تعبير TransS
التعبير المؤقت ، أو ما يُعرف غالبًا بـ" التعبير الجيني العابر "، هو التعبير المؤقت للجينات لفترة قصيرة بعد إدخال الحمض النووي ، وغالبًا ما يكون بلازميد DNA يحمل جينًا مُشفِّرًا ، إلى الخلايا حقيقية النواة باستخدام عامل توصيل كيميائي مثل فوسفات الكالسيوم (CaPi) أو بولي إيثيلين إيمين (PEI). [ 1 ] مع ذلك، وعلى عكس "التعبير المستقر"، لا يندمج الحمض النووي الغريب مع الحمض النووي للخلية المضيفة، مما يؤدي إلى فقدان الناقل حتمًا بعد عدة دورات تضاعف خلوي. [ 2 ] تُجرى معظم عمليات التعبير الجيني المؤقت على خلايا حيوانية مُستزرعة. تُستخدم هذه التقنية أيضًا في الخلايا النباتية؛ إلا أن نقل الأحماض النووية إلى هذه الخلايا يتطلب طرقًا مختلفة عن تلك المُستخدمة مع الخلايا الحيوانية. في كل من النباتات والحيوانات، يُفترض أن يؤدي التعبير المؤقت إلى استخدام محدود زمنيًا للأحماض النووية المنقولة، لأن أي تعبير طويل الأمد يُسمى "تعبيرًا مستقرًا".
تختلف المنهجية باختلاف الكائن الحي المراد تحويله . فبينما يمكن تحويل النباتات باستخدام بنية جينية تُدخل إلى بكتيريا Agrobacterium tumefaciens عبر التسلل الزراعي أو غمر الأزهار، تتطلب معظم الخلايا الحيوانية ناقلاً فيروسياً . أما في البشر، فقد شهد مجال التحويل المؤقت تقدماً سريعاً خلال جائحة كوفيد-19 في الفترة 2020-2021، حيث استخدمت لقاحات كوفيد-19 الرئيسية إما النقل المباشر للحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) إلى الإنسان أو نواقل الفيروسات الغدية ، حيث يُعبَّر عن الحمض النووي الريبوزي في جسم الإنسان المضيف لإنتاج بروتينات شوكية تحفز استجابة مناعية.
المزايا
عند الاختيار بين تحفيز التعبير المؤقت أو المستقر في الخلايا، يجب مراعاة الإطار الزمني والهدف التجريبي. تُستخدم الخلايا المُعدَّلة وراثيًا بشكل مؤقت غالبًا لدراسة تأثيرات التعبير الجيني قصير المدى، أو لإجراء إسكات الجينات بوساطة التداخل الرناوي (RNAi) ، أو لإنتاج كميات صغيرة من البروتينات المؤتلفة بسرعة. [ 3 ] يمكن تطبيق هذا الإنتاج السريع لكميات صغيرة من البروتينات المؤتلفة لتقييم إمكاناتها كمرشحات دوائية أو لفحص سلامة تركيباتها خلال مراحل تطوير النواقل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون التعبير المؤقت أداة مفيدة عند السعي لتحسين معايير مُختارة قبل الخضوع لعملية التوسع المُستهلكة للوقت في الخلايا المُعدَّلة وراثيًا بشكل مستقر. [ 4 ] عادةً، تُحصد الخلايا في غضون 1-4 أيام بعد نجاح عملية التعديل الوراثي . وللحصول على نتائج أسرع، يمكن استبدال الحمض النووي (DNA) بالرنا المرسال (mRNA) مما يؤدي إلى تعبير مؤقت في غضون دقائق بعد نجاح عملية التعديل الوراثي في بعض الأنظمة؛ تتجاوز هذه العملية الانتقال إلى النواة والنسخ . [ 5 ]
إذا كان الهدف هو التعبير الجيني المستقر طويل الأمد، فإن نقل الجينات المستقر إلى الخلايا يُعدّ أكثر فائدة. مع ذلك، ونظرًا لأن نجاح دمج ناقل الحمض النووي في الكروموسوم نادر الحدوث، فإن هذه العملية أكثر صعوبة وتستغرق وقتًا أطول، وتُستخدم فقط في إنتاج البروتينات على نطاق واسع، والعلاجات الجينية، ودراسات علم الأدوية طويلة الأمد.
