تولید پروتئین

تولید پروتئین به یک فرایند زیست فناوری گفته می شود که در آن یک پروتئین خاص تولید می گردد. این کار عموماً توسط دستکاری در بیان ژنی یک جاندار به منظور تولید بالای ژن نوترکیب انجام می گردد. این فرایند شامل رونویسی از DNA ی نوترکیب به RNA پیامبر و سپس ترجمه RNA پیامبر به رشته های پلی پپتید است که نهایتاً به پروتئین عملکردی فولد می شود. [ ۱]
سامانه های تولید پروتئین در علوم زیستی، زیست فناوری و پزشکی کاربرد دارند. تحقیقات بیولوژی مولکولی از تعداد زیادی پروتئین و آنزیم ( که بسیاری از آن ها در سیستم های بیانی دخیلند ) استفاده می کند. از جمله این آنزیم ها می توان به DNA پلیمراز ( DNA polymerase ) اشاره کرد. با کمک این پروتئین ها و آنزیم ها، پروتئین هایی ساخته می شوند که به عنوان یک عامل هدف بیولوژی یا داروی بالقوه کاربرد دارند. همچنین سیستم های بیانی در فرمنتاسیون صنعتی بخصوص در تولید زیست دارو از قبیل انسولین و همچنین تولید آنزیم ها کاربرد فراوانی دارند.
سیستم های متداول تولید پروتئین شامل سلول های مشتق شده از باکتری، [ ۲] مخمر[ ۳] و، [ ۴] باکولوویروس - حشره[ ۵] و پستانداران[ ۶] و[ ۷] است. اخیراً قارچ های رشته ای از جمله Myceliophthora thermophila[ ۸] نیز در این دسته بندی قرار می گیرند. قدیمی ترین و متداول ترین نوع سیستم های بیانی، سیستم های بر پایه سلول است. این سیستم در واقع ترکیبی از یک وکتور بیانی، DNA ی کلون شده و میزبانی برای وکتور است. این عوامل سبب می شود که ژن خارجی بتواند در یک سلول میزبان فعال شود و پروتئین مورد نظر را تولید کند[ ۹] و. [ ۱۰] راه های بسیار زیادی به منظور وارد کردن DNA ی خارجی به سلول میزبان وجود دارد. همچنین سلولهای میزبان که به منظور بیان استفاده می شود نیز بسیار مختلف اند. هر کدام از این سیستم های بیانی، مزایا و معایب خاص خود را دارند. باکتریها ( از جمله ای کلای و باسیلوس سوبتیلیس ) ، مخمرهایی مانند ساکارومیسزسرویسیه۴ و لاین های سلولی یوکاریوتی از جمله میزبان های متداول هستند. همچنین ویروس ها ( از جمله باکولوویروس، رتروویروس و آدنوویروس ) ، پلاسمید ها، کروموزوم های مصنوعی و باکتریوفاژها ( از جمله لامبدا ) از منابع DNA و مکانیسم های انتقال دهنده متداولند. بیان مناسب در یک سیستم بیانی، به ژن های در گیر در آن بستگی دارد. به عنوان مثال ساکارومایسز سرویسیه برای پروتئین هایی که نیازمند تغییرات پس از ترجمه هستند، اولویت دارد. لاین های سلولی پستانداران و حشرات در زمانی استفاده می شود که RNA ی پیامبر نیازمند پیرایش ( splicing ) باشد. تولید آسان و مقادیر بالای پروتئین نیز از مزایای بیان پروتئین در باکتری هاست. اما از آنجایی که باکتری ها، پروکاریوت هستند، به همه آنزیم های لازم جهت ایجاد تغییرات پس از ترجمه و فولدینگ مولکولی مجهز نیستند؛ بنابراین، پروتئین های چند دومینی یوکاریوتی ( multi - domain eukaryotic proteins ) که در باکتری ها بیان می شوند معمولاً فاقد عملکرد خواهند بود. همچنین بسیاری از پروتئین ها نا محلول بوده و ایجاد اینکلوژن بادی می کنند. بازکردن این پروتئین ها از هم و برگرداندن ساختار طبیعی آن ها بدون این که دناتوره شوند مشکل است. به منظور فایق آمدن بر این مشکل و امکان تولید پروتئین با ساختاری نزدیک تر به موجودات یوکاریوتی، سیستم های بیانی سلول های یوکاریوتی ساخته شدند. سلول های گیاهی ( مانند تنباکو ) ، سلول های حشرات یا پستانداران ( مانند گاو ) با ژن ها ترنسفکت شده اند و به منظور تولید پروتئین با فولدینگ مناسب در سوسپانسوین یا حتی بافت یا موجود کامل کشت داده شده اند. هر چند که سیستم های بیانی پستانداران در شرایط درون بدنی ( in vivo ) بازدهی پایینی دارند و با دیگر محدودیت ها نیز همراه اند. گروه دیگری از سیستم های بیانی نیز ایجاد شده اند که حاصل تلفیق سیستم های بیانی پروکاریوتی و یوکاریوتی هستند. با کمک این سیستم ها، امکان تولید مقادیر بالای پروتئین فراهم می شود و در عین حال سیستم دارای قدرت انجام تغییرات اپی ژنتیک پیشرفته است. این نوع سیستم در واقع با استفاده از یوکاریوت های تک سلولی مانند سلول های غیر بیماری زای لیشمانیا ایجاد شده است.