پروتئین نوترکیب
- ارسال شده توسط:soheil nasirinia
- دسامبر 22, 2024
پروتئین نوترکیب
- ارسال شده توسط:soheil nasirinia
- دسامبر 22, 2024
پروتئین نوترکیب چیست؟
پروتئینهای نوترکیب، پروتئینهایی هستند که از طریق فناوری DNA نوترکیب ومهندسی ژنتیک تولید میشوند. در این فرآیند، ژن کدکننده پروتئین مورد نظر به یک وکتور (معمولاً پلاسمید) وارد شده و سپس به درون سلول میزبان منتقل میشود. سلول میزبان میتواند باکتری، مخمر، سلولهای حشرات، سلولهای پستانداران یا حتی گیاهان باشد. پس از ورود ژن به سلول میزبان، با استفاده از سیستمهای بیانی مناسب، پروتئین نوترکیب تولید میشود.
روش های تولید پروتئین
روش سنتز شیمیایی اگرچه روش کارآمدی برای تولید مولکول های کوچک است ولی فرآیند پیچیده و هزینه بری است و برای تولید پروتئین هایی که به اندازه کافی پیچیده هستند مناسب نیست بنابراین تولید در مقیاس بالای پروتئین ها عمدتا مستلزم تولید در سیستم های زنده است. از سوی دیگرایزوله کردن پپتیدها و پروتئین ها از منابع طبیعی فرآیند فشرده و زمان بری می باشد و تولید در مقیاس بالا را با مشکل مواجه میکند.خوشبختانه تکنولوژی DNA نوترکیب ابزار مقرون به صرفه ای را برای تولید پروتئین ها فراهم آورده است پروتئین ها با استفاده از مهندسی پروتئین و مهندسی ژنتیک به صورت تجاری در صنایع تولید میشوند.
کاربرد پروتئین نوترکیب
پروتئین های طبیعی و نوترکیب بخش عمده ای از صنعت زیست دارو، صنعت آنزیم و صنعت کشاورزی را به خود اختصاص می دهند. با استفاده از مهندسی ژنتیک ، پروتئین های مورد نظر در پاسخ به نیازهای صنعت به طور انبوهی تولید شده اند.از اینرو امروزه بیشتر محصولات زیست دارو به روش نوترکیب تولید می شوند .
انتخاب سیستم بیانی مناسب برای تولید پروتئینهای نوترکیب به نوع و ساختار پروتئین مورد نظر بستگی دارد. سیستمهای پروکاریوتی مانند باکتریها (بهویژه E. coli) برای تولید پروتئینهای ساده و در مقیاس بالا با هزینه کمتر مناسب هستند. با این حال، برای پروتئینهای پیچیدهتر که نیاز به تغییرات پس از ترجمه مانند گلیکوزیلاسیون دارند، سیستمهای یوکاریوتی مانند سلولهای پستانداران ترجیح داده میشوند
کاربرد:پروتئینهای نوترکیب کاربردهای گستردهای در پزشکی، صنایع دارویی و تحقیقات دارند. برای مثال، تولید انسولین نوترکیب با استفاده از E. coli یکی از نخستین موفقیتهای این فناوری بود که در اوایل دهه ۱۹۸۰ تأییدیه FDA را دریافت کرد. امروزه، بسیاری از داروهای پروتئینی، واکسنها و آنزیمهای صنعتی با استفاده از این فناوری تولید میشوند.
سیستمهای بیانی برای تولید پروتئینهای نوترکیب
سیستمهای پروکاریوتی (باکتریها): باکتری اشریشیا کلی (E. coli) به دلیل رشد سریع و هزینه پایین، بهطور گسترده برای تولید پروتئینهای نوترکیب استفاده میشود. با این حال، در برخی موارد، پروتئینهای تولیدشده در این سیستم ممکن است بهدرستی تا نخورده و یا فاقد تغییرات پس از ترجمه باشند.
