مجله زیست شناسی ایران

تدابیر لازم برای بیان و تولید پروتئین های نوترکیب در گیاهان و تخلیص آنها

نویسنده

دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)

چکیده

استفاده از گیاهان مهندسی شده به عنوان بیوراکتورهای تولید پروتئین­های هترولوگوس، جایگزینی بسیار مناسب برای سیستم های بیانی متداول کشت­های سلولی پستانداران و سیستم­های حیوانی تراریخته هستند. برای تولید کارآمد پروتئین­های نوترکیب، انتخاب گونه میزبان بسیار اهمیت دارد که در این خصوص انتخاب گونه میزبان وابسته به نوع پروتئین نوترکیب، سیکل زندگی میزبان و عملکرد آن، هزینه­های نگهداری و افزایش مقیاس تولید می­باشد. از مهم­ترین مزایای سیستم­های بیانی مبتنی بر گیاهان می­توان به مقرون به صرفه بودن سیستم­های گیاهی، عدم آلودگی پروتئین­های نوترکیب مشتق شده از گیاهان با میکروارگانیسم­های بیماریزای انسانی بدلیل عدم میزبانی گیاهان برای عوامل بیماریزای انسانی، آسانی و کم هزینه بودن استحصال و تخلیص پروتئین­های نیازمند پردازش­های پایین دستی در گیاهان و انجام بیشتر تغییرات پس ترجمه­ای مورد نیاز برای پایداری و فعالیت پروتئین توسط گیاهان  اشاره کرد. برای توسعه تولید پروتئین­های نوترکیب مبتنی بر گیاه بهینه سازی میزان بیان پروتئین بسیار ضروری می­باشد و در این خصوص فاکتورهای مختلفی در کنترل بیان تراژن در سطوح مختلف نسخه­برداری، ترجمه، تغییرات پس از ترجمه­ای و ذخیره پروتئین نوترکیب در سلول درگیر می­باشند. از طرف دیگر مقادیر پائین پروتئین تولید شده مشکل اساسی محدود کننده بهره­برداری تجاری از پروتئین­های نوترکیب بیان شده در گیاهان می­باشد. بنابراین بهبود تجمع پروتئین نوترکیب در گیاه تراریخته یک عامل بسیار مهم در میزان مطلوبیت یک سیستم بیانی محسوب می­شود. در این راستا الحاق سیگنال­هائی به انتهای کربوکسیل پروتئین­های هدف منجر به ابقاء و افزایش تجمع آنها در شبکه آندوپلاسمی می­شود. پس از تولید محصول نوترکیب، استفاده از affinity tag­ها ابزارهای بسیار موثر و مفید برای خالص­سازی پروتئین­های نوترکیب هستند و امکان تخلیص پروتئین­ها بدون نیاز به اطلاع قبلی از خصوصیات بیوشیمایی آنها را ممکن می­سازند.