التعبير في الخلايا النباتية
التحول الجيني بوساطة بكتيريا الأجروبكتيريوم
تُعدّ تقنية التحويل الجيني بواسطة بكتيريا الأغروبكتيريوم ، أو ما يُعرف بـ"التغلغل الزراعي"، وآليات التعبير الفيروسي، التقنيةَ السائدة المستخدمة في إنتاج النباتات المعدلة وراثيًا للتعبير المؤقت . [ 6 ] تُعرف بكتيريا الأغروبكتيريوم توميفاسينز وأنواع الأغروبكتيريوم ذات الصلة بأنها مسببات أمراض نباتية معروفة، وقد تم هندستها لنقل أجزاء محددة من الحمض النووي (تُسمى الحمض النووي المنقول، أو T-DNA) بكفاءة إلى نواة النبات باستخدام أنظمة النواقل الثنائية ، والتي تتكون من ناقل ثنائي T-DNA وبلازميد مساعد فيروسي . [ 7 ] يفصل هذا الناقل الثنائي T-DNA عن بروتينات الضراوة المؤثرة التي تُساعد في عملية النقل. [ 8 ] تشمل مزايا هذه الطريقة إمكانية تصميم بلازميدات صغيرة الحجم ذات نطاق عوائل واسع باستخدام تقنيات البيولوجيا الجزيئية القياسية. علاوة على ذلك، بما أن البلازميد الأصلي المحفز للأورام في سلالات أغروباكتيريوم قد تم تعطيله، وتم تعديل الخلايا غير التناسلية فقط (بدلاً من تعديلات الخلايا الجنسية)، فإن العملية تعتبر غير ضارة بالبيئة. [ 6 ]
أدت تطبيقات هذه العملية إلى تحقيق تقدم في استخدام النباتات في البيولوجيا التركيبية . وتُظهر المنتجات الحيوية المشتقة من النباتات قدرة تنافسية عالية مقارنةً بأنظمة التعبير الخلوي التقليدية في الثدييات.
التعبير في خلايا الثدييات
تُعدّ أنظمة التعبير في خلايا الثدييات ضروريةً للإنتاج المؤقت للبروتينات المؤتلفة وتعديلاتها اللاحقة للترجمة. في الواقع، يُنتَج ما يقارب نصف البروتينات العلاجية المتوفرة تجاريًا حاليًا في خلايا الثدييات. مع ذلك، يُشكّل النمو البطيء لأنظمة خلايا الثدييات، ومتطلبات نموها الدقيقة، واحتمالية إصابتها بالفيروسات الحيوانية، تحدياتٍ عديدة. ونتيجةً لذلك، تمّ تطوير عددٍ متزايد من سلالات خلايا الثدييات لتكون بمثابة مضيفاتٍ لإنتاج البروتينات المؤتلفة بشكلٍ مؤقت. [ 2 ]
خلايا HEK293
على الرغم من إمكانية استخدام سلالات خلوية أخرى، مثل خلايا كلى قرد الفرفت الأفريقي (COS) وخلايا كلى الهامستر الصغير (BHK)، لإنتاج البروتينات المؤتلفة، فإن النظام المضيف الأكثر شيوعًا في التعبير المؤقت للخلايا الثديية يعتمد على مشتقات سلالة خلايا HEK293 ، المستندة إلى سلالة خلايا الكلى الجنينية البشرية التي أنشأها غراهام وآخرون عام 1977. [ 9 ] وقد تم إنشاء سلالة خلايا HEK293 عن طريق التحويل باستخدام الحمض النووي الفيروسي الغدي 5 المجزأ. [ 10 ] تشمل مزايا استخدام هذه السلالة الخلوية معدلات نقل الجينات العالية وقدرتها على النمو في وسط خالٍ من المصل، مما يؤدي إلى خفض التكلفة وتقليل خطر التلوث بالمواد المشتقة من الحيوانات الموجودة عادةً في المصل. [ 2 ]
تم لاحقًا تطوير العديد من السلالات الفرعية المُهندسة من خلال دمج عناصر فيروسية مُشتقة من فيروسات الثدييات، مثل فيروس SV40 أو فيروس إبشتاين-بار (EBV)، والتي تتميز بقدرتها العالية على الاحتفاظ بالحمض النووي البلازميدي في حالة خارج الكروموسوم وقدرتها على زيادة النسخ والترجمة عبر خصائص فيروسية مُحددة. [ 11 ] ونتيجة لذلك، تم تحديد أن هذه السلالات الفرعية تحتوي على مُكونين مُتفاعلين: مُستضد T الكبير لفيروس SV40 الذي يرتبط بأصل تضاعف فيروس SV20 (SV40 ori )، وبروتين المُستضد النووي-1 المُشتق من فيروس إبشتاين-بار ( EBNA-1 ) الذي يرتبط بأصل التضاعف الخاص به ( oriP). [ 11 ]
