إنتاج البروتين

تُعدّ الإشريكية القولونية من أكثر الكائنات الحية استخدامًا في التعبير الجيني، وعادةً ما يُدخل الحمض النووي في ناقل بلازميدي . وقد تطورت تقنيات التعبير الجيني المفرط في الإشريكية القولونية بشكل جيد، وتعمل هذه التقنيات عن طريق زيادة عدد نسخ الجين أو زيادة قوة ارتباط منطقة المحفز، مما يُساعد على عملية النسخ. ^{[ 3 ]}

على سبيل المثال، يمكن استنساخ تسلسل الحمض النووي لبروتين معين أو استنساخه جزئيًا في بلازميد ذي عدد نسخ عالٍ يحتوي على محفز اللاكتوز (غالبًا LacUV5 )، والذي يُنقل بعد ذلك إلى بكتيريا الإشريكية القولونية . يؤدي إضافة IPTG ( نظير اللاكتوز ) إلى تنشيط محفز اللاكتوز، مما يحفز البكتيريا على إنتاج البروتين المطلوب. ^{[ 2 ]}

تُعدّ سلالتا الإشريكية القولونية BL21 وBL21(DE3) من السلالات الشائعة الاستخدام في إنتاج البروتينات. وباعتبارهما من سلالة B، فهما تفتقران إلى بروتيازات lon و OmpT ، مما يحمي البروتينات المنتجة من التحلل. يوفر الطليعة الفيروسية DE3 الموجودة في BL21(DE3) بوليميراز الحمض النووي الريبي T7 (الذي يُحفّزه مُحفّز LacUV5)، مما يسمح باستخدام نواقل تحتوي على مُحفّز T7 بدلاً منه. ^{[ 15 ]}

تُستخدم أنواع غير ممرضة من بكتيريا الكورينيباكتيريوم موجبة الغرام في الإنتاج التجاري للعديد من الأحماض الأمينية. ويُستخدم نوع C. glutamicum على نطاق واسع لإنتاج الغلوتامات والليسين ، ^{[ 16 ]} وهما مكونان أساسيان في غذاء الإنسان وعلف الحيوانات والمنتجات الصيدلانية.

تم إنتاج عامل نمو البشرة البشري النشط وظيفيًا في بكتيريا C. glutamicum ، ^{[ 17 ]} مما يُظهر إمكانية إنتاج البروتينات البشرية على نطاق صناعي. ويمكن توجيه البروتينات المُنتجة للإفراز إما عبر المسار الإفرازي العام (Sec) أو مسار نقل الأرجينين المزدوج (Tat). ^{[ 18 ]}

بخلاف البكتيريا سالبة الجرام ، تفتقر بكتيريا Corynebacterium موجبة الجرام إلى عديدات السكاريد الدهنية التي تعمل كسموم داخلية مستضدية في البشر.

تُستخدم بكتيريا الزائفة المتألقة (Pseudomonas fluorescens )، وهي بكتيريا غير ممرضة وسالبة الغرام، لإنتاج كميات كبيرة من البروتينات المؤتلفة، وخاصةً في تطوير العلاجات الحيوية واللقاحات. تتميز هذه البكتيريا بقدرتها على التكيف الأيضي، مما يسمح بإجراء فحص عالي الإنتاجية وتطوير سريع للبروتينات المعقدة. وتشتهر الزائفة المتألقة بقدرتها على إنتاج كميات كبيرة من البروتين النشط القابل للذوبان بسرعة وكفاءة عالية. ^{[ 19 ]}

تتيح أنظمة التعبير التي تستخدم إما الخميرة S. cerevisiae أو Pichia pastoris إنتاجًا مستقرًا ودائمًا للبروتينات التي تتم معالجتها بشكل مشابه للخلايا الثديية، وبكمية عالية، في أوساط بروتينية محددة كيميائيًا. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

لطالما استُخدمت الفطريات الخيطية، وخاصةً Aspergillus و Trichoderma ، لإنتاج إنزيمات صناعية متنوعة من جينوماتها الخاصة ("الأصلية"، "المتجانسة") ومن الحمض النووي المؤتلف ("غير المتجانس"). ^{[ 9 ]}

