Кіріспе
биотехнологиялық әдіс
Ақуыз өндірісі – белгілі бір ақуызды жасаудың биотехнологиялық процесі. Әдетте, бұл организмдегі ген экспрессиясын манипуляциялау арқылы рекомбинантты геннің көп мөлшерін экспрессиялауға қол жеткізіледі. Бұл рекомбинантты ДНҚ-ның хабаршы РНК-ға (мРНК) транскрипциясын, мРНК-ның полипептидтік тізбектерге аударылуын қамтиды, олар соңында функционалды ақуыздарға жиналады және белгілі бір субклеткалық немесе жасушадан тыс жерлерге бағытталуы мүмкін. Ақуыз өндіріс жүйелері (экспрессия жүйелері деп те аталады) өмір ғылымдарында, биотехнологияда және медицинада қолданылады. Молекулалық биология зерттеулерінде көптеген ақуыздар мен ферменттер пайдаланылады, олардың көпшілігі экспрессия жүйелерінен алынған; әсіресе ПТР үшін ДНК полимераза, РНК талдауы үшін кері транскриптаза, клондау үшін шектеу эндонуклеазалары және дәрі-дәрмектерді биологиялық нысандар ретінде немесе потенциалды дәрілер ретінде сынау үшін ақуыздар жасау үшін. Сондай-ақ, экспрессия жүйелері өнеркәсіптік ферментацияда маңызды қолданысқа ие, атап айтқанда, диабетті емдеу үшін адам инсулині сияқты биофармацевтикалық препараттарды және ферменттерді өндіруде.
Белсенді өндіру жүйелері
Көбінесе қолданылатын белок өндіру жүйелері бактериялар, ашытқы, бакуловирус/жәндіктер, сүтқоректілер жасушалары және соңғы кезде Myceliophthora thermophila сияқты жіпті саңырауқұлақтардан алынғандары болып табылады. Биофармацевтикалық препараттар осы жүйелердің біреуімен өндірілгенде, өндіріс процесімен байланысты қосымша заттар, атап айтқанда, ие жасуша ақуыздары, соңғы өнімге шамалы мөлшерде түседі.
Ұяшыққа негізделген жүйелер
Ең көне және кеңінен қолданылатын экспрессиялық жүйелер жасушаға негізделген және "экспрессиялық вектордың, оның клондалған ДНК-сының және векторды қабылдайтын жасушаның комбинациясы ретінде анықталады, бұл жасуша ішіндегі шетелдік геннің жұмыс істеуіне жағдай жасайды, яғни жоғары деңгейде ақуыздар өндіреді". Артық экспрессия – бұл қалыптан тыс және тым жоғары гендік экспрессия деңгейі, ол айқын генге байланысты фенотипке әкеледі. Экспрессия үшін жасушаға шетелдік ДНК енгізудің көптеген тәсілдері бар, және экспрессия үшін көптеген әртүрлі жасушалар қолданылуы мүмкін – әр экспрессиялық жүйенің өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері болады. Экспрессиялық жүйелер әдетте жасуша-қонақ және ДНК көзі немесе генетикалық материалды жеткізу механизмі арқылы белгіленеді. Мысалы, кең таралған жасушалар бактериялар (мысалы, E. coli, B. subtilis), ашытқылар (мысалы, S. cerevisiae).
Коринбактерия
Грам-позитивті Corynebacterium бактериясының патогенді емес түрлері әртүрлі аминқышқылдарын коммерциялық өндіру үшін пайдаланылады. C. glutamicum түрі глютамат пен лизин өндірінде кеңінен қолданылады, олар адам тағамының, мал азығының және фармацевтикалық өнімдердің құрауыштары болып табылады. Функционалды белсенді адам эпидермалық өсу факторы C. glutamicum-да экспрессияланды, осылайша адам ақуыздарын өнеркәсіптік масштабта өндіруге болатыны көрсетілді. Экспрессияланған ақуыздар жалпы секреторлық жол (Sec) немесе екі аргинин транслокациялық жол (Tat) арқылы секрециялануы мүмкін. Грам-теріс бактериялардан айырмашылығы, грам-позитивті Corynebacterium адамдарда антигендік эндотоксиндер қызметін атқаратын липополисахаридтерден мүлдем құрылған емес.
Pseudomonas fluorescens (флуоресценттік тұқым)
Патогенді емес және грам-теріс бактерия, Pseudomonas fluorescens, рекомбинантты ақуыздарды жоғары деңгейде өндіру үшін қолданылады; көбінесе биотерапиялық препараттар мен вакциналарды әзірлеу мақсатында. P. fluorescens – метаболизмі әртүрлі организм, бұл жоғары өнімділікте іріктеуге және күрделі ақуыздарды жылдам дамытуға мүмкіндік береді. P. fluorescens ең белгілісі, белсенді, ерігіш ақуыздың жоғары титрін жылдам және табысты өндіру қабілетімен танымал.
Ашытқылар
S. cerevisiae немесе Pichia pastoris түрлерін пайдаланатын экспрессия жүйелері, сүтқоректілер жасушаларындағыдай өңделетін, жоғары өнімділікпен және химиялық құрамы анықталған ортада тұрақты және ұзақ мерзімді ақуыз өндіруге мүмкіндік береді. (Sf9, Sf21, High Five штаммдары) ал сүтқоректілердің (HeLa, HEK 293) жасушалары гликозильденген немесе мембраналық ақуыздарды өндіруге мүмкіндік береді, оларды саңырауқұлақ немесе бактериялық жүйелерде өндіру мүмкін емес.