Proteina është një komponent thelbësor i të gjithë organizmave. Secila prej molekulave të saj përbëhet nga një ose më shumë zinxhirë polipeptidikë të përbërë nga aminoacide. Megjithëse informacioni i nevojshëm për jetën është i koduar në ADN ose ARN, proteinat rekombinante kryejnë një gamë të gjerë funksionesh biologjike në organizma, duke përfshirë katalizën enzimatike, mbrojtjen, mbështetjen, lëvizjen dhe rregullimin. Sipas funksioneve të tyre në organizëm, këto substanca mund të ndahen në kategori të ndryshme, si antitrupa, enzima, përbërës strukturorë. Duke pasur parasysh funksionet e tyre të rëndësishme, komponime të tilla janë studiuar intensivisht dhe janë përdorur gjerësisht.
Në të kaluarën, mënyra kryesore për të marrë një proteinë rekombinante ishte izolimi i saj nga një burim natyror, i cili zakonisht është joefikas dhe kërkon kohë. Përparimet e fundit në teknologjinë molekulare biologjike kanë bërë të mundur klonimin e ADN-së që kodon një grup specifik substancash në një vektor shprehës për substanca të tilla si bakteret, majatë, qelizat e insekteve dhe qelizat e gjitarëve.
Thënë thjesht, proteinat rekombinante përkthehen nga produktet ekzogjene të ADN-së nëqelizat e gjalla. Marrja e tyre zakonisht përfshin dy hapa kryesorë:
- Klonimi i një molekule.
- Shprehja e proteinave.
Aktualisht, prodhimi i një strukture të tillë është një nga metodat më të fuqishme të përdorura në mjekësi dhe biologji. Përbërja ka një aplikim të gjerë në kërkimin shkencor dhe bioteknologji.
Drejtim mjekësor
Proteinat rekombinante ofrojnë trajtime të rëndësishme për sëmundje të ndryshme si diabeti, kanceri, sëmundjet infektive, hemofilia dhe anemia. Formulimet tipike të substancave të tilla përfshijnë antitrupa, hormone, interleukina, enzima dhe antikoagulantë. Ekziston një nevojë në rritje për formulime rekombinante për përdorim terapeutik. Ato ju lejojnë të zgjeroni metodat e trajtimit.
Proteinat rikombinante të inxhinieruara gjenetikisht luajnë një rol kyç në tregun e barnave terapeutike. Qelizat e gjitarëve prodhojnë aktualisht agjentët më terapeutikë, sepse formulimet e tyre janë të afta të prodhojnë substanca me cilësi të lartë, të ngjashme me ato natyrore. Përveç kësaj, shumë proteina terapeutike rekombinante të miratuara prodhohen në E. coli për shkak të gjenetikës së mirë, rritjes së shpejtë dhe produktivitetit të lartë. Ajo gjithashtu ka një efekt pozitiv në zhvillimin e barnave të bazuara në këtë substancë.
Kërkim
Marrja e proteinave rekombinante bazohet në metoda të ndryshme. Substancat ndihmojnë për të zbuluar parimet themelore dhe themelore të trupit. Këto molekula mund të përdoren për të identifikuar dhe përcaktuarvendndodhjen e substancës të koduar nga një gjen i veçantë dhe për të zbuluar funksionin e gjeneve të tjera në aktivitete të ndryshme qelizore si sinjalizimi i qelizave, metabolizmi, rritja, riprodhimi dhe vdekja, transkriptimi, përkthimi dhe modifikimi i përbërjeve të diskutuara në artikull.
Kështu, përbërja e vëzhguar përdoret shpesh në biologjinë molekulare, biologjinë qelizore, biokiminë, studimet strukturore dhe biofizike dhe shumë fusha të tjera të shkencës. Në të njëjtën kohë, marrja e proteinave rekombinante është një praktikë ndërkombëtare.
