محققان روش جدیدی را برای تولید مقادیر زیادی پروتئین کشف کردند

18 دسامبر 2019- تولید داروهایی مانند انسولین برای دیابت و فاکتورهای لخته شدن خون برای هموفیلی ها در آزمایشگاه سخت هستند. این داروها پروتئین های درمانی هستند. دانشمندان با مهندسی باکتری ها آنها را به کارخانه های کوچک تولید پروتئین ها برای تولید داروها و سایر کاربردها تبدیل می کنند. اما حتی با کمک باکتریها یا سلولهای دیگر، فرایند تولید پروتئینها برای کاربردهای پزشکی یا تجاری کاری پر زحمت و پرهزینه است.

اکنون محققان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس راهی برای تولید مقادیر زیادی پروتئین تا هزار برابر روشهای قبلی کشف کرده اند. این یافته ها، که در 18 دسامبر در مجله ی Nature Communications به چاپ رسیده است، می تواند به افزایش تولید و کاهش هزینه های ساخت برخی از داروهای مبتنی بر پروتئین ها، واکسن ها و پروتئینهای تشخیصی، و همچنین پروتئین های مورد استفاده در صنایع غذایی، کشاورزی، بیو مواد، بیولوژی و شیمیایی کمک کند.

پرفسور Sergej Djuranovic، دانشیار زیست شناسی سلولی و فیزیولوژی و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: روند تولید پروتئین برای کاربردهای پزشکی یا تجاری می تواند پیچیده، زمان بر و پرهزینه باشد. اگر بتوانم هر باکتری را به تولید پروتئین به میزان 10 برابر بیشتر از قبل وادار کنیم، فقط به یک دهم حجم باکتری های قبلی نیاز داریم که این امر می تواند هزینه ها را فوق العاده کاهش دهد. این تکنیک با انواع پروتئین ها کار می کند زیرا در این روش از ویژگی اصلی ماشین آلات سنتز پروتئین جهانی، استفاده می شود.

پروتئین ها از زنجیره هایی با اتصال صدها اسید آمینه ساخته شده اند. پرفسور Djuranovic و نویسنده اول این مقالهManasvi Verma ، محقق آزمایشگاهDjuranovic ، در مورد اهمیت چند اسید آمینه ی اول هنگامی که یک آزمایش برای یک مطالعه ی متفاوت نتوانست آنطور که انتظار می رفت عمل کند، صحبت کردند. محققان به دنبال راه هایی برای کنترل میزان پروتئین تولید شده از یک ژن خاص بودند.

جورانوویچ گفت: ما ترتیب چند اسید آمینه اول را تغییر دادیم و فکر کردیم که هیچ تأثیری در بیان پروتئین نخواهد داشت، اما این کار، بیان پروتئین را 300 درصد افزایش داد. بنابراین ما بررسی علت این پدیده و اتفاقی که می افتد را آغاز کردیم.

محققان از پروتئین فلورسنت سبز بعنوان ابزاری در تحقیقات زیست پزشکی برای برآورد میزان پروتئین موجود در یک نمونه از طریق اندازه گیری میزان نور فلورسانس تولید شده، استفاده کردند. جورانوویچ و همکارانش بطور تصادفی توالی چند اسید آمینه اول را در پروتئین فلورسنت سبز تغییر دادند و با تولید 9261 نسخه ی مجزا اما یکسان بجز قسمت ابتدایی آنها مواجه شدند.

محققان دریافتند که درخشش نسخه های مختلف پروتئین فلورسنت سبز هزار برابر متفاوت از کم نورترین و درخشان ترین آن است که نشان دهنده اختلاف هزار برابری در میزان پروتئین تولید شده بود. با تجزیه و تحلیل دقیق و آزمایش های بیشتر، جورانوویچ، ورما و همكاران آنها از دانشگاه واشنگتن و دانشگاه استنفورد، ترکیبات خاصی از اسیدهای آمینه را در موقعیت های سوم، چهارم و پنجم در زنجیره ی پروتئین شناسایی كردند كه باعث ایجاد مقادیر سر به فلک زده ای از پروتئین ها شد.

علاوه بر این، ترکیبات خاصی از همان 3 اسید آمینه نه تنها باعث افزایش تولید پروتئین فلورسنت سبز(که در اصل از jellyfish گرفته شده بود)، گردید بلکه تولید پروتئین هایی از گونه های بسیار دور مانند مرجان ها و انسان ها را نیز افزایش داد.

این یافته ها می تواند به افزایش تولید پروتئین ها نه تنها برای کاربردهای پزشکی بلکه در صنایع غذایی، کشاورزی، شیمیایی و سایر صنایع کمک کند.

جورانوویچ گفت: روش های بسیاری وجود دارد که از تقویت پروتئین ها منتفع می شوند. در حوزه ی زیست پزشکی پروتئین های زیادی وجود دارد که در داروها، واکسن ها، تشخیص ها و مواد بیولوژیکی برای وسایل پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند که اگر بتوانیم تولید آنها را بهبود ببخشیم ممکن است ارزان تر شوند. صرفنظر از پروتئین های تولید شده برای استفاده در صنایع غذایی مانند کیموزین که در ساخت پنیر بسیار مهم است، صنایع شیمیایی، زیست پزشکی، تحقیقات علمی و سایر موارد از بهینه سازی تولید پروتئین ها منتفع می شوند. افزایش و بهینه سازی تولید پروتئینها طیف گسترده ای از مزایای تجاری را می تواند بهمراه داشته باشد.

منبع:

Verma, M., et al. (2019) A short translational ramp determines the efficiency of protein synthesis. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-13810-1.

https://www.news-medical.net/news/20191218/Researchers-discover-new-way-to-supercharge-protein-production.aspx