Les protéines sont un composant essentiel de tous les organismes. Chacune de ses molécules est constituée d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques constituées d'acides aminés. Bien que les informations nécessaires à la vie soient codées dans l'ADN ou l'ARN, les protéines recombinantes remplissent un large éventail de fonctions biologiques dans les organismes, notamment la catalyse enzymatique, la protection, le soutien, le mouvement et la régulation. Selon leurs fonctions dans le corps, ces substances peuvent être divisées en différentes catégories, telles que les anticorps, les enzymes, les composants structurels. Compte tenu de leurs fonctions importantes, ces composés ont été intensivement étudiés et largement utilisés.
Dans le passé, le principal moyen d'obtenir une protéine recombinante était de l'isoler d'une source naturelle, ce qui est généralement inefficace et prend du temps. Les progrès récents de la technologie moléculaire biologique ont permis de cloner l'ADN codant pour un ensemble spécifique de substances dans un vecteur d'expression pour des substances telles que les bactéries, les levures, les cellules d'insectes et les cellules de mammifères.
En termes simples, les protéines recombinantes sont traduites par des produits d'ADN exogènes encellules vivantes. Leur obtention implique généralement deux étapes principales:
- Cloner une molécule.
- Expression protéique.
Actuellement, la production d'une telle structure est l'une des méthodes les plus puissantes utilisées en médecine et en biologie. La composition a une large application dans la recherche et la biotechnologie.
Direction médicale
Les protéines recombinantes fournissent des traitements importants pour diverses maladies telles que le diabète, le cancer, les maladies infectieuses, l'hémophilie et l'anémie. Des formulations typiques de telles substances comprennent des anticorps, des hormones, des interleukines, des enzymes et des anticoagulants. Il existe un besoin croissant de formulations recombinantes à usage thérapeutique. Ils vous permettent d'étendre les méthodes de traitement.
les protéines recombinantes génétiquement modifiées jouent un rôle clé sur le marché des médicaments thérapeutiques. Les cellules de mammifères produisent actuellement le plus d'agents thérapeutiques car leurs formulations sont capables de produire des substances de haute qualité, de type naturel. De plus, de nombreuses protéines thérapeutiques recombinantes approuvées sont produites dans E. coli en raison d'une bonne génétique, d'une croissance rapide et d'une productivité élevée. Il a également un effet positif sur le développement de médicaments à base de cette substance.
Recherche
L'obtention de protéines recombinantes repose sur différentes méthodes. Les substances aident à découvrir les principes de base et fondamentaux du corps. Ces molécules peuvent être utilisées pour identifier et déterminerlocalisation de la substance codée par un gène particulier, et pour révéler la fonction d'autres gènes dans diverses activités cellulaires telles que la signalisation cellulaire, le métabolisme, la croissance, la réplication et la mort, la transcription, la traduction et la modification des composés discutés dans l'article.
Ainsi, la composition observée est souvent utilisée en biologie moléculaire, biologie cellulaire, biochimie, études structurales et biophysiques et dans de nombreux autres domaines scientifiques. Parallèlement, l'obtention de protéines recombinantes est une pratique internationale.
Ces composés sont des outils utiles pour comprendre les interactions intercellulaires. Ils se sont avérés efficaces dans plusieurs méthodes de laboratoire telles que l'ELISA et l'immunohistochimie (IHC). Les protéines recombinantes peuvent être utilisées pour développer des dosages enzymatiques. Lorsqu'elles sont utilisées en combinaison avec une paire d'anticorps appropriés, les cellules peuvent être utilisées comme étalons pour les nouvelles technologies.
Biotechnologie
Les protéines recombinantes contenant une séquence d'acides aminés sont également utilisées dans l'industrie, la production alimentaire, l'agriculture et la bio-ingénierie. Par exemple, dans l'élevage, des enzymes peuvent être ajoutées aux aliments pour augmenter la valeur nutritionnelle des ingrédients alimentaires, réduire les coûts et les déchets, soutenir la santé intestinale des animaux, améliorer la productivité et améliorer l'environnement.
