Protein adalah komponen penting dari semua organisme. Setiap molekulnya terdiri dari satu atau lebih rantai polipeptida yang terdiri dari asam amino. Meskipun informasi yang diperlukan untuk kehidupan dikodekan dalam DNA atau RNA, protein rekombinan melakukan berbagai fungsi biologis dalam organisme, termasuk katalisis enzimatik, perlindungan, dukungan, pergerakan, dan regulasi. Menurut fungsinya di dalam tubuh, zat-zat ini dapat dibagi menjadi beberapa kategori, seperti antibodi, enzim, komponen struktural. Mengingat fungsinya yang penting, senyawa tersebut telah dipelajari secara intensif dan digunakan secara luas.
Di masa lalu, cara utama untuk mendapatkan protein rekombinan adalah dengan mengisolasinya dari sumber alami, yang biasanya tidak efisien dan memakan waktu. Kemajuan terbaru dalam teknologi molekuler biologis telah memungkinkan untuk mengkloning DNA yang mengkode sekumpulan zat tertentu menjadi vektor ekspresi untuk zat seperti bakteri, ragi, sel serangga, dan sel mamalia.
Sederhananya, protein rekombinan diterjemahkan oleh produk DNA eksogen menjadisel hidup. Mendapatkannya biasanya melibatkan dua langkah utama:
- Mengkloning molekul.
- Ekspresi protein.
Saat ini, produksi struktur seperti itu adalah salah satu metode paling ampuh yang digunakan dalam kedokteran dan biologi. Komposisi ini memiliki aplikasi yang luas dalam penelitian dan bioteknologi.
Petunjuk medis
Protein rekombinan memberikan perawatan penting untuk berbagai penyakit seperti diabetes, kanker, penyakit menular, hemofilia dan anemia. Formulasi khas zat tersebut termasuk antibodi, hormon, interleukin, enzim, dan antikoagulan. Ada kebutuhan yang berkembang untuk formulasi rekombinan untuk penggunaan terapeutik. Mereka memungkinkan Anda untuk memperluas metode pengobatan.
protein rekombinan yang direkayasa secara genetik memainkan peran kunci dalam pasar obat terapeutik. Sel mamalia saat ini menghasilkan agen terapeutik paling banyak karena formulasinya mampu menghasilkan zat seperti alami berkualitas tinggi. Selain itu, banyak protein terapeutik rekombinan yang disetujui diproduksi dalam E. coli karena genetika yang baik, pertumbuhan yang cepat, dan produktivitas yang tinggi. Ini juga memiliki efek positif pada pengembangan obat berdasarkan zat ini.
Penelitian
Memperoleh protein rekombinan didasarkan pada metode yang berbeda. Zat membantu untuk mengetahui prinsip dasar dan dasar tubuh. Molekul-molekul ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menentukanlokasi zat yang dikodekan oleh gen tertentu, dan untuk mengungkapkan fungsi gen lain dalam berbagai aktivitas seluler seperti pensinyalan sel, metabolisme, pertumbuhan, replikasi dan kematian, transkripsi, translasi, dan modifikasi senyawa yang dibahas dalam artikel.
Dengan demikian, komposisi yang diamati sering digunakan dalam biologi molekuler, biologi sel, biokimia, studi struktural dan biofisik, dan banyak bidang ilmu lainnya. Pada saat yang sama, memperoleh protein rekombinan adalah praktik internasional.
Senyawa tersebut adalah alat yang berguna dalam memahami interaksi antar sel. Mereka telah terbukti efektif dalam beberapa metode laboratorium seperti ELISA dan imunohistokimia (IHC). Protein rekombinan dapat digunakan untuk mengembangkan uji enzim. Ketika digunakan dalam kombinasi dengan sepasang antibodi yang sesuai, sel dapat digunakan sebagai standar untuk teknologi baru.
Bioteknologi
Protein rekombinan yang mengandung urutan asam amino juga digunakan dalam industri, produksi pangan, pertanian dan bioteknologi. Misalnya, di peternakan, enzim dapat ditambahkan ke makanan untuk meningkatkan nilai gizi bahan pakan, mengurangi biaya dan limbah, mendukung kesehatan usus hewan, meningkatkan produktivitas, dan memperbaiki lingkungan.
