Articolul complet Abordări actuale de afinitate pentru purificarea proteinelor recombinante

Revizuieste articolul

Articol complet
Cifre și date
Referințe
Citații
Valori
Licențierea
Reimprimări și permisiuni
PDF

Abstract

Proteinele recombinante au aplicații largi în dezvoltarea compușilor farmaceutici, aplicații industriale ale enzimelor și cercetarea proteomică de bază. În acest fel, producția eficientă de proteine recombinate cu puritate ridicată necesită metode eficiente de purificare. Au fost concepute diverse strategii pentru a îmbunătăți purificarea acestor proteine, cum ar fi purificarea afinității și metodele de purificare fizico-chimice, care purificarea afinității are unele avantaje față de celelalte. Strategiile de afinitate, în special strategiile de fuziune, au fost concepute ca instrumente indispensabile pentru producția masivă paralelă, identificarea și purificarea proteinelor recombinate din sistemele gazdă. Aceste strategii facilitează formulările comerciale și industriale ale proteinelor recombinante, îmbunătățesc studiul interacțiunilor proteice la nivel molecular și dezvoltă bioanalize foarte sensibile și specifice. Recent, diferite nanoparticule modificate la suprafață au fost dezvoltate pe scară largă pentru a îmbunătăți recuperarea și purificarea proteinelor recombinante, cum ar fi nanoparticulele de polimeri hidrofobi și nanoparticulele de oleozină. În această revizuire, ne propunem să discutăm tehnologiile de purificare a afinității și să abordăm principiile, avantajele, limitările și potențialele aplicații ale acestora.

1. Introducere

Expresia heterologă a proteinelor este un pas necesar pentru studiul funcțiilor biologice ale genelor, dezvoltarea compușilor farmaceutici, aplicațiile industriale ale enzimelor și cercetarea proteomicii de bază. Principalul avantaj al utilizării proteinelor recombinante este că o mulțime de informații sunt adesea deja disponibile despre produs și impuritățile majore, simplificând astfel testele de detectare, metodele de preparare a probelor și strategiile de purificare. Aceste informații permit dezvoltarea rapidă a strategiilor atât pentru producția industrială, cât și pentru cercetare, de ținte specifice de proteine recombinante. Progresele în sistemele de exprimare a proteinelor au permis producția de aproape orice proteină și peptidă dorită, adesea cu randamente ridicate. Cu toate acestea, aceste produse trebuie purificate pentru a permite studiul și aplicarea lor (Banki, Gerngross și Wood, 2005; Healthcare, 2007).

Varietatea diferitelor tehnici de purificare a crescut datorită diferitelor calități și cantități de proteine recombinate necesare în scopuri de cercetare și industriale. Pe de altă parte, randamentele proteinelor recombinate sunt, de asemenea, afectate de condițiile de expresie utilizate. Luată împreună, producția economică de proteine recombinate necesită implementarea unor metode eficiente de purificare, precum și a unor gazde de expresie cu randament ridicat (Healthcare, 2007). Pentru a răspunde acestei nevoi, au fost concepute diverse strategii pentru a îmbunătăți ratele de recuperare a proteinelor recombinante dorite, inclusiv metode de purificare fizico-chimice și metode de purificare a afinității (Kimple, Brill, & Pasker, 2013; Kosobokova, Skrypnik și Kosorukov, 2016; Wingfield, 2015).

Într-o strategie ideală de purificare, ar trebui să existe un echilibru între o serie de parametri care afectează rezultatul final. Acestea includ viteza de purificare, rata de recuperare, capacitatea și rezoluția. Rezoluția se referă la capacitatea tehnicii de a produce vârfuri complet separate (de bază rezolvate). Cu toate acestea, impuritățile cu proprietăți similare proteinei țintă împiedică obținerea rezoluției dorite în fiecare etapă a procesului de purificare. Cantitatea de proteină țintă care poate fi încărcată pe o singură unitate în timpul procesului de purificare este denumită capacitate și poate avea un impact major asupra economiei generale a procesului. Recuperarea reflectă fracția de proteină recombinantă exprimată care este în cele din urmă purificată de contaminanții organismului gazdă. În general, proprietățile fizico-chimice ale probei și nivelul de purificare necesar sunt factorii cei mai influenți care determină strategia finală de purificare (Healthcare, 2007).

Din aceste motive, dezvoltarea unor metode simple, fiabile, scalabile și rapide pentru purificarea proteinelor recombinante rămâne un obiectiv critic pentru noile tehnologii de bioseparare. În special, metodele de platformă care pot fi aplicate cu ușurință noilor ținte proteice cu optimizare minimă sunt atractive. Aceste metode generale pot accelera cercetarea și dezvoltarea de noi produse și pot scurta timpul necesar pentru livrarea comercială.

În ultimii ani, au fost dezvoltate diferite etichete de fuziune pentru a îmbunătăți detectarea sau purificarea proteinelor recombinante, îmbunătățirea solubilității (Loughran & Walls, 2017) și îndepărtarea etichetelor (Arnau, Lauritzen, Petersen și Pedersen, 2006; Young, Britton și Robinson, 2012 ). Este important de menționat că procesul de purificare este facilitat prin fuzionarea proteinelor cu diferite tipuri de etichete; aceste etichete sunt folosite pentru a crește randamentul de exprimare și purificare. De asemenea, acestea sunt aplicate pentru a spori stabilitatea și solubilitatea proteinelor de interes și, de asemenea, pentru a reduce toxicitatea proteinelor recombinante asupra celulei gazdă (Arnau și colab., 2006; Young și colab., 2012).

În ceea ce privește importanța acestor etichete în producția de proteine recombinante, ne propunem să abordăm progresele recente în acest domeniu și să discutăm elementele de bază și caracteristicile diferitelor strategii de afinitate dezvoltate recent.