سلولهای مخمر: مخمرها میتوانند پروتئینهای پیچیدهتری را با تغییرات پس از ترجمه تولید کنند و در برخی موارد، الگوی گلیکوزیلاسیون مشابه انسان دارند.
سلولهای حشرات: رده سلولی S2 از حشره دروزوفیلا بهعنوان میزبان برای بیان پروتئینهای نوترکیب انسانی و غیرانسانی استفاده شده است. این سیستم با دارا بودن مزایایی چون تراکم سلولی بالا و قابلیت تولید پروتئین نوترکیب تاخورده حامل تغییرات پس از ترجمه، پتانسیل کاربرد در حوزه صنعتی و تجاری را دارد.
سلولهای پستانداران: برای تولید پروتئینهای گلیکوزیله و پیچیده، سلولهای پستانداران به دلیل داشتن الگوی گلیکوزیلاسیون مشابه انسان و توانایی در انجام تغییرات پس از ترجمه، انتخاب مناسبی هستند. با این حال، هزینه بالای کشت و نگهداری این سلولها از معایب آنها محسوب میشود.
سیستمهای عاری از سلول: این سیستمها با استفاده از عصارههای سلولی، امکان سنتز پروتئینها را بدون نیاز به سلول زنده فراهم میکنند و مزایایی مانند سرعت بالا و کاهش خطر آلودگی دارند. با این حال، هزینه بالای تولید و پایداری محدود از چالشهای این سیستمها است.
پیشرفت های اخیر
بهبود تولید در E. coli: با استفاده از مهندسی ژنتیک و بهینهسازی شرایط کشت، تلاشهایی برای افزایش بیان پروتئینهای نوترکیب در E. coli صورت گرفته است. این بهبودها شامل استفاده از پروموترهای قوی، بهینهسازی کدونها و کاهش تشکیل اجسام انکلوژن است.
استفاده از سلولهای S2 دروزوفیلا: این سلولها بهعنوان یک سیستم بیانی کارآمد برای تولید پروتئینهای نوترکیب معرفی شدهاند و میتوانند پروتئینهای تاخورده با تغییرات پس از ترجمه مناسب تولید کنند.
توسعه سیستمهای عاری از سلول: پیشرفت در این سیستمها امکان تولید سریعتر و کارآمدتر پروتئینهای نوترکیب را فراهم کرده است. این سیستمها بهویژه برای تولید پروتئینهایی که در سیستمهای سلولی بهسختی بیان میشوند، مفید هستند.
چالش ها و راهکار
غییرات پس از ترجمه: برخی پروتئینها نیاز به تغییرات پس از ترجمه مانند گلیکوزیلاسیون دارند که در سیستمهای پروکاریوتی بهدرستی انجام نمیشود. استفاده از سیستمهای یوکاریوتی مانند سلولهای پستانداران یا حشرات میتواند این مشکل را حل کند
تشکیل اجسام انکلوژن در E. coli: بیان بیش از حد پروتئینها در E. coli میتواند منجر به تشکیل اجسام انکلوژن و کاهش فعالیت بیولوژیکی پروتئین شود. بهینهسازی شرایط بیان و استفاده از پروتئینهای کمکی میتواند به کاهش این مشکل کمک کند.
هزینههای تولید: تولید پروتئینهای نوترکیب در سیستمهای یوکاریوتی مانند سلولهای پستانداران هزینهبر است. استفاده از سیستمهای بیانی جایگزین مانند مخمرها یا سلولهای حشرات میتواند هزینهها را کاهش دهد.
تولید پروتئینهای نوترکیب با استفاده از سیستمهای بیانی مختلف، امکان تولید انبوه و مقرونبهصرفه پروتئینهای مورد نیاز در صنایع مختلف را فراهم کرده است. پیشرفتهای اخیر در بهبود سیستمهای بیانی و توسعه روشهای جدید، افقهای تازهای را در این زمینه گشوده است. با این حال، همچنان چالشهایی مانند تغییرات پس از ترجمه و هزینههای تولید وجود دارد که نیازمند تحقیقات و بهینهسازیهای بیشتر است.
