무세포 단백질 합성 시스템(Cell-free Protein Synthesis System)(이하 CFPS)는 세포배양을 하지 않고 타겟 유전자를 합유하는 DNA template, 세포추출물, 핵산, 아미노산, 에너지원, 완충용액 등을 이용하여 타겟 단백질을 합성하는 시스템입니다.

 

[ CFPS overview ] 

 단백질 합성을 위해 요구되는 리보좀, 번역인자 등의 단백질 생합성 기구는 유전자 재조합 생산을 통해 각각 준비한 후 재구성 할 수도 있습니다. 그러나 준비과정의 복잡성과 비용 등의 문제로 인해 현재는 세포파쇄 후 고속원심 분리과정을 통해 세포벽 성분 등의 불용성 성분을 제거한 세포 파쇄액이 무세포 단백질 합성 반응을 위해 통상적으로 사용됩니다. 세포 파쇄액을 얻기 위한 세포로서 대장균, 밀배아, 토끼망상적혈구 등이 발현되는 단백질의 특성에 맞추어 사용되고 있으며 세포 확보 의 용이성과 세포 파쇄액 성능의 재현성 등의 이유로 인해 대장균 세포 유래의 파쇄액이 널리 이용되어지고 있습니다. 

▶ 무세포 단백질 합성 시스템의 장점 

1) 살아있는 세포에서는 단백질의 농도가 증가하면, 해당 단백질의 생산을 억제하기 위한 메커니즘이 발동하기 때문에 원하는 단백질의 생산량을 증가시키는 것이 어렵습니다. 그러나 무세포 단백질 합성 시스템에서는 이러한 현상이 발생하지 않아 단백질 생산량을 효과적으로 증가시킬 수 있습니다.

2) 세포 배양시간이 필요없기 때문에 짧은 시간에 목적 단백질을 얻을 수 있습니다.

3) 목적 단백질의 분해나 변형이 발생할 가능성이 희박하여 원하는 단백질을 정확하게 합성할 수 있습니다.

4) 생성된 단백질의 분리, 정제가 용이합니다. DNA template의 말단에 His-tag를 도입하여 합성된 단백질을 컬럼을 이용하여 손쉽게 분리, 정제할 수 있습니다.

5) 세포 내에서는 도입이 불가능한 비천연 아미노산을 도입할 수 있습니다.

6) 세포에서 생성되는 독성물질, 감염성 물질로부터의 오염없이 안전하게 순수한 단백질을 합성할 수 있습니다.

이러한 무세포 단백질 합성 시스템은 protein chip, functional genomics, structural genomis, 의약품 screening 등의 분야에서 응용됩니다.