Selain itu, bakteri asam laktat (BAL) untuk waktu yang lamatelah digunakan untuk memproduksi makanan fermentasi, dan baru-baru ini BAL telah dikembangkan untuk ekspresi protein rekombinan yang mengandung urutan asam amino, yang dapat digunakan secara luas, misalnya, untuk meningkatkan pencernaan manusia, hewan, dan nutrisi.
Namun, zat ini juga memiliki keterbatasan:
- Dalam beberapa kasus, produksi protein rekombinan rumit, mahal dan memakan waktu.
- Zat yang diproduksi dalam sel mungkin tidak cocok dengan bentuk alami. Perbedaan ini dapat mengurangi efektivitas protein rekombinan terapeutik dan bahkan menimbulkan efek samping. Selain itu, perbedaan ini dapat mempengaruhi hasil percobaan.
- Masalah utama dari semua obat rekombinan adalah imunogenisitas. Semua produk biotek dapat menunjukkan beberapa bentuk imunogenisitas. Sulit untuk memprediksi keamanan protein terapeutik baru.
Secara umum, kemajuan bioteknologi telah meningkatkan dan memfasilitasi produksi protein rekombinan untuk berbagai aplikasi. Meskipun masih memiliki beberapa kekurangan, zat tersebut penting dalam kedokteran, penelitian dan bioteknologi.
Tautan penyakit
protein rekombinan tidak berbahaya bagi manusia. Ini hanya merupakan bagian integral dari keseluruhan molekul dalam pengembangan obat atau elemen nutrisi tertentu. Banyak penelitian medis telah menunjukkan bahwa ekspresi paksa dari protein FGFBP3 (disingkat BP3) dalam galur laboratorium tikus gemuk menunjukkan penurunan yang signifikan dalam lemak tubuh mereka.massa, meskipun kecenderungan genetik untuk digunakan.
Hasil uji coba ini menunjukkan bahwa protein FGFBP3 mungkin menawarkan terapi baru untuk gangguan yang terkait dengan sindrom metabolik seperti diabetes tipe 2 dan penyakit hati berlemak. Tetapi karena BP3 adalah protein alami dan bukan obat buatan, uji klinis BP3 manusia rekombinan dapat dimulai setelah putaran terakhir studi praklinis. Pada, yaitu, ada alasan yang berkaitan dengan keamanan melakukan studi tersebut. Protein rekombinan tidak berbahaya bagi manusia karena pemrosesan dan pemurniannya yang bertahap. Perubahan juga terjadi pada tingkat molekuler.
PD-L2, salah satu pemain kunci dalam imunoterapi, dinominasikan untuk Penghargaan Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran 2018. Karya yang dimulai oleh Prof. James P. Allison dari Amerika Serikat dan Prof. Tasuku Honjo dari Jepang ini telah mengarah pada pengobatan kanker seperti melanoma, kanker paru-paru, dan lainnya berdasarkan imunoterapi pos pemeriksaan. Baru-baru ini, AMSBIO telah menambahkan produk baru utama ke lini imunoterapinya, aktivator PD-L2/TCR - CHO Recombinant Cell Line.
Dalam percobaan pembuktian konsep, para peneliti di Universitas Alabama di Birmingham, dipimpin oleh H. Long Zheng, MD, Profesor Robert B. Adams, dan Direktur Kedokteran Laboratorium, Departemen Patologi, Sekolah Tinggi UAB Kedokteran, telah menyoroti terapi potensial gangguan perdarahan yang jarang namun fatal, TTP.
Hasil inipenelitian menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa transfusi trombosit yang mengandung rADAMTS13 mungkin merupakan pendekatan terapi baru dan berpotensi efektif untuk trombosis arteri yang terkait dengan TTP bawaan dan yang dimediasi imun.
Protein rekombinan tidak hanya nutrisi, tetapi juga obat dalam komposisi obat yang sedang dikembangkan. Ini hanya beberapa bidang yang sekarang terlibat dalam kedokteran dan terkait dengan studi semua elemen strukturalnya. Seperti yang ditunjukkan oleh praktik internasional, struktur suatu zat memungkinkan pada tingkat molekuler untuk menangani banyak masalah serius dalam tubuh manusia.
