Proteine leichter herstellen

HZI-Forscher haben eine Methode zur Herstellung komplexer Proteine entscheidend verbessert

29.03.2016

Insektenzellen

HZI/BleckmannInsektenzellen, die das Protein SplitGFP (grün) produzieren.

Proteine sind an allen lebenswichtigen Prozessen im Körper beteiligt. Auch bei Infektionen übernehmen sie eine ganze Reihe entscheidender Funktionen, sowohl beim Eindringen der Erreger, als auch bei ihrer Bekämpfung. Um Proteine genau zu erforschen und gezielt für therapeutische Zwecke zu nutzen, benötigt man sie in großen Mengen und in reiner Form. Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig ist es nun gelungen, eine der gängigen Methoden für die Herstellung von Proteinen zu verbessern. Das auf Insektenzellen basierte Baculovirus Expression Vektor System (BEVS) ist nun leichter und schneller zu produzieren. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher jetzt in einer Reihe von Studien.

Um Proteine gezielt herzustellen und mit bestimmten Funktionen auszustatten, erzeugt man sie heutzutage künstlich. Für die Produktion dieser sogenannten rekombinanten Proteine nutzen Wissenschaftler gentechnisch veränderte Mikroorganismen oder Zellkulturen. „Eines der Systeme, dass wir für die Herstellung nutzten, ist das BEV-System, das auf einem Baculovirus in Kombination mit Insektenzellen beruht“, sagt Dr. Joop van den Heuvel,  Leiter der Arbeitsgruppe „Rekombinante Proteinexpression“ am HZI. „Dieses Verfahren führt zwar zu hohen Ausbeuten, allerdings wird bei der Produktion leider die Qualität des Proteins verringert, und es ist sehr zeit- und arbeitsaufwändig“.

Van den Heuvel und seinen Kollegen ist es nun gelungen, die Methode so zu verbessern, dass sie schneller und besser funktioniert. Der entscheidende Schritt dabei war es, schneller zu erkennen, welche Proteine es weiterzuentwickeln gilt. „Zeitaufwändig an BEVS ist, dass man viele unterschiedliche Konstrukte testen muss, um herauszufiltern, wie Proteine erfolgreich produziert werden“, sagt Maren Bleckmann, Doktorandin in der Arbeitsgruppe „Rekombinante Proteinexpression“. „Wir haben diesen Schritt nun verbessert, indem wir ein neues System eingeführt haben. Dieses ermöglicht es, die erfolgreiche Synthese der Proteine, nach denen wir suchen, farblich zu markieren.“ So lässt sich schneller bestimmen, bei welchen Proteinen sich eine Weiterentwicklung lohnt.

Damit ist den Wissenschaftlern ein erster Schritt gelungen, um die immer höheren Anforderungen an die Produktion rekombinanter Proteine in Insektenzellen deutlich zu verbessern. Diese werden vorwiegend für die Kristallisation und für die Impfstoffproduktion verwendet. „Impfstoffe aus Insektenzellen wirken effizienter als die herkömmlichen Impfstoffe aus Hühnereiern. Durch die Verbesserung der Methode ist es also langfristig möglich, effizientere Impfstoffe schneller und besser herzustellen“, sagt Bleckmann.

 

Originalpublikationen:

“Identification of essential genetic baculoviral elements for recombinant protein expression by transactivation in Sf21 insect cells” Maren Bleckmann*, Margitta Schürig*, Fang-Fang Chen, Zen-Zen Yen, Nils Lindemann, Steffen Meyer, Johannes Spehr, Joop van den Heuvel (*authors contributed equally to this work); PLOS ONE; PMID: 26934632, DOI: 10.1371/journal.pone.0149424

“Fast plasmid based protein expression analysis in insect cells using an automated SplitGFP screen”; Maren Bleckmann, Stefan Schmelz, Christian Schinkowski, Andrea Scrima, Joop van den Heuvel; Biotechnology and Bioengineering; PMID: 26913471, DOI: 10.1002/bit.25956

“Genomic analysis and isolation of RNA polymerase II dependent promoters from Spodoptera frugiperda”; Maren Bleckmann, Markus H.-Y. Fritz, Sabin Bhuju, Michael Jarek, Margitta Schürig, Robert Geffers, Vladimir Benes, Hüseyin Besir, Joop van den Heuvel; PLOS ONE; PMID: 26263512, DOI: 10.1371/journal.pone.0132898, 2015.