Proteine sind die Arbeitspferde in biologischen Systemen, die die meisten biologischen Prozesse in einer Zelle ermöglichen, einschließlich Genexpression, Zellwachstum, Proliferation, Nährstoffaufnahme, interzelluläre Kommunikation und Apoptose. Der Bauplan für die Proteinsynthese ist in der DNA gespeichert, die als Vorlage für stark regulierte Transkriptionsprozesse zur Herstellung von Boten-RNA (mRNA) dient. Die von der mRNA kodierte Botschaft wird dann in definierte Sequenzen von Aminosäuren übersetzt, die ein Protein bilden. Proteine werden in allen Organismen in einem ähnlichen zweistufigen Prozess synthetisiert – zuerst wird die DNA in RNA transkribiert, dann wird die RNA in Protein übersetzt.

Was sind rekombinante Proteine?

Rekombinante Proteine sind Proteine, die von rekombinanter DNA kodiert werden, die in einen Expressionsvektor geklont wurde, der die Expression des Gens und die Übersetzung der Boten-RNA unterstützt. Eine Veränderung des Gens durch rekombinante DNA-Technologie kann zur Expression eines mutierten Proteins führen. Rekombinantes Protein ist eine manipulierte Form des nativen Proteins, das auf verschiedene Weise erzeugt wird, um die Produktion von Proteinen zu steigern, Gensequenzen zu verändern und nützliche kommerzielle Produkte herzustellen.

Wie werden rekombinante Proteine hergestellt?

Die Herstellung rekombinanter Proteine beginnt auf genetischer Ebene, wo zunächst die kodierende Sequenz für das gewünschte Protein isoliert und in einen Expressionsplasmidvektor kloniert wird. Die meisten rekombinanten Proteine für therapeutische Zwecke stammen vom Menschen, werden aber in Mikroorganismen wie Bakterien, Hefe oder tierischen Zellen in Kultur exprimiert. Menschliche Gene sind sehr komplex und enthalten häufig nicht codierende DNA-Sequenzen, die als Introns bekannt sind. Daher wird häufig eine intronfreie Version des Gens durch Umwandlung der mRNA in cDNA hergestellt. Da der cDNA regulatorische Regionen fehlen, enthalten die Expressionsvektoren Promotor-, Ribosomen-Bindungsstellen- und Terminatorsequenzen. Für die rekombinante Proteinproduktion zu Forschungszwecken sind vor allem die Kosteneffizienz, die Einfachheit und die Geschwindigkeit des Prozesses in Verbindung mit einer angemessenen Ausbeute des Produkts ausschlaggebend. In Bakterien mitexprimierte Proteine würden keine posttranslationalen Modifikationen, z. B. Phosphorylierung oder Glykosylierung, aufweisen; hierfür werden eukaryotische Expressionssysteme benötigt.
Viele rekombinante Proteine erfordern Proteinmodifikationen, wie z. B. Glykosylierung, die nur in eukaryotischen Zellen möglich sind. Hefe, Insektenzellen und Säugetierzellkultursysteme bieten solche Posttranslationsmodifikationen. In den letzten zehn Jahren wurden effiziente transiente Transfektionsprotokolle entwickelt. HEK293-Zelllinien werden für die transiente Produktion von Proteinen verwendet. Derzeit werden die meisten rekombinanten therapeutischen Proteine in Säugetierzellen hergestellt, da Säugetierzellen in der Lage sind, qualitativ hochwertige Proteine zu produzieren, die den natürlich vorkommenden ähnlich sind. Darüber hinaus werden viele zugelassene rekombinante therapeutische Proteine in E.coli hergestellt, da dessen Genetik gut charakterisiert ist, es schnell wächst und eine hohe Produktionsausbeute aufweist.

Biomedizinische Forschung zum Verständnis von Gesundheit und Krankheit

Rekombinante Proteine sind nützliche Werkzeuge zum Verständnis von Protein-Protein-Interaktionen. Proteininteraktionen werden grundsätzlich als stabil oder transient charakterisiert und spielen eine wichtige Rolle bei zellulären Prozessen. In letzter Zeit sind RP-Mikroarrays zur Untersuchung von Protein-Protein-Wechselwirkungen sehr beliebt geworden. Bei diesem Ansatz bestücken die Forscher einen Objektträger mit zahlreichen immobilisierten Proteinen, die sie dann mit einer Vielzahl von Molekülen behandeln, um zu untersuchen, wie die beiden Stoffe miteinander interagieren. Mit diesem System haben Wissenschaftler die Wechselwirkungen von Proteinen mit anderen Proteinen oder Peptiden, Enzymen, kleinen Molekülen, Lipiden und Nukleinsäuren untersucht. Dies ermöglicht einen wesentlich höheren Durchsatz bei der Untersuchung von Protein-Protein-Wechselwirkungen.
Rekombinante Proteine haben sich in verschiedenen Labortechniken wie ELISA, Western Blot und Immunhistochemie (IHC) bewährt. Rekombinante Proteine werden zur Entwicklung enzymatischer Assays verwendet. In Verbindung mit einem passenden Antikörperpaar können rekombinante Proteine als Standards in ELISA und als Positivkontrollen in Western Blots und IHC verwendet werden. Rekombinante Proteine dienen als wertvolle Hilfsmittel zur Untersuchung der zellulären Reaktion auf Stress und Krankheitssituationen. Rekombinante Proteine und Peptide, die Tiermodellen verabreicht werden, helfen Forschern bei der Identifizierung neuer potenzieller therapeutischer Kandidaten.

