ویکی ژن
کاربرد پروتئین نوترکیب در ژن درمانی
مقدمه‌ای بر کاربرد پروتئین نوترکیب در ژن درمانی
پروتئین نوترکیب
پروتئین نوترکیب نقش اساسی در بسیاری از رشته های علمی دارد. به همین ترتیب، بیان پروتئین نوترکیب به یکی از تکنیک‌های اصلی برای تولید محصولات پروتئینی با ویژگی های مطلوب در حوزه های بیوتکنولوژی، علوم زیستی و تحقیقات دانشگاهی تبدیل شده است. پروتئین نوترکیب پروتئینی است که از طریق DNA نوترکیب تولید شده است که به منظور رمزگذاری طرح اولیه پروتئین مورد نظر اصلاح شده است.
پروتئین‌های نوترکیب در سلولهای میزبان تولید می‌شوند که قبلا DNA نوترکیب در آن قرار داده شده است تا به ریبوزوم‌های سلول دستور داده شود که پروتئین نوترکیب را به جای آنچه که DNA اصلی سلول رمزگذاری می‌کند، بیان کنند.
پروتئین های نوترکیب از یک الگوی DNA نوترکیب با استفاده از تکنیک های مهندسی ژنتیک منشا می گیرند. DNA نوترکیب توسط ترکیب مصنوعی مواد ژنتیکی از منابع مختلف تولید می شود که در طبیعت وجود ندارد. این امکان مهندسی و بهینه‌سازی ژن‌ها را برای کد کردن پروتئین‌های مصنوعی و بهینه‌سازی شده فراهم می‌کند و شامل اقداماتی برای تسهیل بازده بالاتر است.
سپس ژن‌های نوترکیب در معرض تکثیر قرار می‌گیرند و به سلولهای میزبان وارد می‌شوند، جایی که از آنها به عنوان نقشه‌ای برای بیان پروتئین سلولی استفاده می‌شود. پروتئین های نوترکیب محصولاتی هستند که در بیوتکنولوژی، پزشکی و علوم حیاتی مورد توجه قرار می گیرند.
در زیر به نمونه هایی از پروتئین های نوترکیب اشاره شده است:
- انسولین انسانی: درمان دیابت
- عوامل رشد انسانی: درمان کمبود هورمون رشد
- فاکتور هشتم: درمان هموفیلی
آنتی بادی های مونوکلونال درمانی به منظور درمان سرطان یا عفونت های ویروسی مانند SARS-COV-2
قبل از ظهور بیولوژی مولکولی و فناوری پروتئین نوترکیب با کارایی بالا، این پروتئین ها از منابع حیوانی برداشت می شدند. علاوه بر این، پروتئین‌های نوترکیب کاملا مصنوعی، مانند قطعات پروتئینی برای تولید واکسن، آنتی‌بادی‌های نوترکیب برای کاربردهای درمانی و تشخیصی در دسترس قرار گرفتند.
بیان پروتئین نوترکیب چگونه کار می کند؟
تولید پروتئین نوترکیب که به عنوان بیان پروتئین نوترکیب نیز شناخته می شود، توسط مرجع دانشنامه ژنومیکس و پروتئومیکس در پزشکی مولکولی به عنوان روشی برای قرار دادن یک ژن دستکاری شده نوترکیب در یک ناقل مناسب و انتقال آن به سلول های مناسب، بسته به نوع پروتئین تعریف شده است.
متعاقبا، سلول ها در کشت تا غلظت بالایی رشد می کنند و پس از تکثیر، برای تولید پروتئین نوترکیب برداشت می شوند. به طور کلی بیان پروتئین، فرآیند بیولوژیکی تولید پروتئین در سلول ها است. در اثر رونویسی DNA به mRNA تبدیل می شود که برای تولید پروتئین در دسترس ریبوزوم ها قرار می گیرند. ریبوزوم ها کد را در mRNA می خوانند و سپس پپتیدها و پروتئین ها را به صورت متوالی از اسیدهای آمینه مجزا جمع می کنند.
بیان پروتئین نوترکیب از مواد ژنتیکی مصنوعی استفاده می کند که توسط زیست شناسی مولکولی بهینه شده است. این فرآیند مهندسی همچنین شامل سیگنال‌های ژنتیکی در وکتورهای بیانی برای افزایش بازده پرموترمی‌شود. روش‌های کلونینگ مولکولی دانشمندان را قادر می‌سازد تا مواد ژنتیکی را در گونه‌های مختلف ترکیب کنند که می توان به انسولین انسانی در سلول های مخمر اشاره نمود.
