재조합 단백질

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재조합 DNA 기술의 활용을 통한 단백질 합성은 최근 과학 연구에서 가장 획기적인 발견 중 하나이다. 이 전에 단백질을 생산하는 유일한 방법은 그들의 원천으로부터 단백질을 분리하는 것이었다. 요즘은 관심 단백질을 암호화하는 DNA 서열을 벡터에 삽입하여 포유류 세포, 박테리아, 효모 또는 곤충 세포와 같은 발현 시스템에 도입하여 쉽게 발현하고 정제할 수 있다. 이것은 단백질학 연구에서 가장 파괴적이고 점진적인 발견을 가능하게 했다.

재조합 단백질은 관심있는 DNA 분자의 유전자 재조합을 통해 생성된 단백질이다. 함께 모인 유전 물질은 여러 개의 생물학적 출처에서 나온 것일 수 있으며, 대부분 서로 연관지어 찾을 수 없는 서열이다. 이러한 서열은 복제되고 발현될 때 알려진 기능을 가진 새로운 단백질을 형성한다.

그림: 항체 지니 재조합 단백질 합성의 개략도 표현

재조합 단백질은 유전자 스플라이싱 또는 재조합 DNA 기술이라고도 불리는 유전 공학을 통해 만들어진다. 인간, 동물, 식물 유전자를 숙주 세포 발현 시스템의 유전 물질에 넣음으로써 이 미생물들은 의학, 학술, 연구용 단백질을 만드는 공장이나 생산자로 사용될 수 있다.

DNA가 조작되기 위해서는 DNA의 유전자 코드로부터 단백질이 생산될 수 있는 운송수단에 배치되어야 한다. 단백질 재조합 합성에 사용되는 가장 일반적인 숙주 세포로는 포유류 세포, 박테리아, 효모 세포, 곤충 세포가 있다.

재조합 단백질의 합성은 관심있는 유전자의 확인과 함께 시작된다. 이러한 유전자들을 자연 게놈으로부터 분리하기 위해 DNA는 핵산 중간 분해 효소로 알려진 제한 효소로 처리된다. 이 효소들은 복제 단계를 위해 준비하는 게놈에서 관심 있는 유전자를 잘라낸다.

복제는 관심있는 유전자를 발현 벡터에 삽입하고 발현하는 과정이다. 그러나 이 문제가 발생하기 전에 관심 조각을 증폭해야 합니다. 관심 있는 유전 물질이 후속 염기서열 분석 단계를 위해 충분한 양이어야 하기 때문에 이 단계가 필요하다. 이것은 종종 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 의해 수행된다. PCR은 가장 일반적인 체외 복제 방법이다. 그러나 복제는 체내 환경에서도 수행될 수 있다. 가장 일반적인 체내 복제 방법은 박테리아 E 내에서 이루어진다.대장균.

증폭 후에 벡터는 숙주 세포에 도입되어야 한다. 벡터는 체내 환경에서 증폭이 수행되면 이미 숙주 세포에 있을 수 있다. 그러나 체외에서 복제를 수행할 경우 숙주 세포는 기계적(예: 전기자극, 미세주입) 또는 화학적(예: 인산칼슘, 열충격) 전달 방법을 통해 유전 물질의 흡수를 준비한다.

발현 유전자가 추가돼야 숙주가 상당량의 재조합 단백질을 생산한다. 단백질의 발현은 관심있는 DNA를 둘러싸고 있는 유전자에 달려있다. 이 유전자의 모음은 세포에 의해 관심 있는 DNA의 전사와 번역에 대한 지시를 제공하는 신호로 작용한다. 이러한 신호에는 촉진제, 리보솜 결합 부위 및 종단기가 포함된다.

벡터에 삽입된 DNA 조각은 종종 특정한 기능을 가진 다른 중요한 비암호화 영역을 가지고 있다. 이 지역들은 과학자들이 유전자가 발현될 수 있도록 할 뿐만 아니라 어떤 세포가 재조합 유전자 분자를 포함했는지 구별하게 해준다. 예를 들어, 항생제 내성 유전자는 숙주 세포가 항생제가 풍부한 배지에서 생존할 수 있도록 한다. 그 결과 벡터를 차지하지 않은 숙주 세포는 항생제에 대한 내성을 위해 필요한 유전자를 발현하지 못하여 그 유기체는 죽는다.

벡터는 종종 특정 DNA 염기서열 외에 꼬리표를 포함하며, 이는 재조합 단백질의 정화를 촉진한다. 이것은 종종 아미노산 서열의 N 말단에 첨가된다. 재조합 DNA 기술에 사용되는 가장 일반적인 태그 중 하나는 헥사히스티딘 태그(His-Tag)이다. 이것은 재조합 단백질 정화 및 발현을 위한 금속 결합 부위로 작용하는 6개의 히스티딘 잔기의 배열이다. His-Tag에는 특정 프로테아제를 위한 절단 부위가 포함되어 있다. HIS-Tag 재조합 단백질은 중금속 이온으로 사용되는 니켈 이온 기둥과 같은 금속 첼레이트 친화도 크로마토그래피에 의해 정제되고 HIS-Tag 단백질은 히스티딘 또는 이미다졸과 함께 금속 껍질 기둥에서 용출된다. 그런 다음 정제된 His-Tag 단백질을 특정 단백질 분해 효소로 처리하여 His-Tag을 제거하거나 제거하지 않는다.

결과물은 완전히 형성된 재조합 단백질이다. 증폭은 PCR 단계 동안뿐만 아니라 이 단계에서도 일어나는데, 숙주 세포는 벡터가 흡수되면 수천 개의 단백질을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문이다.

