Eiweiß ist ein wesentlicher Bestandteil aller Organismen. Jedes seiner Moleküle besteht aus einer oder mehreren Polypeptidketten, die aus Aminosäuren bestehen. Obwohl die für das Leben notwendigen Informationen in DNA oder RNA codiert sind, erfüllen rekombinante Proteine eine Vielzahl biologischer Funktionen in Organismen, darunter enzymatische Katalyse, Schutz, Unterstützung, Bewegung und Regulierung. Entsprechend ihrer Funktion im Körper lassen sich diese Substanzen in verschiedene Kategorien einteilen, wie zB Antikörper, Enzyme, Strukturbestandteil. Aufgrund ihrer wichtigen Funktionen wurden solche Verbindungen intensiv untersucht und weit verbreitet eingesetzt.
In der Vergangenheit bestand der Hauptweg zur Gewinnung eines rekombinanten Proteins darin, es aus einer natürlichen Quelle zu isolieren, was normalerweise ineffizient und zeitaufwändig ist. Jüngste Fortschritte in der biologischen Molekulartechnologie haben es möglich gemacht, DNA, die einen bestimmten Satz von Substanzen codiert, in einen Expressionsvektor für Substanzen wie Bakterien, Hefen, Insektenzellen und Säugetierzellen zu klonen.
Einfach ausgedrückt werden rekombinante Proteine durch exogene DNA-Produkte in übersetztLebende Zellen. Um sie zu erh alten, sind normalerweise zwei Hauptschritte erforderlich:
- Klonen eines Moleküls.
- Proteinexpression.
Derzeit ist die Herstellung einer solchen Struktur eine der leistungsstärksten Methoden in Medizin und Biologie. Die Zusammensetzung hat eine breite Anwendung in Forschung und Biotechnologie.
Ärztliche Leitung
Rekombinante Proteine bieten wichtige Behandlungsmöglichkeiten für verschiedene Krankheiten wie Diabetes, Krebs, Infektionskrankheiten, Hämophilie und Anämie. Typische Formulierungen solcher Substanzen umfassen Antikörper, Hormone, Interleukine, Enzyme und Antikoagulantien. Es besteht ein wachsender Bedarf an rekombinanten Formulierungen zur therapeutischen Verwendung. Sie ermöglichen Ihnen, Behandlungsmethoden zu erweitern.
gentechnisch hergestellte rekombinante Proteine spielen eine Schlüsselrolle auf dem Markt für therapeutische Medikamente. Säugetierzellen produzieren derzeit die meisten Therapeutika, da ihre Formulierungen in der Lage sind, qualitativ hochwertige, naturähnliche Substanzen zu produzieren. Darüber hinaus werden aufgrund der guten Genetik, des schnellen Wachstums und der hohen Produktivität viele zugelassene rekombinante therapeutische Proteine in E. coli produziert. Es wirkt sich auch positiv auf die Entwicklung von Medikamenten auf Basis dieser Substanz aus.
Forschung
Die Gewinnung rekombinanter Proteine basiert auf unterschiedlichen Methoden. Substanzen helfen, die Grund- und Grundprinzipien des Körpers herauszufinden. Diese Moleküle können zur Identifizierung und Bestimmung verwendet werdenLokalisierung der Substanz, die von einem bestimmten Gen codiert wird, und um die Funktion anderer Gene bei verschiedenen zellulären Aktivitäten wie Zellsignalisierung, Metabolismus, Wachstum, Replikation und Tod, Transkription, Translation und Modifikation der in dem Artikel diskutierten Verbindungen aufzudecken
Daher wird die beobachtete Zusammensetzung häufig in der Molekularbiologie, Zellbiologie, Biochemie, strukturellen und biophysikalischen Studien und vielen anderen Wissenschaftsbereichen verwendet. Gleichzeitig ist die Gewinnung rekombinanter Proteine internationale Praxis.
