Hefe-Expressionsplattform – Wikipedia
Hefestamm, der zur Herstellung großer Mengen an Proteinen, Zuckern oder anderen Verbindungen verwendet wird
EIN Hefeexpressionsplattform ist ein Hefestamm, der zur Herstellung großer Mengen von Proteinen, Zuckern oder anderen Verbindungen für Forschungs- oder Industriezwecke verwendet wird. Obwohl Hefe oft ressourcenintensiver zu pflegen ist als Bakterien, können bestimmte Produkte nur von eukaryotischen Zellen wie Hefe hergestellt werden, was die Verwendung einer Hefe-Expressionsplattform erforderlich macht. Hefen unterscheiden sich in ihrer Produktivität und hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Proteine zu sezernieren, zu verarbeiten und zu modifizieren. Daher sind verschiedene Hefearten (dh verschiedene Expressionsplattformen) besser für verschiedene Forschungs- und industrielle Anwendungen geeignet.
Produkte[edit]
Seit den Anfängen der Gentechnik wurden eine Reihe von Mikroorganismen zur Herstellung biologischer Produkte entwickelt. Diese Produkte werden in Medizin und Industrie zur Herstellung von Arzneimitteln wie Hepatitis-B-Impfstoffen oder Insulin verwendet. Zu den gängigen Plattformen für die Entwicklung von Medikamenten und anderen Produkten gehört das Bakterium E coli, und mehrere Hefen und Säugerzellen (einschließlich insbesondere Eierstockzellen des chinesischen Hamsters). Generell muss ein Mikroorganismus, der als Expressionsplattform verwendet wird, mehrere Kriterien erfüllen: Er sollte in großen Behältern schnell wachsen können, Proteine effizient (dh mit minimalem Ressourceneinsatz) produzieren, sicher sein und im Falle von Arzneimitteln sollte er die Produkte so herstellen und modifizieren, dass sie für den menschlichen Verzehr so gut wie möglich sind.
Verwendete Stämme[edit]
Hefen sind übliche Wirte für die Produktion von Proteinen aus rekombinanter DNA. Sie bieten eine relativ einfache genetische Manipulation und ein schnelles Wachstum zu hohen Zelldichten auf kostengünstigen Medien. Als Eukaryoten sind sie in der Lage, Proteinmodifikationen wie die Glykosylierung durchzuführen, die in eukaryotischen Zellen üblich, aber in Bakterien relativ selten sind. Aus diesem Grund kann Hefe komplexe Proteine produzieren, die mit nativen Produkten aus Pflanzen oder Säugetieren identisch oder sehr ähnlich sind. Die erste Hefe-Expressionsplattform basierte auf der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Seitdem wurde jedoch eine Vielzahl von Hefe-Expressionsplattformen untersucht und aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften und Fähigkeiten für verschiedene Anwendungen weit verbreitet verwendet. Einige von ihnen wachsen beispielsweise auf einer Vielzahl von Kohlenstoffquellen und sind nicht auf Glukose beschränkt, wie dies bei der Bäckerhefe der Fall ist. Einige davon werden auch in der Gentechnik und bei der Herstellung fremder Proteine eingesetzt.
Arxula-Adeninivoren[edit]
Arxula-Adeninivoren (auch genannt Blastobotrys adeninivorans) ist eine dimorphe Hefe, d. h. sie wächst bis zu einer Temperatur von 42 °C als Keimhefe, bei höheren Temperaturen jedoch als Fadenform. A. Adeninivoren hat ungewöhnliche biochemische Eigenschaften. Es kann auf einer Vielzahl von Substraten wachsen und Nitrat assimilieren. Stämme von A. Adeninivoren wurden entwickelt, die natürliche Kunststoffe herstellen können, und waren an der Entwicklung eines Biosensors für Östrogene in Umweltproben beteiligt.
