Eiwitten zijn het werkpaard in biologische systemen die de meeste biologische processen in een cel vergemakkelijken, waaronder genexpressie, celgroei, proliferatie, opname van voedingsstoffen, intercellulaire communicatie en apoptose. De blauwdruk voor de eiwitsynthese is opgeslagen in DNA, dat dient als sjabloon voor sterk gereguleerde transcriptionele processen om boodschapper-RNA (mRNA) te produceren. De door het mRNA gecodeerde boodschap wordt vervolgens vertaald in welomschreven reeksen aminozuren die een eiwit vormen. Eiwitten worden in alle organismen gesynthetiseerd in een soortgelijk tweestapsproces – DNA wordt eerst getranscribeerd in RNA, en vervolgens wordt RNA vertaald in eiwit.

Wat zijn recombinante proteïnen?

Recombinante proteïnen zijn proteïnen die worden gecodeerd door recombinant-DNA dat is gekloond in een expressievector die de expressie van het gen en de translatie van boodschapper-RNA ondersteunt. Modificatie van het gen door recombinant-DNA-technologie kan leiden tot expressie van een mutant eiwit. Een recombinant eiwit is een gemanipuleerde vorm van een oorspronkelijk eiwit, dat op verschillende manieren wordt gegenereerd om de productie van eiwitten te verhogen, gensequenties te wijzigen en nuttige commerciële producten te vervaardigen.

Hoe worden recombinante eiwitten gemaakt?

De productie van recombinante eiwitten begint op genetisch niveau, waar eerst de coderende sequentie voor het gewenste eiwit wordt geïsoleerd en in een expressieplasmidevector wordt gekloond. De meeste recombinante eiwitten voor therapeutisch gebruik zijn afkomstig van de mens, maar worden tot expressie gebracht in micro-organismen zoals bacteriën, gist of dierlijke cellen in cultuur. Menselijke genen zijn zeer complex en bevatten vaak niet-coderende DNA-sequenties die introns worden genoemd. Daarom wordt vaak een intronvrije versie van het gen gemaakt door het mRNA om te zetten in cDNA. Omdat het cDNA geen regulatorische regio’s bevat, bevatten de expressievectoren promotor-, ribosoom-bindende site- en terminator-sequenties. De productie van recombinante eiwitten voor onderzoeksdoeleinden wordt vooral ingegeven door de kosteneffectiviteit, de eenvoud en de snelheid van het proces in combinatie met een voldoende opbrengst van het product. Eiwitten die in bacteriën worden medegeëxpresseerd zouden geen post-translationele modificaties bezitten, b.v. fosforylering of glycosylering; eukaryotische expressiesystemen zijn daarvoor nodig.
Veel recombinante eiwitten vereisen eiwitmodificaties, zoals glycosylering, die alleen in eukaryote cellen beschikbaar zijn. Gist, insectencellen, en zoogdiercelcultuur systemen bieden dergelijke post-translatie modificaties. In het afgelopen decennium zijn naar verluidt efficiënte transiënte transfectieprotocollen ontwikkeld. Van HEK293 afgeleide cellijnen worden gebruikt voor de transiënte productie van eiwitten. Momenteel worden de meeste recombinante therapeutische eiwitten geproduceerd in zoogdiercellen, omdat zoogdiercellen in staat zijn eiwitten van hoge kwaliteit te produceren die vergelijkbaar zijn met de eiwitten die in de natuur voorkomen. Bovendien worden veel goedgekeurde recombinante therapeutische eiwitten in E.coli geproduceerd vanwege de goed gekarakteriseerde genetica, de snelle groei en de hoge opbrengst.

Biomedisch onderzoek om gezondheid en ziekte te begrijpen

Recombinante eiwitten zijn nuttige hulpmiddelen bij het begrijpen van eiwit-eiwitinteracties. Eiwitinteracties worden fundamenteel gekarakteriseerd als stabiel of voorbijgaand en spelen een belangrijke rol in cellulaire processen. Recentelijk zijn RP microarrays voor het onderzoeken van eiwit-eiwit interacties populair geworden. Bij deze aanpak zaaien onderzoekers een objectglaasje met talrijke geïmmobiliseerde eiwitten, die zij vervolgens behandelen met een verscheidenheid van moleculen om na te gaan hoe de twee middelen met elkaar interageren. Met dit systeem hebben wetenschappers eiwitinteracties bestudeerd met andere eiwitten of peptiden, enzymen, kleine moleculen, lipiden en nucleïnezuren. Dit maakt een veel grotere verwerkingscapaciteit mogelijk bij het bestuderen van eiwit-eiwit interacties.
Recombinante eiwitten hebben hun deugdelijkheid bewezen in verschillende laboratoriumtechnieken, zoals ELISA, western blot en immunohistochemie (IHC). Recombinante proteïnen worden gebruikt om enzymatische assays te ontwikkelen. Bij gebruik in combinatie met een passend antilichamenpaar kunnen recombinante eiwitten worden gebruikt als standaarden in ELISA, en als positieve controles in Western blots, en IHC. Recombinante eiwitten zijn waardevolle hulpmiddelen bij het onderzoek naar cellulaire reacties op stress en ziektesituaties. Recombinante eiwitten en peptiden die aan diermodellen van ziekten worden toegediend, helpen onderzoekers bij het identificeren van nieuwe potentiële therapeutische kandidaten.

