生系统中的关键组分，对ATP的再生过程有着重要的影响。氧供应不足降低ATP再生速率，增加脱氧核糖核酸(DNA)转录-翻译时间，从而降低蛋白质产量和合成效率。同时，蛋白质合成过程中产生的二氧化碳也可能抑制代谢过程，影响蛋白质表达。因此，无细胞合成过程中气体的扩散速率影响了蛋白质的产量和合成速率。然而，间歇反应器气液传质性能差，放大困难，将会降低了蛋白质的产量和表达率，同时，该过程操作繁琐，限制了其在无细胞蛋白质合成中的应用。而微反应器作为一种新兴的反应器，以其良好的传质性能和过程连续可控等优点受到研究者的广泛关注，具有传质距离短，合成过程连续，比间歇反应器蛋白质产率高等优点。本专利提出的微型套管膜反应器用于无细胞蛋白质合成过程，除了具有传统微反应器特点外，还可以把气体和反应底物分隔开，避免气体和反应底物的直接接触，气体浓度和反应底物流量可以随时进行改变。该反应器用于无细胞蛋白质合成具有灵活和高效的特点，可实现蛋白质的按需合成。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是利用微型套管膜反应器的高透气性提高气体传质速度，精准地控制无细胞合成过程中的气体浓度和流量，并结合连续流动合成的方式，实现无细胞蛋白质的灵活、高效和按需合成。同时，通过合成抗体、类病毒颗粒、抗菌肽和疫苗等四种代表性的蛋白质，证明该蛋白质合成方法的普适性。

用于解决技术问题的方法

针对上述问题，本发明提出了一种用于无细胞蛋白连续合成的装置和方法。

根据本发明的一个实施方案，提供一种用于无细胞蛋白质连续合成的装置，其包括：液体提供单元、气体提供单元、微型套管膜反应单元、控温单元、和蛋白质纯化单元。液体提供单元、气体提供单元、蛋白质纯化单元分别与微型套管膜反应单元连接，控温单元控制微型套管膜反应单元的反应温度，蛋白质纯化单元纯化微型套管膜反应单元排出的反应产物。

一种实施方式为，所述液体提供单元采用液体输送泵输送液体，液体输送泵选自注射泵、平流泵、蠕动泵或其他可以精准控制流速的泵。

一种实施方式为，液体提供单元将液体反应原料输送到套管膜反应单元中，套管膜反应单元所用膜为中空纤维膜，液体反应原料在中空膜中反应。