کلیدواژه‌ها

  1. Arnau, J., Lauritzen, C., Petersen, E., Pedersen, J. 2006. Current strategies for the use of affinity tags and tag removal for the purification of recombinant proteins. Protein Expression and Purification, 48:1–13.
  2. Bohmert-Tatarev, K., McAvoy, S., Daughtry, S., Peoples, O.P. and Snell, K.D. 2011. Focus Issue on Plastid Biology: High Levels of Bioplastic Are Produced in Fertile Transplastomic Tobacco Plants Engineered with a Synthetic Operon for the Production of Polyhydroxybutyrate. Plant Physiology, 155: 1690-1708.
  3. Boothe, J.G. and Markley, N.A. 2001. The design and use of transgenic plant expression systems for the prodyction of foreign proteins. Recent Advances in Phytochemistry, 35:31-57.
  4. Carlos, H.G., Robert, B., Paul, R., Xianfeng, C., Michael, T. and John, F. 2010. High level transgenic expression of soybean (Glycine max) GmERF and Gmubi gene promoters isolated by a novel promoter analysis pipeline. BMC Plant Biology, 10:237.
  5. Cheung, S.C.K., Sun, S.S.M., Chan, J.C.N. and Tong, P.C.Y. 2009. Expression and subcellular targeting of human insulin-like growth factor binding protein-3 in transgenic tobacco plants. Transgenic research, 18: 943-951.
  6. Clarke, B. 2008. Molecular farming. plant Biotechnology, 6:425-426.
  7. Daniell, H., Ruiz, G., Denes, B., Sandberg, L. and Langridge, W. 2009. Optimization of codon composition and regulatory elements for expression of human insulin like growth factor-1 in transgenic chloroplasts and evaluation of structural identity and function. BMC biotechnology, 9: 33.
  8. Desai, P.N., Shrivastava, N. Padh, H. 2010. Production of heterologous proteins in plants: Strategies for optimal expression. Biotechnol Adv., 28(4):427-435.
  9. Doran, P.M. 2000. Foreign protein production in plant tissue cultures. Curr Opin Biotechnol., 11: 199-204.
  10. Evangelista, R.L., Kusnadi, A.R., Howard, J.A., Nikolov, Z.L. 1998. Process and economic evaluation of the extraction and purification of recombinant beta-glucuronidase from transgenic corn. Biotechnology Progress, 14(4): 607-614.
  11. Faye, L., and Gomord, V. 2004. Post translational modification of therapeuti proteins in plants. Curr. Opin. Plant Biol., 7(2):171–181.
  12. Flaschel, E. and Friehs, F. 1993. Improvment of downstream processing of recombinant proteins by means of genetiengin eering methods. Biotech. Adv., 11: 31-78.
  13. Giddings, G., Allison, G. 2000. Transgenic plants as factories for biopharmaceuticals. Biotechnology, 18(11):1151–5.
  14. Gray, B.N., Ahner, B.A. and Hanson, M.R. 2009. High‐level bacterial cellulase accumulation in chloroplast‐transformed tobacco mediated by downstream box fusions. Biotechnology and bioengineering, 102: 1045-1054.
  15. He, Z., Du, X., Yao, W. and Dai, J. 2010. Pharmaceutical proteins produced in plant bioreactor in recent years. African Journal of Biotechnology, 7 (25): 4917-4925.
  16. Hong, Y.F., Liu, C.Y., Cheng, K.J., Hour, A.L., Chan, M.T., Tseng, T.H., Chen, K.Y., Shaw, J.F. and Yu, S.M. 2008. The sweet potato sporamin promoter confers high-level phytase expression and improves organic phosphorus acquisition and tuber yield of transgenic potato. Plant molecular biology, 67: 347-361.
  17. Joensuu, J.J., Conley, A.J., Lienemann, M., Brandle, J.E., Linder, M.B. and Menassa, R. 2010. Hydrophobin fusions for high-level transient protein expression and purification in Nicotiana benthamiana. Plant Physiology, 152: 622-633.
  18. Kamo, K., Blowers, A. and McElroy, D. 2000. Effect of the cauliflower mosaic virus 35S, actin, and ubiquitin promoters on uidA expression from a bar-uidA fusion gene in transgenic Gladiolus plants. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 36: 13-20.
  19. Kim, T.W., Goo, Y.M., Lee, C.H., Lee, B.H., Bae, J.M. and Lee, S.W. 2009. The sweet potato ADP-glucose pyrophosphorylase gene (ibAGP1) promoter confers high-level expression of the GUS reporter gene in the potato tuber. Comptes Rendus Biologies, 332: 876-885.
