Proteiner är arbetshästar i biologiska system som underlättar de flesta biologiska processer i en cell, inklusive genuttryck, celltillväxt, proliferation, näringsupptag, intercellulär kommunikation och apoptos. Blåkopian för proteinsyntesen är lagrad i DNA, som fungerar som mall för starkt reglerade transkriptionsprocesser för att producera budbärar-RNA (mRNA). Det budskap som kodas av mRNA översätts sedan till definierade sekvenser av aminosyror som bildar ett protein. Proteiner syntetiseras i en liknande tvåstegsprocess i alla organismer – DNA transkriberas först till RNA, därefter översätts RNA till protein.

Vad är rekombinanta proteiner?

Rekombinanta proteiner är proteiner som kodas av rekombinant DNA som har klonats i en expressionsvektor som stöder uttryck av genen och översättning av messenger-RNA. Modifiering av genen med hjälp av rekombinant DNA-teknik kan leda till att ett mutantprotein uttrycks. Rekombinantprotein är en manipulerad form av inhemskt protein som genereras på olika sätt för att öka produktionen av proteiner, modifiera gensekvenser och tillverka användbara kommersiella produkter.

Hur framställs rekombinanta proteiner?

Produktionen av rekombinanta proteiner börjar på genetisk nivå, där den kodande sekvensen för det aktuella proteinet först isoleras och klonas in i en vektor av en expressionsplasmid. De flesta rekombinanta proteiner för terapeutisk användning kommer från människor men uttrycks i mikroorganismer som bakterier, jäst eller djurceller i kultur. Mänskliga gener är mycket komplexa och innehåller ofta icke-kodande DNA-sekvenser som kallas introner. Därför framställs ofta en intronfri version av genen genom att omvandla mRNA till cDNA. Eftersom cDNA saknar reglerande regioner innehåller expressionsvektorerna promotor-, ribosombindningsställen och terminatorsekvenser. Produktion av rekombinanta proteiner för forskningsändamål styrs främst av processens kostnadseffektivitet, enkelhet och snabbhet i kombination med adekvat avkastning av produkten. Proteiner som samexpressas i bakterier har inga posttranslationella modifieringar, t.ex. fosforylering eller glykosylering, utan det krävs eukaryotiska uttryckssystem för detta.
Många rekombinanta proteiner kräver proteinmodifieringar, t.ex. glykosylering, som endast är tillgängliga i eukaryota celler. Jäst, insektsceller och däggdjurscellodlingssystem erbjuder sådana posttranslationsmodifieringar. Under det senaste decenniet har man enligt uppgift utvecklat effektiva transienta transfektionsprotokoll. HEK293-cellinjer används för transient produktion av proteiner. För närvarande produceras de flesta rekombinanta terapeutiska proteiner i däggdjursceller eftersom däggdjursceller kan producera högkvalitativa proteiner som liknar de naturligt förekommande. Dessutom produceras många godkända rekombinanta terapeutiska proteiner i E.coli på grund av dess välkaraktäriserade genetik, snabba tillväxt och höga avkastning.

Biomedicinsk forskning för att förstå hälsa och sjukdom

Rekombinanta proteiner är användbara verktyg för att förstå protein-proteininteraktioner. Proteininteraktioner karakteriseras i grunden som stabila eller övergående och spelar en viktig roll i cellulära processer. På senare tid har RP-mikroarrayer för att undersöka protein-proteininteraktioner blivit populära. För detta tillvägagångssätt sådar forskarna ett objektglas med många immobiliserade proteiner, som de sedan behandlar med en mängd olika molekyler för att undersöka hur de två ämnena interagerar med varandra. Med hjälp av detta system har forskare studerat proteininteraktioner med andra proteiner eller peptider, enzymer, små molekyler, lipider och nukleinsyror. Detta möjliggör en mycket högre genomströmning när det gäller att studera protein-proteininteraktioner.
Rekombinanta proteiner har visat sig fungera i flera laboratorietekniker, t.ex. ELISA, Western blot och immunohistokemi (IHC). Rekombinanta proteiner används för att utveckla enzymatiska tester. När de används tillsammans med ett matchat antikroppspar kan rekombinanta proteiner användas som standarder i ELISA och som positiva kontroller i Western Blots och IHC. Rekombinanta proteiner är värdefulla verktyg för att undersöka cellers reaktion på stress och sjukdomssituationer. Rekombinanta proteiner och peptider som administreras till djurmodeller av sjukdomar hjälper forskarna att identifiera nya potentiella terapeutiska kandidater.