De plus, les bactéries lactiques (LAB) depuis longtempsont été utilisés pour produire des aliments fermentés, et récemment LAB a été développé pour l'expression de protéines recombinantes contenant une séquence d'acides aminés, qui peuvent être largement utilisées, par exemple, pour améliorer la digestion humaine, animale et nutritionnelle.
Cependant, ces substances ont aussi des limites:
- Dans certains cas, la production de protéines recombinantes est complexe, coûteuse et chronophage.
- Les substances produites dans les cellules peuvent ne pas correspondre aux formes naturelles. Cette différence peut réduire l'efficacité des protéines recombinantes thérapeutiques et même provoquer des effets secondaires. De plus, cette différence peut affecter les résultats des expériences.
- Le principal problème avec tous les médicaments recombinants est l'immunogénicité. Tous les produits biotechnologiques peuvent présenter une certaine forme d'immunogénicité. Il est difficile de prédire la sécurité des nouvelles protéines thérapeutiques.
En général, les progrès de la biotechnologie ont augmenté et facilité la production de protéines recombinantes pour une variété d'applications. Bien qu'elles présentent encore quelques inconvénients, ces substances sont importantes en médecine, en recherche et en biotechnologie.
Lien maladie
la protéine recombinante n'est pas nocive pour l'homme. Ce n'est qu'une partie intégrante de la molécule globale dans le développement d'un médicament ou d'un élément nutritionnel particulier. De nombreuses études médicales ont montré que l'expression forcée de la protéine FGFBP3 (en abrégé BP3) dans une souche de laboratoire de souris obèses montrait une réduction significative de leur graisse corporelle.masse, malgré la prédisposition génétique à consommer.
Les résultats de ces essais montrent que la protéine FGFBP3 peut offrir une nouvelle thérapie pour les troubles associés au syndrome métabolique tels que le diabète de type 2 et la stéatose hépatique. Mais parce que BP3 est une protéine naturelle et non un médicament artificiel, les essais cliniques de BP3 humain recombinant pourraient commencer après la dernière série d'études précliniques. Sur, c'est-à-dire qu'il y a des raisons liées à la sécurité de la conduite de telles études. La protéine recombinante n'est pas nocive pour l'homme en raison de son traitement et de sa purification par étapes. Des changements ont également lieu au niveau moléculaire.
PD-L2, l'un des acteurs clés de l'immunothérapie, a été nominé pour le prix Nobel de physiologie ou médecine 2018. Ce travail, commencé par le professeur James P. Allison des États-Unis et le professeur Tasuku Honjo du Japon, a conduit au traitement de cancers tels que le mélanome, le cancer du poumon et d'autres basés sur l'immunothérapie aux points de contrôle. Récemment, AMSBIO a ajouté un nouveau produit majeur à sa gamme d'immunothérapie, l'activateur PD-L2/TCR - CHO Recombinant Cell Line.
Dans les expériences de preuve de concept, des chercheurs de l'Université de l'Alabama à Birmingham, dirigés par H. Long Zheng, MD, le professeur Robert B. Adams et le directeur du laboratoire de médecine, Département de pathologie, UAB School of Medicine, ont mis en évidence une thérapie potentielle pour un trouble hémorragique rare mais mortel, le TTP.
Les résultats de cettedes études démontrent pour la première fois que la transfusion de plaquettes chargées de rADAMTS13 peut être une approche thérapeutique nouvelle et potentiellement efficace pour la thrombose artérielle associée au PTT congénital et à médiation immunitaire.
La protéine recombinante n'est pas seulement un nutriment, mais aussi un médicament entrant dans la composition du médicament en cours de développement. Ce ne sont là que quelques domaines qui sont désormais impliqués dans la médecine et liés à l'étude de tous ses éléments structuraux. Comme le montre la pratique internationale, la structure d'une substance permet au niveau moléculaire de traiter de nombreux problèmes graves dans le corps humain.