Pengembangan vaksin
Protein rekombinan adalah kumpulan molekul spesifik yang dapat dimodelkan. Properti serupa digunakan dalam pengembangan vaksin. Strategi vaksinasi baru, juga dikenal sebagai penggunaan injeksi virus rekombinan khusus, dapat melindungi jutaan ayam yang berisiko terkena penyakit pernapasan yang serius, kata para peneliti dari Universitas Edinburgh dan Institut Pirbright. Vaksin ini menggunakan versi virus atau bakteri yang tidak berbahaya atau lemah untuk memasukkan kuman ke dalam sel tubuh. Dalam hal ini, para ahli menggunakan virus rekombinan dengan protein lonjakan berbeda sebagai vaksin untuk membuat dua versi virus yang tidak berbahaya. Ada banyak obat berbeda yang dibangun di sekitar hubungan ini.
Nama dagang dan analog protein rekombinan adalah sebagai berikut:
- "Fortelizin".
- "Z altrap".
- "Eylea".
Ini terutama obat antikanker, tetapi ada bidang pengobatan lain yang terkait dengan zat aktif ini.
Vaksin baru, juga disebut LASSARAB, dirancang untuk melindungi orang dari demam Lassa dan rabies, telah menunjukkan hasil yang menjanjikan dalam studi praklinis, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal ilmiah Nature Communications. Kandidat vaksin rekombinan yang tidak aktif menggunakan virus rabies yang dilemahkan.
Tim peneliti memasukkan materi genetik virus Lassa ke dalam vektor virus rabies sehingga vaksin dapat mengekspresikan protein permukaan baik pada sel Lassa maupun sel rabies. Senyawa permukaan ini menimbulkan respon imun terhadap agen infeksi. Vaksin ini kemudian dinonaktifkan untuk "menghancurkan" virus rabies hidup yang digunakan sebagai pembawa virus tersebut.
Mendapatkan Metode
Ada beberapa sistem untuk memproduksi suatu zat. Metode umum untuk memperoleh protein rekombinan didasarkan pada perolehan bahan biologis dari sintesis. Tapi ada cara lain.
Saat ini ada lima sistem ekspresi utama:
- Sistem ekspresi E.coli.
- Sistem ekspresi ragi.
- Sistem ekspresi sel serangga.
- Sistem ekspresi sel mamalia.
- Sistem ekspresi protein bebas sel.
Opsi terakhir sangat cocok untuk ekspresi protein transmembrandan senyawa beracun. Dalam beberapa tahun terakhir, zat yang sulit diekspresikan dengan metode intraseluler konvensional telah berhasil diintegrasikan ke dalam sel secara in vitro. Di Belarus, produksi protein rekombinan banyak digunakan. Ada beberapa BUMN yang menangani masalah ini.
Sistem Sintesis Protein Bebas Sel adalah metode yang cepat dan efisien untuk mensintesis zat target dengan menambahkan berbagai substrat dan senyawa energi yang diperlukan untuk transkripsi dan translasi dalam sistem enzimatik ekstrak seluler. Dalam beberapa tahun terakhir, keuntungan dari metode bebas sel untuk jenis zat seperti kompleks, membran beracun telah muncul secara bertahap, menunjukkan aplikasi potensial mereka di bidang biofarmasi.
Teknologi bebas sel dapat menambahkan berbagai asam amino non-alami dengan mudah dan terkendali untuk mencapai proses modifikasi kompleks yang sulit diselesaikan setelah ekspresi rekombinan konvensional. Metode tersebut memiliki nilai aplikasi yang tinggi dan potensi untuk pengiriman obat dan pengembangan vaksin menggunakan partikel mirip virus. Sejumlah besar protein membran telah berhasil diekspresikan dalam sel bebas.
Ekspresi komposisi
Protein rekombinan CFP10-ESAT 6 diproduksi dan digunakan untuk membuat vaksin. Alergen tuberkulosis seperti itu memungkinkan Anda untuk memperkuat sistem kekebalan dan mengembangkan antibodi. Secara umum, studi molekuler melibatkan studi tentang setiap aspek protein, seperti struktur, fungsi, modifikasi, lokalisasi, atau interaksi. Untuk mengeksplorasibagaimana zat tertentu mengatur proses internal, peneliti biasanya membutuhkan sarana untuk menghasilkan senyawa fungsional yang menarik dan bermanfaat.