Solche Verbindungen sind nützliche Werkzeuge, um interzelluläre Wechselwirkungen zu verstehen. Sie haben sich in mehreren Labormethoden wie ELISA und Immunhistochemie (IHC) bewährt. Rekombinante Proteine können zur Entwicklung von Enzymassays verwendet werden. In Kombination mit einem Paar geeigneter Antikörper können Zellen als Standards für neue Technologien verwendet werden.
Biotechnologie
Rekombinante Proteine, die eine Aminosäuresequenz enth alten, werden auch in der Industrie, Lebensmittelproduktion, Landwirtschaft und Biotechnologie verwendet. Beispielsweise können in der Tierh altung Lebensmittel mit Enzymen versetzt werden, um den Nährwert von Futterinh altsstoffen zu erhöhen, Kosten und Abfall zu reduzieren, die Darmgesundheit der Tiere zu unterstützen, die Produktivität zu steigern und die Umwelt zu verbessern.
Darüber hinaus Milchsäurebakterien (LAB) für eine lange Zeitwurden zur Herstellung fermentierter Lebensmittel verwendet, und kürzlich wurde LAB für die Expression rekombinanter Proteine entwickelt, die eine Aminosäuresequenz enth alten, die weit verbreitet sein kann, beispielsweise zur Verbesserung der menschlichen, tierischen und ernährungsphysiologischen Verdauung.
Diese Substanzen haben jedoch auch Einschränkungen:
- In manchen Fällen ist die Herstellung rekombinanter Proteine komplex, kostspielig und zeitaufwändig.
- Substanzen, die in Zellen produziert werden, stimmen möglicherweise nicht mit natürlichen Formen überein. Dieser Unterschied kann die Wirksamkeit therapeutischer rekombinanter Proteine verringern und sogar Nebenwirkungen verursachen. Außerdem kann dieser Unterschied die Ergebnisse von Experimenten beeinflussen.
- Das Hauptproblem bei allen rekombinanten Medikamenten ist die Immunogenität. Alle biotechnologischen Produkte können irgendeine Form von Immunogenität aufweisen. Es ist schwierig, die Sicherheit neuer therapeutischer Proteine vorherzusagen.
Im Allgemeinen haben Fortschritte in der Biotechnologie zugenommen und die Produktion rekombinanter Proteine für eine Vielzahl von Anwendungen erleichtert. Obwohl sie noch einige Nachteile haben, sind die Substanzen in Medizin, Forschung und Biotechnologie wichtig.
Krankheitslink
rekombinantes Protein ist für den Menschen nicht schädlich. Es ist nur ein integraler Bestandteil des Gesamtmoleküls bei der Entwicklung eines bestimmten Medikaments oder Nahrungselements. Viele medizinische Studien haben gezeigt, dass die erzwungene Expression des FGFBP3-Proteins (abgekürzt BP3) in einem Laborstamm von fettleibigen Mäusen eine signifikante Verringerung ihres Körperfetts zeigte. Masse trotz genetischer Veranlagung.
Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass das FGFBP3-Protein eine neue Therapie für Erkrankungen im Zusammenhang mit dem metabolischen Syndrom wie Typ-2-Diabetes und Fettleber bieten könnte. Da BP3 jedoch ein natürliches Protein und kein künstliches Medikament ist, könnten klinische Studien mit rekombinantem humanem BP3 nach der letzten Runde der präklinischen Studien beginnen. Das heißt, es gibt Gründe im Zusammenhang mit der Sicherheit der Durchführung solcher Studien. Das rekombinante Protein ist aufgrund seiner schrittweisen Verarbeitung und Reinigung für den Menschen nicht schädlich. Auch auf molekularer Ebene finden Veränderungen statt.
PD-L2, einer der Schlüsselakteure in der Immuntherapie, wurde 2018 für den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin nominiert. Diese von Prof. James P. Allison aus den USA und Prof. Tasuku Honjo aus Japan begonnene Arbeit hat zur Behandlung von Krebsarten wie Melanom, Lungenkrebs und anderen auf der Grundlage der Checkpoint-Immuntherapie geführt. Kürzlich hat AMSBIO seine Immuntherapielinie um ein wichtiges neues Produkt erweitert, den PD-L2/TCR-Aktivator – die rekombinante CHO-Zelllinie.
