Protini ni sehemu muhimu ya viumbe vyote. Kila moja ya molekuli zake ina minyororo ya polipeptidi moja au zaidi inayojumuisha amino asidi. Ijapokuwa taarifa muhimu kwa maisha imesimbwa katika DNA au RNA, protini recombinant hufanya kazi mbalimbali za kibiolojia katika viumbe, ikiwa ni pamoja na catalysis ya enzymatic, ulinzi, usaidizi, harakati, na udhibiti. Kulingana na kazi zao katika mwili, vitu hivi vinaweza kugawanywa katika vikundi tofauti, kama vile antibodies, enzymes, sehemu ya kimuundo. Kwa kuzingatia utendakazi wao muhimu, misombo kama hii imechunguzwa kwa kina na kutumika kwa wingi.
Hapo awali, njia kuu ya kupata protini recombinant ilikuwa kuitenga kutoka kwa chanzo asilia, ambayo kwa kawaida haifai na hutumia muda. Maendeleo ya hivi majuzi katika teknolojia ya molekuli ya kibiolojia yamewezesha kuiga DNA inayosimba seti mahususi ya dutu katika vekta ya kujieleza kwa vitu kama vile bakteria, chachu, seli za wadudu na seli za mamalia.
Kwa kifupi, protini recombinant hutafsiriwa na bidhaa za DNA za kigeni kuwachembe hai. Kuzipata kwa kawaida huhusisha hatua mbili kuu:
- Kuunganisha molekuli.
- Kielelezo cha protini.
Kwa sasa, utengenezaji wa muundo kama huu ni mojawapo ya mbinu zenye nguvu zaidi zinazotumiwa katika dawa na biolojia. Utunzi huu una matumizi mapana katika utafiti na teknolojia ya kibayoteknolojia.
Maelekezo ya matibabu
Recombinant protini hutoa tiba muhimu kwa magonjwa mbalimbali kama vile kisukari, saratani, magonjwa ya kuambukiza, hemophilia na anemia. Michanganyiko ya kawaida ya vitu kama hivyo ni pamoja na kingamwili, homoni, interleukins, vimeng'enya, na anticoagulants. Kuna hitaji linalokua la uundaji wa viambata kwa matumizi ya matibabu. Zinakuruhusu kupanua mbinu za matibabu.
Protini za upatanishi zilizobuniwa upya zina jukumu muhimu katika soko la dawa za matibabu. Seli za mamalia kwa sasa huzalisha mawakala wa matibabu zaidi kwa sababu miundo yao ina uwezo wa kutoa vitu vya hali ya juu, vinavyofanana na asili. Kwa kuongeza, protini nyingi za matibabu zilizoidhinishwa zinazalishwa katika E. koli kutokana na jenetiki nzuri, ukuaji wa haraka, na tija ya juu. Pia ina athari chanya katika ukuzaji wa dawa kulingana na dutu hii.
Utafiti
Kupata protini recombinant kunatokana na mbinu tofauti. Dutu husaidia kujua kanuni za msingi na za kimsingi za mwili. Molekuli hizi zinaweza kutumika kutambua na kuamuaeneo la dutu iliyosimbwa na jeni fulani, na kufichua utendakazi wa jeni nyingine katika shughuli mbalimbali za seli kama vile kuashiria seli, kimetaboliki, ukuaji, urudufishaji na kifo, unukuzi, tafsiri na urekebishaji wa misombo inayojadiliwa katika makala.
Kwa hivyo, utungo unaozingatiwa mara nyingi hutumika katika baiolojia ya molekuli, baiolojia ya seli, bayokemia, masomo ya miundo na fizikia na nyanja nyingine nyingi za sayansi. Wakati huo huo, kupata protini recombinant ni mazoezi ya kimataifa.
Michanganyiko kama hii ni zana muhimu katika kuelewa mwingiliano baina ya seli. Wamethibitisha ufanisi katika njia kadhaa za maabara kama vile ELISA na immunohistochemistry (IHC). Protini za recombinant zinaweza kutumika kutengeneza majaribio ya enzyme. Inapotumiwa pamoja na jozi ya kingamwili zinazofaa, seli zinaweza kutumika kama viwango vya teknolojia mpya.
