一个用于可编程蛋白质进化的工业自动化实验室

《Nature Chemical Engineering》：An industrial automated laboratory for programmable protein evolution

连续蛋白进化自动化平台与新型遗传电路的协同创新为复杂蛋白功能设计提供新范式。通过构建iAutoEvoLab系统，实现高通量、低干预的蛋白质定向进化，成功开发生长耦合进化系统，将LldR乳酸敏感性和LmrA操纵子选择性提升3倍以上，最终获得具有mRNA加帽功能的CapT7蛋白，拓展了蛋白工程在生物制造和基因治疗中的应用边界。

　　

摘要

目前的蛋白质工程方法受到对序列-功能关系理解有限的制约，同时利用人工智能方法设计复杂蛋白质特性存在困难，且定向进化过程需要大量人力。为此，我们构建了一个工业级自动化平台，该平台具备高通量、高效率、高可靠性以及最小化人工干预的特点（可连续运行约1个月）。我们为OrthoRep连续进化系统开发了新的遗传电路，以实现具有多样性和复杂功能的蛋白质的协同进化。具体措施包括通过双重选择提高LldR对乳酸的敏感性，以及利用NIMPLY电路增强LmrA的特异性。我们将这些组件整合到一个名为iAutoEvoLab的集成实验系统中，成功将无活性的前体蛋白质进化为具有完整功能的实体，例如具备mRNA加帽功能的T7 RNA聚合酶融合蛋白CapT7，该蛋白可直接用于体外mRNA转录和哺乳动物实验。我们的系统是一种多功能蛋白质工程工具，有助于更深入地探究蛋白质功能的起源及其进化轨迹。