Was ist rekombinante Proteinexpression?
Rekombinante Proteinexpression ist die Herstellung eines Proteins aus rekombinanter DNA. Es ist eine verbreitete Technik in der Molekularbiologie und in der pharmazeutischen Produktion von Hormonersatzstoffen. Die rekombinante DNA ist ein spezifischer Teil eines Gens, das dazu bestimmt ist, ein einzelnes Produkt innerhalb einer Wirtszelle zu exprimieren, und zwar unter Berücksichtigung spezieller chemischer Faktoren, sodass das richtige Protein in großen Mengen exprimiert wird. Viele Hormone und Enzyme, die in der Vergangenheit aus tierischen Quellen gewonnen wurden, werden jetzt durch rekombinante Proteinexpression synthetisiert, dann aus Wirtszellen geerntet und verfeinert.
Um rekombinante Proteine zu exprimieren, müssen sorgfältig ausgewählte DNA-Sequenzen in das Genom eines Wirts eingeführt werden. Teile des genetischen Codes von einem Organismus zu entnehmen und diese in die Zellkerne eines anderen zu legen, ist eine Form des Klonens. Dies geschieht durch Insertion einer Sequenz rekombinanter DNA, die für das gewünschte Protein kodiert, in den Kern, der die Expression des Gens durch Transkription in RNA initiiert. Rekombinante Proteine werden zusammengesetzt, wenn mRNA-Stücke, die Informationen von der DNA tragen, vom Zellkern zu den Ribosomen wandern und dort die Produktion eines Proteins gemäß einer spezifischen Matrize einleiten.
Wirtszellen produzieren unzureichende Mengen eines rekombinanten Proteins, es sei denn, die DNA wird mit geeigneten Vektoren eingeführt, so dass die richtige genetische Information in ausreichender Menge exprimiert wird. Proteinexpressionsfaktoren sind die molekularen Signale, die rekombinante DNA begleiten müssen, wenn sie in die Wirtszellen inseriert wird, um sicherzustellen, dass das Zielprotein überexprimiert wird. Nur so kann die rekombinante Proteinexpression eine Substanz für den pharmazeutischen oder Laborgebrauch ausreichend machen.
Die ribosomale Proteinassemblierung schließt den Proteinexpressionsprozess nicht ab, da während der Ernte der Inhalt der Bakterien- oder Hefezellen mit dem Endprodukt vermischt wird. Die exprimierten rekombinanten Proteine müssen durch Abtrennen von zerstörten Zellteilen gereinigt werden. Manchmal markiert eine molekulare Markierung das Protein, sodass es an eine metallische oder andere Substanz binden und aus dem Abfall isoliert werden kann. Abhängig von Faktoren wie der Proteingröße und der Komplexität der Wirtszelle gibt es verschiedene Techniken.
Die Expression von menschlichem rekombinanten Protein hat umfangreiche kommerzielle und medizinische Anwendungen. Viele Hormone, Antikörper und Enzyme wurden zuvor aus Tier- oder Leichengewebe extrahiert, werden aber jetzt mithilfe der rekombinanten DNA-Technologie synthetisch hergestellt. Zwei besonders wichtige Beispiele sind menschliches Wachstumshormon und Insulin. Viele Hormonersatztherapien basieren auf synthetischen Proteinen, ebenso wie verschiedene Assays, die von Molekular- und Zellbiologen in ihren Labors verwendet werden. In vielen Fällen werden Bakterien als Wirtszellen für einfache Produkte verwendet, während eine komplexere rekombinante Proteinexpression, insbesondere von Genen von Tieren, in Pilzen und Hefen erfolgen kann.