Bioteknolojia
Protini recombinant zilizo na mfuatano wa asidi ya amino pia hutumika katika viwanda, uzalishaji wa chakula, kilimo na bioengineering. Kwa mfano, katika ufugaji, vimeng'enya vinaweza kuongezwa kwa chakula ili kuongeza thamani ya lishe ya viambato vya chakula, kupunguza gharama na upotevu, kusaidia afya ya utumbo wa wanyama, kuboresha uzalishaji na kuboresha mazingira.
Aidha, bakteria ya lactic acid (LAB) kwa muda mrefuzimetumika kutengeneza vyakula vilivyochacha, na hivi karibuni LAB imeundwa kwa ajili ya usemi wa protini recombinant zenye mfuatano wa asidi ya amino, ambayo inaweza kutumika sana, kwa mfano, kuboresha usagaji chakula wa binadamu, wanyama na lishe.
Hata hivyo, dutu hizi pia zina vikwazo:
- Katika baadhi ya matukio, utengenezaji wa protini recombinant ni changamano, wa gharama na unatumia muda mwingi.
- Vitu vinavyozalishwa katika seli huenda visilingane na maumbo asilia. Tofauti hii inaweza kupunguza ufanisi wa protini za recombinant za matibabu na hata kusababisha madhara. Kwa kuongeza, tofauti hii inaweza kuathiri matokeo ya majaribio.
- Tatizo kuu la dawa zote za asili ni upungufu wa kinga mwilini. Bidhaa zote za kibayoteki zinaweza kuonyesha aina fulani ya kinga. Ni vigumu kutabiri usalama wa protini mpya za matibabu.
Kwa ujumla, maendeleo katika teknolojia ya kibayoteknolojia yameongezeka na kuwezesha utengenezaji wa protini recombinant kwa matumizi mbalimbali. Ingawa bado zina mapungufu, dutu hizi ni muhimu katika dawa, utafiti na teknolojia ya kibayolojia.
Kiungo cha ugonjwa
protini recombinant haina madhara kwa binadamu. Ni sehemu muhimu tu ya molekuli ya jumla katika maendeleo ya dawa fulani au kipengele cha lishe. Tafiti nyingi za kimatibabu zimeonyesha kwamba kujieleza kwa kulazimishwa kwa protini ya FGFBP3 (kwa kifupi BP3) katika aina ya maabara ya panya wanene kulionyesha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa mafuta yao ya mwili.wingi, licha ya mwelekeo wa kijeni kutumia.
Matokeo ya majaribio haya yanaonyesha kuwa protini ya FGFBP3 inaweza kutoa tiba mpya kwa matatizo yanayohusiana na ugonjwa wa kimetaboliki kama vile kisukari cha aina ya 2 na ugonjwa wa ini yenye mafuta. Lakini kwa sababu BP3 ni protini asilia na si dawa ya bandia, majaribio ya kimatibabu ya BP3 ya binadamu yenye mchanganyiko yanaweza kuanza baada ya duru ya mwisho ya tafiti za kimatibabu. Juu, yaani, kuna sababu zinazohusiana na usalama wa kufanya tafiti hizo. Protini iliyojumuishwa tena haina madhara kwa wanadamu kwa sababu ya usindikaji wake wa hatua kwa hatua na utakaso. Mabadiliko yanafanyika katika kiwango cha molekuli pia.
PD-L2, mmoja wa wahusika wakuu katika tiba ya kinga, aliteuliwa kwa Tuzo la Nobel la 2018 katika Fiziolojia au Tiba. Kazi hii iliyoanzishwa na Prof. James P. Allison kutoka Marekani na Prof. Tasuku Honjo kutoka Japani, imepelekea matibabu ya saratani kama vile melanoma, saratani ya mapafu, na nyinginezo kwa kuzingatia tiba ya kinga mwilini. Hivi majuzi, AMSBIO imeongeza bidhaa kuu mpya kwenye laini yake ya matibabu ya kinga, kiwezesha PD-L2/TCR - CHO Recombinant Cell Line.
