生物藥物研發(fā)應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)探討

宋鵬輝齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院

生物藥物研發(fā)應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)探討

宋鵬輝
齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院

蛋白質(zhì)工程技術(shù)，實(shí)質(zhì)上就是借助在重組DNA以及利用基因水平來設(shè)計(jì)分子的過程，在這個(gè)過程中更好地定向轉(zhuǎn)化以及定向突變自然界的蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA將轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)用在蛋白質(zhì)工程中。本文探析了生物藥物研發(fā)應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)。

生物藥物；研發(fā)應(yīng)用；蛋白質(zhì)工程技術(shù)

引言

當(dāng)前，我國(guó)的生命科學(xué)在快速發(fā)展發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、以及基因工程的過程中獲得了更多的進(jìn)步，蛋白質(zhì)工程技術(shù)在研發(fā)生物藥物的過程中得到了更加廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其在發(fā)展生命科學(xué)的過程中也發(fā)揮著十分重要的作用。另外，借助蛋白質(zhì)工程的DNA重組技術(shù)分子設(shè)計(jì)還能夠改造自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)、創(chuàng)造全新的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程技術(shù)好可以提供更多的設(shè)計(jì)方案來改造以及合成生物藥物，改善重組蛋白藥物的免疫原性、半衰期、生物利用度、穩(wěn)定性、活性。

1.定點(diǎn)突變技術(shù)

定點(diǎn)突變（site-directed mutagenesis）技術(shù)，實(shí)質(zhì)上就是在確定生物藥物的功能以及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)某一活性基團(tuán)進(jìn)行全新的有目的地改變，或者是在確定DNA序列中刪除、插入以及取代一定長(zhǎng)度的核苷酸片段，在突變基因的過程中可以更好地對(duì)生物大分子中的個(gè)別結(jié)構(gòu)氨基酸殘基進(jìn)行有目的的改變，這樣可以獲取比較新穎的含有新性狀生物藥物的方法，因此又被稱作是理性分子的設(shè)計(jì)［1］。在定點(diǎn)突變技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)該建立在已經(jīng)知道知生物藥物的編碼序列以及一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)突變位點(diǎn)進(jìn)行更好地設(shè)計(jì)可以按照蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行。相比與使用自然因素以及化學(xué)因素致使其突變的方法，定點(diǎn)突變技術(shù)更具有重復(fù)性好、簡(jiǎn)單易行、以及突變率高等優(yōu)點(diǎn)。另外，定點(diǎn)突變技術(shù)不但能夠?qū)μ囟ǖ暮塑账嵝蛄羞M(jìn)行改變，通同時(shí)還能夠更好地最大化地影響以及隨機(jī)突變一段核苷酸序列的生物性質(zhì)以及功能，這樣蛋白質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生一系列的顯著突變，從而更加容易發(fā)現(xiàn)基因改良以及高活性的生物藥物。

同時(shí)，在開發(fā)心血管藥物的過程中，納豆激酶具有十分重要的作用，因?yàn)槠渲饕峭ㄟ^納豆枯草生產(chǎn)的涵蓋著能夠溶解纖維蛋白活性的酶。在實(shí)際應(yīng)用納豆激酶時(shí)，其主要會(huì)表現(xiàn)出其非常差的穩(wěn)定性，而且還比較容易發(fā)生氧化反應(yīng)，更加容易出現(xiàn)定點(diǎn)突變，在序列中引入丙氨酸以及絲氨酸可以相應(yīng)地改善其周圍的蘇氨酸以及催化殘基的位點(diǎn)，可以更加容易表達(dá)在大腸桿菌上，還可以提高其具有的抗氧化能力［2］。另外，在借助催化抗體的過程中，還可以調(diào)節(jié)免疫蛋白的活性，以及利用突變技術(shù)可以很好地提高催化酶的活性，更加容易產(chǎn)生酶解反應(yīng)。

2.體外定向進(jìn)化技術(shù)