Développement de vaccins
Une protéine recombinante est un ensemble spécifique de molécules qui peuvent être modélisées. Une propriété similaire est utilisée dans le développement de vaccins. Une nouvelle stratégie de vaccination, également connue sous le nom d'utilisation d'une injection spéciale de virus recombinant, pourrait protéger des millions de poulets à risque d'une maladie respiratoire grave, ont déclaré des chercheurs de l'Université d'Édimbourg et du Pirbright Institute. Ces vaccins utilisent des versions inoffensives ou faibles d'un virus ou d'une bactérie pour introduire des germes dans les cellules du corps. Dans ce cas, les experts ont utilisé des virus recombinants avec différentes protéines de pointe comme vaccins pour créer deux versions d'un virus inoffensif. Il existe de nombreux médicaments différents construits autour de cette connexion.
Les noms commerciaux et analogues des protéines recombinantes sont les suivants:
- "Fortelizine".
- "Z altrap".
- "Eylea".
Ce sont principalement des médicaments anticancéreux, mais il existe d'autres domaines de traitement associés à cette substance active.
Un nouveau vaccin, également appelé LASSARAB, conçu pour protéger à la fois la fièvre de Lassa et la rage, a montré des résultats prometteurs dans des études précliniques, selon une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique Nature Communications. Un candidat-vaccin recombinant inactivé utilise un virus de la rage affaibli.
L'équipe de recherche a inséré du matériel génétique du virus de Lassa dans un vecteur du virus de la rage afin que le vaccin exprime les protéines de surface dans les cellules de Lassa et de la rage. Ces composés de surface déclenchent une réponse immunitaire contre les agents infectieux. Ce vaccin a ensuite été inactivé pour "détruire" le virus vivant de la rage utilisé pour fabriquer le porteur.
Obtenir des méthodes
Il existe plusieurs systèmes pour produire une substance. La méthode générale d'obtention d'une protéine recombinante est basée sur l'obtention de matériel biologique à partir de la synthèse. Mais il existe d'autres moyens.
Il existe actuellement cinq principaux systèmes d'expression:
- Système d'expression E. coli.
- Système d'expression de levure.
- Système d'expression de cellules d'insectes.
- Système d'expression de cellules de mammifères.
- Système d'expression de protéines sans cellule.
Cette dernière option est particulièrement adaptée à l'expression de protéines transmembranaireset composés toxiques. Ces dernières années, des substances difficiles à exprimer par des méthodes intracellulaires conventionnelles ont été intégrées avec succès dans des cellules in vitro. En Biélorussie, la production de protéines recombinantes est largement utilisée. Il existe un certain nombre d'entreprises publiques qui s'occupent de ce problème.
Cell Free Protein Synthesis System est une méthode rapide et efficace pour synthétiser des substances cibles en ajoutant divers substrats et composés énergétiques nécessaires à la transcription et à la traduction dans le système enzymatique des extraits cellulaires. Ces dernières années, les avantages des méthodes acellulaires pour des types de substances telles que les membranes complexes et toxiques sont progressivement apparus, démontrant leur application potentielle dans le domaine biopharmaceutique.
La technologie sans cellule peut ajouter une variété d'acides aminés non naturels facilement et de manière contrôlée pour réaliser des processus de modification complexes qui sont difficiles à résoudre après une expression recombinante conventionnelle. De telles méthodes ont une valeur d'application et un potentiel élevés pour l'administration de médicaments et le développement de vaccins à l'aide de particules de type viral. Un grand nombre de protéines membranaires ont été exprimées avec succès dans des cellules libres.
Expression de compositions
La protéine recombinante CFP10-ESAT 6 est produite et utilisée pour créer des vaccins. Un tel allergène de la tuberculose vous permet de renforcer le système immunitaire et de développer des anticorps. En général, les études moléculaires impliquent l'étude de n'importe quel aspect d'une protéine, comme la structure, la fonction, les modifications, la localisation ou les interactions. Explorercomment des substances spécifiques régulent les processus internes, les chercheurs ont généralement besoin de moyens pour produire des composés fonctionnels intéressants et bénéfiques.