Përbërje të tilla janë mjete të dobishme për të kuptuar ndërveprimet ndërqelizore. Ato janë dëshmuar efektive në disa metoda laboratorike si ELISA dhe imunohistokimi (IHC). Proteinat rekombinante mund të përdoren për të zhvilluar analizat e enzimës. Kur përdoren në kombinim me një palë antitrupa të përshtatshëm, qelizat mund të përdoren si standarde për teknologjitë e reja.
Bioteknologji
Proteinat rekombinante që përmbajnë një sekuencë aminoacide përdoren gjithashtu në industri, prodhim ushqimor, bujqësi dhe bioinxhinieri. Për shembull, në blegtorinë, enzimat mund të shtohen në ushqim për të rritur vlerën ushqyese të përbërësve të ushqimit, për të ulur kostot dhe mbeturinat, për të mbështetur shëndetin e zorrëve të kafshëve, për të përmirësuar produktivitetin dhe për të përmirësuar mjedisin.
Përveç kësaj, bakteret e acidit laktik (LAB) për një kohë të gjatëjanë përdorur për të prodhuar ushqime të fermentuara dhe së fundmi LAB është zhvilluar për shprehjen e proteinave rekombinante që përmbajnë një sekuencë aminoacide, e cila mund të përdoret gjerësisht, për shembull, për të përmirësuar tretjen e njerëzve, kafshëve dhe ushqimit.
Megjithatë, këto substanca kanë gjithashtu kufizime:
- Në disa raste, prodhimi i proteinave rikombinante është kompleks, i kushtueshëm dhe kërkon kohë.
- Substancat e prodhuara në qeliza mund të mos përputhen me format natyrale. Ky ndryshim mund të zvogëlojë efektivitetin e proteinave rekombinante terapeutike dhe madje të shkaktojë efekte anësore. Përveç kësaj, ky ndryshim mund të ndikojë në rezultatet e eksperimenteve.
- Problemi kryesor me të gjitha barnat rekombinante është imunogjeniteti. Të gjitha produktet bioteknike mund të shfaqin një formë imunogjeniteti. Është e vështirë të parashikohet siguria e proteinave të reja terapeutike.
Në përgjithësi, përparimet në bioteknologji kanë rritur dhe lehtësuar prodhimin e proteinave rekombinante për një sërë aplikimesh. Megjithëse ato ende kanë disa të meta, substancat janë të rëndësishme në mjekësi, kërkime dhe bioteknologji.
Lidhja e sëmundjes
proteina rekombinante nuk është e dëmshme për njerëzit. Është vetëm një pjesë integrale e molekulës së përgjithshme në zhvillimin e një droge të caktuar ose elementi ushqyes. Shumë studime mjekësore kanë treguar se shprehja e detyruar e proteinës FGFBP3 (shkurtuar BP3) në një lloj laboratori të minjve obezë tregoi një reduktim të ndjeshëm të yndyrës së trupit të tyre.masë, pavarësisht nga predispozicioni gjenetik për t'u përdorur.
Rezultatet e këtyre provave tregojnë se proteina FGFBP3 mund të ofrojë një terapi të re për çrregullimet që lidhen me sindromën metabolike si diabeti i tipit 2 dhe sëmundja e mëlçisë dhjamore. Por për shkak se BP3 është një proteinë natyrale dhe jo një ilaç artificial, provat klinike të BP3 rekombinante njerëzore mund të fillojnë pas raundit përfundimtar të studimeve paraklinike. Më, domethënë, ka arsye që lidhen me sigurinë e kryerjes së studimeve të tilla. Proteina rekombinante nuk është e dëmshme për njerëzit për shkak të përpunimit dhe pastrimit të saj hap pas hapi. Ndryshime po ndodhin edhe në nivelin molekular.
PD-L2, një nga lojtarët kryesorë në imunoterapi, u nominua për Çmimin Nobel 2018 në Fiziologji ose Mjekësi. Kjo punë, e nisur nga Prof. James P. Allison nga SHBA dhe Prof. Tasuku Honjo nga Japonia, ka çuar në trajtimin e kancereve si melanoma, kanceri i mushkërive dhe të tjera bazuar në imunoterapinë e pikës së kontrollit. Së fundmi, AMSBIO ka shtuar një produkt të ri të madh në linjën e saj të imunoterapisë, aktivizuesin PD-L2/TCR - Linja Qelizore Rekombinante CHO.