定點(diǎn)突變技術(shù)，只可以替換天然蛋白中所含有的少數(shù)氨基酸，高級(jí)蛋白的結(jié)構(gòu)基本可以一直維持原來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，所以改造蛋白功能就會(huì)受到非常多的限制。另外，當(dāng)前大多數(shù)蛋白功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)也往往不符合人類認(rèn)知蛋白質(zhì)新功能的實(shí)際要求。由此可知，當(dāng)前改造新興蛋白質(zhì)的策略之一就是體外分子定向進(jìn)化技術(shù)，并且體外定向進(jìn)化的蛋白質(zhì)工程藥物，又常常被稱作是分子進(jìn)化，實(shí)質(zhì)上就是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)際存在的自然進(jìn)化機(jī)制（自然選擇、重組以及隨機(jī)突變、）進(jìn)行模擬，利用DNA改組以及易錯(cuò)PCR等方法，可以隨機(jī)誘變編碼蛋白質(zhì)工程藥物的基因，還可以利用壓力選擇方法或者是高通量篩選對(duì)其具有的性能進(jìn)行定向篩選，這樣可以利用優(yōu)良的生物藥物或者是創(chuàng)造出性質(zhì)優(yōu)良的、自然界中不存在的新藥。相比定點(diǎn)突變，定向進(jìn)化不必要獲知生物藥物的功能以及結(jié)構(gòu)的信息，因此就常常被人作是非理性設(shè)計(jì)［3］。

3.tRNA介導(dǎo)蛋白質(zhì)工程技術(shù)

實(shí)質(zhì)上，tRNA介導(dǎo)蛋白質(zhì)工程技術(shù)定點(diǎn)非天然氨基酸替代法，主要是非天然氨基酸在人為設(shè)計(jì)的過程中會(huì)選擇性地?fù)诫s至蛋白質(zhì)中的技術(shù)。相比于定點(diǎn)突變技術(shù)，tRNA介導(dǎo)蛋白質(zhì)工程技術(shù)和其有著很多相似的地方，都可以對(duì)目的蛋白功能進(jìn)行可選擇性地定向改良，定向改良的主要操作步驟是:首先，借助化學(xué)氨?；确椒▉硎挂种菩偷膖RNA錯(cuò)?；种菩偷膖RNA就是指tRNA中具有UAG三聯(lián)體的反密碼子，這樣抑制型的tRNA就可以攜帶更多的非天然氨基酸，之后將該非天然氨基酸利用錯(cuò)?；膖RNA的反密碼子靶向引入目的蛋白的設(shè)定位點(diǎn)，再在體外細(xì)胞游離合成體內(nèi)細(xì)胞體系中以及系統(tǒng)中合成含該非天然氨基酸的蛋白質(zhì)。

4.結(jié)語

綜上所述，在我國(guó)不斷快速發(fā)展生命科學(xué)以及信息技術(shù)的過程中，在研發(fā)新藥的同時(shí)生物藥物發(fā)揮著十分重要的作用，在整個(gè)藥物研發(fā)的過程中具有十分重要的意義。研究生物藥物的相關(guān)人員在利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)時(shí)，能夠在蛋白質(zhì)分子剪裁以及設(shè)計(jì)的時(shí)候就更加得心應(yīng)手，這樣就能夠研發(fā)出來的全新蛋白質(zhì)藥物就會(huì)擁有更多的新功能以及新結(jié)構(gòu)。在不斷深入研究、發(fā)展以及應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的同時(shí)，也能夠更加快速地發(fā)展以及創(chuàng)新自然界中不存在的生物藥物。

［1］吳梧桐，王友同，吳文俊，等.生物技術(shù)藥物的研究開發(fā)新進(jìn)展［C］.全國(guó)工業(yè)生化學(xué)術(shù)會(huì)議.2014，12（22）:264-265.

［2］茹炳根.蛋白質(zhì)工程及其在生物制藥中的應(yīng)用前景［C］.全國(guó)生化藥物及藥用動(dòng)植物資源開發(fā)研究會(huì)議.2013，115（11）：102-103.

［3］張新國(guó)，陳文潔，曾艷龍，等.蛋白質(zhì)工程技術(shù)及其在生物藥物研發(fā)中的應(yīng)用［J］.藥學(xué)進(jìn)展，2014，213（06）：254-256.

宋鵬輝（1992-），男，河南郟縣人，現(xiàn)就讀于齊魯理工學(xué)院2013級(jí)生物工程專業(yè)。