Sinteza proteinelor fără celule
În ultimii ani, cercetarea genomului a condus la identificarea unui număr mare de gene din diferite specii. Cu toate acestea, nicio funcție definită nu poate fi atribuită în prezent părții predominante a acestor secvențe genetice, deoarece proteinele codificate pot fi reprezentate doar inadecvat sau deloc cu metodele obișnuite de exprimare pe bază de celule. O condiție esențială pentru o atribuire clară și validarea funcției este disponibilitatea proteinelor sintetizate și procesate corect. Acest lucru are ca rezultat o nevoie crescândă de sisteme eficiente de sinteză a proteinelor, care sunt capabile să genereze proteine din cele mai variate clase structurale și funcționale în mod egal, în calitate și cantitate ridicată. În acest context, metoda de sinteză a proteinelor fără celule este utilizată în prezent din ce în ce mai frecvent, deoarece permite accelerarea enormă a etapelor de lucru necesare de la ADN la proteină. În plus, proteinelor fără celule li se pot da noi proprietăți care sunt de o importanță crucială pentru aplicații tehnologice ulterioare.
Începuturile dezvoltării tehnologiei
Sisteme actuale de traducere in vitro
Cercetarea intensivă în domeniul sintezei proteinelor fără celule în cursul dezvoltării sistemului a condus la faptul că limitele sistemelor de traducere procariotă și eucariotă in vitro au fost determinate și parametrii de bază au fost optimizați. Domeniile de cercetare la care se lucrează intens în prezent sunt în special dezvoltarea în continuare a lizatelor de celule active translațional în sisteme extrem de productive, generarea și optimizarea matricelor speciale de ADN și ARN pentru diferitele sisteme fără celule și îmbunătățirea procesului de reacție în sistemele de reactoare nou dezvoltate.
Posibilitățile sintezei de proteine fără celule sunt extinse considerabil de sistemele de traducere in vitro eucariote, deoarece modificările post-translaționale influențează proprietățile fizico-chimice ale proteinelor și sunt adesea de o importanță esențială pentru funcționalitatea lor. Avantajele decisive ale sintezei proteinelor fără celule, cum ar fi sinteza cu randament ridicat a proteinelor membranare active sau citotoxice permanente, pot fi acum combinate cu analize funcționale pe bază de biocip, impedimetrice și electrofiziologice.
Unul dintre avantajele fundamentale ale sintezei de proteine fără celule este posibilitatea de a doza șabloane ADN liniare direct în sistemul deschis și de a rescrie informația genetică codificată în proteine fără pași de clonare care consumă mult timp. Acest lucru are loc în sistemele de transcriere/traducere cuplate. Șabloanele produse prin intermediul procesului de expresie PCR conțin toate elementele care sunt necesare pentru sinteza eficientă a proteinelor atât în sistemele procariote, cât și în cele fără celule eucariote și sunt echipate opțional cu secvențe care codifică diferite etichete de afinitate N- sau C-terminale. Adăugarea secvențelor de semnal N-terminale, care sunt necesare pentru țintirea proteinelor de membrană și a proteinelor secretate în proteolipozomi, poate fi realizată și cu această metodă. Expresia PCR este un instrument important pentru proiectarea țintită a proteinelor, deoarece cu această metodă pot fi introduse mutații și proteinele sintetizate pot fi modificate în proprietățile lor funcționale într-un proces evolutiv și adaptate cerințelor tehnologice.
Incorporarea aminoacizilor modificați și artificiali, care sunt introduși translațional în lanțurile proteice în creștere cu ajutorul ARNt preacilate, se realizează în sisteme de sinteză a proteinelor fără celule procariote și eucariote. Conjugatele proteice definite, în special conjugatele de membrană și glicoproteină cu grupări biotinilate sau fluorescente, sunt sintetizate în acest mod fără celule. Marcajele proteinelor co-translative, specifice site-ului, sunt o metodă ușoară, care simplifică considerabil caracterizarea funcțională a proteinelor produse. Detectabilitatea unui aminoacid biotinilat sau fluorescent încorporat permite localizarea proteinelor de membrană marcate corespunzător în structurile membranei lipidice, precum și detectarea eficientă a unei interacțiuni ligand. Împreună cu PCR de expresie, o mare varietate de proteine marcate poate fi sintetizată rapid pentru aplicații de screening. În plus, această metodă este utilizată pentru a produce proteine sub formă de comutatoare moleculare care își schimbă emisia de fluorescență ca răspuns la un semnal extern.
Persoană de contact:
Dr. Stefan Kubick
Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie Biomedică IBMT
Departamentul de biotehnologie celulară și biochipuri
Grup de sinteză a proteinelor fără celule
Telefon: 0331/58187-306
E-mail: [email protected]
Informatii suplimentare:
Caracteristicile acestui comunicat de presă:
Jurnaliști, reprezentanți de afaceri, oameni de știință
Biologie, nutriție/sănătate/îngrijire, medicină
supraregional
Cercetare/transfer de cunoștințe, rezultate ale cercetării
limba germana