سپس، DNA های نوترکیب برای ورود به سلولهای میزبان، معمولا با تولید DNAهای حلقوی (پلاسمیدها) یا با بسته بندی آنها در ذرات ویروسی دستکاری می شوند. سپس این ناقل ها توسط فرآیندهایی به نام ترانسفکشن به سلول های میزبان وارد می شوند. وقتی نقشه‌های DNA به داخل سلول میزبان می‌رسند، ماشین‌های بیولوژیکی خودش وظیفه تولید پروتئین باقی‌مانده را بر اساس طرح اولیه بر عهده می‌گیرد.
چگونه پروتئین ها به پروتئین های نوترکیب تبدیل می شوند؟
رونویسی و ترجمه
ابتدا آنزیم های موجود در سلول توالی های DNA را می خوانند و آن را در RNA بازنویسی می کنند. این فرآیند رونویسی است. این آنزیم‌ها کد ژنتیکی را می‌خوانند و رشته‌های RNA که حاوی توالی پروتئین مورد نظر با ویژگی بالا هستند را جمع‌آوری می‌کنند تا جهش‌ها را به حداقل برسانند. رونویسی معکوس، که RNA را به DNA یا همان cDNA تبدیل می کند، یکی دیگر از روش های مهم بیوشیمیایی است.
یک قیاس کامپیوتری این است که DNA را به عنوان ذخیره داده های بیولوژیکی بلند مدت و RNA را به عنوان حافظه کاری کوتاه مدت با دستورالعمل های اجرایی در نظر بگیریم.
در مرحله بعد، ریبوزوم ها به کار گرفته می شوند و به رشته های RNA متصل می شوند. آنها اطلاعات رمزگذاری شده در RNA را می خوانند و اسیدهای آمینه را به صورت انتخابی در توالی مناسب برای تولید پروتئین تمام قد متصل می کنند.
پروتئین نهایی از ریبوزوم آزاد می شود که به نوبه خود به رشته RNA بعدی متصل می شود. سپس پروتئین آزاد شده ممکن است مراحل پردازش سلولی بیشتری را پشت سر بگذارد (اصلاحات پس از ترجمه).
سیستم های بیان پروتئین نوترکیب
سیستم های بیان پروتئین نوترکیب به برخی از انواع سلول های میزبان اشاره دارد که برای چندین نیاز سنتز پروتئین برتری خود را اثبات کرده اند:
- پستانداران: برای تولید آنتی بادی نوترکیب و پروتئین های بسیار پیچیده
- باکتریایی: برای پروتئین های ساده، اما با هزینه کم و کشت ساده
- مخمر: پردازش پروتئین پیشرفته، شرایط کشت متوسط
- سلول های حشرات: شبیه به پردازش پروتئین پستانداران، شرایط کشت وابسته و زمان بر است
بیان پروتئین نوترکیب با سیستم های پستانداران
بیان پروتئین نوترکیب با سیستم های پستانداران، پروتئین های هدف مصنوعی تولید می کند که بسیار شبیه همتایان بومی خود ساخته شده اند. دلیل آن دستگاه تولید بیوشیمیایی بسیار مشابه است که منجر به تغییرات پس از ترجمه مشابه مانند گلیکوزیلاسیون می شود که با الگوهای in vivo کاملا مطابقت دارد.
پروتئین‌های نوترکیب انسانی از سیستم‌های پستانداران عملکرد فیزیولوژیکی بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند و برای تولید آنتی‌بادی نوترکیب و ابزارهای پروتئینی برای سنجش‌ها و تحقیقات عملکردی ترجیح داده می‌شوند، در حالی که بیان ژن در شرایط آزمایشگاهی در میکروارگانیسم‌های ساده‌تری مانند اشریشیا کلی (E.coli) نمی‌تواند همان پروتئین های با کیفیت مورد نظر را ارائه دهد. سیستم های بیان پستانداران اجازه بیان پایدار پس از قرار دادن ژن های نوترکیب در ژنوم رده سلولی میزبان را می دهند.
نمونه هایی از پروتئین های نوترکیب عبارتند از:
- انسولین انسانی
- عوامل رشد انسان
- فاکتور VIII – درمان هموفیلی
- آنتی بادی های مونوکلونال درمانی
پروتئین نوترکیب برای چه مواردی استفاده می شود؟
پروتئین های نوترکیب به طور گسترده در بسیاری از زمینه های علوم زیستی استفاده می شوند، به عنوان مثال، برای اهداف تحقیقاتی در درمان بیماری های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این به این دلیل است که آنها اغلب در تولید داروهای زیستی انتخاب می شوند، به عنوان مثال هنگام طراحی درمان های آنتی بادی مونوکلونال در درمان دیابت، پروتئین های نوترکیب نیز یک عامل اساسی ضروری هستند که در تولید انسولین انسانی استفاده می شوند.
مطالب مرتبط:
