Cell-free gene expression systems are emerging as an important platform for a diverse range of synthetic biology and biotechnology applications, including production of robust field-ready biosensors. Here, we combine programmed cellular autolysis with a freeze–thaw or freeze-dry cycle to create a practical, reproducible, and a labor- and cost-effective approach for rapid production of bacterial lysates for cell-free gene expression. Using this method, robust and highly active bacterial cell lysates can be produced without specialized equipment at a wide range of scales, making cell-free gene expression easily and broadly accessible. Moreover, live autolysis strain can be freeze-dried directly and subsequently lysed upon rehydration to produce active lysate. We demonstrate the utility of autolysates for synthetic biology by regulating protein production and degradation, implementing quorum sensing, and showing quantitative protection of linear DNA templates by GamS protein. To allow versatile and sensitive β-galactosidase (LacZ) based readout we produce autolysates with no detectable background LacZ activity and use them to produce sensitive mercury(II) biosensors with LacZ-mediated colorimetric and fluorescent outputs. The autolysis approach can facilitate wider adoption of cell-free technology for cell-free gene expression as well as other synthetic biology and biotechnology applications, such as metabolic engineering, natural product biosynthesis, or proteomics.

中文翻译：

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快速和可扩展的细菌裂解液用于无细胞基因表达的制备

无细胞基因表达系统正在成为各种合成生物学和生物技术应用的重要平台，包括生产强大的现场就绪生物传感器。在这里，我们将程序化的细胞自溶与冻融或冻干循环相结合，以创建一种实用，可重现，省力且经济高效的方法来快速生产细菌裂解液以实现无细胞基因表达。使用这种方法，可以在没有大规模规模的专门设备的情况下，生产出坚固而高效的细菌细胞裂解液，从而使无细胞基因的表达变得容易且广泛。此外，可以将活的自溶菌株直接冷冻干燥，然后在重新水化后裂解以产生活性裂解物。我们通过调节蛋白质的产生和降解，实现群体感应，并显示GamS蛋白质对线性DNA模板的定量保护，证明了自动裂解物在合成生物学中的作用。为了实现基于多功能和敏感的β-半乳糖苷酶（LacZ）的读数，我们产生了没有可检测的背景LacZ活性的自溶物，并使用它们来生产具有LacZ介导的比色和荧光输出的敏感汞（II）生物传感器。自溶方法可以促进无细胞技术广泛用于无细胞基因表达以及其他合成生物学和生物技术应用，例如代谢工程，天然产物生物合成或蛋白质组学。为了允许基于多功能和敏感的β-半乳糖苷酶（LacZ）的读数，我们产生了没有可检测的背景LacZ活性的自动裂解物，并使用它们来生产具有LacZ介导的比色和荧光输出的敏感汞（II）生物传感器。自溶方法可以促进无细胞技术广泛用于无细胞基因表达以及其他合成生物学和生物技术应用，例如代谢工程，天然产物生物合成或蛋白质组学。为了实现基于多功能和敏感的β-半乳糖苷酶（LacZ）的读数，我们产生了没有可检测的背景LacZ活性的自溶物，并使用它们来生产具有LacZ介导的比色和荧光输出的敏感汞（II）生物传感器。自溶方法可以促进无细胞技术广泛用于无细胞基因表达以及其他合成生物学和生物技术应用，例如代谢工程，天然产物生物合成或蛋白质组学。