Биопроизводство рекомбинантных белков требует надежных процессов, которые могут максимизировать выход белка из культур клеток млекопитающих, обеспечивая при этом эффективность этих белков в качестве терапевтических средств для человека. Производство рекомбинантного белка с использованием клеток млекопитающих дает несколько преимуществ по сравнению с микробными системами при экспрессии Escherichia coli.

Escherichia coli (E. coli) представляет собой бактериальный тип, который обычно локализуется в кишечнике человека и кишечнике животных. Это в основном безвредно и помогает поддерживать здоровье желудочно-кишечного тракта. Однако могут возникнуть некоторые проблемы, такие как диарея, если потребляется зараженная пища или грязная вода.

Исследователи выбрали организмы для производства рекомбинантных белков клеточных культур

При повышении жизнеспособности клеток, поддержании здоровой культуры и настройке клеточной культуры в соответствии с потребностями человека рекомбинантная клеточная культура играет очень важную роль. В связи с растущей потребностью в добавках, не содержащих животных, для применения в клеточных культурах, рынок добавок для рекомбинантных клеточных культур растет.

E. coli является одним из наиболее предпочтительных вариантов исследователей для получения рекомбинантных белков. Он используется в качестве хорошо зарекомендовавшей себя клеточной фабрики и стал самой популярной платформой для экспрессии рекомбинантных белков.

Теоретически этапы получения рекомбинантного белка достаточно просты. Они включают в себя получение интересующего гена, его клонирование в векторе экспрессии, который был в его распоряжении, трансформацию его в предпочтительного хозяина, его индукцию, а затем белок готов к очистке и характеристике.

Тем не менее, плохой рост хозяина, образование телец включения (IB), неактивность белка и недоступность белка являются одними из основных проблем, возникающих в процессе производства рекомбинантного белка.

Ожидается, что рост мирового рынка добавок для рекомбинантных клеточных культур будет обусловлен растущим спросом на добавки для клеточных культур, увеличением инвестиций в исследования и разработки в области наук о жизни, а также растущими преимуществами рекомбинантных добавок по сравнению с традиционными добавками животного происхождения.

Мировой рынок добавок для рекомбинантных клеточных культур оценивался в 308,6 млн долларов в 2021 году и, как ожидается, достигнет 1,18 млрд долларов к 2032 году, увеличившись в среднем на 12,24% в течение прогнозируемого периода 2022-2032 годов.

Векторы экспрессии для высокопроизводительной экспрессии белка

Вектор экспрессии E. coli обладает теми же характеристиками, что и другие векторы, такими как маркер селекции (например, устойчивость к антибиотикам), точка начала репликации, промотор транскрипции, 5′-нетранслируемые области (5’UTR) и сайт инициации трансляции.

Штаммы E. coli способствуют экспрессии белков, содержащих дисульфидные связи, или белков, кодируемых генами, содержащими редкие кодоны, и белков, токсичных для E. coli.

Некоторые штаммы E. coli, такие как BL21 и его производные, широко используются в производстве рекомбинантных белков. Эти штаммы эффективно повышают стабильность белка, содержат хромосомную копию гена полимеразы рибонуклеиновой кислоты Т7 (РНК Т7) для простой и эффективной экспрессии генов под контролем промотора Т7.

Многие известные компании, занимающиеся добавками для сред для клеточных культур, вступают в синергетическую деятельность с новыми компаниями, которые сосредоточены исключительно на производстве рекомбинантных белков, что, как ожидается, поможет глобальному рынку добавок для рекомбинантных клеточных культур расти более быстрыми темпами в ближайшие годы.

Оптимизация производства рекомбинантных белков в E. Coli

Даже после выбора плазмиды и хозяина невозможно предсказать, будет ли белок получен в больших количествах и в растворимой активной форме или нет. Основным ограничением использования E. coli для экспрессии белков является отсутствие доступного механизма для посттрансляционных модификаций.

В E. coli фосфорилирование молекулы-мишени (белка мыши или человека) было достигнуто за счет коэкспрессии с N-концевой киназой 1 Jun человека. Наряду с этим гликозилирование белка также является основной посттрансляционной модификацией, влияющей на стабильность белка, распределение и функции.

Хотя бактериальные N-гликаны структурно отличаются от своих эукариотических аналогов, E. coli позволяет бактериям продуцировать рекомбинантные гликопротеины. Рекомбинантные белки могут быть убиквитинированы в E. coli за счет совместной сверхэкспрессии целевого белка, убиквитина и убиквитинлигазы. Следовательно, путем экспрессии генов, связанных с интересующими модификациями, целевые белки могут быть посттрансляционно модифицированы в системах экспрессии E. coli.

В процессе производства рекомбинантных белков быстро развиваются методы клонирования, которые можно выполнять с высокой эффективностью, точностью и надежностью при разумно меньших затратах. Чтобы удовлетворить требования разработки очень гибкого вектора экспрессии, оптимальный вектор должен содержать сильный, но настраиваемый промотор и метки с оптимизированными N-концевыми кодонами для облегчения экспрессии, растворимости и очистки белка. Большие N-концевые метки также используются для усиления инициации трансляции и повышения растворимости. Кроме того, разрабатываются новые метки для значительного улучшения производства белка.

В 2021 году на мировом рынке добавок для рекомбинантных клеточных культур доминировал регион Северной Америки. Рост можно объяснить присутствием в регионе заметного производства рекомбинантных белков, а также наличием финансирования и технологий для добавок для рекомбинантных клеточных культур.

Заключение

Потенциальные стратегии создания надежной, высокопродуктивной клеточной линии, растущей в среде с определенным химическим составом, могут максимизировать производство рекомбинантных белков с нужными свойствами гликозилирования. E. coli является подходящим хозяином для экспрессии стабильно свернутых глобулярных белков прокариот и эукариот. Экспрессия и очистка белков в E. coli произвели революцию в исследованиях в различных областях.

Где узнать больше

Дополнительную информацию об этом рынке см. Мировой рынок добавок для рекомбинантных клеточных культур — анализ и прогноз, 2022–2023 гг. подробный отчет на 245 страницах, содержащий данные и идеи, охватывающие сегментацию рынка, последние изменения на рынке, рыночный спрос, движущие силы и проблемы, конкурентную среду и ключевых игроков.

Об Издателе: БМ Исследования — это глобальная рыночная аналитика, исследовательская и консалтинговая компания, которая фокусируется на новых технологических тенденциях, которые могут изменить рынок. В его команду входят ветераны отрасли, эксперты и аналитики с различным опытом работы в сфере консалтинга, инвестиционно-банковских услуг, правительства и научных кругов.