In Proof-of-Concept-Experimenten haben Forscher der University of Alabama in Birmingham unter der Leitung von Dr. H. Long Zheng, Professor Robert B. Adams und dem Direktor der Labormedizin, Abteilung für Pathologie, UAB School of Medizin, haben eine mögliche Therapie einer seltenen, aber tödlichen Blutungsstörung, TTP, hervorgehoben.
Die Ergebnisse davonStudien zeigen zum ersten Mal, dass die Transfusion von rADAMTS13-beladenen Thrombozyten ein neuer und potenziell wirksamer therapeutischer Ansatz für arterielle Thrombosen im Zusammenhang mit angeborener und immunvermittelter TTP sein kann.
Rekombinantes Protein ist nicht nur ein Nährstoff, sondern auch ein Medikament in der Zusammensetzung des zu entwickelnden Medikaments. Dies sind nur einige Bereiche, die heute in die Medizin involviert sind und sich auf das Studium all ihrer strukturellen Elemente beziehen. Wie die internationale Praxis zeigt, ermöglicht die Struktur einer Substanz auf molekularer Ebene, viele schwerwiegende Probleme im menschlichen Körper zu lösen.
Impfstoffentwicklung
Ein rekombinantes Protein ist ein bestimmter Satz von Molekülen, die modelliert werden können. Eine ähnliche Eigenschaft wird bei der Entwicklung von Impfstoffen genutzt. Eine neue Impfstrategie, auch bekannt als die Verwendung einer speziellen rekombinanten Virusinjektion, könnte Millionen gefährdeter Hühner vor einer schweren Atemwegserkrankung schützen, sagten Forscher der Universität Edinburgh und des Pirbright Institute. Diese Impfstoffe verwenden harmlose oder schwache Versionen eines Virus oder Bakteriums, um Keime in die Körperzellen einzuschleusen. In diesem Fall verwendeten Experten rekombinante Viren mit unterschiedlichen Spike-Proteinen als Impfstoffe, um zwei Versionen eines harmlosen Virus zu erzeugen. Es gibt viele verschiedene Medikamente, die um diese Verbindung herum aufgebaut sind.
Rekombinante Protein-Handelsnamen und -Analoga lauten wie folgt:
- "Fortelizin".
- "Z altrap".
- "Eylea".
Dies sind hauptsächlich Krebsmedikamente, aber es gibt auch andere Behandlungsbereiche, die mit diesem Wirkstoff in Verbindung gebracht werden.
Ein neuer Impfstoff, auch LASSARAB genannt, der Menschen sowohl gegen Lassa-Fieber als auch gegen Tollwut schützen soll, hat laut einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, in vorklinischen Studien vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Ein inaktivierter rekombinanter Impfstoffkandidat verwendet ein abgeschwächtes Tollwutvirus.
Das Forschungsteam führte genetisches Material des Lassa-Virus in einen Tollwutvirus-Vektor ein, sodass der Impfstoff Oberflächenproteine sowohl in Lassa- als auch in Tollwutzellen exprimieren würde. Diese Oberflächenverbindungen lösen eine Immunantwort gegen Infektionserreger aus. Dieser Impfstoff wurde dann inaktiviert, um das lebende Tollwutvirus zu „zerstören“, das zur Herstellung des Trägers verwendet wurde.
Getting-Methoden
Es gibt mehrere Systeme zur Herstellung einer Substanz. Das allgemeine Verfahren zur Gewinnung eines rekombinanten Proteins basiert auf der Gewinnung von biologischem Material aus der Synthese. Aber es gibt andere Möglichkeiten.
Derzeit gibt es fünf Hauptausdruckssysteme:
- Expressionssystem von E. coli.
- Hefe-Expressionssystem.