Katika majaribio ya uthibitisho wa dhana, watafiti katika Chuo Kikuu cha Alabama huko Birmingham, wakiongozwa na H. Long Zheng, MD, Profesa Robert B. Adams, na Mkurugenzi wa Tiba ya Maabara, Idara ya Patholojia, Shule ya UAB ya Dawa, imeangazia tiba inayoweza kusababishwa na ugonjwa nadra lakini mbaya wa kutokwa na damu, TTP.
Matokeo ya hiitafiti zinaonyesha kwa mara ya kwanza kwamba utiaji mishipani wa chembe chembe za damu zilizo na rADAMTS13 unaweza kuwa mbinu mpya na inayoweza kufaa ya matibabu kwa thrombosis ya ateri inayohusishwa na TTP ya kuzaliwa na ya kinga.
Recombinant protini si tu kirutubisho, bali pia dawa katika utungaji wa dawa inayotengenezwa. Hizi ni maeneo machache tu ambayo sasa yanahusika katika dawa na kuhusiana na utafiti wa vipengele vyake vyote vya kimuundo. Kama inavyoonyesha mazoezi ya kimataifa, muundo wa dutu huwezesha katika kiwango cha molekuli kukabiliana na matatizo mengi makubwa katika mwili wa binadamu.
Utengenezaji wa chanjo
Protini recombinant ni seti mahususi ya molekuli zinazoweza kuigwa. Mali sawa hutumiwa katika maendeleo ya chanjo. Mbinu mpya ya chanjo, pia inajulikana kama matumizi ya sindano maalum ya virusi, inaweza kulinda mamilioni ya kuku katika hatari kutokana na ugonjwa mbaya wa kupumua, watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Edinburgh na Taasisi ya Pirbright walisema. Chanjo hizi hutumia matoleo yasiyo na madhara au dhaifu ya virusi au bakteria ili kuanzisha vijidudu kwenye seli za mwili. Katika kesi hii, wataalam walitumia virusi vya recombinant na protini tofauti za spike kama chanjo kuunda matoleo mawili ya virusi visivyo na madhara. Kuna dawa nyingi tofauti zinazojengwa kuzunguka muunganisho huu.
Majina ya biashara ya protini ya ziada na analogi ni kama ifuatavyo:
- "Fortelizin".
- "Z altrap".
- "Eylea".
Hizi hasa ni dawa za kuzuia saratani, lakini kuna maeneo mengine ya matibabu yanayohusishwa na dutu hii amilifu.
Chanjo mpya, pia inaitwa LASSARAB, iliyoundwa kulinda watu dhidi ya homa ya Lassa na kichaa cha mbwa, imeonyesha matokeo ya kuridhisha katika uchunguzi wa kimatibabu, kulingana na utafiti mpya uliochapishwa katika jarida la kisayansi la Nature Communications. Mtahiniwa wa chanjo ya recombinant ambayo haijaamilishwa hutumia virusi dhaifu vya kichaa cha mbwa.
Timu ya watafiti iliingiza vinasaba vya virusi vya Lassa kwenye vekta ya virusi vya kichaa cha mbwa ili chanjo hiyo ielezee protini za uso katika seli za Lassa na kichaa cha mbwa. Misombo hii ya uso hutoa mwitikio wa kinga dhidi ya mawakala wa kuambukiza. Kisha chanjo hii ilizimwa ili "kuharibu" virusi vya ugonjwa wa kichaa cha mbwa kilichotumiwa kutengeneza kisambazaji hicho.
Mbinu za Kupata
Kuna mifumo kadhaa ya kuzalisha dutu. Njia ya jumla ya kupata protini ya recombinant inategemea kupata nyenzo za kibaolojia kutoka kwa awali. Lakini kuna njia zingine.
Kwa sasa kuna mifumo mitano kuu ya usemi:
- E. mfumo wa kujieleza wa koli.
- Mfumo wa kujieleza chachu.
- Mfumo wa usemi wa seli wadudu.
