[go: up one dir, main page]

RU199182U1 - DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM - Google Patents

DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU199182U1
RU199182U1 RU2019140794U RU2019140794U RU199182U1 RU 199182 U1 RU199182 U1 RU 199182U1 RU 2019140794 U RU2019140794 U RU 2019140794U RU 2019140794 U RU2019140794 U RU 2019140794U RU 199182 U1 RU199182 U1 RU 199182U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction
cell
synthesis
reaction mixture
inlet
Prior art date
Application number
RU2019140794U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Бирюков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук (ИБ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук (ИБ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт белка Российской академии наук (ИБ РАН)
Priority to RU2019140794U priority Critical patent/RU199182U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU199182U1 publication Critical patent/RU199182U1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/02General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length in solution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/12Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/14Apparatus for enzymology or microbiology with means providing thin layers or with multi-level trays
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области молекулярной биологии и биотехнологии. Устройство для синтеза белков в бесклеточной системе содержит реакционную ячейку с первым и вторым пористыми барьерами, образующими объем с реакционной смесью. Насосы обеспечивают подачу раствора питающей смеси в реакционный объем и отвод раствора продуктов синтеза. Устройство дополнительно содержит внешнюю по отношению к реакционной ячейке жидкостную коммуникацию, которая соединяет вход и выход реакционного объема с помощью последовательно соединенных первого и второго крана и насоса. Данная жидкостная коммуникация позволяет обеспечить частичную или полную смену реакционной смеси в ячейке и продлить эффективный синтез целевых белков. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of molecular biology and biotechnology. The device for the synthesis of proteins in a cell-free system contains a reaction cell with the first and second porous barriers forming a volume with the reaction mixture. The pumps provide the supply of the feed mixture solution into the reaction volume and the removal of the solution of the synthesis products. The device additionally contains a liquid communication external with respect to the reaction cell, which connects the inlet and outlet of the reaction volume by means of the first and second valves and a pump connected in series. This fluid communication allows for partial or complete change of the reaction mixture in the cell and prolong the efficient synthesis of the target proteins. 6 c.p. f-ly, 1 dwg

Description

Полезная модель относится к молекулярной биологии и биотехнологии, и конкретно к устройствам для синтеза полипептидов и белков в бесклеточных системах.The utility model relates to molecular biology and biotechnology, and specifically to devices for the synthesis of polypeptides and proteins in cell-free systems.

Уровень техникиState of the art

Рассматриваемая полезная модель относится к устройствам для синтеза полипептидов и белков в бесклеточных системах. Конструкции устройств для бесклеточного синтеза проектируются с возможностью повышения эффективности синтеза.The considered utility model relates to devices for the synthesis of polypeptides and proteins in cell-free systems. The designs of devices for cell-free synthesis are designed with the possibility of increasing the efficiency of synthesis.

Один из способов увеличения эффективности синтеза основан на использовании принципа непрерывного обмена (CECF режим) компонентов питающей смеси с компонентами реакционной смеси бесклеточной системы через полупроницаемый барьер, выполненный из диализной мембраны, за счет диффузионного процесса (Choi et al. 1997; Yamane et al., 1998, Endo et al., 2005). Устройства, реализующие принцип непрерывного обмена компонентов питающей смеси с компонентами реакционной смеси, просты в изготовлении однако не обеспечивают возможности синтеза достаточного количества белка.One of the ways to increase the efficiency of synthesis is based on the use of the principle of continuous exchange (CECF mode) of the components of the feeding mixture with the components of the reaction mixture of the cell-free system through a semipermeable barrier made of dialysis membrane due to the diffusion process (Choi et al. 1997; Yamane et al., 1998, Endo et al., 2005). Devices that implement the principle of continuous exchange of the components of the feed mixture with the components of the reaction mixture are simple to manufacture, but do not provide the possibility of synthesizing a sufficient amount of protein.

Для повышения эффективности синтеза были разработаны устройства, которые реализовали принцип (CFCF), который состоит в формировании непрерывного отвода из реакционной смеси продуктов реакции и непрерывного восстановления исходной концентрации низкомолекулярных веществ, расходуемых в процессе синтеза (Алахов Ю.Б. и др. 1991, Spirin A.S. 1992, Alakhov et al., 1995, Бирюков и др., 2000, Бирюков и др. 2001).To increase the efficiency of the synthesis, devices were developed that implemented the (CFCF) principle, which consists in the formation of a continuous withdrawal of the reaction products from the reaction mixture and the continuous restoration of the initial concentration of low molecular weight substances consumed in the synthesis process (Alakhov Yu.B. et al. 1991, Spirin AS 1992, Alakhov et al., 1995, Biryukov et al., 2000, Biryukov et al. 2001).