  20. Lentz, E.M., Segretin, M.E., Morgenfeld, M.M., Wirth, S.A., Dus Santos, M.J., Mozgovoj, M.V., Wigdorovitz, A. and Bravo-Almonacid, F.F. 2010. High expression level of a foot and mouth disease virus epitope in tobacco transplastomic plants. Planta, 231: 387-395.
  21. Luchakivskaya, Y., Kishchenko, O., Gerasymenko, I., Olevinskaya, Z., Simonenko, Y., Spivak, M. and Kuchuk, M. 2011. High-level expression of human interferon alpha-2b in transgenic carrot (Daucus carota L.) plants. Plant cell reports, 30: 407-415.
  22. Liompart, B., Llop-Tous, L., Marzabal, P., Torrent, M., Pallisse , R., Bastida, M., Dolors, M., Walas, F. 2010. Protein production from recombinant protein bodies. Process Biochem, 45: 1816-1820.
  23. Ma, J.K.C. Drake, P.M.W. and Christou, P. 2003. The production of recombinant pharmaceutical proteins in plants. Nature Reviews Genetics, 4(10): 794-805.
  24. Mason, H.S., Warzecha, H. 2002. Edible plant vaccines: application for prophylactic and molecular medicine. Trends Mol Med, 8(7): 324–9.
  25. Matsui, T., Takita, E., Sato, T., Aizawa, M., Ki, M., Kadoyama, Y., Hirano, K., Kinjo, S., Asao, H. and Kawamoto, K. 2011. Production of double repeated B subunit of Shiga toxin 2e at high levels in transgenic lettuce plants as vaccine material for porcine edema disease. Transgenic research, 20: 735-748.
  26. Michelet, L., Lefebvre‐Legendre, L., Burr, S.E., Rochaix, J.D. and Goldschmidt‐Clermont, M. 2011. Enhanced chloroplast transgene expression in a nuclear mutant of Chlamydomonas. Plant Biotechnology Journal, 9: 565-574.
  27. Oey, M., Lohse, M., Kreikemeyer, B. and Bock, R. 2009. Exhaustion of the chloroplast protein synthesis capacity by massive expression of a highly stable protein antibiotic. The plant journal, 57: 436-445.
  28. Rigano, M.M., Manna, C., Giulini, A., Pedrazzini, E., Capobianchi, M., Castilletti, C., Di Caro, A., Ippolito, G., Beggio, P. and De Giuli Morghen, C. 2009. Transgenic chloroplasts are efficient sites for high yield production of the vaccinia virus envelope protein A27L in plant cells. Plant Biotechnology Journal, 7: 577-591.
  29. Scotti, N., Alagna, F., Ferraiolo, E., Formisano, G., Sannino, L., Buonaguro, L., De Stradis, A., Vitale, A., Monti, L. and Grillo, S. 2009. High-level expressions of the HIV-1 Pr55 gag polyprotein in transgenic tobacco chloroplasts. Planta, 229: 1109-1122.
  30. Seon, J.H., Szarka, S.J. 2002. A unique strategy for recovering recombinant proteins from molecular farming: affinity capture on engineered oilbodies. Plant Biotechnol J., 4:95-101.
  31. Tiwari, S., Mishra, D. K., Roy, S., Singh, A., Singh, P. and Tuli, R. 2009. High level expression of a functionally active cholera toxin B: rabies glycoprotein fusion protein in tobacco seeds. Plant cell reports, 28: 1827-1836.
  32. Twyman, R.M., Stoge, E. 2003. Molecular farming in plants: host systems and expression. technology. Trends Biotechnol, 21(12):570–8.
  33. Vitale, A., and Emanuela P. 2005. Recombinant Pharmaceuticals from Plants The plant endomembrane system as bio reactor. Mol Interv, 5(4): 216-225.
  34. Voinnet, O., Rivas, S., Mestre, P. and Baulcombe, D. 2003. An enhanced transient expression system in plants based on suppression of gene silencing by the p19 protein of tomato bushy stunt virus. The plant journal, 33: 949-956.
  35. Youm, J.W., Jeon, J.H., Kim, H., Min, S.R., Kim, M.S., Joung, H., Jeong, W.J. and Kim, H.S. 2010. High-level expression of a human β-site APP cleaving enzyme in transgenic tobacco chloroplasts and its immunogenicity in mice. Transgenic research, 19: 1099-1108.
مجله زیست شناسی ایران
دوره 2، شماره 3.4
1397
صفحه 121-130
  • تاریخ دریافت: 03 بهمن 1395
  • تاریخ بازنگری: 19 تیر 1396
  • تاریخ پذیرش: 19 تیر 1396