- Mfumo wa kujieleza kwa seli za mamalia.
- Mfumo wa usemi wa protini bila seli.
Chaguo la mwisho linafaa haswa kwa usemi wa protini za transmembranena misombo yenye sumu. Katika miaka ya hivi karibuni, vitu ambavyo ni vigumu kueleza kwa njia za kawaida za intracellular zimeunganishwa kwa ufanisi katika seli za vitro. Katika Belarusi, uzalishaji wa protini za recombinant hutumiwa sana. Kuna idadi ya makampuni ya serikali yanayoshughulikia suala hili.
Mfumo wa Usanisi wa Protini Isiyo na Seli ni mbinu ya haraka na bora ya kusanisi dutu inayolengwa kwa kuongeza viambata mbalimbali na misombo ya nishati muhimu kwa ajili ya unukuzi na tafsiri katika mfumo wa enzymatic wa dondoo za seli. Katika miaka ya hivi majuzi, manufaa ya mbinu zisizo na seli za aina za dutu kama vile utando changamano, sumu zimejitokeza hatua kwa hatua, kuonyesha matumizi yake yanayoweza kutumika katika uwanja wa dawa ya kibayolojia.
Teknolojia isiyo na seli inaweza kuongeza aina mbalimbali za amino asidi zisizo asilia kwa urahisi na kwa njia inayodhibitiwa ili kufikia michakato changamano ya urekebishaji ambayo ni vigumu kusuluhishwa baada ya usemi wa kawaida wa kuunganishwa tena. Mbinu kama hizo zina thamani ya juu ya matumizi na uwezekano wa utoaji wa dawa na ukuzaji wa chanjo kwa kutumia chembe zinazofanana na virusi. Idadi kubwa ya protini za utando imefafanuliwa katika seli zisizolipishwa.
Maonyesho ya nyimbo
Recombinant protini CFP10-ESAT 6 huzalishwa na kutumika kutengeneza chanjo. Allergen hiyo ya kifua kikuu inakuwezesha kuimarisha mfumo wa kinga na kuendeleza antibodies. Kwa ujumla, tafiti za molekuli huhusisha uchunguzi wa kipengele chochote cha protini, kama vile muundo, utendaji kazi, marekebisho, ujanibishaji au mwingiliano. Kuchunguzajinsi dutu mahususi hudhibiti michakato ya ndani, watafiti kwa kawaida huhitaji mbinu za kuzalisha misombo inayofanya kazi yenye manufaa na manufaa.
Kwa kuzingatia ukubwa na utata wa protini, usanisi wa kemikali si chaguo lifaalo kwa jitihada hii. Badala yake, chembe hai na mashine zao za seli kwa kawaida hutumiwa kama viwanda kuunda na kuunda vitu kulingana na violezo vya kinasaba vilivyotolewa. Mfumo wa kujieleza tena wa protini kisha hutoa muundo unaohitajika kuunda dawa. Inayofuata inakuja uteuzi wa nyenzo muhimu kwa aina tofauti za dawa.
Tofauti na protini, DNA ni rahisi kuunda kwa njia ya syntetisk au kwa njia isiyo ya kawaida kwa kutumia mbinu zilizotambulika vyema. Kwa hivyo, violezo vya DNA vya jeni mahususi, pamoja na au bila kuongezwa kwa mfuatano wa ripota au mfuatano wa lebo ya mshikamano, vinaweza kuundwa kama violezo vya kujieleza kwa dutu inayofuatiliwa. Michanganyiko kama hiyo inayotokana na violezo hivyo vya DNA huitwa protini recombinant.
Mikakati ya kitamaduni ya kueleza dutu inahusisha kuhamisha seli kwa vekta ya DNA iliyo na kiolezo na kisha kuunda seli ili kunakili na kutafsiri protini inayotakikana. Kwa kawaida, seli huwekwa lysed ili kutoa kiwanja kilichoonyeshwa kwa utakaso unaofuata. Protini inayojumuisha CFP10-ESAT6 inachakatwa kwa njia hii na hupitia mfumo wa utakaso kutoka iwezekanavyo.uundaji wa sumu. Ni baada ya hapo tu itaunganishwa kuwa chanjo.
