Lựa chọn hệ biểu hiện để sản xuất protein ở vi khuẩn

Trong những năm gần đây, kỹ thuật sản xuất protein tái tổ hợp trong các hệ thống sinh học ngày càng đượcứng dụng rộng rãi và thường xuyên. Trong đó, các "nhà máy" vi khuẩn thường được lựa chọn do chi phí thấp, sinh khối lớn và tốc độ sản xuất nhanh. Hầu hết các phòng thí nghiệm sinh học phân tử đều giữ ít nhất một chủng E. coli biểu hiện trong tủ lạnh sâu. Và không chỉ tất cả các nghiên cứu viên trong lab đều quen thuộc mà cả các sinh viên khi lên thực tập cũng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lựa chọn hệ biểu hiện để sản xuất protein ở vi khuẩnTrong những năm gần đây, kỹ thuậtsản xuất protein tái tổ hợp trong cáchệ thống sinh học ngày càng đượcứng dụng rộng rãi và thườngxuyên. Trong đó, các nhà máy vikhuẩn thường được lựa chọn do chiphí thấp, sinh khối lớn và tốc độsản xuất nhanh. Hầu hết các phòngthí nghiệm sinh học phân tử đềugiữ ít nhất một chủng E. coli biểuhiện trong tủ lạnh sâu. Và khôngchỉ tất cả các nghiên cứu viên tronglab đều quen thuộc mà cả các sinhviên khi lên thực tập cũng đượcgiới thiệu kỹ thuật này. Vì rằng mỗithí nghiệm có một mục đích biểuhiện khác nhau nên thường khôngcó quy trình chuẩn duy nhất. Vàgần như đã thành thông lệ, nhữngnghệ sĩ biểu hiện luôn phải đốimặt với những kết quả thất bại dochết tế bào, không mọc khuẩn lạctái tổ hợp, protein ở thể không tan,protein bị bất hoạt, lượng proteintạo ra hoặc hoạt tính enzyme củaprotein thấp hoặc không có.Vậy khi đó chúng ta phải làm gì vàbắt đầu giải quyết từ đâu? Tất nhiênlà sẽ có rất nhiều con đường cùngdẫn đến thành Roma nhưng đâu làcon đường đơn giản và dễ dàngnhất vì chúng ta rất dễ đi nhầm vàomột con đường vừa dài, chông gaivà đôi khi hơi cay đắng nữa.Xem lại trình tự protein quantâmMã di truyền với 61 codon nhưnglượng tRNA của mỗi loại khônggiống nhau ở các loài sinh vậtĐể tránh một con đường chông gaivà cay đắng thì cách tốt nhất là hãycùng kiểm tra lại trình tự proteinquan tâm và sau đó thì lựa chọn hệthống biểu hiện phù hợp cho nó.Rất nhiều protein từ sinh vậteukaryote chỉ có hoạt tính khi ởdạng đường hóa (glycosylated).Thông thường, các hệ thống biểuhiện ở vi khuẩn không có khả năngđường hóa protein. Nếu protein màbạn quan tâm đòi hỏi phải được chếbiến sau dịch mã mới có hoạt tínhthì chắc chắn hệ biểu hiện ở vikhuẩn không thể là giải pháp. Bạnhãy thử với những hệ thống biểuhiện ở nấm men, nấm sợi, tế bàocôn trùng hoặc động vật.Một vấn đề then chốt trong kỹ thuậtbiểu hiện chính là khả năng mã(codon usage). Trước khi bắt tayvào thí nghiệm, bạn nên so sánhkhả năng mã của vật chủ với thànhphần codon trong gene mã hóaprotein quan tâm. Những codonhiếm như AGG, AGA, CUA,AUA, CCC và GGA sẽ là nhữngtrở ngại khi cố gắng biểu hiện trongtế bào E. coli. Mỗi amino acid cóthể được mã hóa bởi nhiều hơn mộtcodon và đối với mỗi loài sinh vật,hệ thống di truyền thường ưa thíchmột số codon này hơn những codoncòn lại trong tất cả 61 codon có khảnăng mã hóa. Trong từng tế bào, sốlượng của mỗi thành phần RNAvận chuyển có liên quan chắt chẽđến khả năng mã của mRNA cótính đặc trưng loài. Khi muốn sảnxuất lượng lớn protein trongE.coli từ một mRNA khác biệt về khảnăng mã của vật chủ, lượng sảnphẩm protein tạo ra sẽ không thểnhiều bằng những protein khácđược biểu hiện trong cùng hệ thốngdo tế bào không đủ một hoặc mộtsố tRNA nhất định. Việc thiếutRNA này có thể làm dừng quátrình dịch mã giữa chừng hoặc làmlệch khung đọc dẫn đến thay đổitrình tự amino acid trong sản phẩmprotein. Quá trình tối ưu hóa khảnăng mã hoặc hóa tổng hợp genecấu trúc có thể khắc phục được sựkhác biệt này. Việc tổng hợp hóahọc một gene ngày nay đã kháthuận tiện và giá thành có thểxuống đến 1 dolla một cặpnucleotide. Trong ngành công nghệdược phẩm, kỹ thuật này đã đượcsử dụng triệt để và dường như việcáp dụng kỹ thuật này rộng rãi trongcác phòng nghiên cứu chỉ là vấn đềthời gian.