Recombinante proteïnen voor biotherapeutica

De meeste ziekten bij de mens zijn systemisch of gedeeltelijk gerelateerd aan het disfunctioneren van specifieke proteïnen. Therapeutische eiwitten bieden belangrijke therapieën voor uiteenlopende ziekten, zoals diabetes, kanker, infectieziekten, hemofilie en bloedarmoede. Veel voorkomende therapeutische eiwitten zijn antilichamen, Fc-fusie-eiwitten, hormonen, interleukines, enzymen en anticoagulantia. Menselijke eiwitten die door middel van genetische manipulatie zijn verkregen, spelen een sleutelrol op de markt van therapeutische geneesmiddelen. Een van de vele door de FDA goedgekeurde RP-vaccins is het hepatitis-B-vaccin ter voorkoming van infectie veroorzaakt door alle bekende subtypes van het hepatitis-B-virus.
Het eerste recombinante eiwit dat voor behandeling werd gebruikt, was recombinant menselijk insuline in 1982 en de RP-industrie is sindsdien snel gegroeid. Tot op heden zijn meer dan 130 RP’s door de Amerikaanse FDA goedgekeurd voor klinisch gebruik. Wereldwijd worden echter meer dan 170 RP’s geproduceerd en in de geneeskunde gebruikt. Recombinant menselijke insuline was een zeer vroeg voorbeeld van het gebruik van biotechnologie bij de ontwikkeling van geneesmiddelen. Recombinante proteïnen zijn krachtige geneesmiddelen die geen neveneffecten hebben en waarvan de ontwikkeling minder tijd in beslag neemt dan die van kleine moleculen. Alle Big Pharma ontwikkelt nu RP als geneesmiddelen en het is dan ook een miljardenindustrie.

Recombinante eiwitten die in de kliniek worden gebruikt zijn onder meer recombinante hormonen, interferonen, interleukines, groeifactoren, tumornecrosefactoren, bloedstollingsfactoren, trombolytische geneesmiddelen en enzymen voor de behandeling van belangrijke ziekten zoals diabetes, dwerggroei, myocardinfarct, congestief hartfalen, cerebrale apoplexie, multiple sclerose, neutropenie, trombocytopenie, bloedarmoede, hepatitis, reumatoïde artritis, astma, de ziekte van Crohn, en kankertherapieën. Gesteund door talrijke peer-reviewed citaten, biedt Enzo een uitgebreide reeks recombinante en natieve eiwitten voor een verscheidenheid van onderzoeksgebieden. Onze eiwitten zijn gevalideerd in specifieke functionele tests en worden geproduceerd volgens de strengste kwaliteitsnormen.

Recombinante eiwitten worden gebruikt bij de productie van levensmiddelen, in de landbouw en bij bio-engineering. In de fokkerij bijvoorbeeld kunnen enzymen aan diervoeder worden toegevoegd om de voedingswaarde van voederingrediënten te verhogen, de kosten van voeder- en afvalbeheer te verlagen, de gezondheid van de darmen van dieren te ondersteunen, de prestaties van dieren te verbeteren en het milieu te verbeteren. Daarnaast worden melkzuurbacteriën (LAB) al lange tijd gebruikt voor de productie van gefermenteerde levensmiddelen. Onlangs zijn LAB gemanipuleerd voor de expressie van recombinante eiwitten, die een breed scala van toepassingen zullen hebben, zoals het verbeteren van de spijsvertering en de voeding van mens en dier.
De vooruitgang op het gebied van biotechnologie heeft de productie van recombinante eiwitten voor diverse toepassingen verhoogd en vergemakkelijkt. Het belang van RP is snel toegenomen voor fundamenteel biowetenschappelijk onderzoek, diagnostische reagentia en therapeutische geneesmiddelen. Hun rol in de biotechnologie is onvervangbaar. Wij kijken ook uit naar meer vooruitgang bij de behandeling van diverse ziekten met recombinante eiwitten. Enzo’s catalogus van veel geciteerde en grondig gevalideerde natieve en recombinante eiwitten zal dit onderzoek helpen versnellen. Onze decennialange ervaring in het ontwerpen en produceren van actieve enzymen en drug discovery kits biedt hulpmiddelen voor het screenen van remmers van specifieke enzymen en het identificeren van een potentieel therapeutisch doelwit. Neem contact op met ons technisch ondersteuningsteam voor verdere hulp.