Rekombinanta proteiner för bioterapi

De flesta mänskliga sjukdomar är systemiskt eller delvis relaterade till funktionsstörningar hos specifika proteiner. Terapeutiska proteiner utgör viktiga terapier för en rad olika sjukdomar, t.ex. diabetes, cancer, infektionssjukdomar, hemofili och anemi. Vanliga terapeutiska proteiner omfattar antikroppar, Fc-fusionsproteiner, hormoner, interleukiner, enzymer och antikoagulantia. Mänskliga proteiner som framställs genom genteknik spelar en nyckelroll på marknaden för terapeutiska läkemedel. Ett av de många RP-vacciner som godkänts av FDA är Hepatit B-vaccinet för förebyggande av infektion orsakad av alla kända subtyper av Hepatit B-virus.
Det första rekombinanta proteinet som användes för behandling var rekombinant humant insulin 1982 och RP-industrin har vuxit snabbt sedan dess. Hittills har mer än 130 RP godkänts av den amerikanska läkemedelsmyndigheten FDA för klinisk användning. Mer än 170 RP produceras och används dock inom medicinen över hela världen. Rekombinant humant insulin var ett mycket tidigt exempel på användningen av bioteknik inom läkemedelsutveckling. Rekombinanta proteiner är potenta läkemedel som är säkra från off target-biverkningar och tar kortare tid att utveckla än små molekyler. Alla Big Pharma utvecklar nu RP som läkemedel och därmed är det en mångmiljardindustri.
Rekombinanta proteiner som används i kliniken är bland annat rekombinanta hormoner, interferoner, interleukiner, tillväxtfaktorer, tumörnekrosfaktorer, blodkoagulationsfaktorer, trombolysläkemedel och enzymer för behandling av stora sjukdomar som diabetes, dvärgväxt, hjärtinfarkt, hjärtsvikt, hjärnskakning, multipel skleros, neutropeni, trombocytopeni, anemi, hepatit, reumatoid artrit, astma, Crohns sjukdom och cancerbehandlingar. Enzo erbjuder ett omfattande utbud av rekombinanta och nativa proteiner för en rad olika forskningsområden, med stöd av ett stort antal referenser i peer-reviewed citat. Våra proteiner valideras i specifika funktionella tester och tillverkas enligt högsta stränga kvalitet.

Recombinanta proteiner används inom livsmedelsproduktion, jordbruk och bioteknik. Inom uppfödningsindustrin kan till exempel enzymer tillsättas till djurfoder för att öka näringsvärdet hos foderingredienser, minska kostnaderna för foder- och avfallshantering, stödja djurens tarmhälsa, förbättra djurens prestanda och förbättra miljön. Dessutom har mjölksyrabakterier (LAB) använts under lång tid för produktion av fermenterade livsmedel. På senare tid har LAB utvecklats för att uttrycka rekombinanta proteiner, vilket kommer att få ett brett spektrum av tillämpningar, t.ex. för att förbättra matsmältningen och näringstillförseln hos människor och djur.
Förbättringar inom biotekniken har ökat och underlättat produktionen av rekombinanta proteiner för olika tillämpningar. Betydelsen av RP har ökat snabbt för grundläggande biovetenskaplig forskning, diagnostiska reagenser och terapeutiska läkemedel. Deras roll inom biotekniken är oersättlig. Vi ser också fram emot att se ytterligare framsteg i behandlingen av olika sjukdomar med hjälp av rekombinanta proteiner. Enzos katalog över ofta citerade och grundligt validerade nativa och rekombinanta proteiner kommer att bidra till att påskynda denna forskning. Våra årtionden av erfarenhet av utformning och tillverkning av aktiva enzymer och kit för upptäckt av läkemedel erbjuder verktyg för att screena hämmare av specifika enzymer och identifiera ett potentiellt terapeutiskt mål. Kontakta vår tekniska support för ytterligare hjälp.