En effet, les rendements obtenus avec les systèmes cell-free sont encore plus élevés qu'avec les systèmes E. Coli, notamment pour les protéines difficiles à exprimer, comme les protéines membranaires, cytotoxiques ou encore instables.
Pour illustrer cela, des systèmes cell-free, complétés par des vésicules dérivées de membranes internes E. coli, ont été utilisés pour produire deux transporteurs à membranes intégrales complexes: la perméase de mannitol à six membranes (MtlA) et la pompe tétracycline à douze membranes (TetA), sans utiliser de détergents ou d’étapes de repliement des protéines.
Résultats ? : Les deux transporteurs d'E. Coli MtlA et TetA ont été produits à des rendements respectifs de 130 ± 30 µg/mL et 570 ± 50 µg/mL (Wuuu et al., 2008). Soit des rendements 60 à 400 fois plus élevés que ceux habituellement obtenus dans les systèmes cellulaires !
Ainsi, il est maintenant fréquent d’avoir des rendements d'expression en systèmes cell-free élevés (supérieurs à 0,5 g/L), et les meilleures résultats peuvent atteindre 2g/L et jusqu’à 100 g/L pour la valeur connue la plus haute ! Ces rendements d'expression élevés ont été obtenus grâce à des systèmes d’expression cell-free utilisant un métabolisme optimisé, dotés d’une régénération énergétique améliorée et d’un recyclage des sous-produits. Par exemple, jusqu'à 1,7 g/L de chloramphénicol acétyltransférase et 2,3 g/L d'une protéine reporter deGFP ont été synthétisés à partir de maltodextrine ou de maltose pour recycler le phosphate inorganique et régénérer l'ATP (Kim et al, 2011 ; Cashera et al, 2013).
Source: Protéines « Thromboplastine » et « Récepteur à la bradykinin 2 ». Système acellulaire Synthelis Vs. système cellulaire.Source: Protéine « Bak » Svetlana Nedelkina, Isa Gokce, Helen Ridley, Céline Weckerle, Thierry Magnin, François Vallette, Franc Pattus, Jeremy H. Lakey, Burkhard Bechinger , High-yield expression and purification of soluble forms of the anti-apoptotic Bcl-xL and Bcl-2 as TolAIII-fusion proteins, Elsevier, Protein Expression and Purification 60 (2008) 214–220.
Auteurs & sources:
Carlson E.D., Gan R., Hodgman C.E., Jewett M.C. 2012. Cell-free protein synthesis:Applications come of age. Biotechnology Advances 30:1185–1194.
Caschera F., Noireaux V. 2013. Synthesis of 2.3 mg/ml of protein with an all Escherichia Coli cell-free transcription-translation system. Biochimie 1-7.
Kim H.C., Kim T.W., Kim D.M. 2011. Prolonged production of proteins in a cell-free protein synthesis system using polymeric carbohydrates as an energy source. Process Biochem 46:1366–1369.
Li J., Lawton T.J., Kostecki J.S., Nisthal A., Fang J., Mayo S.L., Rosenzweig A.C., Jewett M.C. 2016. Cell-free protein synthesis enables high yielding synthesis of an active multicopper oxidase. Biotechnology Journal 11.
Wuu J.J., Swartz J.R. 2008. High yield cell-free production of integral membrane proteins without refolding or detergents. Biochimica y Biophysica Acta 1778 1237–1250.
Zawada J.F, Yin G., Steiner A.R., Yang J., Naresh A., Roy S.M., Gold D.S., Heinsohn H.G., Murray C.J. 2011. Microscale to manufacturing scale-up of cell-free cytokineproduction – A new approach for shortening protein production developmenttimelines. Biotechnology Bioeng 108(7):1570-1578.
François Vallette, Franc Pattus, Jeremy H. Lakey, Burkhard Bechinger , High-yield expression and purification of soluble forms ofthe anti-apoptotic Bcl-xL and Bcl-2 as TolAIII-fusion proteins, Elsevier, Protein Expression and Purification 60 (2008) 214–220.