编辑推荐：
为解决微型细胞（minicells）中靶蛋白浓度难以提高的问题，研究人员开展了操控亚细胞蛋白定位以增强微型细胞中靶蛋白积累的研究。结果发现微型细胞能积累更多异源蛋白，通过融合极性定位信号可提升积累量。该研究为优化微型细胞应用提供了框架。
在生物技术蓬勃发展的当下，细菌作为重组蛋白生产的 “得力干将”，被广泛应用于医疗、生物能源、环境可持续性等诸多领域。然而，直接将工程菌投入实际治疗或环境场景时，其不受控制的繁殖带来了严重的安全隐患。微型细胞作为一种特殊的细菌衍生结构，逐渐进入科研人员的视野。它是细菌通过异常细胞分裂产生的小囊泡，保留了除染色体 DNA 之外的所有亲代细胞成分，这一特性使得微型细胞在众多应用中极具潜力，比如作为疫苗载体激发免疫反应、充当生物反应器合成化合物，以及实现靶向药物递送等。
但目前微型细胞在实际应用中面临着一个关键挑战：如何提高靶蛋白在微型细胞内的积累量。要知道，高浓度的靶蛋白对于酶替代疗法、靶向药物递送等治疗手段，以及生物修复、生物传感和工业生物生产等领域都至关重要。若能解决这一问题，微型细胞在生物技术领域的应用将更加广泛和高效。
基于此，庆北国立大学（Kyungpook National University）等机构的研究人员展开了深入研究。他们通过删除大肠杆菌（Escherichia coli）中的 minCD 基因，构建了能产生微型细胞的菌株，并对微型细胞与亲代细胞的蛋白质组进行了详细分析，同时探索了多种增强靶蛋白在微型细胞中积累的策略。研究发现，微型细胞主要包含亲代细胞合成的蛋白质，且蛋白质组呈现不对称分布，某些蛋白质在微型细胞中特异性富集或缺失。此外，异源蛋白在微型细胞中的积累比在亲代细胞中更为丰富。更为重要的是，研究人员通过将靶蛋白与极性定位信号融合，成功增强了靶蛋白在微型细胞中的积累，其中与 PopZ 蛋白融合的效果最为显著，能使蛋白浓度提高 15 倍。这一研究成果发表在《Journal of Biological Engineering》上，为微型细胞在合成生物学和工业生物技术中的应用提供了重要的理论支持和技术手段。
研究人员开展此项研究运用了多种关键技术方法。在基因编辑方面，利用 lambda red 重组方法删除 minCD 基因构建微型细胞产生菌株，同时运用 CRISPRi 系统调控细胞分裂；在细胞和蛋白分析方面，借助流式细胞术对细胞进行表征和分选，使用 Western blot 分析蛋白质的相对积累，通过蛋白质组分析（采用 Nano LC - MS/MS 技术）鉴定和定量蛋白质。
研究人员通过一系列实验，得出了以下关键结果：
- 微型细胞的产生与鉴定：通过删除 minCD 基因，成功获得了能产生微型细胞的菌株。经显微镜和流式细胞术分析，确认了微型细胞的产生及其无核特性。进一步研究发现，微型细胞在指数生长期大量产生。
- 蛋白质组的不对称分布：对比分析亲代细胞和微型细胞的蛋白质组，发现两者大部分蛋白质相同，但存在 194 个差异表达蛋白。其中，与 DNA 和 RNA 代谢相关的蛋白在微型细胞中含量较低，而与运输相关的蛋白则显著上调。
- 异源蛋白的积累：研究发现，异源蛋白（如 GFP 和 RFP）在微型细胞中的积累比在亲代细胞中更丰富，且这种积累不受蛋白表达水平的影响。增加亲代细胞中异源蛋白的产量，能使微型细胞中相应蛋白的积累成比例增加。
- 操控蛋白定位增强积累：将靶蛋白与极性定位分子（如 ArcZ、rpoS mRNA、PtsI、Tsr 和 PopZ）融合，发现与 PtsI 和 Tsr 的融合能适度提高蛋白在微型细胞中的富集程度，而与 PopZ 的融合效果最为突出，可使蛋白富集提高 15 倍。
在研究结论和讨论部分，该研究成功实现了对大肠杆菌来源微型细胞的工程改造，通过操控亚细胞蛋白定位增强了靶蛋白的积累。研究揭示了微型细胞独特的蛋白质组分布模式，以及异源蛋白在微型细胞中的积累优势。更为重要的是，发现了极性定位信号在提升靶蛋白积累方面的关键作用，为优化微型细胞作为高效载体的应用提供了有力的框架。这一研究成果为微型细胞在合成生物学和工业生物技术领域的广泛应用奠定了基础，未来研究可在此基础上进一步探索更多的定位信号，完善微型细胞的工程策略，并在更广泛的工业和治疗场景中进行验证和应用。