Candida boidinii[edit]
Candida boidinii ist eine Hefe, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnet, auf Methanol zu wachsen (sogenannter Methylotrophismus). Wie andere methylotrophe Spezies wie z Hansenula polymorpha und Pichia pastoris, dient es als Plattform für die Produktion von Fremdproteinen. Es wurden Ausbeuten im Multigrammbereich eines sekretierten Fremdproteins berichtet. Eine Computermethode, IPRO, sagte kürzlich Mutationen voraus, die experimentell die Cofaktor-Spezifität der Candida boidinii-Xylose-Reduktase von NADPH auf NADH umstellten.[1]
Ogataea polymorpha[edit]
Ogataea polymorpha (Synonyme Hansenula polymorpha oder Pichia angusta) ist eine weitere methylotrophe Hefe (siehe Candida boidinii). Es kann auf einer Vielzahl anderer Substrate wachsen; es ist thermotolerant und kann Nitrat aufnehmen (siehe auch Kluyveromyces lactis). Es wurde bei der Herstellung von Hepatitis-B-Impfstoffen, Insulin und Interferon alpha-2a zur Behandlung von Hepatitis C sowie bei einer Reihe technischer Enzyme angewendet.
Kluyveromyces lactis[edit]
Kluyveromyces lactis ist eine Hefe, die regelmäßig zur Herstellung von Kefir verwendet wird. Es kann auf mehreren Zuckern wachsen, vor allem auf Laktose, die in Milch und Molke enthalten ist. Es wurde unter anderem erfolgreich zur Herstellung von Chymosin (ein Enzym, das normalerweise im Magen von Kälbern vorhanden ist) für die Käseherstellung angewendet. Die Produktion erfolgt in Fermentern im 40.000-l-Maßstab.
Pichia pastoris[edit]
Pichia pastoris ist eine methylotrophe Hefe (siehe Candida boidinii und Hansenula polymorpha). Es bietet eine effiziente Plattform für die Produktion von Fremdproteinen. Plattformelemente sind als Kit erhältlich und werden weltweit in der Wissenschaft zur Herstellung von Proteinen eingesetzt. Es wurden Stämme entwickelt, die komplexes menschliches N-Glykan produzieren können (Hefeglykane sind denen beim Menschen ähnlich, aber nicht identisch.
Saccharomyces cerevisiae[edit]
Saccharomyces cerevisiae ist die traditionelle Bäckerhefe, die häufig beim Brauen und Backen verwendet wird. Oft wird für diese einzelne Art der Sammelbegriff „Hefe“ verwendet. Als Expressionsplattform wurde es erfolgreich zur Herstellung von technischen Enzymen und Pharmazeutika wie Insulin und Hepatitis-B-Impfstoffen eingesetzt.
Yarrowia lipolytica[edit]
Yarrowia lipolytica ist eine dimorphe Hefe (siehe Arxula-Adeninivoren), die auf einer Vielzahl von Substraten wachsen können. Als solches hat es ein hohes Potenzial für industrielle Anwendungen, aber es sind noch keine rekombinanten Produkte im Handel erhältlich.
Die verschiedenen Hefe-Expressionsplattformen unterscheiden sich in mehreren Eigenschaften, einschließlich ihrer Produktivität und in Bezug auf ihre Fähigkeiten zur Sekretion, Verarbeitung und Modifizierung von Proteinen in bestimmten Beispielen. Die Verwendungen aller Ausdrucksplattformen weisen jedoch einige grundlegende Ähnlichkeiten auf.
Um ein gewünschtes Produkt herzustellen, werden geeignete Hefestämme mit einem Vektor transformiert, der alle notwendigen genetischen Elemente zur Herstellung eines interessierenden biologischen Produkts enthält. Vektoren müssen auch einen Selektionsmarker enthalten, der erforderlich ist, um Hefen, die den Vektor erfolgreich aufgenommen haben, von denen auszuwählen, die dies nicht getan haben. Vektoren enthalten auch bestimmte DNA-Elemente, die es der Hefe ermöglichen, die fremde DNA in das Chromosom der Hefe einzubauen und zu replizieren. Am wichtigsten ist, dass Vektoren ein Segment enthalten, das für die Produktion der gewünschten Verbindung verantwortlich ist, eine sogenannte Expressionskassette. Die Kassette enthält eine Sequenz von regulatorischen Elementen, die kontrollieren, wie viel und unter welchen Umständen ein bestimmtes Produkt letztendlich hergestellt wird. Darauf folgt das Gen für das biologische Produkt selbst. Die Expressionskassette wird durch eine Terminatorsequenz terminiert, die die Transkription des exprimierten Gens stoppt.
Verweise[edit]
- Gellissen G (ed) (2005)Produktion rekombinanter Proteine - neue mikrobielle und eukaryotische Expressionssysteme. Wiley-VCH, Weinheim.ISBN 3-527-31036-3
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