كانت الإنتاجية التاريخية النموذجية للتعبير المؤقت في خلايا HEK293 المحولة باستخدام PEI-25kDa تتراوح بين 20 و40 ملغم/لتر من بروتين الأجسام المضادة المؤتلفة. في عام 2008، أبلغ باكليوال وآخرون لأول مرة عن إنتاجية تتجاوز 1 غرام/لتر من بروتين الأجسام المضادة المؤتلفة. [ 12 ]
خلايا CHO
تقليديًا، تُستخدم خلايا مبيض الهامستر الصيني (CHO) لإنشاء خطوط خلوية مستقرة للمنتجات البيولوجية. ومع ذلك، فقد حظيت محاولات هندسة خلايا CHO لإنتاج البروتينات بشكل مؤقت باهتمام متزايد مؤخرًا. كانت خلايا CHO من أوائل الخطوط الخلوية التي تم إنشاؤها للزراعة المختبرية، ولا يزال استخدامها كخلايا مضيفة لإنتاج وتصنيع المنتجات البيولوجية شائعًا. [ 11 ] تُفضل خلايا CHO للتعبير المؤقت نظرًا لسهولة توسيع نطاقها صناعيًا، وتعدد استخداماتها في إنتاج جزيئات حيوية متنوعة، وانخفاض خطر إصابتها بالفيروسات البشرية، بالإضافة إلى مزايا أخرى. [ 13 ] وقد تم تطوير ثلاثة أنظمة تعبير أساسية:
- خط خلايا CHO المعدلة وراثيًا بواسطة EBNA-1
- خط خلايا CHO EBNA LT، والذي يتم حمله بشكل منفصل عن جين EBNA-1 ومستضد T الكبير لفيروس الورم الحليمي الفأري [ 14 ]
- يتكون نظام Epi CHO من سلالة خلايا CHO مُعدّلة وراثيًا بجين مستضد T الكبير لفيروس البوليوما، وناقل تعبير DNA يُشفّر أصل فيروس البوليوما ( PyOri ) للتضاعف الذاتي، وEBNA-1 و OriP لفيروس إبشتاين-بار (EBV ) للاحتفاظ بالبلازميد. [ 15 ] [ 16 ]
مراجع
- ↑ هاكر دي إل (2011-01-01). "2.29 - تقنية إعادة التركيب". في مو-يونغ إم، وورم إف إم (محرران). التكنولوجيا الحيوية الشاملة ( الطبعة الثانية). بيرلينغتون: أكاديميك برس. ص 401-406 . doi : 10.1016/b978-0-08-088504-9.00120-3 . ISBN 978-0-08-088504-9.
- 1 2 3 جليك، بي آر، وباتن، سي إل (يناير 2017). التكنولوجيا الحيوية الجزيئية: مبادئ وتطبيقات الحمض النووي المؤتلف ( الطبعة الخامسة). doi : 10.1128/9781555819378 . ISBN 9781555819378.
- ↑ سترول دبليو آر، سترول إل إم (2013). هندسة الأجسام المضادة العلاجية : التطورات الحالية والمستقبلية التي تقود أقوى مجالات النمو في صناعة الأدوية . كامبريدج، المملكة المتحدة: وودهيد للنشر. ISBN 978-1-907568-37-4. OCLC 870891982 .
- ↑ ميناسا ر، أحمد أ، جوينسو ج ج (21-09-2011). "التعبير المؤقت باستخدام التسلل الزراعي وتطبيقاته في الزراعة الجزيئية". الزراعة الجزيئية في النباتات: التطورات الحديثة والآفاق المستقبلية . دوردريخت: سبرينغر هولندا. ص 183-198 . doi : 10.1007/978-94-007-2217-0_9 . ISBN 978-94-007-2216-3.
- ↑ سترول، دبليو آر، وسترول، إل إم (2012). "فئات الأجسام المضادة العلاجية". هندسة الأجسام المضادة العلاجية: التطورات الحالية والمستقبلية التي تقود أقوى مجالات النمو في صناعة الأدوية ( الطبعة الأولى). سوستون: وودهيد للنشر. الصفحات 197-223 . doi : 10.1533/9781908818096.197 . ISBN 9781907568374.
{{cite book}}: CS1 maint: publisher location ( link ) - 1 2 سينسبري إف، لومونوسوف جي بي (يونيو 2014). "التعبيرات العابرة للبيولوجيا التركيبية في النباتات" . الرأي الحالي في بيولوجيا النبات . ملحق: علم وظائف الأعضاء والتمثيل الغذائي. 19 (100): 1-7 . رمز Bibcode : 2014COPB...18D...5B . doi : 10.1016/j.pbi.2014.02.003 . PMC 4070481. PMID 24631883 .
- ↑ بيفان م (نوفمبر 1984). "نواقل أغروباكتيريوم ثنائية لتحويل النباتات" . أبحاث الأحماض النووية . 12 (22): 8711-8721 . doi : 10.1093 / nar/12.22.8711 . PMC 320409. PMID 6095209 .