Наиболее близким к заявляемому устройству являются варианты устройства для синтеза белков и полипептидов в бесклеточной системе, принятый за прототип описаный в патенте РФ №2148649. В данном патенте приведены варианты синтеза одного типа полипептида или белка в одном или нескольких параллельно соединенных реакционных объемах. При этом условия проведения синтеза в одном реакционном объеме или при параллельном соединении нескольких реакторов строго одинаковы, имеют один и тот же тип питающей смеси и аналогичный состав активных элементов осуществляющих трансляцию или транскрипцию/трансляцию в процессе биосинтеза. Увеличение эффективности синтеза происходит за счет суммирования синтезированных продуктов синтезированных в нескольких реакционных объемах.The closest to the claimed device are variants of the device for the synthesis of proteins and polypeptides in a cell-free system, taken as a prototype described in the patent of the Russian Federation No. 2148649. This patent describes variants of the synthesis of one type of polypeptide or protein in one or more parallel connected reaction volumes. In this case, the conditions for carrying out the synthesis in one reaction volume or with parallel connection of several reactors are strictly the same, they have the same type of feed mixture and a similar composition of active elements performing translation or transcription / translation in the process of biosynthesis. An increase in the efficiency of synthesis occurs due to the summation of the synthesized products synthesized in several reaction volumes.

В известных устройствах затруднена возможность увеличения времени биосинтеза белков за счет того, что со временем биосинтеза из реакционного объема вымываются компоненты бесклеточной системы, которые не входят в питающую смесь.In the known devices, it is difficult to increase the time of protein biosynthesis due to the fact that, with the time of biosynthesis, the components of the cell-free system that are not included in the feed mixture are washed out of the reaction volume.

Существует потребность в разработке новых устройств, которые позволяют увеличивать выход целевого продукта не за счет параллельного соединения нескольких реакторов, а за счет увеличения времени синтеза в одном объеме реакционной ячейки. Задача разработки полезной модели состоит в том, чтобы предоставить исследователю возможность наработки препаративного количества белка в процессе бесклеточного синтеза.There is a need to develop new devices that make it possible to increase the yield of the target product not due to the parallel connection of several reactors, but due to an increase in the synthesis time in one volume of the reaction cell. The task of developing a useful model is to provide a researcher with the possibility of producing a preparative amount of protein in the process of cell-free synthesis.

Целью разработки полезной модели является усовершенствование устройства для синтеза целевых полипептидов в эукариотических и прокариотических бесклеточных системах. Технические решения, приведенные в полезной модели, связаны с модификацией способа синтеза в режиме непрерывного потока (CFCF), в котором наряду с поддержанием процесса синтеза за счет ввода в реакционную смесь компонентов, поддерживающих синтез и вывода из реакционной смеси низкомолекулярных компонентов, ингибирующих синтез, осуществляют периодическую частичную или полную смену реакционной смеси.The purpose of the development of the utility model is to improve the device for the synthesis of target polypeptides in eukaryotic and prokaryotic cell-free systems. The technical solutions given in the utility model are associated with a modification of the synthesis method in continuous flow mode (CFCF), in which, along with maintaining the synthesis process by introducing components into the reaction mixture that support the synthesis and removing low molecular weight components that inhibit the synthesis from the reaction mixture, periodic partial or complete change of the reaction mixture.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении эффективности работы реактора и в обеспечении длительности процесса синтеза.The technical result to be achieved by the claimed utility model is to increase the efficiency of the reactor and to ensure the duration of the synthesis process.

Сущность технического решения полезной модели.The essence of the technical solution to the utility model.

