Syntetisk proteinkvalitetskontrolsystem i bakterier

Den 5. februar, Seoul National University, College of Engineering (Dean Kookheon Char) annoncerede, at professor Sang Woo Seos forskergruppe (Dr. Jina Yang og Mr. Yong Hee Han) på School of Chemical and Biological Engineering har udviklet et syntetisk proteinkvalitetskontrolsystem for at forbedre oversættelse i fuld længde i bakterier. Denne teknologi forventes at øge effektiviteten af ​​produktionen af ​​biofarmaka, industrielle enzymer, og biobaserede kemikalier.

Rekombinante proteiner bruges på forskellige industrielle områder fra proteinlægemidler, såsom insulin til industrielle proteiner, såsom vaskemidler. Da proteiner kun kan udføre deres funktioner med fuld længde og korrekt 3D-struktur, rekombinant proteinproduktion ved hjælp af mikrobielle cellefabrikker kræver flere proteinerensningstrin. For at forbedre udbyttet af produktionsprocessen, stammeforbedringsteknikker er blevet udviklet til at øge målproteinekspressionsniveauet eller for at supplere de utilstrækkelige aminosyrer i en celle. Imidlertid, da transskription og translationstrin forekommer samme sted på samme tid i bakterier, afkortet mRNA kan tjene som en skabelon til translation af ribosom, hvilket resulterer i produktion af ufuldstændige polypeptider.

Proteinkvalitetsstyringssystemet (ProQC), udviklet af Prof. Seos forskerhold, er en syntetisk genekspressionskassette, der tillader ribosomer kun at bruge intakt mRNA som en skabelon. I eukaryote ekspressionssystemer, oversættelsesprocessen påbegyndes efter transskriptionen er afsluttet. Ved at efterligne dette, når transskriberingsprocessen er afsluttet, cis-trigger-elementet ved 3'-enden af ​​mRNA kan hybridisere med Toehold-switch i 5'-enden og afsløre ribosombindingssteder for translationen. Også, mRNA bliver cirkulært, hvilket sikrer effektiv genstart af ribosomer.

Ved at anvende ProQC -systemet på forskellige proteinudtryk, bakteriecellerne syntetiserede flere proteiner i fuld længde (op til 250%). Ud over, når enzymerne i de biokemiske syntesebaner blev udtrykt under kontrol af ProQC -systemet, målmetabolitproduktionsniveauerne blev også øget mere end to gange.

Professor Sang Woo Seo sagde:"Genekspressionssystemet udviklet i denne undersøgelse gør det muligt for bakterier selektivt at oversætte intakt mRNA for selv at syntetisere proteiner af høj kvalitet. Også, da denne teknologi anvendes på et nyt reguleringsniveau, der vil være synergier, når de bruges med eksisterende rekombinante proteinproduktionsstrategier. Det vil dramatisk forbedre effektiviteten af ​​den mikrobielle cellefabriksbaserede rekombinante protein og biokemiske produktion. "