Në eksperimentet e vërtetimit të konceptit, studiuesit në Universitetin e Alabamës në Birmingham, të udhëhequr nga H. Long Zheng, MD, profesor Robert B. Adams, dhe Drejtor i Mjekësisë Laboratorike, Departamenti i Patologjisë, Shkolla e UAB Mjekësia, ka nxjerrë në pah një terapi të mundshme, një çrregullim gjakderdhjeje të rrallë, por fatale, TTP.
Rezultatet e kësajStudimet tregojnë për herë të parë se transfuzioni i trombociteve të ngarkuara me rADAMTS13 mund të jetë një qasje terapeutike e re dhe potencialisht efektive për trombozën arteriale të shoqëruar me TTP kongjenitale dhe të ndërmjetësuar nga imuniteti.
Proteina rekombinante nuk është vetëm një lëndë ushqyese, por edhe një ilaç në përbërjen e medikamentit që po zhvillohet. Këto janë vetëm disa fusha që tani janë të përfshira në mjekësi dhe që lidhen me studimin e të gjithë elementëve strukturorë të saj. Siç tregon praktika ndërkombëtare, struktura e një lënde bën të mundur në nivel molekular trajtimin e shumë problemeve serioze në trupin e njeriut.
Zhvillimi i vaksinës
Një proteinë rekombinante është një grup specifik molekulash që mund të modelohen. Një pronë e ngjashme përdoret në zhvillimin e vaksinave. Një strategji e re vaksinimi, e njohur gjithashtu si përdorimi i një injeksioni të veçantë të virusit rekombinant, mund të mbrojë miliona pula në rrezik nga një sëmundje serioze e frymëmarrjes, thanë studiuesit nga Universiteti i Edinburgut dhe Instituti Pirbright. Këto vaksina përdorin versione të padëmshme ose të dobëta të një virusi ose bakteri për të futur mikrobet në qelizat e trupit. Në këtë rast, ekspertët përdorën viruse rekombinante me proteina të ndryshme spike si vaksina për të krijuar dy versione të një virusi të padëmshëm. Ka shumë ilaçe të ndryshme të ndërtuara rreth kësaj lidhjeje.
Emrat tregtarë dhe analogët e proteinave rekombinante janë si më poshtë:
- "Fortelizin".
- "Z altrap".
- "Eylea".
Këto janë kryesisht barna kundër kancerit, por ka fusha të tjera trajtimi që lidhen me këtë substancë aktive.
Një vaksinë e re, e quajtur gjithashtu LASSARAB, e krijuar për të mbrojtur njerëzit si nga ethet Lassa ashtu edhe nga tërbimi, ka treguar rezultate premtuese në studimet paraklinike, sipas një studimi të ri të botuar në revistën shkencore Nature Communications. Një kandidat për vaksinë rekombinante të inaktivizuar përdor një virus të dobësuar të tërbimit.
Ekipi hulumtues futi materialin gjenetik të virusit Lassa në një vektor të virusit të tërbimit në mënyrë që vaksina të shprehte proteinat sipërfaqësore si në qelizat Lassa ashtu edhe në qelizat e tërbimit. Këto komponime sipërfaqësore nxisin një përgjigje imune kundër agjentëve infektivë. Kjo vaksinë u çaktivizua më pas për të "shkatërruar" virusin e gjallë të tërbimit të përdorur për të krijuar bartësin.
Metodat e Marrjes
Ka disa sisteme për prodhimin e një substance. Metoda e përgjithshme për marrjen e një proteine rekombinante bazohet në marrjen e materialit biologjik nga sinteza. Por ka mënyra të tjera.
Aktualisht ekzistojnë pesë sisteme kryesore të shprehjes:
- Sistemi i shprehjes E. coli.
