模擬微重力通過優(yōu)化沉降促進(jìn) T7 噬菌體的自組裝

來源：北京基爾比生物科技有限公司 2025年07月24日 16:53

一、研究背景與意義

長(zhǎng)期太空任務(wù)中，宇航員健康面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)，醫(yī)療資源受限于有效載荷和藥物穩(wěn)定性，且微重力等環(huán)境會(huì)損害免疫系統(tǒng)。

按需生物制造（如利用無細(xì)胞轉(zhuǎn)錄翻譯系統(tǒng)從DNA快速合成噬菌體等治療劑）被視為解決太空醫(yī)療問題的潛在方案，但其在太空條件下的合成與組裝機(jī)制尚不明確。

此外，微重力會(huì)影響生物分子自組裝（如蛋白質(zhì)結(jié)晶、病毒組裝）和生化反應(yīng)（如酶活性、DNA聚合酶保真性），但對(duì)無細(xì)胞轉(zhuǎn)錄翻譯（TXTL）系統(tǒng)的影響剛起步研究。

二、研究目的

探究模擬微重力（s-µg）對(duì)無細(xì)胞系統(tǒng)生產(chǎn)噬菌體T7的影響，重點(diǎn)分析轉(zhuǎn)錄、翻譯和自組裝三個(gè)關(guān)鍵過程，評(píng)估TXTL輔助太空按需生物制造的可行性。

三、實(shí)驗(yàn)方法

1. 模擬微重力裝置：使用回轉(zhuǎn)器模擬微重力，通過持續(xù)旋轉(zhuǎn)抵消重力向量，對(duì)照組為靜態(tài)環(huán)境（1-g）。【例如北京基爾比生物公司研制生產(chǎn)的應(yīng)用于微生物的微重力模擬系統(tǒng)】

2. 實(shí)驗(yàn)體系：將T7噬菌體DNA與大腸桿菌無細(xì)胞提取物（TXTL試劑）混合，在PTFE管中進(jìn)行反應(yīng)，體積為20-50 µL。

3. 檢測(cè)方法：通過噬菌斑測(cè)定計(jì)數(shù)感染性噬菌體；透射電鏡（TEM）觀察噬菌體形態(tài)；免疫斑點(diǎn)雜交定量主要衣殼蛋白；質(zhì)譜分析T7蛋白質(zhì)組；qPCR檢測(cè)T7基因組拷貝數(shù)。

四、核心研究結(jié)果

1. 噬菌體產(chǎn)量提升：模擬微重力下，感染性T7噬菌體顆粒數(shù)量顯著增加，3小時(shí)時(shí)產(chǎn)量為靜態(tài)對(duì)照組的3.3倍，且整體具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（p=0.033）。

2. 合成過程無差異：免疫斑點(diǎn)雜交、質(zhì)譜分析顯示，兩組的主要衣殼蛋白及T7全蛋白質(zhì)組含量無顯著差異；qPCR也未檢測(cè)到T7基因組拷貝數(shù)的差異，說明轉(zhuǎn)錄和翻譯過程未受微重力影響。

3. 自組裝增強(qiáng)：透射電鏡顯示，模擬微重力組完整噬菌體顆粒更多，不完整組裝體更少，結(jié)合蛋白和DNA含量無差異的結(jié)果，證實(shí)產(chǎn)量提升源于自組裝效率增強(qiáng)。

4. 結(jié)果穩(wěn)健性：在不同實(shí)驗(yàn)條件（如TXTL試劑批次、溫度、PEG濃度）下，模擬微重力增強(qiáng)噬菌體生產(chǎn)的現(xiàn)象仍較穩(wěn)定，僅高PEG濃度（4.5%）因粘度影響混合效率時(shí)無顯著差異。

五、結(jié)論與展望

模擬微重力通過減少沉降促進(jìn)T7噬菌體的自組裝，而非增強(qiáng)合成過程，這一發(fā)現(xiàn)支持了無細(xì)胞合成實(shí)現(xiàn)“太空藥房”的可能性。未來需進(jìn)一步研究真實(shí)太空條件（如輻射）對(duì)該系統(tǒng)的影響，同時(shí)可通過抑制沉降（如回轉(zhuǎn)、振蕩）優(yōu)化地球無細(xì)胞自組裝產(chǎn)物的生產(chǎn)。

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