Для достижения вышеуказанных целей объектом полезной модели является устройство для синтеза белков в бесклеточной системе, содержащее реакционную ячейку с первым и вторым пористыми барьерами, образующими объем с реакционной смесью, насосы обеспечивающие подачу раствора питающей смеси в реакционный объем и отвод раствора продуктов синтеза, емкости хранения растворов питающей смеси, высокомолекулярных продуктов синтеза, низкомолекулярных продуктов синтеза. Устройство дополнительно содержит внешнюю, по отношению к реакционной ячейке, жидкостную коммуникацию, которая соединяет вход и выход реакционного объема с помощью последовательно соединенных первого и второго крана и насоса. При этом выход реакционного объема подключен к выходу первого крана, первый вход которого подключен к первому входу второго крана, второй вход первого крана подключен к емкости для сбора отработанной реакционной смеси, второй вход второго крана подключен к емкости содержащей новую реакционную смесь. Выход второго крана соединен с входом насоса, который обеспечивает возможность перекачки новой реакционной смеси на вход реакционного объема ячейки.To achieve the above goals, the object of the utility model is a device for the synthesis of proteins in a cell-free system, containing a reaction cell with the first and second porous barriers forming a volume with the reaction mixture, pumps providing the supply of a solution of the feed mixture to the reaction volume and removal of the solution of synthesis products, storage tanks for solutions feeding mixture, high-molecular synthesis products, low-molecular synthesis products. The device additionally contains an external, in relation to the reaction cell, liquid communication, which connects the inlet and outlet of the reaction volume using series-connected first and second valves and a pump. The outlet of the reaction volume is connected to the outlet of the first tap, the first inlet of which is connected to the first inlet of the second tap, the second inlet of the first tap is connected to the tank for collecting the spent reaction mixture, the second inlet of the second tap is connected to the container containing the new reaction mixture. The outlet of the second valve is connected to the inlet of the pump, which allows pumping a new reaction mixture to the inlet of the reaction volume of the cell.

Другой аспект полезной модели связан с выбором параметров реакционной ячейки, где реакционный объем ячейки выбирают в пределах от 100 мкл до 10 мл, параметры первого пористого барьера выбирают в пределах 50-300 кД, предпочтительно, пределах 50-100 кД, размер пор второго пористого барьера выбирают в пределах 10-30 кД.Another aspect of the utility model is associated with the choice of the parameters of the reaction cell, where the reaction volume of the cell is chosen in the range from 100 μl to 10 ml, the parameters of the first porous barrier are selected in the range of 50-300 kDa, preferably, in the range of 50-100 kDa, the pore size of the second porous barrier choose in the range of 10-30 kDa.

Следующий аспект полезной модели связан с выбором условий проведения синтеза, где синтез проводят в диапазоне температур от +25 до +37°С, реакционную и питающую смеси сохраняют в диапазоне от +2 до +7°С.The next aspect of the utility model is associated with the choice of synthesis conditions, where the synthesis is carried out in the temperature range from +25 to + 37 ° C, the reaction and feed mixtures are kept in the range from +2 to + 7 ° C.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для синтеза белка, в котором осуществлена возможность частичной или полной смены реакционной смеси.FIG. 1 shows a block diagram of a device for protein synthesis, in which the possibility of partial or complete change of the reaction mixture is realized.

Описание полезной моделиDescription of the utility model

В процессе исследования и оптимизации устройств, позволяющих длительно синтезировать полипептиды и белки в бесклеточных системах, выяснилось, что за счет вымывания некоторых компонентов, входящих в состав реакционной смеси, в которой происходит бесклеточный синтез полипептидов и белков, через некоторый период времени эффективность синтеза снижается, несмотря на дополнительную подпитку реакционной смеси низкомолекулярными компонентами, которые вымываются из реакционной смеси в больших количествах.In the process of research and optimization of devices that allow for the long-term synthesis of polypeptides and proteins in cell-free systems, it turned out that due to the leaching of some components that make up the reaction mixture, in which cell-free synthesis of polypeptides and proteins occurs, after a certain period of time, the synthesis efficiency decreases, despite for additional feeding of the reaction mixture with low molecular weight components, which are washed out from the reaction mixture in large quantities.

Было обнаружено, что замена в реакционном объеме части или всей выработавшей свой ресурс реакционной смеси на свежий раствор реакционной смеси позволяет продолжить эффективный синтез белка. Смену реакционной смеси в рабочем объеме ячейки возможно осуществить за счет формирования внешней жидкостной коммуникации, которая позволяет переместить новую порцию реакционной смеси в рабочий объем ячейки.It was found that the replacement in the reaction volume of part or all of the exhausted reaction mixture with a fresh solution of the reaction mixture makes it possible to continue efficient protein synthesis. The change of the reaction mixture in the working volume of the cell can be carried out due to the formation of an external liquid communication, which makes it possible to move a new portion of the reaction mixture into the working volume of the cell.

Устройство полезной модели поясняется примером выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж.The device of the utility model is illustrated by an exemplary embodiment with reference to the attached drawing.

