Co to jest rekombinowane białko ludzkie?
Rekombinowane ludzkie białko to ludzkie białko wytwarzane ze sklonowanego DNA. Umożliwia to naukowcom wyrażanie ich dużych ilości. Taka nadekspresja jest bardzo przydatna we współczesnej medycynie, umożliwiając produkcję leków na bazie białka ludzkiego, które nie mają innego źródła. Doprowadził również do wielkich postępów w zrozumieniu funkcji i biologii ludzkich białek.
Przykładem rekombinowanego ludzkiego białka, które nie ma innego źródła, jest lek przeciw anemii zwany erytropoetyną . Ten hormon kontroluje produkcję czerwonych krwinek. Jest stosowany w leczeniu niedokrwistości z różnych źródeł, w tym przewlekłej choroby nerek i raka. Erytropoetyna jest również stosowana przez sportowców jako lek poprawiający wydajność.
Inne białka można izolować naturalnie, ale o wiele łatwiej jest uzyskać duże ilości poprzez ekspresję białka ze sklonowanego DNA. Przykładem jest ludzki hormon wzrostu, który jest obecnie uzyskiwany do celów terapeutycznych technikami rekombinacji. Tradycyjna metoda izolacji od zwłok czasami powodowała przenoszenie chorób. Insulina jest kolejnym lekiem stosowanym jako rekombinowane ludzkie białko. Większość insuliny używanej przez pacjentów jest uzyskiwana w ten sposób.
Wytwarzanie białka ze sklonowanych genów jest możliwe, ponieważ geny można klonować do wektorów ekspresyjnych. Są to wyspecjalizowane jednostki DNA, które są zaprojektowane do wytwarzania dużych ilości białka za pomocą specjalistycznych promotorów. Te promotory kierują wytwarzaniem sklonowanej sekwencji genowej. Dostępne są niestandardowe zestawy do klonowania i ekspresji białek.
Wyspecjalizowane komórki gospodarza są wymagane do produkcji rekombinowanego białka ludzkiego. Mogą to być komórki bakteryjne lub drożdżowe. Niektóre białka wymagają specjalnych modyfikacji, takich jak wprowadzenie cukrów, i są wyrażane w bardziej zaawansowanych liniach komórkowych, takich jak linie komórkowe ssaków lub owadów.
W przypadku komórek bakteryjnych białka będą znajdować się wewnątrz komórek, wymagając ekstrakcji i oczyszczania białka w celu oddzielenia ich od białek bakteryjnych. Ułatwiają to specjalne techniki, które są częścią procesu klonowania. Na przykład można sklonować specjalistyczne miejsca wiązania, które umożliwiają białku związanie się z matrycą i łatwą elucję. To może zaoszczędzić lata opracowywania metod oczyszczania białka. Rekombinowane ludzkie białka wyrażane w liniach komórkowych ssaków są często wydzielane do pożywki, co ułatwia ich izolację i oczyszczanie.
Posiadanie genów białek dostępnych jako klonów umożliwia naukowcom wytwarzanie niestandardowych białek, zmieniając je tak, aby miały pożądane właściwości. Na przykład, część rekombinowanej insuliny została genetycznie zmieniona, aby miała różny wpływ na organizm. Zdolność do zmiany tych białek jest bardzo przydatna w badaniach biologicznych.
Możliwość ekspresji rekombinowanego białka ludzkiego zrewolucjonizowała badania biomedyczne. Kiedy naukowiec sklonował gen, może go porównać do ogromnej bazy danych znanych sekwencji genów. Jeśli gen ma sekwencję wysoce podobną do sekwencji genu o znanej funkcji, może przewidzieć funkcję tego genu. Ta wiedza sugeruje, które eksperymenty przeprowadzić z produktem genu, który często jest białkiem. Czasami nie ma homologii do innych sekwencji genów, a naukowiec nie ma pojęcia o funkcji genu.
Ekspresja produktu genu umożliwia naukowcom testowanie funkcji genu przy użyciu technik biochemicznych. Może to umożliwić mu identyfikację funkcji genu. Ponadto może przeprowadzać eksperymenty z informacyjnym RNA (mRNA) wytwarzanym bezpośrednio z genu i określać, w jakich warunkach i w jakich tkankach gen ulega ekspresji. Ta wiedza pomaga zawęzić wyszukiwanie funkcji genu i dowiedzieć się, czy koduje on białko.
Jeśli naukowiec zna funkcję białka, nadekspresja może zapewnić duże ilości białka w celu zbadania jego właściwości biochemicznych. On lub ona może dokonywać ukierunkowanych mutacji i zobaczyć, jaki wpływ mają na właściwości białka. Innym powodem uzyskania dużych ilości białka jest krystalizacja białka i badanie jego trójwymiarowej struktury. Biochemia białek może być trudna do przeprowadzenia w dowolnym układzie, ale szczególnie trudno było zrobić z białkami ludzkimi przed pojawieniem się rekombinowanych białek ludzkich.