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Proteinexpression

Säuger-Proteinexpressionsvektor mit CMV-Promotor

Fortschritte im Bereich der Genomik sowie in Klonierungs- und zahlreichen molekularbiologischen Techniken ermöglichen es Wissenschaftlern, heterologe Proteine in verschiedenen biologischen Systemen zu exprimieren. Die Fähigkeit, rekombinante Proteine zu exprimieren, stellt Wissenschaftlern eine breite Auswahl an leistungsstarken Downstream-Anwendungen für weiterführende Forschungsstudien bereit. Im kleinen Maßstab kann die Überexpression von Proteinen Studien zur Erforschung der Proteinfunktion unterstützen, während die Proteinproduktion im großen Maßstab für die Produktion von Enzymen, Antikörpern und Impfstoffen entscheidend ist. Die Bestimmung der optimalen Bedingungen für das Zellwachstum und die Proteinexpression ist für Proteinexpressionssysteme sowohl im kleinen als auch großen Maßstab wichtig. Unabhängig davon, ob für posttranslationale Modifikationen ein prokaryotisches oder eukaryotisches Expressionssystem erforderlich ist, werden die für die optimale Proteinexpression benötigten Werkzeuge und Reagenzien vorwiegend durch den Zelltyp bestimmt.


Zugehörige technische Artikel

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  • The development of genetic engineering and cloning has opened many possibilities of expression and isolation of heterologous proteins for research purposes. Considerable advances in technology have enabled expression and isolation of recombinant proteins in large scale.
  • Protein synthesis is a complex, multi-step process involving many enzymes as well as conformational alignment. However, the majority of antibiotics that block bacterial protein synthesis interfere with the processes at the 30S subunit or 50S subunit of the 70S bacterial ribosome.
  • FLAG® and 3xFLAG® expression vectors and products for bacterial and mammalian expression vectors, detection and purification of proteins.
  • IUBMB-Sigma- Nicholson Metabolic Pathway Charts. The 22nd edition of the IUBMB-Sigma-Nicholson Metabolic Pathways Chart contains updated pathways involved in ATP metabolism in the mitochondria and chloroplast. It contains the Glycolytic Pathway followed by the TCA (Krebs) Cycle and the Respiratory Chain which together lead to the synthesis of ATP by ATP Synthase.
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Zugehörige Protokolle


Proteinexpressionsvektoren

Expressionsvektoren oder Plasmide sind zirkuläre DNA-Sequenzen, die Wissenschaftler häufig zur Aufnahme des Gens, das ihr Protein von Interesse codiert, verwenden. Plasmide, die das Gen von Interesse enthalten, werden anschließend in Zellen transformiert oder transfiziert, die das Protein überexprimieren. Plasmide weisen verschiedene nützliche Elemente auf, die das Klonieren, die Klonauswahl sowie die Proteinexpression und -aufreinigung erleichtern. Dazu gehören u.a. eine multiple Klonierungsstelle (MCS), antibiotikaresistente Gene zur Klonauswahl, spezifische Tags für die Proteinidentifizierung und -aufreinigung und starke Promotorbereiche zur Steuerung der Proteinexpression. Es gibt zahlreiche verschiedene Proteinexpressionsvektoren, da viele dieser Elemente je nach spezifischen Anwendungsanforderungen und dem für die Proteinexpression eingesetzten Zelltyp austauschbar sind.

Bakterien-, Säuger- und andere Proteinexpressionssysteme

Mit der schnellen Wachstumskinetik und Plasmidtransformation bei E. coli in nur wenigen Minuten sind Bakterien die Arbeitsorganismen für die Produktion rekombinanter Proteine. Die bakterielle Proteinexpression beruht auf den ribosomalen Untereinheiten 30S und 50S des bakteriellen Ribosoms 70S. Um das Wachstum plasmidfreier Zellen zu verhindern, werden Plasmide mit antibiotikaresistenen Genen zur Identifizierung und Isolierung von Bakterien verwendet, die Plasmide mit der proteincodierenden Sequenz von Interesse enthalten. Während oftmals eine zusätzliche genetische Sequenzierung erforderlich ist, um das Vorliegen der gewünschten Gensequenz zu bestätigen, werden zur Entfernung plasmidfreier Bakterien häufig verschiedene Antibiotika eingesetzt, die eine bakterielle Proteinsynthese blockieren. Neben Bakterienzellen werden häufig auch Insekten-, Hefen- und Säugerzelllinien zur Proteinexpression eingesetzt. Im Gegensatz zu Bakterien enthalten eukaryotische Zelllinien jedoch zusätzliche molekulare Maschinen zur Erzeugung posttranslationaler Modifikationen (z.B. Glycosylierung), die oftmals grundlegend für die Proteinfunktion und aussagekräftige nachfolgende Analysen sind.

Anwendungen der rekombinanten Proteinexpression

Rekombinante Proteine sind Proteine, die innerhalb des proteinexprimierenden Plasmids codiert sind und für maximale Proteinexpression/-aufreinigung modifiziert oder zur Beurteilung der Proteinfunktion mutiert wurden. Die Fähigkeit, die proteincodierende Sequenz selbst um nur ein einziges Nukleotid zu erweitern, zu verkürzen oder zu verändern, stellt Wissenschaftlern ein enorm leistungsstarkes Werkzeug zur Verfügung, um zahlreiche fundamentale Forschungsfragen zu untersuchen und die Funktion des Proteins sowohl in gesundem als auch krankem Gewebe aufzuklären. Die Tragweite der rekombinanten Proteinexpressionstechnologie geht weit über fundamentale Forschungsanwendungen hinaus und ist grundlegend für die Entwicklung lebensrettender Therapeutika und Impfstoffe.