Для реализации данного технического решения устройство, для синтеза белков в бесклеточной системе, структурная схема которого приведена на фиг. 1 состоит из реакционной ячейки (1), в которой установлены первый (3) и второй (4) пористые барьеры, расстояние между внутренними поверхностями которых формирует рабочий объем (2), в котором осуществляется синтез полипептидов и белков. Ко входу (6) реакционной ячейки (1) подключены выходы насоса (10) и насоса (14). Насос (10) подает питающую смесь, размещенную в емкости (11). Насос (14) вместе с кранами (15) и краном (16) входит в состав внешней жидкостной коммуникации соединяющей вход (6) и выход (8) рабочего объема реакционной ячейки (1). Это позволяет подавать на вход (6) реакционной ячейки (1) через жидкостной кран (16) и насос (14) частичный или полный объем реакционной смеси, хранящейся в емкости (18) для смены отработавшей реакционной смеси в реакционном объеме (2) ячейки (1).To implement this technical solution, a device for the synthesis of proteins in a cell-free system, the structural diagram of which is shown in Fig. 1 consists of a reaction cell (1) in which the first (3) and the second (4) porous barriers are installed, the distance between the inner surfaces of which forms the working volume (2), in which the synthesis of polypeptides and proteins is carried out. Outlets of the pump (10) and pump (14) are connected to the input (6) of the reaction cell (1). The pump (10) delivers the feed mixture placed in the tank (11). The pump (14), together with the taps (15) and the tap (16), is part of the external fluid communication connecting the inlet (6) and outlet (8) of the working volume of the reaction cell (1). This makes it possible to supply to the inlet (6) of the reaction cell (1) through the liquid valve (16) and the pump (14) a partial or full volume of the reaction mixture stored in the vessel (18) for changing the spent reaction mixture in the reaction volume (2) of the cell ( 1).

Кроме этого, замкнутая внешняя жидкостная коммуникация подключенная ко входу (6) и выходу (8) реакционного объема (2) через краны (15) и (16) позволяет осуществить продольное (вдоль внутренней поверхности) пористых барьеров (3) и (4) перемещение реакционной смеси (вперед/назад) при смене реверса работы насоса (14). Это позволяет осуществить перемешивание реакционной смеси и частичное открытие пор пористых барьеров (3) и (4) в случаях, когда объем реакционной смеси мал и не позволяет вводить мешалки в объем (2) реакционной ячейки.In addition, a closed external fluid communication connected to the inlet (6) and outlet (8) of the reaction volume (2) through taps (15) and (16) allows longitudinal (along the inner surface) of porous barriers (3) and (4) to move reaction mixture (forward / backward) when changing the reverse of the pump (14). This makes it possible to stir the reaction mixture and partially open the pores of the porous barriers (3) and (4) in cases where the volume of the reaction mixture is small and does not allow introducing a stirrer into the volume (2) of the reaction cell.

Выход (5) реакционной ячейки (1) подключен к емкости (9) для слива низкомолекулярных фракций реакционной смеси, содержащих продукты распада образовавшихся в процессе синтеза. Выход (7) реакционной ячейки (1) подключен к входу насоса (12), выход которого соединен с емкостью (13), в которой собирается синтезируемый высокомолекулярный продукт в виде полипептидов и белков для последующей очистки и хранения. Выход (8) реакционной ячейки (1) подключен к жидкостному крану (15) через который отработанная реакционная смесь перемещается из рабочего объема (2) реакционной ячейки (1) в резервуар емкости (17) при заполнении объема (2) питающей смесью поступающей из емкости (11) с помощью насоса (10).The outlet (5) of the reaction cell (1) is connected to the tank (9) for draining the low molecular weight fractions of the reaction mixture containing the decomposition products formed during the synthesis. The outlet (7) of the reaction cell (1) is connected to the inlet of the pump (12), the outlet of which is connected to the reservoir (13), in which the synthesized high-molecular product in the form of polypeptides and proteins is collected for subsequent purification and storage. The outlet (8) of the reaction cell (1) is connected to a liquid tap (15) through which the spent reaction mixture moves from the working volume (2) of the reaction cell (1) to the reservoir of the vessel (17) when filling the volume (2) with the feed mixture coming from the vessel (11) with the pump (10).