في الآونة الأخيرة، تم تطوير سلالة Myceliophthora thermophila C1 لتصبح منصة تعبير جيني لفحص وإنتاج البروتينات الأصلية وغير المتجانسة. يتميز نظام التعبير الجيني C1 بانخفاض لزوجته في المزارع المغمورة، مما يتيح استخدام أوساط نمو وإنتاج معقدة. كما أن C1 لا يُفرط في إضافة السكريات إلى البروتينات غير المتجانسة، كما هو الحال في Aspergillus و Trichoderma . ^{[ 9 ]}

تسمح خلايا الحشرات المصابة بفيروسات الباكولوفيروس ^{[ 20 ]} ( سلالات Sf9 و Sf21 و High Five ) أو خلايا الثدييات ^{[ 21 ]} ( HeLa و HEK 293 ) بإنتاج بروتينات سكرية أو غشائية لا يمكن إنتاجها باستخدام الأنظمة الفطرية أو البكتيرية. ^{[ 20 ] [ 6 ]} وهي مفيدة لإنتاج البروتينات بكميات كبيرة. لا يتم التعبير عن الجينات بشكل مستمر لأن الخلايا المضيفة المصابة تتحلل وتموت في النهاية خلال كل دورة عدوى. ^{[ 22 ]}

يُعدّ التعبير غير المُحلِّل للخلايا الحشرية بديلاً لنظام التعبير الفيروسي المُحلِّل. في التعبير غير المُحلِّل، تُنقل النواقل مؤقتًا أو بشكلٍ مستقر إلى الحمض النووي الصبغي للخلايا الحشرية للتعبير الجيني اللاحق. ^{[ 23 ] [ 24 ]} يتبع ذلك اختيار وفحص المستنسخات المُعاد تركيبها. ^{[ 25 ]} وقد استُخدم النظام غير المُحلِّل للحصول على إنتاجية بروتين أعلى وتعبير أسرع للجينات المُعاد تركيبها مقارنةً بالتعبير في الخلايا المُصابة بالفيروسات الباكولية. ^{[ 24 ]} تشمل سلالات الخلايا المُستخدمة في هذا النظام: Sf9 و Sf21 من خلايا Spodoptera frugiperda ، وHi-5 من خلايا Trichoplusia ni ، وخلايا Schneider 2 وSchneider 3 من خلايا Drosophila melanogaster . ^{[ 23 ] [ 25 ]} مع هذا النظام، لا تتحلل الخلايا، ويمكن استخدام عدة طرق للزراعة. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى ذلك، فإن عمليات إنتاج البروتين قابلة للتكرار. ^{[ 23 ] [ 24 ]} يُنتج هذا النظام منتجًا متجانسًا. ^{[ 24 ]} من عيوب هذا النظام الحاجة إلى خطوة فحص إضافية لاختيار المستنسخات القابلة للحياة . ^{[ 25 ]}

تتيح أنظمة التعبير في طفيل الليشمانيا التارنتولية (غير قادرة على إصابة الثدييات) إنتاجًا مستقرًا ودائمًا للبروتينات بكميات كبيرة، في أوساط محددة التركيب الكيميائي. وتُظهر البروتينات المنتجة تعديلات ما بعد الترجمة كاملةً، بما في ذلك الغلكزة وتكوين روابط ثنائي الكبريتيد.

أكثر أنظمة التعبير الجيني شيوعاً في الثدييات هي خلايا مبيض الهامستر الصيني (CHO) وخلايا الكلى الجنينية البشرية (HEK). ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

• خلية مبيض الهامستر الصيني ^{[ 27 ]}
• خلايا الورم النخاعي الفأري اللمفاوية (مثل خلية NS0) ^{[ 26 ]}
• إنسان كامل
  • خلايا الكلى الجنينية البشرية ( HEK-293 ) ^{[ 27 ]}
  • خلايا الشبكية الجنينية البشرية (Crucell's Per.C6) ^{[ 27 ]}
  • خلايا السلى البشري (جليكوتوب وسي في إي سي)