Завод biofactory
Развитието на биотехнологиите откри нови възможности за използване на живите организми в полза на човечеството. Методи на генното инженерство могат да произвеждат различни вещества в живите обекти, следователно, ние можем да използваме тези обекти като естествен "фабрики". Централната догма на молекулярната биология обикновено предвижда: ДНК - РНК - протеин. Често е протеин е краен продукт на биотехнологично производство: тя може да бъде инсулин, интерферони, антитела, ензими, ваксини. Ние просто трябва да зададете на програмата и да "изгори", това в ДНК, и живее обект ще направи всичко сам. Като "фабрики", използвани дрождеви клетки, бактерии, растения и културни насекоми и клетки на бозайници. В тази статия, ние ще се съсредоточи върху растителен biofactory.
Какво е растение-biofabrika?
Как да се обясни понятието "растение-biofabrika"? Можем да кажем, че това е естествен предприятие, което ще доведе до желания биопродукта нас. За разлика от конвенционалните инсталации, до такава предприятие ще работи не работи, и клетъчната компонента: полимераза на нуклеинова киселина, рибозоми, тРНК, както и много други. И те ще произвеждат протеина.
Защо растения?
В момента за производство на протеини, използващи бактерии често, дрожди, насекоми и културални клетки на бозайник. Много атрактивни синтез система и натрупване на рекомбинантни протеини (експресионна система) и са растения, и има няколко причини. На първо място, в растителната тъкан е риск от замърсяване на рекомбинантния протеин от животински вируси и приони - инфекциозни протеини [1]. Растителните клетки осигуряват правилното рекомбинантен протеин модификация характеристика на еукариотни клетки [2, 3]. Също така важни са разходите, простота и време. Фигура 1 сравнява няколко основни експресионни системи.
Фигура 1. Сравнение на системи за производство на рекомбинантни протеини
(От най-атрактивните "+", за да най-атрактивните "-").
Всеки biofactory има своите плюсове и минуси. Но системата завод за много ситуации е най-атрактивните.
Как да направите растителна продукция протеин?
За растенията произвеждат желания протеин в растителните клетки трябва да се чужд генетичен материал - ДНК последователност, кодираща аминокиселинната последователност на протеина от интерес.
Първата стъпка модификация на растенията с помощта на техники на генното инженерство включват и подбиране (или синтез) на гените, които се прехвърлят в растителния геном. Гените на интерес за биотехнологии (прицелните гени) могат да бъдат "отгледани" чрез химически средства, и са включени чрез PCR (полимеразна верижна реакция). След това, гена мишена е интегрирана в подходящ вектор, който го доставя до мястото на производството на протеини - точно както превоз с суровината се е вкопчил в двигателя се насочва към фабриката.
Как да се движи в растителна клетка желаната ДНК последователност?
В момента се използват два метода по-често.
Първият включва използването на природните генното инженерство "уменията", почвени Agrobacterium бактериен рак, способни да предават на ДНК фрагменти в растителната клетка, т.е. генетично го променят. Този процес се среща естествено навсякъде, и редовно. В допълнение към естествената A.tumefaciens хромозома съдържа Ti-плазмид. който включва така наречената Т-ДНК (прехвърля ДНК) на дължина 12-22 килобази, се вкарва в ДНК на хромозомата на растението. Той кодира ензими на мнение синтез и фитохормон - производни на аминокиселини се използват като източник на въглерод от бактерия, азот и енергия.
Т-ДНК на Ti-плазмид има две свойства, които го почти идеално вектор за въвеждане на чужди гени в растителни клетки правят. На първо място, от порядъка домакин на Agrobacterium е много широк: те трансформират клетките на почти всички двусемеделни (а в някои начинания, можете да се заразите и едносемеделни растения, включително зърнени храни). На второ място, интегрирани в генома на растението Т-ДНК се наследява като доминантен белег просто в съответствие със законите на Мендел. Най-простият метод за въвеждане на Т-ДНК в растителни клетки - заразяване на неговите A.tumefaciens, съдържащ подходящата Ti-плазмид е допълнително снабдена естествения ход на събитията. Необходимо е само да бъде в състояние да приеме желания ген в Т-ДНК сегмент на плазмид.
След проникване в междуклетъчното пространство на Agrobacterium Т-ДНК трансфер от Agrobacterium да ядро растителна клетка и се интегрира в хромозомната ДНК. Освен това има транскрипция и транслация - целевия протеин се синтезира. Самата бактерия в клетка в същото време не прониква и остава в междуклетъчното пространство.
