Białka są siłą roboczą w systemach biologicznych ułatwiającą większość procesów biologicznych w komórce, w tym ekspresję genów, wzrost komórek, proliferację, pobieranie składników odżywczych, komunikację międzykomórkową i apoptozę. Błękitny druk dla syntezy białek jest przechowywany w DNA, który służy jako szablon dla wysoce regulowanych procesów transkrypcyjnych w celu wytworzenia posłańca RNA (mRNA). Wiadomość zakodowana przez mRNA jest następnie tłumaczona na określone sekwencje aminokwasów, które tworzą białko. Białka są syntetyzowane w podobnym dwuetapowym procesie we wszystkich organizmach – DNA jest najpierw przepisywane na RNA, a następnie RNA jest tłumaczone na białko.

Co to są białka rekombinowane?

Białka rekombinowane to białka kodowane przez rekombinowane DNA, które zostało sklonowane w wektorze ekspresyjnym, który wspomaga ekspresję genu i translację posłańca RNA. Modyfikacja genu za pomocą technologii rekombinowanego DNA może prowadzić do ekspresji zmutowanego białka. Rekombinowane białko jest zmanipulowaną formą białka natywnego, które jest generowane na różne sposoby w celu zwiększenia produkcji białek, modyfikacji sekwencji genów i wytwarzania użytecznych produktów komercyjnych.

Jak powstają białka rekombinowane?

Produkcja białek rekombinowanych rozpoczyna się na poziomie genetycznym, gdzie sekwencja kodująca interesujące nas białko jest najpierw izolowana i klonowana do wektora plazmidu ekspresyjnego. Większość białek rekombinowanych do zastosowań terapeutycznych pochodzi od człowieka, ale ich ekspresja odbywa się w mikroorganizmach, takich jak bakterie, drożdże lub komórki zwierzęce w hodowli. Ludzkie geny są bardzo złożone, często zawierają niekodujące sekwencje DNA znane jako introny. Dlatego też wersja genu pozbawiona intronów jest często tworzona poprzez przekształcenie mRNA w cDNA. Ponieważ w cDNA brakuje regionów regulatorowych, wektory ekspresyjne dostarczają sekwencji promotora, miejsca wiążącego rybosomy i terminatora. Produkcja białek rekombinowanych do celów badawczych jest podyktowana głównie opłacalnością, prostotą i szybkością procesu w połączeniu z odpowiednią wydajnością produktu. Białka współeksprymowane w bakteriach nie posiadają modyfikacji potranslacyjnych, np. fosforylacji lub glikozylacji; do tego potrzebne są eukariotyczne systemy ekspresji.
Wiele białek rekombinowanych wymaga modyfikacji białek, takich jak glikozylacja, które są dostępne tylko w komórkach eukariotycznych. Drożdże, komórki owadzie i systemy hodowli komórkowych ssaków oferują takie modyfikacje post-translacyjne. W ciągu ostatniej dekady opracowano wydajne protokoły transfekcji przejściowej. Linie komórkowe HEK293 są wykorzystywane do produkcji białek w warunkach przejściowych. Obecnie większość rekombinowanych białek terapeutycznych jest produkowana w komórkach ssaków, ponieważ komórki ssaków są zdolne do wytwarzania wysokiej jakości białek podobnych do naturalnie występujących. Ponadto, wiele zatwierdzonych rekombinowanych białek terapeutycznych jest wytwarzanych w E.coli ze względu na dobrze scharakteryzowaną genetykę, szybki wzrost i wysoką wydajność produkcji.

Badania biomedyczne w celu zrozumienia zdrowia i choroby

Rekombinowane białka są użytecznymi narzędziami w zrozumieniu interakcji białko-białko. Interakcje białkowe są zasadniczo charakteryzowane jako stabilne lub przejściowe i odgrywają ważną rolę w procesach komórkowych. Ostatnio, mikromacierze RP do badania interakcji białko-białko stały się popularne. W tym podejściu badacze posiewają szkiełko z licznymi unieruchomionymi białkami, które następnie traktują różnymi cząsteczkami, aby zbadać, jak te dwa czynniki oddziałują ze sobą. Przy użyciu tego systemu naukowcy badali interakcje białek z innymi białkami lub peptydami, enzymami, małymi cząsteczkami, lipidami i kwasami nukleinowymi. To pozwala na znacznie większą przepustowość, jeśli chodzi o badanie interakcji białko-białko.
Białka rekombinowane mają udowodnioną wydajność w kilku technikach laboratoryjnych, takich jak ELISA, western blot i immunohistochemii (IHC). Białka rekombinowane są wykorzystywane do opracowywania testów enzymatycznych. W połączeniu z dobraną parą przeciwciał, białka rekombinowane mogą być używane jako standardy w ELISA oraz jako kontrole pozytywne w Western Blot i IHC. Białka rekombinowane służą jako cenne narzędzia do badania odpowiedzi komórkowej na stres i sytuacje chorobowe. Rekombinowane białka i peptydy podawane do zwierzęcych modeli chorób pomagają badaczom w identyfikacji nowych potencjalnych kandydatów do terapii.

