Платформа экспрессии дрожжей

Платформа экспрессии дрожжей — это штамм дрожжей, используемый для производства большого количества белков , сахаров или других соединений для исследовательских или промышленных целей. Хотя содержание дрожжей зачастую более ресурсоемкое, чем бактерии , некоторые продукты могут производиться только эукариотическими клетками , такими как дрожжи, что требует использования платформы экспрессии дрожжей. Дрожжи различаются по продуктивности и способности секретировать , перерабатывать и модифицировать белки. Таким образом, разные типы дрожжей (т.е. разные платформы экспрессии) лучше подходят для различных исследований и промышленного применения.

Продукты

С момента появления генной инженерии был разработан ряд микроорганизмов для производства биологических продуктов. Эти продукты используются в медицине и промышленности для создания фармацевтических препаратов, таких как против гепатита В вакцины или инсулин . Общие платформы для разработки лекарств и других продуктов включают бактерию E. coli , а также некоторые дрожжи и клетки млекопитающих (включая, в частности, клетки яичника китайского хомячка ). В общем, микроорганизм, используемый в качестве платформы экспрессии, должен соответствовать нескольким критериям: он должен быть способен быстро расти в больших контейнерах, эффективно продуцировать белки (т.е. с минимальными затратами ресурсов), быть безопасным и, в случае фармацевтических препаратов, он должен производить и модифицировать продукты, чтобы они были максимально готовы к употреблению человеком.

Используемые штаммы

Дрожжи являются обычными хозяевами для производства белков из рекомбинантной ДНК . Они предлагают относительно простые генетические манипуляции и быстрый рост до высокой плотности клеток на недорогих средах. Как эукариоты , они способны осуществлять модификации белков, такие как гликозилирование , которые часто встречаются в эукариотических клетках, но относительно редко у бактерий. Благодаря этому дрожжи могут производить сложные белки, идентичные или очень похожие на нативные продукты растений или млекопитающих. Первая платформа экспрессии дрожжей была основана на пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae . Однако с тех пор были изучены различные платформы экспрессии дрожжей, которые широко используются для различных приложений в зависимости от их различных характеристик и возможностей. Например, некоторые из них растут на широком спектре источников углерода и не ограничиваются глюкозой , как в случае с пекарскими дрожжами. Некоторые из них также применяются в генной инженерии и производстве чужеродных белков.

Пожимание плечами

Arxula adeninivorans (также называемая Blastobotrys adeninivorans ) представляет собой диморфные дрожжи, то есть они растут как почкующиеся дрожжи до температуры 42 ° C, но как нитчатая форма при более высоких температурах. A. adeninivorans имеет необычные биохимические характеристики. Он может расти на самых разных субстратах и усваивать нитраты. Были разработаны штаммы A. adeninivorans, способные производить натуральные пластмассы, и они участвовали в разработке биосенсора эстрогенов в образцах окружающей среды.

Кандида боидиния

Candida boidinii — дрожжи, отличающиеся способностью расти на метаноле (так называемый метилотрофизм). Как и другие метилотрофные виды, такие как Hansenula Polymorpha и Pichia Pastoris , он используется в качестве платформы для производства чужеродных белков. о выходе секретируемого чужеродного белка в нескольких граммах Сообщалось . Вычислительный метод IPRO недавно предсказал мутации, которые экспериментально переключили специфичность кофактора Candida boidinii ксилозоредуктазы с НАДФН на НАДН. ^{[ 1 ]}

Огатея полиморфная

Ogataea polymorpha (синонимы Hansenula polymorpha или Pichia angusta ) — еще одни метилотрофные дрожжи (см. Candida boidinii ). Он может расти на самых разных субстратах; он термотолерантен и может ассимилировать нитраты (см. также Kluyveromyces Lactis ). Его применяли для производства вакцин против гепатита В, инсулина и интерферона альфа-2а для лечения гепатита С, а также для ряда технических ферментов.

Клюйверомицес лактис

Kluyveromyces Lactis — дрожжи, регулярно используемые для производства кефира . Он может расти на нескольких сахарах, особенно на лактозе , которая присутствует в молоке и сыворотке. Он успешно применяется, среди прочего, для производства химозина (фермента, который обычно присутствует в желудке телят) для производства сыра. Производство осуществляется в ферментерах объемом 40 000 л.

Пастуший инжир

Pichia Pastoris — метилотрофные дрожжи (см. Candida boidinii и Hansenula polymorpha ). Он обеспечивает эффективную платформу для производства чужеродных белков. Элементы платформы доступны в виде набора и используются во всем мире в научных кругах для производства белков. Были созданы штаммы, способные продуцировать сложные человеческие N-гликаны (дрожжевые гликаны похожи, но не идентичны гликанам, обнаруженным у человека).

Сахаромицеты cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae — традиционные пекарские дрожжи, широко используемые в пивоварении и выпечке. Часто для этого единственного вида используется собирательный термин «дрожжи». В качестве платформы экспрессии он успешно применяется для производства технических ферментов и фармацевтических препаратов, таких как инсулин и вакцины против гепатита B.

Тысячелистник липолитический

Yarrowia lipolytica — диморфные дрожжи (см. Arxula adeninivorans ), которые могут расти на широком спектре субстратов. Таким образом, он имеет высокий потенциал для промышленного применения, но коммерчески доступных рекомбинантных продуктов пока нет.

Использовать

Различные платформы экспрессии дрожжей различаются по нескольким характеристикам, включая их продуктивность и способность секретировать, процессировать и модифицировать белки в конкретных примерах. Однако использование всех платформ выражения имеет некоторые общие черты.

Для получения желаемого продукта подходящие штаммы дрожжей трансформируют вектором , который содержит все необходимые генетические элементы для производства интересующего биологического продукта. Векторы также должны содержать маркер селекции , который необходим для отбора дрожжей, успешно принявших вектор, от дрожжей, которые этого не сделали. Векторы также содержат определенные элементы ДНК, позволяющие дрожжам включать чужеродную ДНК в хромосому дрожжей и реплицировать ее. Самое главное, что векторы содержат сегмент, ответственный за выработку нужного соединения, называемый кассетой экспрессии . Кассета содержит последовательность регулирующих элементов, которые контролируют, в каком количестве и при каких обстоятельствах в конечном итоге будет произведен определенный продукт. Далее следует ген самого биологического продукта. Кассета экспрессии заканчивается терминаторной последовательностью, которая останавливает транскрипцию экспрессируемого гена.

Ссылки

^ Хури, Джорджия; Фазелиния, Х; Чин, Дж.В.; Пантазес, Р.Дж.; Чирино, ПК; Маранас, CD (октябрь 2009 г.). «Вычислительный дизайн ксилозоредуктазы Candida boidinii для изменения специфичности кофактора» . Белковая наука . 18 (10): 2125–38. дои : 10.1002/pro.227 . ПМК 2786976 . ПМИД 19693930 .

Геллиссен Дж. (редактор) (2005)Производство рекомбинантных белков - новые микробные и эукариотические системы экспрессии. Wiley-VCH, Вайнхайм. ISBN 3-527-31036-3

[1] Хури, Джорджия; Фазелиния, Х; Чин, Дж.В.; Пантазес, Р.Дж.; Чирино, ПК; Маранас, CD (октябрь 2009 г.). «Вычислительный дизайн ксилозоредуктазы Candida boidinii для изменения специфичности кофактора» . Белковая наука . 18 (10): 2125–38. дои : 10.1002/pro.227 . ПМК 2786976 . ПМИД 19693930 .

[ 1 ]