Étant donné la taille et la complexité des protéines, la synthèse chimique n'est pas une option viable pour cette entreprise. Au lieu de cela, les cellules vivantes et leur machinerie cellulaire sont généralement utilisées comme usines pour créer et construire des substances basées sur les modèles génétiques fournis. Le système d'expression de protéines recombinantes génère ensuite la structure nécessaire pour créer un médicament. Vient ensuite la sélection du matériel nécessaire pour les différentes catégories de médicaments.
Contrairement aux protéines, l'ADN est facile à construire par synthèse ou in vitro à l'aide de techniques de recombinaison bien établies. Par conséquent, des matrices d'ADN de gènes spécifiques, avec ou sans séquences rapporteuses ou séquences d'étiquettes d'affinité ajoutées, peuvent être conçues comme matrices pour l'expression de la substance surveillée. De tels composés dérivés de telles matrices d'ADN sont appelés protéines recombinantes.
Les stratégies traditionnelles d'expression d'une substance impliquent la transfection de cellules avec un vecteur d'ADN contenant une matrice, puis la culture des cellules pour transcrire et traduire la protéine souhaitée. Typiquement, les cellules sont ensuite lysées pour extraire le composé exprimé pour une purification ultérieure. La protéine recombinante CFP10-ESAT6 est traitée de cette manière et passe par un système de purification à partir d'éventuellesla formation de toxines. Ce n'est qu'après cela qu'il sera synthétisé en un vaccin.
Les systèmes d'expression in vivo procaryotes et eucaryotes pour les substances moléculaires sont largement utilisés. Le choix du système dépend du type de protéine, de l'exigence d'activité fonctionnelle et du rendement souhaité. Ces systèmes d'expression comprennent les mammifères, les insectes, les levures, les bactéries, les algues et les cellules. Chaque système a ses propres avantages et défis, et choisir le bon système pour une application particulière est important pour l'expression réussie de la substance à l'étude.
Expression des mammifères
L'utilisation de protéines recombinantes permet le développement de vaccins et de médicaments de différents niveaux. Pour cela, cette méthode d'obtention d'une substance peut être utilisée. Les systèmes d'expression de mammifères peuvent être utilisés pour produire des protéines du règne animal qui ont la structure et l'activité les plus natives en raison de leur environnement physiologiquement pertinent. Cela se traduit par des niveaux élevés de traitement post-traductionnel et d'activité fonctionnelle. Les systèmes d'expression de mammifères peuvent être utilisés pour produire des anticorps, des protéines complexes et des composés à utiliser dans des essais fonctionnels à base de cellules. Cependant, ces avantages sont associés à des conditions de culture plus strictes.
Les systèmes d'expression de mammifères peuvent être utilisés pour générer des protéines de manière transitoire ou via des lignées cellulaires stables où la construction d'expression est intégrée dans le génome de l'hôte. Bien que de tels systèmes puissent être utilisés dans de multiples expériences, le tempsla production peut générer une grande quantité de substance en une à deux semaines. Ce type de biotechnologie de protéines recombinantes est très demandé.
Ces systèmes d'expression mammifères transitoires à haut rendement utilisent des cultures en suspension et peuvent produire des grammes par litre. De plus, ces protéines ont plus de repliements natifs et de modifications post-traductionnelles telles que la glycosylation par rapport aux autres systèmes d'expression.
Expression d'insecte
Les méthodes de production de protéines recombinantes ne se limitent pas aux mammifères. Il existe également des moyens plus productifs en termes de coûts de production, bien que le rendement de la substance pour 1 litre de liquide traité soit beaucoup plus faible.
Les cellules d'insectes peuvent être utilisées pour exprimer une protéine de haut niveau avec des modifications similaires aux systèmes de mammifères. Il existe plusieurs systèmes qui peuvent être utilisés pour générer des baculovirus recombinants, qui peuvent ensuite être utilisés pour extraire la substance d'intérêt dans les cellules d'insectes.
