Ze względu na swoje ważne funkcje białka są szeroko stosowane w zastosowaniach żywieniowych, medycznych i przemysłowych. Na tej lekcji dowiemy się, jak duże ilości danego białka są generowane.
Pod koniec tej lekcji będziesz wiedział o
Technologia rekombinacji DNA jest ważnym sposobem generowania dużych ilości określonego białka. Polega ona na wykorzystaniu rekombinacji genetycznej do łączenia materiału genetycznego z wielu źródeł i tworzenia sekwencji DNA, które naturalnie nie występują w genomie. Białka wytwarzane za pomocą technologii rekombinacji DNA są białkami kombinowanymi R.
Rekombinowane DNA (rDNA) to nić DNA utworzona przez połączenie dwóch lub więcej sekwencji DNA. Rekombinacja genetyczna jest procesem występującym naturalnie, ale kiedy jest sztucznie manipulowana, nazywa się to technologią rekombinacji DNA. Korzystając z technologii rDNA, naukowcy są w stanie tworzyć nowe sekwencje DNA, które nie istniałyby naturalnie w normalnych okolicznościach i warunkach środowiskowych.
Otrzymany zrekombinowany DNA składa się z plazmidu, w którym sklonowano geny białka docelowego. Kiedy plazmid zostanie wprowadzony do układu ekspresyjnego gospodarza, własne szlaki syntezy białek gospodarza doprowadzą do ekspresji wybranego białka – tak zwanego białka rekombinowanego. Zapewnia to duże ilości danego białka do zastosowań badawczych, diagnostycznych, a nawet terapeutycznych.
Samo izolowanie białek z ich naturalnych źródeł nie jest w stanie zaspokoić rosnącego zapotrzebowania na białka. Technologia rekombinacji DNA zapewnia wydajniejszą metodę pozyskiwania dużych ilości białek.
Istnieje szereg rekombinowanych typów białek, które można wykorzystać w opracowywaniu leków lub badaniach. Niektóre z nich to – chemokiny, interferony, czynniki stymulujące kolonie i czynniki wzrostu.
Białka rekombinowane są wykorzystywane do opracowywania niektórych obecnych leków, na przykład ludzkiej insuliny. Niedawno zatwierdzone rekombinowane leki białkowe są stosowane w leczeniu wielu różnych schorzeń, w tym raka, chorób autoimmunologicznych i zaburzeń genetycznych.
Znaczny postęp technologiczny umożliwił ekspresję i izolację rekombinowanych białek na dużą skalę. Ilość białka wymagana do zastosowań na dużą skalę, takich jak produkcja enzymów, przeciwciał lub szczepionek, jest znacznie wysoka. Wymaga to, aby system, w którym białko ulega ekspresji, był łatwy w hodowli i utrzymaniu, szybko rósł i wytwarzał duże ilości białka. Wymagania te doprowadziły do odkrycia systemów ekspresji białek.
Różne typy systemów ekspresji białek to systemy bakteryjne, drożdżowe, owadzie lub ssacze.
Technologia rekombinacji DNA polega na przeniesieniu obcego DNA do samoreplikującego się elementu genetycznego organizmu, co ostatecznie prowadzi do amplifikacji obcego DNA.
Obecnie istnieją trzy główne metody wytwarzania rekombinowanego DNA:
1. Transformacja – obcy fragment DNA jest cięty i wstawiany do wektora, zwykle plazmidu. Następnie otrzymany wektor umieszcza się w komórce gospodarza, takiej jak bakteria E. coli, gdzie następuje ekspresja obcego fragmentu DNA. Proces pobierania przez komórkę bakteryjną obcego DNA nazywany jest transformacją.
2. Transformacja niebakteryjna – nie wykorzystuje bakterii jako komórki gospodarza. Jednym z przykładów jest mikroiniekcja DNA, w której obcy DNA jest wstrzykiwany bezpośrednio do jądra komórki biorcy. Biolistyka to metoda, w której mikropociski o dużej prędkości są używane do pomocy w bombardowaniu obcego DNA do komórki biorcy.
3. Wprowadzanie faga – Podczas wprowadzania faga fag jest używany do przenoszenia obcego DNA do komórki gospodarza, a ostatecznie DNA faga zawierające obce DNA jest wprowadzane do genomu komórki gospodarza.
Technologia rekombinacji DNA umożliwia manipulowanie właściwościami białka będącego przedmiotem zainteresowania. W tych aspektach korzystna jest technologia rekombinacji DNA i rekombinowanych białek. Istnieją jednak pewne obawy co do bezpieczeństwa i etyki stosowania technologii rekombinacji DNA.
