Wat is recombinant menselijk eiwit?
Recombinant menselijk eiwit is menselijk eiwit dat wordt geproduceerd uit gekloneerd DNA. Dit stelt een wetenschapper in staat om grote hoeveelheden ervan uit te drukken. Een dergelijke overexpressie is van groot nut geweest voor de moderne geneeskunde, waardoor de productie van geneesmiddelen op basis van menselijke eiwitten mogelijk is die geen andere bron hebben. Het heeft ook geleid tot grote vooruitgang in het begrip van de functie en biologie van menselijke eiwitten.
Een voorbeeld van een recombinant menselijk eiwit dat geen andere bron heeft, is het geneesmiddel tegen bloedarmoede, erytropoëtine genaamd. Dit hormoon regelt de productie van rode bloedcellen. Het wordt gebruikt om bloedarmoede uit verschillende bronnen te behandelen, waaronder chronische nierziekte en kanker. Erytropoëtine is ook gebruikt als een prestatieverhogend medicijn door atleten.
Andere eiwitten kunnen op natuurlijke wijze worden geïsoleerd, maar het is veel gemakkelijker om grote hoeveelheden te verkrijgen door eiwitexpressie uit gekloond DNA. Een voorbeeld is menselijk groeihormoon, dat momenteel wordt verkregen voor therapeutisch gebruik door recombinante technieken. De traditionele methode van isolatie van kadavers resulteerde soms in de overdracht van ziekten. Insuline is een ander medicijn dat wordt gebruikt als een recombinant menselijk eiwit. Het meeste insuline dat door patiënten wordt gebruikt, wordt op deze manier verkregen.
Eiwitproductie uit gekloneerde genen is mogelijk, omdat de genen in expressievectoren kunnen worden gekloneerd. Dit zijn gespecialiseerde eenheden van DNA die zijn ontworpen om grote hoeveelheden eiwit te produceren door het gebruik van gespecialiseerde promotors. Deze promotors sturen de productie van de gekloneerde gensequentie. Aangepaste kits zijn beschikbaar voor eiwitklonering en expressie.
Gespecialiseerde gastheercellen zijn vereist voor de productie van een recombinant menselijk eiwit. Dit kunnen bacterie- of gistcellen zijn. Sommige eiwitten vereisen speciale modificaties, zoals de introductie van suikers, en komen tot expressie in meer geavanceerde cellijnen, zoals zoogdier- of insectencellijnen.
Voor bacteriële cellen bevinden de eiwitten zich in de cellen, waarbij extractie en eiwitzuivering nodig zijn om ze van de bacteriële eiwitten te scheiden. Dit wordt mogelijk gemaakt door speciale technieken die deel uitmaken van het kloonproces. Gespecialiseerde bindingsplaatsen kunnen bijvoorbeeld worden gekloneerd waardoor het eiwit aan een matrix kan binden en gemakkelijk kan worden geëlueerd. Dit kan jaren van ontwikkeling van methoden voor eiwitzuivering besparen. Recombinante menselijke eiwitten die tot expressie worden gebracht in zoogdiercellijnen worden vaak in de media uitgescheiden, waardoor hun isolatie en zuivering worden vergemakkelijkt.
Als de genen voor de eiwitten beschikbaar zijn als klonen, kan een wetenschapper aangepaste eiwitten maken en wijzigen om de eigenschappen te krijgen die men wenst. Sommige recombinante insuline is bijvoorbeeld genetisch gewijzigd zodat het verschillende effecten op het lichaam heeft. Het vermogen om deze eiwitten te veranderen is zeer nuttig in biologisch onderzoek.
Het kunnen uitdrukken van een recombinant menselijk eiwit heeft een revolutie teweeggebracht in biomedisch onderzoek. Wanneer een wetenschapper een gen heeft gekloond, kan hij of zij het vergelijken met een enorme database met bekende gensequenties. Als het gen een sequentie heeft die sterk lijkt op een sequentie van een gen met een bekende functie, kan hij of zij de functie van dat gen voorspellen. Die kennis suggereert welke experimenten moeten worden uitgevoerd met het product van het gen, dat vaak een eiwit is. Soms is er geen homologie met andere gensequenties en heeft de wetenschapper geen idee van de functie van het gen.
Door het product van het gen uit te drukken, kan een wetenschapper de functie van het gen testen met behulp van biochemische technieken. Dit kan hem of haar in staat stellen de functie van het gen te identificeren. Hij of zij kan ook experimenten doen met het messenger RNA (mRNA) dat rechtstreeks uit het gen wordt geproduceerd en bepalen onder welke omstandigheden en in welke weefsels het gen tot expressie wordt gebracht. Deze kennis helpt om de functie van het gen te bepalen en te achterhalen of het codeert voor een eiwit.
Als een wetenschapper de functie van een eiwit kent, kan overexpressie grote hoeveelheden van het eiwit leveren om de biochemische eigenschappen ervan te bestuderen. Hij of zij kan gerichte mutaties maken en zien welke effecten ze hebben op de eigenschappen van het eiwit. Een andere reden om grote hoeveelheden eiwit te verkrijgen is om het eiwit te kristalliseren en de driedimensionale structuur ervan te bestuderen. Eiwit biochemie kan moeilijk zijn uit te voeren in elk systeem, maar het was bijzonder moeilijk om te doen met menselijke eiwitten vóór de komst van recombinante menselijke eiwitten.