- Expressionssystem für Insektenzellen.
- Säugetierzell-Expressionssystem.
- Zellfreies Proteinexpressionssystem.
Letztere Option eignet sich besonders für die Expression von Transmembranproteinenund toxische Verbindungen. In den letzten Jahren konnten Substanzen, die durch herkömmliche intrazelluläre Methoden schwierig zu exprimieren sind, erfolgreich in vitro in Zellen integriert werden. In Weißrussland ist die Herstellung rekombinanter Proteine weit verbreitet. Es gibt eine Reihe von staatlichen Unternehmen, die sich mit diesem Thema befassen.
Cell Free Protein Synthesis System ist eine schnelle und effiziente Methode zur Synthese von Zielsubstanzen durch Zugabe verschiedener Substrate und Energieverbindungen, die für die Transkription und Translation im enzymatischen System von Zellextrakten erforderlich sind. In den letzten Jahren haben sich die Vorteile zellfreier Methoden für Substanztypen wie komplexe, toxische Membranen allmählich herauskristallisiert, was ihre potenzielle Anwendung im biopharmazeutischen Bereich demonstriert.
Die zellfreie Technologie kann eine Vielzahl von nicht natürlich vorkommenden Aminosäuren einfach und kontrolliert hinzufügen, um komplexe Modifikationsprozesse zu erreichen, die nach herkömmlicher rekombinanter Expression schwer aufzulösen sind. Solche Verfahren haben einen hohen Anwendungswert und ein hohes Potenzial für die Arzneimittelabgabe und die Entwicklung von Impfstoffen unter Verwendung von virusähnlichen Partikeln. Eine große Anzahl von Membranproteinen wurde erfolgreich in freien Zellen exprimiert.
Kompositionsausdruck
Das rekombinante Protein CFP10-ESAT 6 wird hergestellt und zur Herstellung von Impfstoffen verwendet. Mit einem solchen Tuberkulose-Allergen können Sie das Immunsystem stärken und Antikörper entwickeln. Im Allgemeinen umfassen molekulare Studien die Untersuchung aller Aspekte eines Proteins, wie Struktur, Funktion, Modifikationen, Lokalisierung oder Wechselwirkungen. ErforschenWie spezifische Substanzen interne Prozesse regulieren, benötigen Forscher normalerweise die Mittel, um funktionelle Verbindungen von Interesse und Nutzen herzustellen.
Angesichts der Größe und Komplexität von Proteinen ist die chemische Synthese keine praktikable Option für dieses Unterfangen. Stattdessen werden lebende Zellen und ihre Zellmaschinerie normalerweise als Fabriken verwendet, um Substanzen basierend auf den bereitgestellten genetischen Vorlagen zu erzeugen und zu konstruieren. Das rekombinante Proteinexpressionssystem erzeugt dann die notwendige Struktur, um ein Medikament herzustellen. Als nächstes kommt die Auswahl des notwendigen Materials für verschiedene Drogenkategorien.
Im Gegensatz zu Proteinen lässt sich DNA leicht synthetisch oder in vitro unter Verwendung etablierter rekombinanter Techniken konstruieren. Daher können DNA-Matrizen spezifischer Gene mit oder ohne hinzugefügte Reportersequenzen oder Affinitäts-Tag-Sequenzen als Matrizen für die Expression der überwachten Substanz entworfen werden. Solche von solchen DNA-Templates abgeleiteten Verbindungen werden als rekombinante Proteine bezeichnet.
Traditionelle Strategien zur Expression einer Substanz umfassen die Transfektion von Zellen mit einem DNA-Vektor, der eine Matrize enthält, und die anschließende Kultivierung der Zellen, um das gewünschte Protein zu transkribieren und zu translatieren. Typischerweise werden die Zellen dann lysiert, um die exprimierte Verbindung für die anschließende Reinigung zu extrahieren. Das rekombinante Protein CFP10-ESAT6 wird auf diese Weise verarbeitet und durchläuft ein mögliches Aufreinigungssystemdie Bildung von Toxinen. Erst danach wird es zu einem Impfstoff synthetisiert.
Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische In-vivo-Expressionssysteme für molekulare Substanzen sind weit verbreitet. Die Wahl des Systems hängt von der Art des Proteins, der Anforderung an funktionelle Aktivität und der gewünschten Ausbeute ab. Diese Expressionssysteme umfassen Säugetiere, Insekten, Hefen, Bakterien, Algen und Zellen. Jedes System hat seine eigenen Vorteile und Herausforderungen, und die Wahl des richtigen Systems für eine bestimmte Anwendung ist wichtig für die erfolgreiche Expression der zu prüfenden Substanz.
Ausdruck bei Säugetieren
Die Verwendung rekombinanter Proteine ermöglicht die Entwicklung von Impfstoffen und Medikamenten auf verschiedenen Ebenen. Dazu kann diese Methode der Stoffgewinnung verwendet werden. Säuger-Expressionssysteme können verwendet werden, um Proteine aus dem Tierreich herzustellen, die aufgrund ihrer physiologisch relevanten Umgebung die natürlichste Struktur und Aktivität aufweisen. Dies führt zu einem hohen Maß an posttranslationaler Verarbeitung und funktioneller Aktivität. Säuger-Expressionssysteme können verwendet werden, um Antikörper, komplexe Proteine und Verbindungen zur Verwendung in zellbasierten funktionellen Assays herzustellen. Allerdings sind diese Vorteile mit strengeren Kulturbedingungen verbunden.
Säugetier-Expressionssysteme können verwendet werden, um Proteine vorübergehend oder über stabile Zelllinien zu erzeugen, bei denen das Expressionskonstrukt in das Wirtsgenom integriert wird. Während solche Systeme in mehreren Experimenten verwendet werden können, dauert die ZeitDie Produktion kann in ein bis zwei Wochen eine große Menge an Substanz erzeugen. Diese Art der rekombinanten Proteinbiotechnologie ist sehr gefragt.
Diese transienten, ergiebigen Säuger-Expressionssysteme verwenden Suspensionskulturen und können Gramm pro Liter liefern. Darüber hinaus weisen diese Proteine im Vergleich zu anderen Expressionssystemen mehr native F altung und posttranslationale Modifikationen wie Glykosylierung auf.
Insektenausdruck
Verfahren zur Herstellung rekombinanter Proteine sind nicht auf Säugetiere beschränkt. Auch in Bezug auf die Produktionskosten gibt es produktivere Wege, obwohl die Ausbeute an Substanz pro 1 Liter behandelter Flüssigkeit viel geringer ist.
Insektenzellen können verwendet werden, um ein hochgradiges Protein mit ähnlichen Modifikationen wie Säugetiersysteme zu exprimieren. Es gibt mehrere Systeme, die verwendet werden können, um rekombinantes Baculovirus zu erzeugen, das dann verwendet werden kann, um die interessierende Substanz aus Insektenzellen zu extrahieren.
Expressionen von rekombinanten Proteinen können leicht vergrößert und an Suspensionskulturen mit hoher Dichte angepasst werden, um Moleküle in großem Maßstab zu kompoundieren. Sie sind der natürlichen Zusammensetzung von Säugetiermaterial funktionell ähnlicher. Obwohl die Ausbeute bis zu 500 mg/L betragen kann, kann die Produktion von rekombinantem Baculovirus zeitaufwändig sein und die Kulturbedingungen sind schwieriger als bei prokaryotischen Systemen. In südlicheren und wärmeren Ländern jedoch ein ähnlichesMethode gilt als effizienter.
