模擬微重力通過優化沉降促進 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

長期太空任務中，宇航員健康面臨巨大風險，醫療資源受限于有效載荷和藥物穩定性，且微重力等環境會損害免疫系統。

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

此外，微重力會影響生物分子自組裝（如蛋白質結晶、病毒組裝）和生化反應（如酶活性、DNA聚合酶保真性），但對無細胞轉錄翻譯（TXTL）系統的影響剛起步研究。

二、研究目的

探究模擬微重力（s-µg）對無細胞系統生產噬菌體T7的影響，重點分析轉錄、翻譯和自組裝三個關鍵過程，評估TXTL輔助太空按需生物制造的可行性。

三、實驗方法

1. 模擬微重力裝置：使用回轉器模擬微重力，通過持續旋轉抵消重力向量，對照組為靜態環境（1-g）。【例如北京基爾比生物公司研制生產的應用于微生物的微重力模擬系統】

2. 實驗體系：將T7噬菌體DNA與大腸桿菌無細胞提取物（TXTL試劑）混合，在PTFE管中進行反應，體積為20-50 µL。

3. 檢測方法：通過噬菌斑測定計數感染性噬菌體；透射電鏡（TEM）觀察噬菌體形態；免疫斑點雜交定量主要衣殼蛋白；質譜分析T7蛋白質組；qPCR檢測T7基因組拷貝數。

四、核心研究結果

1. 噬菌體產量提升：模擬微重力下，感染性T7噬菌體顆粒數量顯著增加，3小時時產量為靜態對照組的3.3倍，且整體具有統計學顯著性（p=0.033）。

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

3. 自組裝增強：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，結合蛋白和DNA含量無差異的結果，證實產量提升源于自組裝效率增強。

4. 結果穩健性：在不同實驗條件（如TXTL試劑批次、溫度、PEG濃度）下，模擬微重力增強噬菌體生產的現象仍較穩定，僅高PEG濃度（4.5%）因粘度影響混合效率時無顯著差異。

五、結論與展望

模擬微重力通過減少沉降促進T7噬菌體的自組裝，而非增強合成過程，這一發現支持了無細胞合成實現“太空藥房”的可能性。未來需進一步研究真實太空條件（如輻射）對該系統的影響，同時可通過抑制沉降（如回轉、振蕩）優化地球無細胞自組裝產物的生產。

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