- Sistemi i shprehjes së majave.
- Sistemi i shprehjes së qelizave të insekteve.
- Sistemi i shprehjes së qelizave të gjitarëve.
- Sistemi i shprehjes së proteinave pa qeliza.
Opsioni i fundit është veçanërisht i përshtatshëm për shprehjen e proteinave transmembranoredhe komponimet toksike. Vitet e fundit, substancat që janë të vështira për t'u shprehur me metoda konvencionale ndërqelizore janë integruar me sukses në qeliza in vitro. Në Bjellorusi, prodhimi i proteinave rekombinante përdoret gjerësisht. Ka një sërë ndërmarrjesh shtetërore që merren me këtë çështje.
Sistemi i sintezës së proteinave pa qeliza është një metodë e shpejtë dhe efikase për sintetizimin e substancave të synuara duke shtuar substrate të ndryshme dhe komponime energjetike të nevojshme për transkriptimin dhe përkthimin në sistemin enzimatik të ekstrakteve qelizore. Vitet e fundit, avantazhet e metodave pa qeliza për lloje të substancave të tilla si membranat komplekse, toksike janë shfaqur gradualisht, duke demonstruar aplikimin e tyre të mundshëm në fushën biofarmaceutike.
Teknologjia pa qeliza mund të shtojë lehtësisht dhe në mënyrë të kontrolluar një sërë aminoacidesh jo natyrale për të arritur procese komplekse modifikimi që janë të vështira për t'u zgjidhur pas shprehjes konvencionale rekombinante. Metoda të tilla kanë vlerë të lartë aplikimi dhe potencial për shpërndarjen e barnave dhe zhvillimin e vaksinave duke përdorur grimca të ngjashme me virusin. Një numër i madh i proteinave të membranës janë shprehur me sukses në qelizat e lira.
Shprehje e kompozimeve
Proteina rekombinante CFP10-ESAT 6 prodhohet dhe përdoret për të krijuar vaksina. Një alergjen i tillë i tuberkulozit ju lejon të forconi sistemin imunitar dhe të zhvilloni antitrupa. Në përgjithësi, studimet molekulare përfshijnë studimin e çdo aspekti të një proteine, si struktura, funksioni, modifikimet, lokalizimi ose ndërveprimet. Për të eksploruarse si substancat specifike rregullojnë proceset e brendshme, studiuesit zakonisht kërkojnë mjete për të prodhuar komponime funksionale me interes dhe përfitim.
Duke pasur parasysh madhësinë dhe kompleksitetin e proteinave, sinteza kimike nuk është një opsion i mundshëm për këtë përpjekje. Në vend të kësaj, qelizat e gjalla dhe makineritë e tyre celulare zakonisht përdoren si fabrika për të krijuar dhe ndërtuar substanca bazuar në shabllonet gjenetike të ofruara. Sistemi i shprehjes së proteinave rekombinante gjeneron më pas strukturën e nevojshme për të krijuar një ilaç. Më pas vjen përzgjedhja e materialit të nevojshëm për kategori të ndryshme barnash.
Ndryshe nga proteinat, ADN-ja është e lehtë për t'u ndërtuar në mënyrë sintetike ose in vitro duke përdorur teknika të mirëpërcaktuara rekombinante. Prandaj, shabllonet e ADN-së të gjeneve specifike, me ose pa sekuenca raportuese të shtuara ose sekuenca etiketash afiniteti, mund të dizajnohen si shabllone për shprehjen e substancës së monitoruar. Komponime të tilla që rrjedhin nga shabllone të tilla të ADN-së quhen proteina rekombinante.
Strategjitë tradicionale për shprehjen e një substance përfshijnë transfektimin e qelizave me një vektor të ADN-së që përmban një shabllon dhe më pas kultivimin e qelizave për të transkriptuar dhe përkthyer proteinën e dëshiruar. Në mënyrë tipike, qelizat lizohen më pas për të nxjerrë përbërjen e shprehur për pastrimin e mëvonshëm. Proteina rekombinante CFP10-ESAT6 përpunohet në këtë mënyrë dhe kalon përmes një sistemi pastrimi nga e mundshmeformimi i toksinave. Vetëm pas kësaj shkon për t'u sintetizuar në një vaksinë.