Вторият начин - балистична трансформация, като се използва генна пушка. Малки златни или волфрамови частички, покрити с чуждата ДНК и "стреля" в младите растителни клетки. Този метод дава възможност да вградите желаните гени са не само в хромозомите на растенията, но и в генома на органели - пластиди. Това е много полезно, особено за производство на растения, които са защитени от вредители, но са безопасни за опрашители, защото трансгени не се изразява в не-пластидни цветя. Неотдавна такъв начин, установен трансгенни (- а именно транспластомни) картофи, в хлоропласти, която се образува и се съхранява непокътнати двойно верижна РНК, която блокира протеиновата синтеза от съществено колорадски бръмбар - бета-актин. Коремът на листата на картофени, ларви на бръмбари са убити в рамките на няколко дни. [6]
По-редки, но все пак ефективни начини за трансформиране - електропорация и конверсия с използване на вируси.
Постоянен и временна експресия на гена
В генното инженерство на растенията може да отговори на тези понятия: генетично модифициран (GM или трансгенно) растение и растението, предоставяща преходно (временна) генна експресия. Каква е разликата?
Когато става въпрос за трансгенно растение, се разбира, че чуждата ДНК е интегрирана в хромозомата. Към днешна дата, десет вида получени трансгенно растение, генома на които прехвърлят ДНК, кодираща различни протеини за медицински цели, като например различни антигени на инфекциозни агенти, терапевтични протеини и моноклонални антитела [7, 8, 9]. Въпреки това, размерът на синтезира целеви протеин в тези растения обикновено малък (по-малко от 1% от общия разтворим протеин).
обикновено не са включени в ядрения геном не се репликира, и не се предава чрез преходна експресия на ДНК наследствено. Този тип на изразяване не е постоянна, но известно време в една и съща клетка могат да представляват голям брой копия на чужда ДНК, който осигурява високо ниво на синтеза на крайния продукт. Когато времето на протеините, работещи в растения това изпълнение е най-ефективен. Ние обичаме да се наеме завода, и то е по-рентабилно да сте го купили. Фигура 2 показва модел на трансфер в ДНК на растителната клетка за преходна експресия (като носител - бактериен рак).
Фигура 2. Преходна експресия на чужди гени в растения чрез agroinfiltration.
А - общия механизъм на процеса, В - визуализация синтезирано в репортер растение -
GFP (зелен флуоресцентен протеин) - лист с ултравиолетова светлина.
Това може да доведе до едно растение-biofabrika?
Използването на растителните биотехнологии се развива в няколко направления (фиг. 3).
Фигура 3. Особености на употреба завод в биотехнологичните приложения.
Тази група може да включва трансгенни растения, които се използват като модел за изучаване на обекти основните проблеми на ген функциониране.
Много генетично модифицирани растения, сега са в масово производство. Той соя, царевица, картофи, маслодайни растения (рапица и слънчоглед) и много други (фиг. 4). Водещите страни в производството на такива растения са САЩ, Канада, Бразилия и Аржентина. ги догонващ, Китай и Япония. С някои страни от ЕС и Австралия близо до работата на централата.
Фигура 4. Примери на трансгенни растения.
Сред компаниите развиващите трансгенни растения, може да се отбележи Calgen, Монсанто, Ciba семена. Въпреки факта, че ГМ растения се продават в много пазари по целия свят, на дебата за безопасността на тяхното използване все още не е завършена. Повечето слухове и скандал се върти около компанията "Монсанто". Основните продукти на тази компания - генетично модифицирани семена царевица, соя, памук, и най-често в света на хербицида "Раундъп" (родово име - глифозат).
В център "биоинженерство", Руската академия на науките през последните две десетилетия се работи по генно инженерство на растения - както за фундаментални изследвания и за селското стопанство. генетично модифицирани сортове картофи са разработени, които са устойчиви на колорадски бръмбар, разнообразие от цвекло, устойчиви на хербициди и вируси и други. Тези култури биха могли да разрешат редица задачи в областта на земеделието, но поради все още съществува на руските законовите ограничения те не се отглеждат на открито земята. Разбира се, тази забрана е повече от странно, защото вноса на генно модифицирани продукти в страната е позволено.
Втората посока е създаването на хранителни ваксини. В този случай, генетично модифицираните растения, която синтезира ваксина. Това изглежда привлекателна идея: да лежи под палмово дърво, да се хранят един банан, и никой тропическа инфекция не взема!
