Menetelmät proteiinien puhdistamiseksi bioteknologiassa

Tärkeä osa biotekniikan tutkimusta on proteiinitekniikan käyttäminen proteiinien suunnitteluun tai modifiointiin. Nämä proteiinien puhdistustekniikat optimoivat proteiinien ominaisuudet erityisiin teollisiin sovelluksiin.

Nämä tekniikat vaativat tutkijoita eristämään ja puhdistamaan mielenkiinnon kohteena olevat proteiinit, jotta niiden muodonmuutos ja substraattispesifisyydet voidaan tutkia. Tutkimusta vaativat myös reaktiot muiden ligandien (proteiini, joka kiinnittyy reseptoriproteiiniin) ja spesifisten entsyymiaktiivisuuksien kanssa.

Vaadittava proteiinin puhtausaste riippuu proteiinin aiotusta loppukäytöstä. Joissakin sovelluksissa raakatuote on riittävä. Muihin käyttötarkoituksiin, kuten elintarvikkeisiin ja lääkkeisiin, vaaditaan korkea puhtaustaso. Useita tekniikoita proteiinien puhdistaminen käytetään saavuttamaan vaadittu puhtaustaso.

Jokainen proteiinin puhdistusvaihe johtaa yleensä jonkin verran tuotteen menetykseen. Siksi ihanteellinen proteiinipuhdistusstrategia on strategia, jossa korkein puhdistustaso saavutetaan muutamassa vaiheessa.

Käytettävien vaiheiden valinta riippuu kohdeproteiinin koosta, varauksesta, liukoisuudesta ja muista ominaisuuksista. Seuraavat tekniikat ovat sopivimpia yksittäisen sytosolisen proteiinin puhdistamiseen.

Sytosolisten proteiinikompleksien puhdistaminen on monimutkaisempaa ja vaatii yleensä erilaisten menetelmien soveltamisen.

Ensimmäinen vaihe solunsisäisten (solun sisällä) proteiinien puhdistamisessa on raa'an uutteen valmistus. Uute sisältää kompleksisen seoksen kaikista solusytoplasman proteiineista ja joitain lisämakromolekyylejä, kofaktoreita ja ravinteita.

Tätä raakauutetta voidaan käyttää joihinkin sovelluksiin bioteknologiassa. Jos puhtaus on kuitenkin ongelma, seuraavia puhdistusvaiheita on noudatettava. Raakaproteiiniuutteet valmistetaan poistamalla solujen hajoamisesta syntyvät solujätteet, mikä saadaan aikaan kemikaaleilla, entsyymit, sonikointi tai ranskalainen lehdistö.

Roskat poistetaan sentrifugoimalla, ja supernatantti (kiinteän jäännöksen yläpuolella oleva neste) otetaan talteen. Solunulkoisten (solun ulkopuolella) proteiinien raa'at valmisteet voidaan saada yksinkertaisesti poistamalla solut sentrifugoimalla.

Varmasti biotekniikka sovelluksissa on kysyntä lämpöstabiileille entsyymeille - entsyymeille, jotka sietävät korkeita lämpötiloja denaturoimatta ja samalla ylläpitäen korkeaa spesifistä aktiivisuutta.

Lämmönkestäviä proteiineja tuottavia organismeja kutsutaan joskus ekstremofiileiksi. Helppo lähestymistapa lämmönkestävän proteiinin puhdistamiseen on seoksen muiden proteiinien denaturointi kuumennetaan, sitten jäähdytetään liuos (antaen siten lämpöstabiilin entsyymin uudistua tai liuentua uudelleen, jos välttämätön). Denaturoidut proteiinit voidaan sitten poistaa sentrifugoimalla.

Moderni Biotech protokollit hyödyntävät usein monia kaupallisesti saatavia sarjoja tai menetelmiä, jotka tarjoavat valmiita ratkaisuja standardimenetelmiin. Proteiinipuhdistus suoritetaan usein käyttämällä suodattimia ja valmistettuja geelisuodatuskolonneja.

Seuraa dialyysisarjan ohjeita ja lisää oikea määrä oikeaa liuosta ja odota määritelty aika, kun kerättiin eluentti (liuotin kuljettiin pylvään läpi) uudessa testissä putki.

Kromatografisia menetelmiä voidaan soveltaa käyttämällä penkkikolonneja tai automatisoituja HPLC-laitteita. Erottaminen HPLC: llä voidaan suorittaa käänteisfaasi-, ioninvaihto- tai koonpoissomenetelmillä ja näytteet havaitaan diodijärjestelmällä tai lasertekniikalla.

Aikaisemmin yleinen toinen vaihe proteiinin puhdistamiseksi raa'asta uutteesta oli saostamalla liuokseen, jolla on korkea osmoottinen vahvuus (ts. Suolaliuokset). Proteiinien saostus tehdään yleensä käyttämällä ammoniumsulfaattia suolana. Raakauutteen nukleiinihapot voidaan poistaa saostamalla aggregaatit, jotka on muodostettu streptomysiinisulfaatilla tai protamiinisulfaatilla.