Устройство работает следующим образом. На первом этапе осуществляют подготовку реакционной смеси и питающей смеси. В качестве примера, который включает, но не ограничивает вариантов подготовки и состава реакционной смеси и питающей смеси, возможно, использовать концентрации компонентов и состав смесей, как это описано в патенте РФ №2148649.The device works as follows. At the first stage, the reaction mixture and the feed mixture are prepared. As an example, which includes, but does not limit the options for the preparation and composition of the reaction mixture and the feed mixture, it is possible to use the concentrations of the components and the composition of the mixtures, as described in RF patent No. 2148649.

Синтез полипептидов и белков в реакционной ячейке проводят при температуре от +25 до +37°С. Питающую смесь подают в реакционную ячейку со скоростью, составляющей 1,5-2,0 внутреннего объема ячейки за 1 час. Проводят подпитку реакционной смеси питающей смесью. Проводят отбор продукта. В процессе синтеза анализируют уровень выхода синтезируемого продукта, например за счет измерения флуоресценции раствора (Бирюков С.В. и др. 2000).The synthesis of polypeptides and proteins in the reaction cell is carried out at a temperature from +25 to + 37 ° C. The feed mixture is fed into the reaction cell at a rate of 1.5-2.0 of the internal volume of the cell per 1 hour. The reaction mixture is fed with a feed mixture. Product selection is carried out. In the process of synthesis, the yield level of the synthesized product is analyzed, for example, by measuring the fluorescence of the solution (Biryukov S.V. et al. 2000).

Определяют время, после которого эффективность синтеза падает, несмотря на подпитку реакционной смеси питающей смесью. Переводят работу устройства в режим частичной или полной смены реакционной смеси в реакционном объеме. Для этого приостанавливают подачу питающей смеси, включают насос (14) и переключают кран (16) в положение, которое способствует подаче реакционной смеси из емкости (18) через включенный насос (14) на вход реакционного объема (2) реакционной ячейки (1). Для слива реакционной смеси из реакционного объема (2) переключают кран (15) в положение, когда с выхода реакционного объема (2) смесь поступает в емкость (17).Determine the time after which the efficiency of the synthesis falls, despite the feeding of the reaction mixture with the feed mixture. The operation of the device is transferred to the mode of partial or complete change of the reaction mixture in the reaction volume. To do this, the supply of the feed mixture is stopped, the pump (14) is turned on and the valve (16) is switched to a position that facilitates the supply of the reaction mixture from the container (18) through the switched on pump (14) to the inlet of the reaction volume (2) of the reaction cell (1). To drain the reaction mixture from the reaction volume (2), switch the valve (15) to the position when from the outlet of the reaction volume (2) the mixture enters the container (17).

Параметры первого пористого барьера выбирают в пределах 50-300 кД, предпочтительно, пределах 50-100 кД, размер пор второго пористого барьера выбирают в пределах 10-30 кД.The parameters of the first porous barrier are selected in the range of 50-300 kDa, preferably in the range of 50-100 kDa, the pore size of the second porous barrier is selected in the range of 10-30 kDa.

Реакционный объем ячейки выбирают в пределах от 100 мкл до 10 мл. Предпочтительной является конструкция модуля реактора, в которой осуществляют формирование тонких слоев реакционной смеси любой формы. Толщину слоя реакционной смеси выбирают в пределах от 0,1 до 10 мм из условия того, что при заданных площадях первого и второго пористых барьеров и выбранных размеров пор барьеров средняя скорость ввода питающей среды в реакционный объем обеспечивает ввод компонентов питающей смеси в максимально удаленные точки реакционной смеси за время, в течение которого концентрация питающей среды в удаленных точках снижается до допустимого уровня, а концентрация низкомолекулярных компонентов, ингибирующих процесс синтеза, не превышает допустимый уровень.The reaction volume of the cell is selected in the range from 100 μl to 10 ml. Preferred is the design of the reactor module, in which the formation of thin layers of the reaction mixture of any shape is carried out. The thickness of the layer of the reaction mixture is selected in the range from 0.1 to 10 mm from the condition that, given the areas of the first and second porous barriers and the selected pore sizes of the barriers, the average rate of feeding the feed medium into the reaction volume provides the input of the feed mixture components to the most distant points of the reaction mixture during the time during which the concentration of the nutrient medium at remote points decreases to an acceptable level, and the concentration of low molecular weight components that inhibit the synthesis process does not exceed the allowable level.

При этом реакционная смесь, хранящаяся в емкости (18) и питающая смесь, находящаяся в емкости (11), находятся в дополнительном термостате с температурой от +2 до +7°С.In this case, the reaction mixture stored in the tank (18) and the feed mixture in the tank (11) are in an additional thermostat with a temperature from +2 to + 7 ° C.