Białka rekombinowane dla bioterapeutyków

Większość ludzkich chorób jest systemowo lub częściowo związana z dysfunkcją specyficznych białek. Białka terapeutyczne zapewniają ważne terapie dla różnych chorób, takich jak cukrzyca, rak, choroby zakaźne, hemofilia i anemia. Do typowych białek terapeutycznych należą przeciwciała, białka fuzyjne Fc, hormony, interleukiny, enzymy i antykoagulanty. Białka ludzkie uzyskane dzięki inżynierii genetycznej odgrywają kluczową rolę na rynku leków terapeutycznych. Jedną z wielu szczepionek RP zatwierdzonych przez FDA jest szczepionka przeciw wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, służąca do zapobiegania infekcji wywołanej przez wszystkie znane podtypy wirusa zapalenia wątroby typu B.
Pierwszym rekombinowanym białkiem zastosowanym w leczeniu była rekombinowana insulina ludzka w 1982 roku i od tego czasu przemysł RP gwałtownie się rozwinął. Do chwili obecnej ponad 130 RP zostało zatwierdzonych przez amerykańską FDA do użytku klinicznego. Natomiast na całym świecie produkuje się i stosuje w medycynie ponad 170 RP. Rekombinowana insulina ludzka była bardzo wczesnym przykładem zastosowania biotechnologii w opracowywaniu leków. Białka rekombinowane są silnymi lekami, które nie powodują skutków ubocznych poza celem, a ich opracowanie trwa krócej niż w przypadku małych cząsteczek. Wszystkie Big Pharma rozwijają teraz RP jako leki i dlatego jest to przemysł warty wiele miliardów dolarów.
Rekombinowane białka stosowane w klinice obejmują rekombinowane hormony, interferony, interleukiny, czynniki wzrostu, czynniki martwicy nowotworów, czynniki krzepnięcia krwi, leki trombolityczne i enzymy do leczenia głównych chorób, takich jak cukrzyca, karłowatość, zawał mięśnia sercowego, zastoinowa niewydolność serca, apopleksja mózgu, stwardnienie rozsiane, neutropenia, trombocytopenia, anemia, zapalenie wątroby, reumatoidalne zapalenie stawów, astma, choroba Crohna i terapie nowotworowe. Enzo oferuje szeroką gamę rekombinowanych i natywnych białek dla różnych dziedzin badań, popartą licznymi recenzjami. Nasze białka są walidowane w określonych testach funkcjonalnych i są produkowane zgodnie z najwyższymi rygorami jakości.

Białka rekombinowane są stosowane w produkcji żywności, rolnictwie i bioinżynierii. Na przykład, w przemyśle hodowlanym, enzymy mogą być dodawane do paszy dla zwierząt w celu zwiększenia wartości odżywczej składników paszy, zmniejszenia kosztów zarządzania paszą i odpadami, wspierania zdrowia jelit zwierząt, zwiększenia wydajności zwierząt i poprawy stanu środowiska. Ponadto, bakterie kwasu mlekowego (LAB) są od dawna wykorzystywane do produkcji żywności fermentowanej. Ostatnio, LAB zostały zmodyfikowane do ekspresji białek rekombinowanych, które będą miały szeroki zakres zastosowań, takich jak poprawa trawienia i odżywiania ludzi/zwierząt.
Postęp w dziedzinie biotechnologii zwiększył i ułatwił produkcję białek rekombinowanych do różnych zastosowań. Znaczenie RP gwałtownie wzrosło dla podstawowych badań z zakresu nauk przyrodniczych, odczynników diagnostycznych i leków terapeutycznych. Ich rola w biotechnologii jest niezastąpiona. Czekamy również na dalszy postęp w leczeniu różnych chorób za pomocą białek rekombinowanych. Katalog Enzo obejmujący szeroko cytowane i dokładnie zwalidowane białka natywne i rekombinowane pomoże przyspieszyć te badania. Nasze kilkudziesięcioletnie doświadczenie w projektowaniu i produkcji aktywnych enzymów oraz zestawów do odkrywania leków oferuje narzędzia do badania inhibitorów specyficznych enzymów i identyfikacji potencjalnego celu terapeutycznego. Prosimy o kontakt z naszym Zespołem Wsparcia Technicznego w celu uzyskania dalszej pomocy.