Suolan saostuminen ei yleensä johda erittäin puhdistettuun proteiiniin, mutta voi auttaa eräiden ei-toivottujen proteiinien eliminoinnissa seoksessa ja näytteen konsentroinnilla. Sitten liuoksessa olevat suolat poistetaan dialyysillä huokoisen selluloosaletkun, suodatuksen tai geeliekskluusiokromatografian avulla.

Eri proteiinit saostuvat eri pitoisuuksina ammoniumsulfaattia. Yleensä korkeamman molekyylipainon proteiinit saostuvat pienemmissä pitoisuuksissa ammoniumsulfaattia.

Käänteisfaasikromatografia (RPC) erottaa proteiinit niiden suhteellisen hydrofobisuuden perusteella (ei-polaaristen molekyylien poissulkeminen vedestä). Tämä tekniikka on erittäin selektiivinen, mutta vaatii orgaanisten liuottimien käyttöä.

Jotkut proteiinit denaturoivat pysyvästi liuottimet ja menettävät toimivuuden RPC: n aikana. Siksi tätä menetelmää ei suositella kaikissa sovelluksissa, varsinkin jos kohdeproteiinin on välttämätöntä säilyttää aktiivisuus.

Ioninvaihtokromatografialla tarkoitetaan proteiinien erotusta varauksen perusteella. Pylväät voidaan joko valmistaa anioninvaihtoa tai kationinvaihtoa varten. Anioninvaihtopylväät sisältävät kiinteän faasin, jolla on positiivinen varaus, joka houkuttelee negatiivisesti varautuneita proteiineja.

Kationinvaihtopylväät ovat käänteisiä, negatiivisesti varautuneita helmiä, jotka houkuttelevat positiivisesti varautuneita proteiineja. Kohdeproteiinien / -proteiinien eluointi (uuttamalla yksi materiaali toisesta) tehdään muuttamalla pH: ta pylväästä, joka johtaa muutokseen tai neutralointiin kummankin varautuneet funktionaaliset ryhmät proteiinia.

Kokoekskluusiokromatografia (tunnetaan myös nimellä geelisuodatus) erottaa suuret proteiinit pienemmistä koska suuret molekyylit kulkevat nopeammin silloitetun polymeerin läpi kromatografiassa sarake. Suuret proteiinit eivät sovi polymeerin huokosiin, kun taas pienemmät proteiinit kulkevat ja vie kauemmin kromatografiapylvään läpi vähemmän suoran reitin kautta.

Eluaatti (eluoinnin tulos) kerätään sarjaan putkia, jotka erottavat proteiinit eluointiajan perusteella. Geelisuodatus on hyödyllinen työkalu proteiininäytteen väkevöimiseksi, koska kohdeproteiini kerätään pienemmällä eluutiotilavuudella kuin alun perin lisättiin pylvääseen. Samanlaisia ​​suodatustekniikoita voidaan käyttää suurten proteiinien tuotannossa niiden kustannustehokkuuden takia.

Affiniteettikromatografia on erittäin hyödyllinen tekniikka "kiillottamiseksi" tai proteiinin puhdistusprosessin loppuun saattamiseksi. Kromatografiakolonnin helmet silloitetaan ligandien kanssa, jotka sitoutuvat spesifisesti kohdeproteiiniin.

Sitten proteiini poistetaan pylväästä huuhtelemalla liuoksella, joka sisältää vapaita ligandeja. Tämä menetelmä antaa puhtaimmat tulokset ja korkeimman ominaisaktiivisuuden verrattuna muihin tekniikoihin.

SDS-PAGE (natriumdodekyylisulfaatti, jota käytetään polyakryyliamidigeelielektroforeesin kanssa) sitoutuu proteiineihin antaen niille suuren negatiivisen negatiivisen varauksen. Koska kaikkien proteiinien varaukset ovat melko yhtä suuret, tämä menetelmä erottaa ne lähes kokonaan koon perusteella.

SDS-PAGE: ta käytetään usein proteiinin puhtauden testaamiseen sarjan jokaisen vaiheen jälkeen. Koska ei-toivotut proteiinit poistetaan asteittain seoksesta, SDS-PAGE-geelissä näkyvien juovien lukumäärä vähenee, kunnes haluttua proteiinia edustaa vain yksi kaista.

Immunoblottaus on proteiinin visualisointitekniikka, jota käytetään yhdessä affiniteettikromatografian kanssa. Spesifisen proteiinin vasta-aineita käytetään ligandeina affiniteettikromatografiapylväässä.

Kohdeproteiini pidetään pylväässä, sitten poistetaan huuhtelemalla pylväs suolaliuoksella tai muilla aineilla. Radioaktiivisiin tai väriaineleimoihin kytketyt vasta-aineet auttavat kohdeproteiinin havaitsemisessa, kun se on erotettu muusta seoksesta.