Предпочтительно, использовать дополнительное перемешивание в зоне реакционного объема. Такое перемешивание может быть обеспечено с помощью вращения магнитной мешалки. Дополнительно, за счет кратковременного включения насоса (12) в реверсивном режиме в процессе синтеза, возможно обеспечить очистку пор первого пористого барьера (3) которые забиваются в процессе синтеза.It is preferable to use additional stirring in the zone of the reaction volume. This stirring can be achieved by rotating a magnetic stirrer. Additionally, due to the short-term activation of the pump (12) in the reverse mode during the synthesis, it is possible to clean the pores of the first porous barrier (3), which are clogged during the synthesis.

Преимущество полезной модели состоит в том, что в период работы устройства его структура позволяет осуществлять:The advantage of the utility model is that during the operation of the device, its structure allows:

а) свободный ввод питающей среды в реакционные объемы, б) отвод низкомолекулярных продуктов, ингибирующих процесс синтеза, в) частичное или полное замещение реакционной смеси для поддержания синтеза, г) эффективную очистку пор пористых барьеров, д) снижение мертвых объемов в жидкостных коммуникациях для ввода/вывода высокомолекулярных и низкомолекулярных компонентов и продуктов синтеза, е) перемешивание реакционной смеси.a) free introduction of the nutrient medium into the reaction volumes, b) removal of low molecular weight products that inhibit the synthesis process, c) partial or complete replacement of the reaction mixture to maintain synthesis, d) effective cleaning of pores of porous barriers, e) reduction of dead volumes in liquid communications for injection / withdrawal of high molecular weight and low molecular weight components and synthesis products, f) stirring the reaction mixture.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить эффективность работы устройства, обеспечить более длительный процесс синтеза и удобство в эксплуатации.The proposed utility model improves the efficiency of the device, provides a longer synthesis process and ease of use.

Источники информацииSources of information

Choi С. et al. Method producing protein in a cell-free system: US Patent 5593856, U.S. Cl. - 435/68.1, Jan. 14 (1997).Choi C. et al. Method producing protein in a cell-free system: US Patent 5593856, U.S. Cl. - 435 / 68.1, Jan. 14 (1997).

Yamane T. et al. Synthesis of protein by cell-free protein synthetic system and apparatus therefor. JP Patent 10080295, IPC Cl. C12P 21/00 (31.03.1998).Yamane T. et al. Synthesis of protein by cell-free protein synthetic system and apparatus therefor. JP Patent 10080295, IPC Cl. C12P 21/00 (31.03.1998).

Endo Y. et al. Preparation containing cell extracts for synthesizing cell-free protein and means for synthesizing cell-free protein US Patent 6905843 IPC Cl. C12M 1/12 (2005-06-14)Endo Y. et al. Preparation containing cell extracts for synthesizing cell-free protein and means for synthesizing cell-free protein US Patent 6905843 IPC Cl. C12M 1/12 (2005-06-14)

Алахов Ю.Б. и др. Способ получения пептидов и белков в бесклеточной системе трансляции, Авт. свид. SU 1618761 Al, Int. Cl. С12Р 21/02, 07.01.91, Бюл. N1 (1991).Alakhov Y.B. and other Method of obtaining peptides and proteins in a cell-free translation system, Ed. wit. SU 1618761 Al, Int. Cl. С12Р 21/02, 07.01.91, Bull. N1 (1991).

Spirin A.S. Cell-Free Protein Synthesis Bioreactor, from Frontiers in Bioprocessing II, 31-43, Editors: Todd P. et al., Amer. Chem. Soc. (1992).Spirin A.S. Cell-Free Protein Synthesis Bioreactor, from Frontiers in Bioprocessing II, 31-43, Editors: Todd P. et al., Amer. Chem. Soc. (1992).

Alakhov Yu. B. et al. Method of preparing polypeptides in a cell-free translation system: US Patent 5478730, U.S. Cl. - 435/68.1, Dec. 26 (1995).Alakhov Yu. B. et al. Method of preparing polypeptides in a cell-free translation system: US Patent 5478730, U.S. Cl. - 435 / 68.1, Dec. 26 (1995).

