模拟微重力通过优化沉降促进 T7 噬菌体的自组装

一、研究背景与意义

长期太空任务中，宇航员健康面临巨大风险，医疗资源受限于有效载荷和药物稳定性，且微重力等环境会损害免疫系统。

北京基尔比-类器官与器官芯片

 

按需生物制造（如利用无细胞转录翻译系统从DNA快速合成噬菌体等治疗剂）被视为解决太空医疗问题的潜在方案，但其在太空条件下的合成与组装机制尚不明确。

此外，微重力会影响生物分子自组装（如蛋白质结晶、病毒组装）和生化反应（如酶活性、DNA聚合酶保真性），但对无细胞转录翻译（TXTL）系统的影响刚起步研究。

二、研究目的

探究模拟微重力（s-µg）对无细胞系统生产噬菌体T7的影响，重点分析转录、翻译和自组装三个关键过程，评估TXTL辅助太空按需生物制造的可行性。

北京基尔比生物公司研制生产的应用于微生物的微重力培养系统

三、实验方法

1. 模拟微重力装置：使用回转器模拟微重力，通过持续旋转抵消重力向量，对照组为静态环境（1-g）。 【例如北京基尔比生物公司研制生产的应用于微生物的微重力培养系统】

2. 实验体系：将T7噬菌体DNA与大肠杆菌无细胞提取物（TXTL试剂）混合，在PTFE管中进行反应，体积为20-50 µL。

3. 检测方法：通过噬菌斑测定计数感染性噬菌体；透射电镜（TEM）观察噬菌体形态；免疫斑点杂交定量主要衣壳蛋白；质谱分析T7蛋白质组；qPCR检测T7基因组拷贝数。

四、核心研究结果

1. 噬菌体产量提升：模拟微重力下，感染性T7噬菌体颗粒数量显著增加，3小时时产量为静态对照组的3.3倍，且整体具有统计学显著性（p=0.033）。

2. 合成过程无差异：免疫斑点杂交、质谱分析显示，两组的主要衣壳蛋白及T7全蛋白质组含量无显著差异；qPCR也未检测到T7基因组拷贝数的差异，说明转录和翻译过程未受微重力影响。

3. 自组装增强：透射电镜显示，模拟微重力组完整噬菌体颗粒更多，不完整组装体更少，结合蛋白和DNA含量无差异的结果，证实产量提升源于自组装效率增强。

4. 结果稳健性：在不同实验条件（如TXTL试剂批次、温度、PEG浓度）下，模拟微重力增强噬菌体生产的现象仍较稳定，仅高PEG浓度（4.5%）因粘度影响混合效率时无显著差异。

五、结论与展望

模拟微重力通过减少沉降促进T7噬菌体的自组装，而非增强合成过程，这一发现支持了无细胞合成实现“太空药房”的可能性。未来需进一步研究真实太空条件（如辐射）对该系统的影响，同时可通过抑制沉降（如回转、振荡）优化地球无细胞自组装产物的生产。

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