Medikamente wie insulin für Diabetiker und Gerinnungsfaktoren für die Hämophilie sind schwer zu synthetisieren im Labor. Solche Medikamente basieren auf therapeutische Proteine, so haben Wissenschaftler veränderte Bakterien in winzige protein-Herstellung Fabriken. Aber sogar mit der Hilfe von Bakterien oder anderen Zellen, den Prozess der Herstellung von Proteinen für medizinische oder kommerzielle Anwendungen ist aufwendig und teuer.
Nun, Forscher an der Washington University School of Medicine in St. Louis haben entdeckt, eine Möglichkeit zur Aufladung der Herstellung von Proteinen bis zu tausendfach. Die Ergebnisse, veröffentlicht Dez. 18 in “Nature Communications”, könnte zur Steigerung der Produktion und Senkung der Kosten der Herstellung von bestimmten protein-basierte Medikamente, Impfstoffe und Diagnose, sowie die Proteine in der Nahrung, Landwirtschaft, Biomaterialien, Bioenergie und die Chemische Industrie.
“Der Prozess der Herstellung von Proteinen für medizinische oder kommerzielle Anwendungen kann kompliziert, teuer und aufwendig”, sagte Sergej Djuranovic, PhD, associate professor für Zellbiologie und Physiologie und der Studie leitende Autor. “Wenn Sie können jedes Bakterium produzieren 10-mal so viel protein, die Sie benötigen nur ein Zehntel des Volumens der Bakterien um den job zu erledigen, das würde die Kosten senken, enorm. Diese Technik funktioniert mit allen Arten von Protein, weil es eine grundlegende Funktion von universal protein-Synthese-Maschinerie.”
Proteine sind aufgebaut aus Ketten von Aminosäuren Hunderte von links lang. Djuranovic und ersten Autor Manasvi Verma, ein Bachelor-Forscher in Djuranovic ‘ s lab, stolperte über die Bedeutung des ersten einige Aminosäuren, wenn ein experiment für eine andere Studie konnte nicht wie erwartet funktionieren. Die Forscher waren auf der Suche nach Möglichkeiten, Steuern Sie die Menge des proteins, das produziert wird von einem spezifischen gen.
“Wir änderten die Reihenfolge der ersten einige Aminosäuren, und wir dachten, es hätte keinen Effekt auf die protein-expression, sondern stattdessen erhöhte protein-expression von 300%,” Djuranovic, sagte. “So dann haben wir angefangen zu Graben, warum das passiert ist.”
Die Forscher wandte sich an grün fluoreszierendes protein, ein Werkzeug in der biomedizinischen Forschung zur Abschätzung der proteinmenge in einer Probe durch die Messung der Menge an fluoreszierendem Licht. Djuranovic, und Kollegen zufällig änderte sich die Reihenfolge der ersten Aminosäuren in das grün fluoreszierende protein, das generieren 9,261 verschiedenen Versionen, identisch, außer für den Anfang.
Die Brillanz der unterschiedlichen Varianten des grün fluoreszierenden proteins variiert hundertfach von den dunkelsten zu den hellsten, die Forscher gefunden, was auf eine tausendfach Unterschied in der Menge des hergestellten proteins. Mit einer sorgfältigen Analyse und weitere Experimente, Djuranovic, Verma und Ihre Mitarbeiter von der Washington University und der Stanford University ermittelt werden bestimmte Kombinationen von Aminosäuren in der Dritten, vierten und fünften Positionen in der Proteinkette, die den Anlass zu sky-hohe Mengen an protein.
Darüber hinaus ist die gleiche Aminosäure-triplets nicht nur kurbelte die Produktion des grün fluoreszierenden proteins, das ursprünglich aus Quallen, aber auch bei der Produktion von Proteinen aus entfernt verwandten Arten wie Korallen und Menschen.
Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Produktion von Proteinen, die nicht nur für medizinische Anwendungen, aber in den Landwirtschafts -, Nahrungsmittel -, Chemie-und andere Industrien.
“Es gibt so viele Möglichkeiten, wir könnten davon profitieren, ramp-up-protein-Produktion” Djuranovic, sagte. “In der biomedizinischen Raum, gibt es viele Proteine verwendet, in Medikamenten, Impfstoffen, Diagnostika und Biomaterialien für medizinische Geräte, die möglicherweise weniger teuer, wenn wir die Verbesserung der Produktion. Und das ist nicht zu schweigen von Proteinen hergestellt für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie – gibt es eine namens chymosin, das ist sehr wichtig bei der Käseherstellung, zum Beispiel die Chemische Industrie, Bioenergie, wissenschaftliche Forschung und andere. Optimierung der protein-Produktion könnte eine Breite Palette von kommerziellen nutzen.”