Бирюков С.В. и др. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИПЕПТИДОВ В БЕСКЛЕТОЧНОЙ СИСТЕМЕ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Патент РФ №2148649, С12Р 21/00 (10.05.2000).Biryukov S.V. and others. METHOD FOR OBTAINING POLYPEPTIDES IN A CELLLESS SYSTEM (VERSIONS) AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION RF Patent No. 2148649, С12Р 21/00 (10.05.2000).

Бирюков С.В. и др. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИПЕПТИДОВ В БЕСКЛЕТОЧНОЙ СИСТЕМЕ Патент РФ 2169154, C07K 1/04 (20.06.2001).Biryukov S.V. and others. METHOD FOR OBTAINING POLYPEPTIDES IN A CELLLESS SYSTEM RF Patent 2169154, C07K 1/04 (20.06.2001).

Claims (7)

1. Устройство для синтеза белков в бесклеточной системе, содержащее реакционную ячейку (1) с первым (3) и вторым (4) пористыми барьерами, где реакционный объем (2) с реакционной смесью образован между внутренними поверхностями указанных барьеров, емкость (11) хранения питающей смеси, соединенную через насос (10), обеспечивающий подачу раствора питающей смеси, с входом (6) реакционного объема (2), емкость (13) хранения высокомолекулярных продуктов синтеза, соединенную через насос (12), обеспечивающий отвод высокомолекулярных продуктов синтеза в виде полипептидов и белков, с выходом (7) реакционной ячейки (1), емкость (9) для слива низкомолекулярных фракций реакционной смеси, соединенную с выходом (5) реакционной ячейки (1), отличающееся тем, что дополнительно содержит внешнюю по отношению к реакционной ячейке (1) жидкостную коммуникацию, которая соединяет вход (6) и выход (8) реакционного объема (2) с помощью последовательно соединенных первого (15) и второго (16) кранов и насоса (14), при этом выход (8) реакционного объема подключен к выходу первого крана (15), первый вход которого подключен к первому входу второго крана (16), второй вход первого крана (15) подключен к емкости (17) для сбора отработанной реакционной смеси, второй вход второго крана (16) подключен к емкости (18), содержащей новую реакционную смесь, где выход второго крана (16) соединен со входом насоса (14), который обеспечивает возможность перекачки новой реакционной смеси в реакционный объем (2) реакционной ячейки (1).1. A device for the synthesis of proteins in a cell-free system, containing a reaction cell (1) with the first (3) and second (4) porous barriers, where the reaction volume (2) with the reaction mixture is formed between the inner surfaces of these barriers, storage capacity (11) feed mixture connected through a pump (10), providing the supply of a solution of the feed mixture, with the inlet (6) of the reaction volume (2), a container (13) for storing high-molecular-weight synthesis products connected through a pump (12), providing removal of high-molecular synthesis products in the form polypeptides and proteins, with the outlet (7) of the reaction cell (1), a container (9) for draining low molecular weight fractions of the reaction mixture, connected to the outlet (5) of the reaction cell (1), characterized in that it additionally contains an external in relation to the reaction cell (1) liquid communication, which connects the inlet (6) and outlet (8) of the reaction volume (2) using the first (15) and second (16) taps and pump (14) connected in series, wherein the outlet (8) of the reaction volume is connected to the outlet of the first tap (15), the first inlet of which is connected to the first inlet of the second tap (16), the second inlet of the first tap (15) is connected to the container (17) for collecting the spent reaction mixture, the second the inlet of the second valve (16) is connected to the vessel (18) containing the new reaction mixture, where the outlet of the second valve (16) is connected to the inlet of the pump (14), which provides the possibility of pumping the new reaction mixture into the reaction volume (2) of the reaction cell (1 ). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реакционный объем (2) ячейки составляет от 100 мкл до 10 мл.2. A device according to claim 1, characterized in that the reaction volume (2) of the cell is from 100 μl to 10 ml. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реакционный объем (2) ячейки содержит магнитную мешалку.3. A device according to claim 1, characterized in that the reaction volume (2) of the cell contains a magnetic stirrer. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый (3) и второй (4) пористые барьеры выполнены из плоских мембран.4. The device according to claim. 1, characterized in that the first (3) and second (4) porous barriers are made of flat membranes. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размер пор первого (3) пористого барьера составляет 50-300 кД.5. A device according to claim 1, characterized in that the pore size of the first (3) porous barrier is 50-300 kDa. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, предпочтительно, размер пор первого (3) пористого барьера составляет 50-100 кД.6. A device according to claim 1, characterized in that, preferably, the pore size of the first (3) porous barrier is 50-100 kDa. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размер пор второго (4) пористого барьера составляет 10-30 кД.7. The device according to claim 1, characterized in that the pore size of the second (4) porous barrier is 10-30 kDa.
RU2019140794U 2019-12-10 2019-12-10 DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM RU199182U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140794U RU199182U1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140794U RU199182U1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU199182U1 true RU199182U1 (en) 2020-08-19

