سیستم های تولید پروتئین های نوترکیب

پروتئینها متنوع ترین ماکرومولکولها در بدن انسان هستند. آنها دارای نقشهایی چون کاتالیز واکنشهای شیمیایی، تشکیل گیرنده ها و کانالها، و انتقال مولکولها در درون سلولها و بین ارگانها هستند. تخمین زده شده است که بین 25000تا 40000 ژن در ژنوم انسان وجود دارد و به دلیل پدیدههایی چون تغییرات پس از ترجمه و alternative splicing بدون شک تعداد پروتئینهای بدن انسان بیش از این تعداد خواهد بود.

از منظر مکانیسم بیماریها، هر تغییر کوچک در ساختار و فعالیت این پروتئینها میتواند منجر به بیماری شود و از نگاه درمانی پروتئینها میتوانند به عنوان یک شانس درمانی بزرگ در نظر گرفته شوند.

تعداد کمی از پروتئینهای دارویی از تولید کننده طبیعی خود استخراج میشوند، برای مثال آنزیمهای پانکراسی که از پانکراس خوک استخراج میشوند. اما بیشتر این داروها با تکنولوژی DNA نوترکیب تولید میشوند. به دلیل اینکه عموما موجود زنده تولید کننده طبیعی پروتئین به صورت گسترده در دسترس نیست و همچنین هزینه تخلیص پروتئین تولید شده در این روش نیز نسبت به روش پروتئین نوترکیب بسیار بیشتر است. احتمال انتقال بیماریهای مشترک و یا حساسیت به پروتئین تولید شده توسط تولید کننده طبیعی نیز وجود دارد. از طرف دیگر با کمک تکنولوژی پروتئین نوترکیب بیان و ترجمه دقیق ژن مورد نظر با یک فعالیت به خصوص ممکن است و همچنین تولید معمولا به صورت کارا و ارزان انجام میشود و محدودیتی در مقدار تولید وجود ندارد. امکان انجام تغییرات دلخواه نیز از دیگر ویژگیهای این روش است.

بازار بیوتکنولوژی پروتئین در دنیا بیش از 150 میلیارد دلار در سال است که بیش از 90 درصد آن مربوط به بخش سلامت است. در حال حاضر بیش از 400 پروتئین دارویی نوترکیب در جهان به صورت تجاری عرضه شده است که سه برابر این تعداد در مراحل توسعه وارزیابی هستند.

به طور کلی ۵ پلتفرم اصلی برای بیان پروتئینهای نوترکیب مورد استفاده قرار میگیرد: باکتریها، مخمر، سلول حشرات، سلول پستانداران، و حیوانات ترانس ژن.

باکتری: این سلولها سادهترین و ارزانترین سیستمهای بیان نوترکیب هستند اما فاقد ساز وکار سلولی پردازشهای پروتئین بعد از ترجمه هستند و لذا برای ایجاد ساختارهای پیچیده ای همچون گلیکوپروتئینها ناکارآمدند. میزان بیان بالا و راحتی افزایش مقیاس از دیگر مزایای سیستم باکتریایی است. مهمترین میزبان باکتریایی مورد استفاده سلول Escherichia coli است که بیش از 30 درصد پروتئینهای دارویی تایید شده در این سیستم تولید میشود.

انواع سویههای بیانی همانند Rosetta، Origami، Shauffle و SoluBL21 و وکتورهای مربوطه توسط شرکتهای معتبر ارائه شده اند که بسته به نیاز کار مورد استفاده قرار میگیرند. در رتبه دوم سیستمهای بیانی باکتریایی، سویههای باسیلوس قرار میگیرند که سهم اصلی تولید آنزیمهای صنعتی را برعهده دارند. باسیلوسها خود طیف وسیعی از آنزیمهای ترشحی را تولید میکنند و از این رو میزبان مناسبی برای این طیف از محصولات هستند.

مخمر: مزیت سلولهای مخمری، ایمن بودن از نظر خوراکی (GRAS)، تکثیر سریع و ارزان (مشابه باکتری) و داشتن سیستم پردازش پس از ترجمه (البته به شکلی متفاوت از سلولهای انسان) است. اولین سیستم مخمری مورد استفاده برای تولید پروتئینهای نوترکیب، مخمر نان یا Saccharomyces cerevisia بود که هم اکنون هم بخش عمدهای از انسولین مورد نیاز جهان را تولید میکند (شرکت Novo Nordisk) اما با پیدایش پلتفرم مخمری Pichia pastoris، در حال حاضر عمدتا از سیستم دوم برای تولید پروتئینهای نوترکیب استفاده میشود. تا کنون حدود 70 محصول نوترکیب با سیستم مخمری تولید و وارد بازار شده است.

سلولهای لارو حشرات: این ردههای سلولی یوکاریوتی نسبت به سلولهای پستانداران، برای کشت در آزمایشگاه شرایط رشد سادهتری نیاز دارند و ضمنا از نظر آلودگی ویروسی نیز ویروس مشترکی با سلولهای انسانی ندارد اما سیستم پردازش پروتئین آنها به پیشرفتگی پستانداران نیست. برای ورود ژن مورد نظر به این سلولها از سیستم بیانی وکتور Baculovirus (BEVS) استفاده میشود. پس از کشت سلولی در بیوراکتور، وکتور ویروسی به سلولها اضافه شده و پس از بیان پروتئین مد نظر سلولها لیز میشوند بنابراین برای ایجاد یک محصول جدید صرفا کافی است وکتور مناسب تهیه گردد. تا کنون 4 داروی انسانی و 5 محصول دامی در سیستم BEVS به تولید تجاری رسیده است و 39 محصول نیز در مرحله ارزیابی کلینیکال قرار دارند.

رده سلولی پستانداران: در حوزه پروتئینهای دارویی به دلیل ضرورت شباهت بالای پروتئین نوترکیب به ساختار پروتئین طبیعی (برای جلوگیری از بروز واکنش ایمنی)، بیشتر از سیستمهای بیانی پیشرفته پستانداران استفاده میشود.

مهمترین رده سلولی مورد استفاده Chinese Hamster Ovary (CHO) است که بیش از 140 محصول نوترکیب (دو سوم از کل پروتئینهای بیان شده در سیستم سلولهای پستانداران) در آن تولید میشود. مزیت آن شباهت نسبی الگوی گلیکوزیلاسیون به سلولهای انسانی، امکان کشت شناور و شرایط کشت نسبتا راحت آن بدون نیاز به سرم یا فاکتورهای رشد ویژه است.

سیستم های تولید پروتئین های نوترکیب

شرکت

راه حلها

تماس باما