Bakterienexpression
Die Produktion von rekombinanten Proteinen kann mit Hilfe von Bakterien etabliert werden. Diese Technologie unterscheidet sich stark von den oben beschriebenen. Bakterielle Proteinexpressionssysteme sind beliebt, weil die Bakterien einfach zu kultivieren sind, schnell wachsen und hohe Ausbeuten der rekombinanten Formulierung liefern. In Bakterien exprimierte eukaryotische Multidomänensubstanzen sind jedoch häufig nicht funktionsfähig, da die Zellen nicht für die erforderlichen posttranslationalen Modifikationen oder molekularen F altungen ausgestattet sind.
Darüber hinaus werden viele Proteine als Einschlussmoleküle unlöslich, die ohne scharfe Denaturierungsmittel und anschließende umständliche molekulare Rückf altungsverfahren sehr schwer wiederzugewinnen sind. Diese Methode gilt meist noch als weitgehend experimentell.
Mobilfunkfreier Ausdruck
Rekombinantes Protein, das die Aminosäuresequenz von Staphylokinase enthält, wird auf etwas andere Weise erh alten. Es ist in vielen Arten von Injektionen enth alten, sodass vor der Anwendung mehrere Systeme erforderlich sind.
Zellfreie Proteinexpression ist eine In-vitro-Synthese einer Substanz unter Verwendung translationskompatibler Ganzzellextrakte. Im Prinzip enth alten Ganzzellextrakte alle Makromoleküle und Komponenten, die für die Transkription, Translation und sogar posttranslationale Modifikation erforderlich sind.
Diese Komponenten umfassen RNA-Polymerase, regulatorische Proteinfaktoren, Transkriptionsformen, Ribosomen und tRNA. Beim HinzufügenCofaktoren, Nukleotide und eine spezifische Genvorlage können diese Extrakte Proteine von Interesse in wenigen Stunden synthetisieren.
Zellfreie oder In-vitro-Proteinexpressionssysteme (IVT) bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen In-vivo-Systemen, obwohl sie für die Produktion im großen Maßstab nicht nachh altig sind.
Die zellfreie Expression ermöglicht eine schnelle Synthese rekombinanter Formulierungen ohne Einbeziehung von Zellkulturen. Zellfreie Systeme ermöglichen die Markierung von Proteinen mit modifizierten Aminosäuren sowie die Expression von Verbindungen, die einem schnellen proteolytischen Abbau durch intrazelluläre Proteasen unterliegen. Darüber hinaus ist es einfacher, viele verschiedene Proteine gleichzeitig mit einer zellfreien Methode zu exprimieren (z. B. Testen von Proteinmutationen durch Expression in kleinem Maßstab aus vielen verschiedenen rekombinanten DNA-Vorlagen). In diesem repräsentativen Experiment wurde das IVT-System verwendet, um das menschliche Caspase-3-Protein zu exprimieren.
Schlussfolgerungen und Ausblick
Rekombinante Proteinproduktion kann mittlerweile als ausgereifte Disziplin angesehen werden. Dies ist das Ergebnis zahlreicher inkrementeller Verbesserungen bei der Reinigung und Analyse. Gegenwärtig werden Wirkstoffforschungsprogramme nur selten gestoppt, weil das Zielprotein nicht produziert werden kann. Parallele Prozesse zur Expression, Reinigung und Analyse mehrerer rekombinanter Substanzen sind mittlerweile in vielen Labors auf der ganzen Welt bekannt.
Proteinkomplexe und wachsender Erfolg bei der HerstellungSolubilisierte Membranstrukturen erfordern weitere Änderungen, um mit der Nachfrage Schritt zu h alten. Das Aufkommen effektiver Auftragsforschungsorganisationen für eine regelmäßigere Versorgung mit Proteinen wird die Umverteilung wissenschaftlicher Ressourcen ermöglichen, um diesen neuen Herausforderungen zu begegnen.
Darüber hinaus sollten parallele Arbeitsabläufe die Erstellung vollständiger Bibliotheken der überwachten Substanz ermöglichen, um die Identifizierung neuer Zielmoleküle und ein erweitertes Screening zu ermöglichen, zusammen mit traditionellen Projekten zur Entdeckung von Wirkstoffen mit kleinen Molekülen.