Family

ID=72086621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019140794U RU199182U1 (en) 2019-12-10 2019-12-10 DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU199182U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025051728A1 (en) * 2023-09-04 2025-03-13 Vito Nv Peptides, peptidic nucleic acids (pna) and oligonucleotides synthesis assisted by membrane extraction

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1441787A1 (en) * 1987-04-29 1990-09-23 Институт Белка Ан Ссср Method of producing peptides and proteins in cell-less translation system
RU2148649C1 (en) * 1998-03-31 2000-05-10 Институт белка РАН Method and apparatus for preparing polypeptides in acellular system (versions)
RU2169154C2 (en) * 1999-03-25 2001-06-20 Институт белка РАН Method of synthesis of polypeptides in cell-free system
RU2217492C2 (en) * 1997-07-31 2003-11-27 Роше Диагностикс Гмбх Method and device for realization of biochemical reactions
RU88021U1 (en) * 2009-05-21 2009-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "БИОССЕТ" DEVICE FOR SYNTHESIS OF OLIGO (POLY) OF NUCLEOTIDES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1441787A1 (en) * 1987-04-29 1990-09-23 Институт Белка Ан Ссср Method of producing peptides and proteins in cell-less translation system
RU2217492C2 (en) * 1997-07-31 2003-11-27 Роше Диагностикс Гмбх Method and device for realization of biochemical reactions
RU2148649C1 (en) * 1998-03-31 2000-05-10 Институт белка РАН Method and apparatus for preparing polypeptides in acellular system (versions)
RU2169154C2 (en) * 1999-03-25 2001-06-20 Институт белка РАН Method of synthesis of polypeptides in cell-free system
RU88021U1 (en) * 2009-05-21 2009-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "БИОССЕТ" DEVICE FOR SYNTHESIS OF OLIGO (POLY) OF NUCLEOTIDES

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025051728A1 (en) * 2023-09-04 2025-03-13 Vito Nv Peptides, peptidic nucleic acids (pna) and oligonucleotides synthesis assisted by membrane extraction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bareither et al. A review of advanced small‐scale parallel bioreactor technology for accelerated process development: Current state and future need
EP0699101B1 (en) Particle settler for use in mammalian cell culture
RU2148649C1 (en) Method and apparatus for preparing polypeptides in acellular system (versions)
RU199182U1 (en) DEVICE FOR PROTEIN SYNTHESIS IN A CELLLESS SYSTEM
AU2012346473B2 (en) Purification and separation treatment assembly (pasta) for biological products
KR102739324B1 (en) Connected perfusion versus continuous-flow stirred-tank reactor cell culture system
JP2014527808A (en) Single container manufacturing of biological products
WO2020162036A1 (en) Culturing device and culturing method
AU2022281134A1 (en) Optimised bio-electrochemical reactor, in particular for degradation of the chemical oxygen demand of an effluent
JP2022534726A (en) Microbial growth bioreactor
Knez et al. Exploiting the pressure effect on lipase‐catalyzed wax ester synthesis in dense carbon dioxide
RU2710967C2 (en) Method for detachable-topping fermentation with high cell density
CA2568646A1 (en) Liquid/gas phase exposure reactor for cell cultivation
CN103613214A (en) Movable type biogas slurry concentrating integrated equipment
RU2593943C1 (en) Apparatus for synthesis of oligo(poly)nucleotides
CN102199538A (en) Non-stirred bioreactor
JPS60259179A (en) Cell culture tank and cell culture method
EP4056671A1 (en) Method for operating a bioprocess installation
KR101323560B1 (en) Bioreactor
RU170584U1 (en) DEVICE FOR SYNTHESIS OF OLIGO (POLY) OF NUCLEOTIDES
US20200199504A1 (en) Apparatus and method for bioprocessing
US20160097073A1 (en) Purification and separation treatment assembly (pasta) for biological products
JPH03172170A (en) Method for cell culture and system therefor
RU2490057C2 (en) Physical-chemical conversions of liquid-phase media
SU1308302A1 (en) Method of determining biomass of zooplankton