Генная инженерия и белковая инженерия ферментов

Технология рекомбинантных ДНК позволила проводить переме­щение генов, ответственных за синтез полезного фермента, из одного организма в другой, т. е., когда фермент проявляет свойства, важные для промышленного использования, соответствующий ген можно кло­нировать в более подходящем микроорганизме-«хозяине» (см. рис. 4.2) и затем провести промышленную ферментацию. Таким методом стано­вится возможным производить промышленные ферменты очень высо­кого качества и чистоты.

Недавний пример этой технологии - получение моющего фермен­та липолазы, улучшающий удаление жирных пятен на тканях. Фермент был вначале обнаружен при росте плесени Humicola languinosa в коли­честве, не соответствующем для промышленного производства. Далее, фрагмент ДНК (ген), кодирующий фермент, был клонирован в продук­ты роста плесени Aspergillus oryzae и начал производиться на промыш­ленном уровне. Фермент оказался эффективным при различных мою­щих условиях, а также очень устойчивым при разных температурах и pH.

Белковая инженерия или «молекулярная хирургия» использова­лась для изменения свойств молекул ферментов. Белковая инженерия ферментов включает создание трехмерной графической модели очи­щенного фермента, полученного методом рентгено-структурного анали­за. Можно считать, что изменения в структуре фермента, приводящие к большей стабильности при изменении, например, pH и температуры, сделаны с помощью замен участков гена, кодирующего фермент, на мо­лекулярном уровне.

Имеются два главных подхода для изменения функции фермен­тов. Первый - мутагенез клонированного продукта: аминокислотные остатки в определенном положении в структуре фермента можно заме­нить другими подходящими закодированными аминокислотными остатками. Измененный ген далее трансформируется в подходящий ор­ганизм «хозяина», и производится мутантный фермент. Этот процесс известен как «мутагенез направленного участка». Второй используемый метод включает выделение природного фермента и модификацию его структуры химическими или ферментными методами, иногда этот ме­тод называется химической мутацией. Недавний успешный пример бел­ковой инженерии - модификация фермента фосфолипазы, который был изменен для того, чтобы он мог работать при более высоких концентра­циях кислоты. Этот фермент широко используется как эмульгатор в пищевой промышленности.

Рост микроорганизма, имеющего полезный фермент

Очистка фермента

Определение частичной аминокислотной последовательности

Идентификация клонированных кДНК

Трансформация промышленного клона в клетках "хозяина"

Aspergillus oryzae ▼

Промышленное производство фермента

Рис. 4.2. Метод клонирования ферментов

Из вышесказанного следует, что генная и белковая инженерии бу­дут иметь огромное влияние на производство ферментов в многих фор­мах. Генная инженерия будет обеспечивать лучшие экономические по­казатели продуктивности ферментов, производство ферментов редких микроорганизмов и т. д.

Date: 2015-09-24; view: 965; Нарушение авторских прав