Mengingat ukuran dan kompleksitas protein, sintesis kimia bukanlah pilihan yang tepat untuk upaya ini. Sebaliknya, sel hidup dan mesin selulernya biasanya digunakan sebagai pabrik untuk membuat dan membangun zat berdasarkan pola genetik yang disediakan. Sistem ekspresi protein rekombinan kemudian menghasilkan struktur yang diperlukan untuk membuat obat. Berikutnya adalah pemilihan bahan yang diperlukan untuk berbagai kategori obat.
Tidak seperti protein, DNA mudah dibuat secara sintetik atau in vitro menggunakan teknik rekombinan yang sudah mapan. Oleh karena itu, templat DNA dari gen tertentu, dengan atau tanpa sekuens reporter tambahan atau sekuens tag afinitas, dapat dirancang sebagai templat untuk ekspresi zat yang dipantau. Senyawa yang diturunkan dari cetakan DNA tersebut disebut protein rekombinan.
Strategi tradisional untuk ekspresi suatu zat melibatkan transfeksi sel dengan vektor DNA yang berisi template dan kemudian mengkultur sel untuk menyalin dan menerjemahkan protein yang diinginkan. Biasanya, sel-sel kemudian dilisiskan untuk mengekstrak senyawa yang diekspresikan untuk pemurnian selanjutnya. Protein rekombinan CFP10-ESAT6 diproses dengan cara ini dan melewati sistem pemurnian dari kemungkinanpembentukan toksin. Baru setelah itu disintesis menjadi vaksin.
Sistem ekspresi prokariotik dan eukariotik in vivo untuk zat molekul banyak digunakan. Pilihan sistem tergantung pada jenis protein, kebutuhan untuk aktivitas fungsional, dan hasil yang diinginkan. Sistem ekspresi ini termasuk mamalia, serangga, ragi, bakteri, alga, dan sel. Setiap sistem memiliki kelebihan dan tantangannya sendiri, dan memilih sistem yang tepat untuk aplikasi tertentu adalah penting untuk keberhasilan ekspresi substansi yang ditinjau.
Ekspresi dari mamalia
Penggunaan protein rekombinan memungkinkan pengembangan vaksin dan obat-obatan dari berbagai tingkatan. Untuk ini, metode memperoleh zat ini dapat digunakan. Sistem ekspresi mamalia dapat digunakan untuk memproduksi protein dari kingdom animalia yang memiliki struktur dan aktivitas paling asli karena lingkungan fisiologisnya yang relevan. Ini menghasilkan tingkat pemrosesan pasca-translasi dan aktivitas fungsional yang tinggi. Sistem ekspresi mamalia dapat digunakan untuk memproduksi antibodi, protein kompleks, dan senyawa untuk digunakan dalam uji fungsional berbasis sel. Namun, manfaat ini ditambah dengan kondisi budaya yang lebih ketat.
Sistem ekspresi mamalia dapat digunakan untuk menghasilkan protein secara sementara atau melalui garis sel yang stabil di mana konstruksi ekspresi diintegrasikan ke dalam genom inang. Sementara sistem tersebut dapat digunakan dalam beberapa percobaan, waktuproduksi dapat menghasilkan sejumlah besar zat dalam satu sampai dua minggu. Jenis bioteknologi protein rekombinan ini sangat diminati.
Sistem ekspresi mamalia hasil tinggi sementara ini menggunakan kultur suspensi dan dapat menghasilkan gram per liter. Selain itu, protein ini memiliki lebih banyak lipatan asli dan modifikasi pasca-translasi seperti glikosilasi dibandingkan dengan sistem ekspresi lainnya.
Ekspresi Serangga
Metode untuk memproduksi protein rekombinan tidak terbatas pada mamalia. Ada juga cara yang lebih produktif dalam hal biaya produksi, meskipun hasil zat per 1 liter cairan yang diolah jauh lebih rendah.
Sel serangga dapat digunakan untuk mengekspresikan protein tingkat tinggi dengan modifikasi yang mirip dengan sistem mamalia. Ada beberapa sistem yang dapat digunakan untuk menghasilkan baculovirus rekombinan, yang kemudian dapat digunakan untuk mengekstrak zat yang diinginkan dalam sel serangga.