- ↑ "تصحيح لـ 'نظام التعبير الجيني العابر بوساطة بكتيريا الأجروبكتيريوم للأوراق السليمة' [ Plant Sci. 122 (1997) 101–108 ] " . Plant Science . 124 (2): 227. مايو 1997. Bibcode : 1997PlnSc.124..227. doi : 10.1016 /s0168-9452(97)04651-7 . ISSN 0168-9452 .
- ↑ فوينوف ف، كارافيلا جيه إيه (2012). البروتينات العلاجية : الأساليب والبروتوكولات ( الطبعة الثانية). نيويورك: دار هومانا للنشر. ISBN 978-1-61779-921-1. OCLC 798095845 .
- ↑ غراهام، ف. ل.، سمايلي، ج.، راسل، و. س.، نيرن، ر. (يوليو 1977). "خصائص سلالة خلايا بشرية مُحوَّلة بواسطة الحمض النووي من فيروس غدي بشري من النوع 5" . مجلة علم الفيروسات العام . 36 (1): 59-74 . doi : 10.1099/0022-1317-36-1-59 . PMID 886304 .
- 1 2 3 جيس إس، فوديش بي (2012). "تقنيات التعبير المؤقت: الماضي والحاضر والمستقبل". البروتينات العلاجية . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 899. توتوا، نيوجيرسي: مطبعة هيومانا. الصفحات 203-219 . doi : 10.1007/978-1-61779-921-1_13 . ISBN 978-1-61779-920-4PMID 22735955
- ↑ باكليوال جي، هيلدينجر إم، شينويت إس، وولفارد إس، دي جيسوس إم، وورم إف إم (سبتمبر 2008). "التصميم العقلاني للناقلات وتعديل مسارات متعددة لخلايا HEK 293E ينتج عنه عيارات أجسام مضادة مُعاد تركيبها تتجاوز 1 غ/ل عن طريق العدوى المؤقتة في ظروف خالية من المصل" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 36 (15): e96. doi : 10.1093 / nar/gkn423 . PMC 2528171. PMID 18617574 .
{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) - ↑ دارامولا، أو.، ستيفنسون، ج.، دين، ج.، هاتون، د.، بيتمان، ج.، هولمز، و.، فيلد، ر. (2014). "نظام عابر عالي الإنتاجية لخلايا CHO: التعبير المشترك للجينات المشفرة لـ EBNA-1 وGS يعزز التعبير البروتيني العابر". التقدم في التكنولوجيا الحيوية . 30 (1): 132-141 . doi : 10.1002/btpr.1809 . PMID 24106171. S2CID 20068880 .
- ↑ سيلا تي، هال آي، غيمانين جيه، جانيكسون كيه، أبروي إيه، أوستاف إي، أوستاف إم (ديسمبر 2005). "الحفاظ على البلازميدات ذات الأصول الهجينة في خلايا الفئران عبر الصبغيات" . مجلة علم الفيروسات . 79 (24): 15277-15288 . doi : 10.1128/jvi.79.24.15277-15288.2005 . PMC 1316011. PMID 16306599 .
- ↑ كودامو ج، مونرو تي بي، هيوز بي إس، سونغ إم، غراي بي بي (يونيو 2011). "تحسين التعبير الجيني العابر في خلايا CHO باستخدام نظام التعبير epi-CHO". التكنولوجيا الحيوية الجزيئية . 48 (2): 109-115 . doi : 10.1007/s12033-010-9351-9 . PMID 21104043. S2CID 42312966 .
- ↑ كوناباراجو ر، لياو م، صنستروم ن.أ. (سبتمبر 2005). "Epi-CHO، نظام تعبير إبيسوم لإنتاج البروتينات المؤتلفة في خلايا CHO" . التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية . 91 (6): 670-677 . Bibcode : 2005BiotB..91..670K . doi : 10.1002/bit.20534 . hdl : 1959.4/41499 . PMID 15948170 .
روابط خارجية
- كانتو، ت. (2016). "أنظمة التعبير المؤقت في النباتات: الإمكانيات والقيود". التقنيات المتقدمة لإنتاج وتوصيف المركبات البروتينية . التقدم في الطب التجريبي وعلم الأحياء. المجلد 896. الصفحات 287-301 . doi : 10.1007/978-3-319-27216-0_18 . hdl : 10261/135535 . ISBN 978-3-319-27214-6PMID 27165332
- غريمسلي ن، هون ب، هون ت، والدن ر (مايو 1986). ""العدوى الزراعية: مسار بديل لإصابة النباتات بالفيروسات باستخدام بلازميد Ti" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 83 (10): 3282-3286 . Bibcode : 1986PNAS...83.3282G . doi : 10.1073 / pnas.83.10.3282 . PMC 323497. PMID 16593697 .
- باتريك م. "مقدمة في البلازميدات: نواقل الخميرة" . blog.addgene.org .
- "التعبير العابر مقابل التعبير المستقر " . www.genscript.com
- التعبير الجيني