SINH HỌC TỔNG HỢP TRÊN HỆ KHÔNG TẾ BÀO: NỀN TẢNG CHO KỸ THUẬT SINH HỌC THẾ HỆ MỚI
DOI:
https://doi.org/10.59266/houjs.2026.1319Từ khóa:
CFSB, CFPS, DNA origami, enzyme cascade, vật liệu sinh họcTóm tắt
Sinh học tổng hợp không tế bào là công nghệ thực hiện các phản ứng sinh học trong môi trường in vitro mà không cần tế bào sống. Nhờ sử dụng các thành phần sinh học trong hệ phản ứng mở, CFSB cho phép kiểm soát trực tiếp điều kiện phản ứng, rút ngắn chu trình thiết kế-xây dựng-kiểm tra và nâng cao hiệu quả tổng hợp protein, kể cả các protein khó biểu hiện hoặc độc đối với tế bào. Công nghệ này được ứng dụng trong tổng hợp protein không tế bào (Cell-Free Protein Synthesis - CFPS), DNA origami, enzyme cascade và tổng hợp vật liệu sinh học, với các ứng dụng như sản xuất bacteriocin, thiết bị nano sinh học và vật liệu phân hủy sinh học. Tuy nhiên, CFSB vẫn còn những thách thức phải giải quyết như chi phí cao, độ ổn định enzyme thấp, biến động giữa các mẻ phản ứng và khó mở rộng quy mô công nghiệp. Bên cạnh đó, hiệu suất dịch mã và khả năng tích hợp amino acid phi tự nhiên vẫn cần được cải thiện.
Tài liệu tham khảo
Acharya, M., & Mani, I. (2026). Computational biology for cell-free systems. In Progress in Molecular Biology and Translational Science (Vol. 218, pp. 65-85). Elsevier. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2025.08.007
Borkowski, O., Koch, M., Zettor, A., Pandi, A., Batista, A. C., Soudier, P., & Faulon, J.-L. (2020). Large scale active- learning-guided exploration for in vitro protein production optimization. Nature Communications, 11(1), Article 1872. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15798-5
Bowie, J. U., Sherkhanov, S., Korman, T. P., Valliere, M. A., Opgenorth, P. H., & Liu, H. (2020). Synthetic biochemistry: The bio-inspired cell-free approach to commodity chemical production. Trends in Biotechnology, 38(7), 766-778. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.12.024
Bộ Chính trị. (2023, ngày 30 tháng 01). Nghị quyết số 36-NQ/TW về phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học phục vụ phát triển bền vững đất nước trong tình hình mới. Đảng Cộng sản Việt Nam.
Caschera, F., & Noireaux, V. (2015). Preparation of amino acid mixtures for cell-free expression systems. BioTechniques, 58(1), 40-43. https://doi.org/10.2144/000114249
Cui, Y., Chen, X., Wang, Z., & Lu, Y. (2022). Cell-free PURE system: Evolution and achievements. BioDesign Research, 2022, 9847014. https://doi.org/10.34133/2022/9847014
Cui, Z., Johnston, W. A., & Alexandrov, K. (2020). Cell-free approach for non- canonical amino acids incorporation into polypeptides. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 1031. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.01031
Dondapati, S. K., Stech, M., Zemella, A., & Kubick, S. (2020). Cell-free protein synthesis: A promising option for future drug development. BioDrugs, 34(3), 327-348. https://doi.org/10.1007/s40259-020-00417-y
Fehlau, M., Kaspar, F., Hellendahl, K. F., Schollmeyer, J., Neubauer, P., & Wagner, A. (2020). Modular enzymatic cascade synthesis of nucleotides using a (d)ATP regeneration system. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 854. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00854
Hodgman, C. E., & Jewett, M. C. (2012). Cell- free synthetic biology: Thinking outside the cell. Metabolic Engineering, 14(3), 261-269. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2011.09.002
Hu, V. T., & Kamat, N. P. (2023). Cell-free protein synthesis systems for vaccine design and production. Current Opinion in Biotechnology, 79, 102888. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2022.102888
Hunt, A. C., Rasor, B. J., Seki, K., Ekas, H. M., Warfel, K. F., Karim, A. S., & Jewett, M. C. (2025). Cell-free gene expression: Methods and applications. Chemical Reviews, 125(1), 91-149. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00116
Jewett, M. C., & Karim, A. S. (2018). Cell- free synthetic biology: Engineering beyond the cell. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 10(9), a023853. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a023853
Kim, K. J., Lee, S.-J., & Kim, D.-M. (2023). The use of cell-free protein synthesis to push the boundaries of synthetic biology. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 28(6), 922-928. https://doi.org/10.1007/s12257-022-0279-2
Kim, W., Han, J., Chauhan, S., & Lee, J. W. (2025). Cell-free protein synthesis and vesicle systems for programmable therapeutic manufacturing and delivery. Journal of Biological Engineering, 19(1), 55. https://doi.org/10.1186/s13036-025-00523-x
Lin, X., Wang, T., & Lu, Y. (2022). Cell-free synthetic biology: Orchestrating the machinery for biomolecular engineering. Biotechnology Notes, 3, 97-101. https:// doi.org/10.1016/j.biotno.2022.12.002
Lu, Y. (2017). Cell-free synthetic biology: Engineering in an open world. Synthetic and Systems Biotechnology, 2(1), 23-27. https://doi.org/10.1016/j.synbio.2017.02.003
Ranji, A., Wu, J. C., Bundy, B. C., & Jewett, M. C. (2013). Transforming synthetic biology with cell-free systems. Synthetic Biology Project, Woodrow Wilson International Center for Scholars. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394430-6.00015-7
Sarac, B., Yücer, S., & Çiftci, F. (2025). Synthetic biology-driven biosensors for healthcare applications: A roadmap toward programmable and intelligent diagnostics. Biosensors and Bioelectronics, 291, 118036. https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.118036
Silverman, A. D., Karim, A. S., & Jewett, M. C. (2020). Cell-free gene expression: An expanded repertoire of applications. Nature Reviews Genetics, 21(3), 151-170. https://doi.org/10.1038/s41576-019-0186-3
Sun, Y. (2023). Applications for cell- free synthetic biology. BIO Web of Conferences, 59, Article 01002. https:// doi.org/10.1051/bioconf/20235901002
Tinafar, A., Jaenes, K., & Pardee, K. (2019). Synthetic biology goes cell-free. BMC Biology, 17(1), 64. https://doi.org/10.1186/s12915-019-0685-x
Yue, K., Chen, J., Li, Y., & Kai, L. (2023). Advancing synthetic biology through cell-free protein synthesis. Computational and Structural Biotechnology Journal, 21, 2899- 2908. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2023.05.003
Yue, K., Li, Y., Cao, M., Shen, L., Gu, J., & Kai, L. (2023). Bottom-up synthetic biology using cell-free protein synthesis. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 185, 1-20. https://doi.org/10.1007/10_2023_232
Zhou, C., Jiang, F., Chen, W., Nugen, S. R., & Huang, C. (2025). Synthetic biology meets diagnostics: Engineering biosensing platforms for rapid and accurate pathogen and viral detection. Biosensors and Bioelectronics, 290, 117946. https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117946