Създадена трансгенни картофени растения и тютюн за производство на вирусен нуклеокапсиден протеин Norfolk, причиняват остър гастроентерит при хора и е устойчива на алкохол антисептик. Изглежда трансгенни картофи, синтезиране на полипептид LT-B - субединица на Е.коли термолабилен токсин, който причинява диария. Все пак, въпреки задълбочени изследвания в тази област, търговски продукти, към днешна дата, не.
Третото направление е свързана с времето за работа на някои продукти от растения, които след това се извличат от растения и могат да се използват, например, като лекарства. Биотехнологични компании по целия свят са създали голям брой ГМ растения за производство на протеини, включително и медицински изделия [14].
Сред компаниите, чиято дейност се основава на използването на трансгенни растения, трябва да се отбележи фирмата Rrotalix (Израел) на Medicago (Канада), LemnaGene (Франция), Planet Биотехнологии (САЩ), ProgyGene (Люксембург), Shlorogen Inc. (САЩ), SemBioSys генетика (Канада) и Bayer AG (Германия).
От протеини за медицински цели производителите най-популярната инсулин, лизозим, лактоферин, колаген, липаза, антитела, ваксини, и др.
Много от тези лекарства, които вече са в клинични проучвания. Но трипсин (на снимката вдясно) вече е на разположение от Sigma.
Когато времето за работа в растителни клетки здравни продукти също се използва метода от Agrobacterium-медиирана трансформация осигурява преходна експресия на гените на високо ниво. Очевидните предимства на тези системи са лесна манипулация, скорост, ниска цена и висок добив на крайния продукт. Освен това, в този случай е възможно синтеза на сложни протеини, състояща се от множество субединици. Този метод позволява да получавате в рамките на няколко дни на протеини в големи количества (до няколко грама протеин на килограм растения). Добив започва вече след три часа (!), След проникване в клетката и предаването на Agrobacterium ДНК и експресиране продължава до 10 дни. Максимално работно време се определя за всеки протеин индивидуално, но средната стойност е 3-4 дни. Кумулативна производство на протеини в растения отнема 2-3 седмици (Фиг. 6).
Фигура 6. Схема на генната експресия на целеви протеини в растения.
Целият процес на производство на протеин отнема 2-3 седмици.
В растенията вече работят достатъчно ваксина срещу човешки папилома вирус, хепатит В [15], грип, говежди папилома [16], африкански болестта син език, херпес на едрия рогат добитък [17], и шап [18] и др.
The Center "биоинженерство" също работи върху експресията на терапевтични протеини в растенията. По този начин, в клетките на Nicotiana benthamiana (тип тютюн), ваксинални препарати срещу грипния вирус са произведени [19, 20]. В основата на препарата е силно консервативен M2 вирусен протеин, който е прикрепен към протеиновия носител за увеличаване на имуногенността. Носителят може да бъде основен протеин на вируса на хепатит В или бактериален флагелин. В случай на формулировка флагелин ваксина използва интраназално, което е ясно предимство. И използването на силно консервативен М2 протеин последователност прави универсална ваксина, която елиминира необходимостта да се произвеждат всяка година все повече и повече нови варианти на него. Тези ваксини препарати са показали добри резултати на имуногенността и защитните в експерименти с лабораторни животни; следващата стъпка ще бъде да се клинично изпитване.
Клинични изпитвания на ваксинните препарати отнеме много време (около 10 години). Неволно възниква въпросът с противогрипната ваксина, тъй като всяка година нови щамове, както и дали ваксината е клинично тестван към днешна дата? Там има голямо значение технологията на формулиране. Нов тип ваксина минава един пълен цикъл на клинични тестове, след което процедурата на отпадъците може да бъде получена с ваксината на циркулиращите щамове на вируса. Така че, сега предотвратяване на сезонните грипни изстрели, произведени в кокоши яйца, както и такива ваксини не са тествани в клинични проучвания. Как нещата са с получаване на рекомбинантни ваксини в предприятията за масова употреба, времето ще покаже.
Обобщавайки, можем да кажем, че заводът направи възможно да се произвеждат жизненоважни протеини чрез биотехнологии. Човекът се е научил да се вземе от естеството на всичко най-добро и да се избегне най-лошото. Уилям Шекспир в "Ромео и Жулиета", пише за едно растение:
Нейната цветове - изцеление аромат,
И листа и корени - най-силната отрова.
И човечеството се е научил да вземе лекарствен аромат, но не смъртоносна отрова в растенията. При растенията Biofabrika - голямо бъдеще!
Прочетете статии по темата:
Грешка в текста?
Изберете го и натиснете Ctrl + Enter
Прочетете също така:
Свързани статии