Co je to rekombinantní lidský protein?
Rekombinantní lidský protein je lidský protein, který je produkován klonovanou DNA. To umožňuje vědci vyjádřit jeho velké množství. Taková nadměrná exprese byla velmi užitečná pro moderní medicínu, umožňující výrobu léků na bázi lidských proteinů, které nemají žádný jiný zdroj. Vedlo to také k velkému pokroku v porozumění funkce a biologie lidských proteinů.
Příkladem rekombinantního lidského proteinu, který nemá žádný jiný zdroj, je léčivo proti anemii zvané erythropoetin . Tento hormon řídí produkci červených krvinek. Používá se k léčbě anémie z různých zdrojů, včetně chronického onemocnění ledvin a rakoviny. Erytropoetin byl také používán jako lék na zvýšení výkonu sportovci.
Jiné proteiny lze izolovat přirozeně, ale je mnohem snazší získat velká množství expresí proteinů z klonované DNA. Příkladem je lidský růstový hormon, který se v současné době získává pro terapeutické použití rekombinantními technikami. Tradiční metoda izolace od mrtvých občas vedla k přenosu nemocí. Inzulín je další lék, který se používá jako rekombinantní lidský protein. Tímto způsobem se získá většina inzulínu používaného pacienty.
Produkce proteinu z klonovaných genů je možná, protože geny mohou být klonovány do expresních vektorů. Jedná se o specializované jednotky DNA, které jsou určeny k produkci velkého množství proteinu pomocí specializovaných promotorů. Tyto promotory řídí produkci klonované genové sekvence. K dispozici jsou vlastní sady pro klonování a expresi proteinů.
K produkci rekombinantního lidského proteinu jsou zapotřebí specializované hostitelské buňky. Mohou to být bakteriální nebo kvasinkové buňky. Některé proteiny vyžadují speciální modifikace, jako je například zavedení cukrů, a jsou exprimovány v pokročilejších buněčných liniích, jako jsou savčí nebo hmyzí buněčné linie.
U bakteriálních buněk budou proteiny uvnitř buněk, což vyžaduje jejich extrakci a purifikaci proteinů od bakteriálních proteinů. To je usnadněno speciálními technikami, které jsou součástí procesu klonování. Například mohou být klonována specializovaná vazebná místa, která umožňují proteinu vázat se na matrici a snadno se eluovat. To může ušetřit roky vývoje metod čištění proteinů. Rekombinantní lidské proteiny exprimované v savčích buněčných liniích jsou často vylučovány do média, což usnadňuje jejich izolaci a purifikaci.
Mít geny pro proteiny dostupné jako klony umožňuje vědcům vyrábět vlastní proteiny a měnit je tak, aby měly vlastnosti, které si člověk přeje. Například některý rekombinantní inzulín byl geneticky změněn tak, že bude mít na tělo odlišné účinky. Schopnost měnit tyto proteiny je velmi užitečná v biologickém výzkumu.
Schopnost exprimovat rekombinantní lidský protein revolucionizoval biomedicínský výzkum. Když vědec klonuje gen, může jej porovnat s obrovskou databází známých genových sekvencí. Pokud má gen sekvenci, která je velmi podobná sekvenci genu se známou funkcí, může předpovědět funkci tohoto genu. Tato znalost naznačuje, jaké experimenty je třeba provést s produktem genu, kterým je často protein. Někdy neexistuje homologie s jinými genovými sekvencemi a vědec nemá představu o funkci genu.
Exprese produktu genu umožňuje vědci testovat funkci genu pomocí biochemických technik. To mu může umožnit identifikovat funkci genu. Může také experimentovat s messengerovou RNA (mRNA) produkovanou přímo z genu a určit, za jakých podmínek a ve kterých tkáních je gen exprimován. Tato znalost pomáhá zúžit při hledání funkce genu a zjistit, zda kóduje protein.
Pokud vědec zná funkci proteinu, může nadměrná exprese poskytnout velké množství proteinu ke studiu jeho biochemických vlastností. Může provádět cílené mutace a vidět, jaké účinky mají na vlastnosti proteinu. Dalším důvodem pro získání velkého množství proteinu je krystalizace proteinu a studium jeho trojrozměrné struktury. Biochemii proteinů může být obtížné provádět v jakémkoli systému, ale bylo zvláště obtížné dělat s lidskými proteiny před příchodem rekombinantních lidských proteinů.