재조합 단백질은 그들이 닮도록 만들어진 단백질에 따라 기능한다. 단백질은 몇 가지 다른 기능을 가질 수 있다. 이것은 단백질이 속한 하위그룹에 따라 달라진다. 단백질의 일부 하위 그룹은 다음과 같다.

• 항체(예: IgG, IgA, IgD)
• 호르몬(예: 여포 자극 호르몬(예: FSH, 에스트로겐, 세로토닌)
• 효소(예: 트립신, 트롬빈 라이소자임)
• 신호전달 펩타이드(예: 사이토카인)
• 구조 단백질(예: 티틴, 유비퀴틴, 라미닌)
• 저장 단백질(예: 페리틴, 글리아딘)
• 운반 단백질(예: 운반체 및 채널 단백질)

• 과학자들이 생체 외 환경에서 생물체의 주요 생물학적 단백질의 내인성 활성을 재분석하여 단백질에 대한 이해를 높일 수 있다.
• 새로운 치료법을 개발하는 데 도움이 된다.
• 단백질체학 연구에 매우 가치 있는 - 이제 재조합으로 생성된 단백질을 사용하여 체내보다는 체외에서 더 많은 연구를 수행할 수 있다.
• 재조합 단백질의 정화는 네이티브 단백질보다 훨씬 쉽고 저렴하다.
• 재조합 단백질은 천연 단백질보다 훨씬 더 큰 규모로 생산될 수 있다.
• 네이티브 소스로부터의 격리보다는 재조합 기술을 통해 단백질을 생성하는 것이 훨씬 빠릅니다.
• 재조합 DNA 기술의 향상으로 합성된 재조합 단백질은 대부분 안정적이고 특이적이며 낮은 변화를 경험한다.

재조합 단백질은 응용 범위가 넓다. 주요 용도는 다음과 같다.

재조합 단백질은 질병을 치료하는데 사용될 수 있다. 특정 단백질이 부족한 환자나 당뇨병의 재조합 인슐린, 재조합 인간성장호르몬(HGH)과 같은 비정상적인 단백질 버전을 가진 환자에게 투여할 수 있다. 또는 단백질은 질병의 원인 물질(예: 면역 검문소 억제제)을 표적으로 하여 암이나 감염성 질병과 같은 질병을 치료하기 위해 재조합될 수 있다. 재조합 단백질은 또한 백신의 역할을 함으로써 질병을 퇴치할 수 있는 능력을 가지고 있다. SARS-CoV-2 재조합 단백질 검사 지니(*연구용으로만 사용됨). 게다가, 재조합 단백질은 질병의 진단에 사용될 수 있다; 생물의학 진단 도구의 일부로 사용되는 단백질의 대부분은 재조합 단백질이다.

재조합 DNA 기술은 지난 몇 년간 단백질체학 연구를 상당히 진전시켰다. 위에서 설명한 바와 같이, 그것의 발견은 과학적 조사를 훨씬 더 쉽고 빠르게 수행하도록 만들었다. 재조합 단백질은 통제된 환경에서 자연적으로 발생하는 단백질의 기능을 뒷받침하는 메커니즘을 설명하는데 도움을 준다. 또한 표준 또는 대조군 역할을 할 수 있는 웨스턴 블랏, ELISA, 면역 화학과 같은 주요 실험실 분석에서 몇 가지 용도가 있다.

연구에 재조합 단백질을 사용하는 예는 COVID-19의 잠재적 치료법을 발견하려는 현재의 세계적인 노력이다. SARS-CoV-2 코로나바이러스 성분의 재조합 단백질이 생성되었다. 그러한 단백질을 목표로 하는 것의 효과를 조사함으로써 COVID-19 감염과 싸우기 위한 새로운 치료법을 개발할 수 있을 것이다. 이러한 재조합 단백질은 또한 SARS-CoV-2 바이러스 분자를 죽일 수 있는 가능성이 있는 백신을 합성하는 데 사용될 수 있다.

재조합 단백질의 다른 응용에는 농업 및 식품 산업에서 사용되는 것이 포함된다. 최근, 재조합 DNA 기술은 이러한 산업에서 가장 큰 돌파구를 만들기 위해 사용되고 있다. 유전자 변형 식품에 대한 널리 알려진 개념은 작물 파괴를 줄이고 유통기한을 늘리기 위해 재조합 DNA 기술을 이용한다. 이것의 예로는 Bt 옥수수가 있는데, Bt로 알려진 독소를 생성하는 유전자가 옥수수 식물의 게놈에 삽입된다. 그 결과 만들어진 유전자 변형 식물은 그러한 식물에서 질병을 일으키는 곤충에 저항력이 있습니다. 재조합 단백질은 영양가(재조합 효소의 첨가)를 높이기 위해 농업에서도 동물 사료 생산에 사용되어 동물의 건강을 증진시켰다.

참고: 항체 지니 재조합 단백질은 엄격히 연구용으로만 사용됩니다. 따라서 인체 또는 연구 이외의 생명공학 분야에서의 사용은 허용되지 않는다. 그러나 치료적 이점에 대한 통찰력을 얻기 위해 동물 모델을 사용하여 체내 환경에서 사용될 수 있다.

• 로트 간 일관성
• 상당히 낮은 내독소 수치
• 고순도- 95% 이상의 순도
• 다양한 선택 - 다양한 대상, 다중 태그 포함
• 광범위한 발현 시스템(에콜리, 효모, 포유류 세포, 곤충 세포(바쿨로바이러스))