Ekspresi protein rekombinan dapat dengan mudah ditingkatkan dan disesuaikan dengan kultur suspensi densitas tinggi untuk peracikan molekul skala besar. Mereka lebih mirip secara fungsional dengan komposisi asli materi mamalia. Meskipun hasil dapat mencapai 500 mg/L, produksi baculovirus rekombinan dapat memakan waktu lama dan kondisi kultur lebih sulit daripada sistem prokariotik. Namun, di negara-negara yang lebih selatan dan lebih hangat, hal serupametode ini dianggap lebih efisien.
Ekspresi bakteri
Produksi protein rekombinan dapat dilakukan dengan bantuan bakteri. Teknologi ini jauh berbeda dari yang dijelaskan di atas. Sistem ekspresi protein bakteri populer karena bakteri mudah dikultur, tumbuh dengan cepat, dan memberikan hasil formulasi rekombinan yang tinggi. Namun, zat eukariotik multidomain yang diekspresikan pada bakteri seringkali tidak berfungsi karena sel tidak dilengkapi untuk melakukan modifikasi pasca-translasi atau pelipatan molekul yang diperlukan.
Selain itu, banyak protein menjadi tidak larut sebagai molekul inklusi, yang sangat sulit dipulihkan tanpa denaturator yang keras dan prosedur pelipatan molekul berikutnya yang rumit. Metode ini sebagian besar dianggap masih eksperimental.
ekspresi bebas sel
Protein rekombinan yang mengandung urutan asam amino staphylokinase diperoleh dengan cara yang sedikit berbeda. Ini termasuk dalam banyak jenis injeksi, membutuhkan beberapa sistem sebelum digunakan.
Ekspresi protein bebas sel adalah sintesis in vitro suatu zat menggunakan ekstrak sel utuh yang kompatibel secara translasi. Pada prinsipnya, ekstrak sel utuh mengandung semua makromolekul dan komponen yang diperlukan untuk transkripsi, translasi, dan bahkan modifikasi pasca-translasi.
Komponen ini termasuk RNA polimerase, faktor protein pengatur, bentuk transkripsi, ribosom, dan tRNA. Saat menambahkankofaktor, nukleotida, dan cetakan gen tertentu, ekstrak ini dapat mensintesis protein yang diinginkan dalam beberapa jam.
Meskipun tidak berkelanjutan untuk produksi skala besar, sistem ekspresi protein (IVT) bebas sel atau in vitro menawarkan sejumlah keunggulan dibandingkan sistem in vivo konvensional.
Ekspresi bebas sel memungkinkan sintesis cepat formulasi rekombinan tanpa melibatkan kultur sel. Sistem bebas sel memungkinkan untuk memberi label protein dengan asam amino yang dimodifikasi, serta untuk mengekspresikan senyawa yang mengalami degradasi proteolitik cepat oleh protease intraseluler. Selain itu, lebih mudah untuk mengekspresikan banyak protein berbeda secara bersamaan menggunakan metode bebas sel (misalnya, menguji mutasi protein dengan ekspresi skala kecil dari banyak cetakan DNA rekombinan yang berbeda). Dalam percobaan yang representatif ini, sistem IVT digunakan untuk mengekspresikan protein caspase-3 manusia.
Kesimpulan dan prospek masa depan
Produksi protein rekombinan sekarang dapat dilihat sebagai disiplin yang matang. Ini adalah hasil dari banyak peningkatan bertahap dalam pemurnian dan analisis. Saat ini, program penemuan obat jarang dihentikan karena ketidakmampuan memproduksi protein target. Proses paralel untuk ekspresi, pemurnian, dan analisis beberapa zat rekombinan sekarang dikenal di banyak laboratorium di seluruh dunia.
Protein kompleks dan semakin sukses dalam pembuatanstruktur membran terlarut akan membutuhkan lebih banyak perubahan untuk memenuhi permintaan. Munculnya organisasi penelitian kontrak yang efektif untuk pasokan protein yang lebih teratur akan memungkinkan realokasi sumber daya ilmiah untuk memenuhi tantangan baru ini.
Selain itu, alur kerja paralel harus memungkinkan pembuatan perpustakaan lengkap dari zat yang dipantau untuk memungkinkan identifikasi target baru dan penyaringan lanjutan, bersama dengan proyek penemuan obat molekul kecil tradisional.