Rekombinante Proteine für Biotherapeutika

Die meisten menschlichen Krankheiten sind systemisch oder teilweise auf Funktionsstörungen bestimmter Proteine zurückzuführen. Therapeutische Proteine bieten wichtige Behandlungsmöglichkeiten für eine Vielzahl von Krankheiten wie Diabetes, Krebs, Infektionskrankheiten, Hämophilie und Anämie. Zu den gängigen therapeutischen Proteinen gehören Antikörper, Fc-Fusionsproteine, Hormone, Interleukine, Enzyme und Antikoagulanzien. Menschliche Proteine, die durch Gentechnik gewonnen werden, spielen eine Schlüsselrolle auf dem Markt für therapeutische Arzneimittel. Einer der vielen von der FDA zugelassenen RP-Impfstoffe ist der Hepatitis-B-Impfstoff zur Vorbeugung von Infektionen durch alle bekannten Subtypen des Hepatitis-B-Virus.
Das erste rekombinante Protein, das in der Behandlung eingesetzt wurde, war rekombinantes Humaninsulin im Jahr 1982, und seitdem ist die RP-Industrie rasch gewachsen. Bis heute wurden mehr als 130 rekombinante Proteine von der US-amerikanischen FDA für den klinischen Einsatz zugelassen. Weltweit werden jedoch mehr als 170 RP hergestellt und in der Medizin verwendet. Rekombinantes Humaninsulin war ein sehr frühes Beispiel für den Einsatz der Biotechnologie in der Arzneimittelentwicklung. Rekombinante Proteine sind wirksame Arzneimittel, die vor Nebenwirkungen sicher sind und deren Entwicklung weniger Zeit in Anspruch nimmt als die von kleinen Molekülen. Alle großen Pharmakonzerne entwickeln heute RP als Arzneimittel, und es handelt sich um eine Multimilliarden-Dollar-Industrie.

Zu den rekombinanten Proteinen, die in der Klinik eingesetzt werden, gehören rekombinante Hormone, Interferone, Interleukine, Wachstumsfaktoren, Tumornekrosefaktoren, Blutgerinnungsfaktoren, Thrombolytika und Enzyme zur Behandlung schwerer Krankheiten wie Diabetes, Zwergwuchs, Myokardinfarkt, Herzinsuffizienz, Hirnschlag, Multiple Sklerose, Neutropenie, Thrombozytopenie, Anämie, Hepatitis, rheumatoide Arthritis, Asthma, Morbus Crohn und Krebstherapien. Enzo bietet eine breite Palette rekombinanter und nativer Proteine für eine Vielzahl von Forschungsbereichen an, die durch zahlreiche von Experten begutachtete Zitate belegt sind. Unsere Proteine sind in spezifischen Funktionstests validiert und werden nach strengsten Qualitätsanforderungen hergestellt.

Rekombinante Proteine werden in der Lebensmittelproduktion, in der Landwirtschaft und im Bioengineering eingesetzt. In der Züchtungsindustrie beispielsweise können Enzyme dem Tierfutter zugesetzt werden, um den Nährwert von Futtermitteln zu erhöhen, die Kosten für Futtermittel und Abfallmanagement zu senken, die Darmgesundheit der Tiere zu unterstützen, die Leistung der Tiere zu steigern und die Umwelt zu verbessern. Darüber hinaus werden Milchsäurebakterien (LAB) schon seit langem für die Herstellung fermentierter Lebensmittel verwendet. In jüngster Zeit wurden LAB für die Expression rekombinanter Proteine entwickelt, die ein breites Anwendungsspektrum haben, z. B. zur Verbesserung der Verdauung und Ernährung von Mensch und Tier.
Fortschritte im Bereich der Biotechnologie haben die Produktion rekombinanter Proteine für verschiedene Anwendungen erhöht und erleichtert. Die Bedeutung von RP für die biowissenschaftliche Grundlagenforschung, diagnostische Reagenzien und therapeutische Arzneimittel hat rapide zugenommen. Ihre Rolle in der Biotechnologie ist unersetzlich. Wir freuen uns auch auf weitere Fortschritte bei der Behandlung verschiedener Krankheiten mit rekombinanten Proteinen. Der Katalog von Enzo an viel zitierten und gründlich validierten nativen und rekombinanten Proteinen wird dazu beitragen, diese Forschung zu beschleunigen. Unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung aktiver Enzyme und Wirkstoffentdeckungskits bietet Werkzeuge für das Screening von Inhibitoren spezifischer Enzyme und die Identifizierung eines potenziellen therapeutischen Ziels. Für weitere Unterstützung wenden Sie sich bitte an unser technisches Support-Team.