Оценка методов ренатурации для промышленного получения рекомбинантных белков из телец включения Escherichia coli в биологически активной форме

Abstract

Одной из широко применяемых стратегий для получения рекомбинантных белков в клетках Е. coli является их накопление при экспрессии в виде нерастворимых цитоплазматических агрега­тов — телец включения. Преимущество такого синтеза обусловлено высокими уровнями накоп­ления и чистоты целевого белка, а также возможностью проведения успешной ренатурации и получения активного продукта из нерастворимых агрегатов в условиях in vitro. Основная проблема, препятствующая индустриализации этого процесса, обусловлена отсутствием универ­сальных схем ренатурации, так как рефолдинг рекомбинантных белков является эмпирическим процессом и требует разработки уникальных протоколов для индивидуальных белков. Изучение основных путей агрегации, а также процессов фолдинга in vivo позволило разработать эффектив­ные подходы для рефолдинга многих рекомбинантных белков. В обзоре дана оценка некоторым современным методам ренатурации белков и описаны основные стратегии, которые могут быть использованы для промышленного получения белков из бактериальных телец включения. Кратко рассмотрены недавние достижения в области ренатурации рекомбинантных белков, содержащих дисульфидные связи (окислительный рефолдинг), а также причины, вызывающие агрегацию белков в процессе ренатурации in vitro, и подходы, применяемые для увеличения выхода правильно ренатурированного продукта.

One of the widely used strategies for the production of recombinant proteins in Escherichia coli cells is their accumulation as insoluble cytoplasmatic aggregates-inclusion bodies-during the expression. The advantage of such synthesis is determined by the high leves of accumulation and purity of the target protein as well as by the possibility to carry out successful renaturation and to obtain active product from insoluble aggregates under conditions in vitro. The main problem hindering industrialization of this process is caused by the absence of universal renaturation schemes, as refolding of the recombinant proteins is an empiric process and needs the development of unique protocols for individual proteins. Study on main aggregation modes and folding processes in vivo allowed developing effective approaches for the refolding of many recombinant proteins. The evaluation of some contemporary methods of protein refolding is given in the review. The main strategies, that can be used for the industrial obtaining of proteins from bacterial inclusion bodies, are discussed. Recent achievements in the area of refolding recombinant proteins that contain disulfide bonds (oxidative refolding) are briefly described. The reasons of protein aggregation in the process of in vitro renaturation as well as the approaches used for increasing yield of correctly refolded protein are analyzed.

Однією із стратегій, широко використовуваних для отриман­ня рекомбінантних білків у клітинах Е. coli, є їхнє накопичен­ня при експресії у вигляді нерозчинних цитоплазматичних агрегатів – тілець включення. Переваги такого синтезу обу­мовлені високими рівнями накопичення і чистоти цільового білка в тільцях включення, а також можливістю проведення успішної ренатурації білка in vitro. Основна проблема, яка перешкоджає індустріалізації цього процесу, обумовлена від­сутністю універсальних схем ренатурації, оскільки рефолдинг рекомбінантних білків залишається емпіричним процесом і потребує розробки унікальних протоколів для індивідуальних білків. Вивчення основних шляхів агрегації, а також особливо­ стей фолдингу in vivo дозволило розробити ефективні підходи для проведення рефолдингу багатьох рекомбінантних білків. В огляді оцінено деякі сучасні методи ренатурації та описано загальні стратегії, які можна застосовувати для промислово­го отримання білків із бактеріальних тілець включення. Сти­сло проаналізовано новітні досягнення, що стосуються рена­турації рекомбінантних білків, які містять дисульфідні зв'яз­ки (окислювальний рефолдинг), розглянуто причини, що викликають агрегацію білків під час ренатурації in vitro, а також підходи, які застосовують для підвищення виходу правильно ренатурованого продукту.