Sistemet prokariote dhe eukariote in vivo të shprehjes për substancat molekulare përdoren gjerësisht. Zgjedhja e sistemit varet nga lloji i proteinës, kërkesa për aktivitet funksional dhe rendimenti i dëshiruar. Këto sisteme shprehjeje përfshijnë gjitarët, insektet, majatë, bakteret, algat dhe qelizat. Secili sistem ka avantazhet dhe sfidat e veta, dhe zgjedhja e sistemit të duhur për një aplikim të veçantë është i rëndësishëm për shprehjen e suksesshme të substancës në shqyrtim.
Shprehje nga gjitarët
Përdorimi i proteinave rekombinante lejon zhvillimin e vaksinave dhe barnave të niveleve të ndryshme. Për këtë, mund të përdoret kjo metodë e marrjes së një substance. Sistemet e shprehjes së gjitarëve mund të përdoren për të prodhuar proteina nga mbretëria e kafshëve që kanë strukturën dhe aktivitetin më vendas për shkak të mjedisit të tyre fiziologjikisht të rëndësishëm. Kjo rezulton në nivele të larta të përpunimit pas përkthimit dhe aktivitetit funksional. Sistemet e shprehjes së gjitarëve mund të përdoren për të prodhuar antitrupa, proteina komplekse dhe komponime për përdorim në analizat funksionale të bazuara në qeliza. Megjithatë, këto përfitime shoqërohen me kushte më të rrepta të kulturës.
Sistemet e shprehjes së gjitarëve mund të përdoren për të gjeneruar proteina në mënyrë të përkohshme ose përmes linjave qelizore të qëndrueshme ku konstrukti i shprehjes integrohet në gjenomën e bujtësit. Ndërsa sisteme të tilla mund të përdoren në eksperimente të shumta, kohaprodhimi mund të gjenerojë një sasi të madhe të substancës në një deri në dy javë. Ky lloj i bioteknologjisë së proteinave rekombinante është shumë i kërkuar.
Këto sisteme shprehjeje kalimtare me rendiment të lartë të gjitarëve përdorin kultura suspensioni dhe mund të japin gram për litër. Përveç kësaj, këto proteina kanë më shumë modifikime të palosshme dhe pas përkthimit, si p.sh. glikozilimi në krahasim me sistemet e tjera të shprehjes.
Shprehja e insekteve
Metodat për prodhimin e proteinave rekombinante nuk kufizohen vetëm tek gjitarët. Ka edhe mënyra më produktive për sa i përket kostos së prodhimit, megjithëse rendimenti i substancës për 1 litër lëng të trajtuar është shumë më i ulët.
Qelizat e insekteve mund të përdoren për të shprehur një proteinë të nivelit të lartë me modifikime të ngjashme me sistemet e gjitarëve. Ka disa sisteme që mund të përdoren për të gjeneruar bakulovirus rekombinant, i cili më pas mund të përdoret për të nxjerrë substancën me interes në qelizat e insekteve.
Shprehjet e proteinave rekombinante mund të rriten lehtësisht dhe të përshtaten me kulturën e pezullimit me densitet të lartë për përzierjen në shkallë të gjerë të molekulave. Ato janë më të ngjashme funksionalisht me përbërjen vendase të materies së gjitarëve. Megjithëse rendimenti mund të jetë deri në 500 mg/L, prodhimi i bakulovirusit rekombinant mund të marrë kohë dhe kushtet e kultivimit janë më të vështira se sistemet prokariote. Sidoqoftë, në vendet më jugore dhe më të ngrohta, një gjë e ngjashmemetoda konsiderohet më efikase.