Mifumo ya prokariyoti na yukariyoti katika usemi wa vivo kwa dutu za molekuli hutumiwa sana. Uchaguzi wa mfumo unategemea aina ya protini, mahitaji ya shughuli za kazi, na mavuno ya taka. Mifumo hii ya kujieleza ni pamoja na mamalia, wadudu, chachu, bakteria, mwani na seli. Kila mfumo una faida na changamoto zake, na kuchagua mfumo unaofaa kwa matumizi mahususi ni muhimu kwa usemi wenye mafanikio wa dutu inayokaguliwa.
Maelezo kutoka kwa mamalia
Matumizi ya protini recombinant huruhusu utengenezaji wa chanjo na dawa za viwango mbalimbali. Kwa hili, njia hii ya kupata dutu inaweza kutumika. Mifumo ya kujieleza kwa mamalia inaweza kutumika kutengeneza protini kutoka kwa wanyama ambazo zina muundo na shughuli asilia zaidi kutokana na mazingira husika ya kisaikolojia. Hii inasababisha viwango vya juu vya usindikaji baada ya tafsiri na shughuli za utendaji. Mifumo ya kujieleza kwa mamalia inaweza kutumika kutengeneza kingamwili, protini changamano, na misombo ya matumizi katika majaribio ya utendaji yanayotegemea seli. Hata hivyo, manufaa haya yanaambatana na masharti magumu zaidi ya utamaduni.
Mifumo ya kujieleza kwa Mamalia inaweza kutumika kutengeneza protini kwa muda mfupi au kupitia mistari thabiti ya seli ambapo muundo wa usemi umeunganishwa kwenye jenomu mwenyeji. Ingawa mifumo kama hiyo inaweza kutumika katika majaribio mengi, wakatiuzalishaji unaweza kuzalisha kiasi kikubwa cha dutu katika wiki moja hadi mbili. Aina hii ya kibayoteknolojia recombinant protini inahitajika sana.
Mifumo hii ya muda mfupi na yenye kuzaa sana ya kujieleza kwa mamalia hutumia tamaduni za kusimamishwa na inaweza kutoa gramu kwa lita. Zaidi ya hayo, protini hizi zina urekebishaji asilia zaidi wa kujikunja na baada ya kutafsiri kama vile glycosylation ikilinganishwa na mifumo mingine ya kujieleza.
Matamshi ya wadudu
Njia za kuzalisha protini recombinant si kwa mamalia pekee. Pia kuna njia zenye tija zaidi katika suala la gharama za uzalishaji, ingawa mavuno ya dutu hii kwa lita 1 ya kioevu kilichotibiwa ni ya chini sana.
Seli za wadudu zinaweza kutumika kuonyesha kiwango cha juu cha protini na marekebisho sawa na mifumo ya mamalia. Kuna mifumo kadhaa inayoweza kutumika kutengeneza recombinant baculovirus, ambayo inaweza kutumika kutoa dutu inayovutia kwenye seli za wadudu.
Maonyesho ya protini recombinant yanaweza kuongezwa kwa urahisi na kurekebishwa kwa utamaduni wa kusimamisha msongamano wa juu kwa uchanganyaji wa molekuli kwa kiwango kikubwa. Zinafanana kiutendaji zaidi na muundo asilia wa vitu vya mamalia. Ingawa mavuno yanaweza kuwa hadi 500 mg/L, utayarishaji wa virusi vya recombinant baculovirus unaweza kuchukua muda mwingi na hali ya kitamaduni ni ngumu zaidi kuliko mifumo ya prokaryotic. Hata hivyo, katika nchi zaidi ya kusini na joto, sawambinu inachukuliwa kuwa bora zaidi.