Les expressions de protéines recombinantes peuvent être facilement mises à l'échelle et adaptées à la culture en suspension à haute densité pour la composition à grande échelle de molécules. Ils sont plus fonctionnellement similaires à la composition native de la matière des mammifères. Bien que le rendement puisse atteindre 500 mg/L, la production de baculovirus recombinant peut prendre du temps et les conditions de culture sont plus difficiles que les systèmes procaryotes. Cependant, dans les pays plus méridionaux et plus chauds, unméthode est considérée comme plus efficace.
Expression bactérienne
La production de protéines recombinantes peut être établie à l'aide de bactéries. Cette technologie est très différente de celles décrites ci-dessus. Les systèmes d'expression de protéines bactériennes sont populaires car les bactéries sont faciles à cultiver, se développent rapidement et donnent des rendements élevés de la formulation recombinante. Cependant, les substances eucaryotes multidomaines exprimées dans les bactéries sont souvent non fonctionnelles car les cellules ne sont pas équipées pour effectuer les modifications post-traductionnelles ou le repliement moléculaire nécessaires.
De plus, de nombreuses protéines deviennent insolubles sous forme de molécules d'inclusion, qui sont très difficiles à récupérer sans dénaturateurs agressifs et procédures de repliement moléculaires fastidieuses qui s'ensuivent. Cette méthode est généralement considérée comme encore largement expérimentale.
Expression sans cellule
La protéine recombinante contenant la séquence d'acides aminés de la staphylokinase est obtenue d'une manière légèrement différente. Il est inclus dans de nombreux types d'injections, nécessitant plusieurs systèmes avant utilisation.
L'expression de protéines sans cellule est une synthèse in vitro d'une substance utilisant des extraits de cellules entières compatibles en termes de traduction. En principe, les extraits de cellules entières contiennent toutes les macromolécules et composants nécessaires à la transcription, à la traduction et même à la modification post-traductionnelle.
Ces composants comprennent l'ARN polymérase, les facteurs protéiques régulateurs, les formes de transcription, les ribosomes et l'ARNt. Lors de l'ajoutdes cofacteurs, des nucléotides et une matrice génétique spécifique, ces extraits peuvent synthétiser des protéines d'intérêt en quelques heures.
Bien qu'ils ne soient pas durables pour une production à grande échelle, les systèmes d'expression de protéines (IVT) sans cellule ou in vitro offrent un certain nombre d'avantages par rapport aux systèmes in vivo conventionnels.
L'expression acellulaire permet une synthèse rapide de formulations recombinantes sans impliquer la culture cellulaire. Les systèmes acellulaires permettent de marquer des protéines avec des acides aminés modifiés, ainsi que d'exprimer des composés qui subissent une dégradation protéolytique rapide par des protéases intracellulaires. De plus, il est plus facile d'exprimer de nombreuses protéines différentes en même temps en utilisant une méthode acellulaire (par exemple, tester des mutations protéiques par expression à petite échelle à partir de nombreuses matrices d'ADN recombinant différentes). Dans cette expérience représentative, le système IVT a été utilisé pour exprimer la protéine caspase-3 humaine.
Conclusions et perspectives d'avenir
La production de protéines recombinantes peut désormais être considérée comme une discipline mature. Ceci est le résultat de nombreuses améliorations progressives dans la purification et l'analyse. Actuellement, les programmes de découverte de médicaments sont rarement arrêtés en raison de l'incapacité à produire la protéine cible. Les processus parallèles d'expression, de purification et d'analyse de plusieurs substances recombinantes sont désormais bien connus dans de nombreux laboratoires à travers le monde.
Complexes protéiques et succès croissant dans la fabricationles structures membranaires solubilisées nécessiteront davantage de modifications pour répondre à la demande. L'émergence d'organismes de recherche sous contrat performants pour un approvisionnement plus régulier en protéines permettra la réallocation des ressources scientifiques pour répondre à ces nouveaux enjeux.
En outre, les flux de travail parallèles doivent permettre la création de bibliothèques complètes de la substance surveillée pour permettre l'identification de nouvelles cibles et le dépistage avancé, ainsi que des projets traditionnels de découverte de médicaments à petites molécules.