Shprehja bakteriale
Prodhimi i proteinave rekombinante mund të krijohet me ndihmën e baktereve. Kjo teknologji është shumë e ndryshme nga ato të përshkruara më sipër. Sistemet e shprehjes së proteinave bakteriale janë të njohura sepse bakteret janë të lehta për t'u kultivuar, rriten shpejt dhe japin rendimente të larta të formulimit rekombinant. Megjithatë, substancat eukariote me shumë domene të shprehura në baktere janë shpesh jofunksionale sepse qelizat nuk janë të pajisura për të kryer modifikimet e nevojshme pas përkthimit ose palosjen molekulare.
Përveç kësaj, shumë proteina bëhen të patretshme si molekula përfshirëse, të cilat janë shumë të vështira për t'u rikuperuar pa denaturues të ashpër dhe procedura të mëvonshme të ripalosjes molekulare. Kjo metodë konsiderohet kryesisht si ende kryesisht eksperimentale.
Shprehje pa qelizë
Proteina rekombinante që përmban sekuencën aminoacide të stafilokinazës përftohet në një mënyrë paksa të ndryshme. Përfshihet në shumë lloje injeksionesh, që kërkojnë disa sisteme përpara përdorimit.
Shprehja e proteinave pa qeliza është një sintezë in vitro e një substance duke përdorur ekstrakte të plota qelizore të përputhshme në përkthim. Në parim, ekstraktet e qelizave të plota përmbajnë të gjitha makromolekulat dhe përbërësit e nevojshëm për transkriptimin, përkthimin dhe madje edhe modifikimin pas përkthimit.
Këta përbërës përfshijnë ARN polimerazën, faktorët rregullues të proteinave, format e transkriptimit, ribozomet dhe tARN. Kur shtohetkofaktorë, nukleotide dhe një shabllon specifik gjeni, këto ekstrakte mund të sintetizojnë proteinat me interes në pak orë.
Megjithëse nuk janë të qëndrueshme për prodhim në shkallë të gjerë, sistemet e shprehjes së proteinave pa qeliza ose in vitro (IVT) ofrojnë një sërë avantazhesh ndaj sistemeve konvencionale in vivo.
Shprehja pa qeliza lejon sintezën e shpejtë të formulimeve rekombinante pa përfshirë kulturën e qelizave. Sistemet pa qeliza bëjnë të mundur etiketimin e proteinave me aminoacide të modifikuara, si dhe shprehjen e komponimeve që i nënshtrohen degradimit të shpejtë proteolitik nga proteazat ndërqelizore. Përveç kësaj, është më e lehtë të shprehësh shumë proteina të ndryshme në të njëjtën kohë duke përdorur një metodë pa qeliza (për shembull, testimi i mutacioneve të proteinave me shprehje në shkallë të vogël nga shumë shabllone të ndryshme të ADN-së rekombinante). Në këtë eksperiment përfaqësues, sistemi IVT u përdor për të shprehur proteinën njerëzore kaspase-3.
Përfundime dhe perspektiva të ardhshme
Prodhimi i proteinave rekombinante tani mund të shihet si një disiplinë e pjekur. Ky është rezultat i përmirësimeve të shumta në rritje në pastrim dhe analizë. Aktualisht, programet e zbulimit të barnave ndalohen rrallë për shkak të pamundësisë për të prodhuar proteinën e synuar. Proceset paralele për shprehjen, pastrimin dhe analizën e disa substancave rikombinante janë tashmë të njohura në shumë laboratorë në mbarë botën.
Komplekset e proteinave dhe suksesi në rritje në prodhimstrukturat e membranës së tretshme do të kërkojnë më shumë ndryshime për të vazhduar me kërkesën. Shfaqja e organizatave efektive kërkimore me kontratë për një furnizim më të rregullt të proteinave do të lejojë rishpërndarjen e burimeve shkencore për të përballuar këto sfida të reja.
Për më tepër, flukset paralele të punës duhet të lejojnë krijimin e bibliotekave të plota të substancës së monitoruar për të mundësuar identifikimin e objektivit të ri dhe ekzaminimin e avancuar, së bashku me projektet tradicionale të zbulimit të barnave me molekula të vogla.