Msemo wa bakteria
Uzalishaji wa protini recombinant unaweza kuanzishwa kwa usaidizi wa bakteria. Teknolojia hii ni tofauti sana na ilivyoelezwa hapo juu. Mifumo ya kujieleza kwa protini ya bakteria ni maarufu kwa sababu bakteria ni rahisi kuenezwa, hukua haraka, na hutoa mavuno mengi ya uundaji wa viambata tena. Hata hivyo, vitu vya yukariyoti vya vikoa vingi vinavyoonyeshwa katika bakteria mara nyingi havifanyi kazi kwa sababu seli hazina vifaa vya kufanya marekebisho muhimu ya baada ya tafsiri au kukunja kwa molekuli.
Aidha, protini nyingi haziyeyuki kama molekuli mjumuisho, ambazo ni vigumu sana kurejesha bila viambatisho vikali na taratibu ngumu zinazofuata za kurejesha tena molekuli. Mbinu hii mara nyingi inachukuliwa kuwa bado ya majaribio.
Kielelezo huru cha seli
Protini recombinant iliyo na mfuatano wa asidi ya amino ya staphylokinase hupatikana kwa njia tofauti kidogo. Imejumuishwa katika aina nyingi za sindano, inayohitaji mifumo kadhaa kabla ya matumizi.
Usemi wa protini usio na seli ni usanisi wa ndani wa dutu kwa kutumia dondoo za seli nzima zinazooana. Kimsingi, dondoo za seli nzima huwa na makromolekuli na viambajengo vyote vinavyohitajika kwa unukuzi, tafsiri, na hata urekebishaji baada ya kutafsiri.
Vipengele hivi ni pamoja na polimerasi ya RNA, vipengele vya udhibiti wa protini, fomu za unukuzi, ribosomu na tRNA. Wakati wa kuongezacofactors, nyukleotidi na kiolezo mahususi cha jeni, dondoo hizi zinaweza kuunganisha protini zinazokuvutia kwa saa chache.
Ingawa si endelevu kwa uzalishaji wa kiwango kikubwa, mifumo isiyo na seli au in vitro protein expression (IVT) inatoa manufaa kadhaa kuliko mifumo ya kawaida ya vivo.
Usemi bila seli huruhusu usanisi wa haraka wa viunzi viunganishi bila kuhusisha utamaduni wa seli. Mifumo isiyo na seli hufanya iwezekane kuweka lebo kwenye protini zilizo na asidi ya amino iliyorekebishwa, na pia kuelezea misombo ambayo hupitia uharibifu wa haraka wa proteolytic na proteni za ndani ya seli. Kwa kuongeza, ni rahisi kueleza protini nyingi tofauti kwa wakati mmoja kwa kutumia njia isiyo na seli (kwa mfano, kupima mabadiliko ya protini kwa kujieleza kwa kiwango kidogo kutoka kwa violezo vingi tofauti vya DNA recombinant). Katika jaribio hili wakilishi, mfumo wa IVT ulitumika kueleza protini ya caspase-3 ya binadamu.
Hitimisho na matarajio ya siku zijazo
Uzalishaji wa protini recombinant sasa unaweza kuonekana kama nidhamu ya watu wazima. Hii ni matokeo ya maboresho mengi ya ziada katika utakaso na uchambuzi. Hivi sasa, programu za ugunduzi wa dawa hazijasimamishwa mara chache kwa sababu ya kutokuwa na uwezo wa kutoa protini inayolengwa. Michakato sambamba ya usemi, utakaso na uchanganuzi wa dutu kadhaa recombinant sasa inajulikana vyema katika maabara nyingi duniani kote.
Protini huchanganyika na kukua kwa mafanikio katika kutengenezamiundo ya utando iliyoyeyushwa itahitaji mabadiliko zaidi ili kuendana na mahitaji. Kuibuka kwa mashirika madhubuti ya utafiti wa kandarasi kwa usambazaji wa kawaida wa protini kutaruhusu ugawaji upya wa rasilimali za kisayansi ili kukabiliana na changamoto hizi mpya.
Aidha, utiririshaji wa kazi sambamba unapaswa kuruhusu uundaji wa maktaba kamili ya dutu inayofuatiliwa ili kuwezesha utambuzi mpya lengwa na uchunguzi wa juu, pamoja na miradi ya jadi ya kugundua dawa za molekuli ndogo.
