CHO細胞表達系統(tǒng)與畢赤酵母表達系統(tǒng)是當發(fā)展景看好的兩個表達系統(tǒng),為了能夠更加直觀地對兩個表達系統(tǒng)有定的認識,特意在此篇中對兩個表達系統(tǒng)作定的比較,從而能夠更進步的對兩個表達系統(tǒng)有更深的了解
、CHO細胞表達系統(tǒng)
1、優(yōu)點
CHO細胞屬于成纖維細胞,既可以貼壁生長。也可以懸浮生長。目常用的CHO細胞包括原始CHO和二氫葉酸還原酶雙倍體基因缺失型(DHFR-)突變株CHO。
近年來,為降低生產成本和減少血制品帶來的潛在危害性,動物細胞生產開始使用無血清培養(yǎng)基(SFM),但SFM往往導致細胞活力差,貼壁性差,分泌外源
蛋白的能力差等缺點。
另有研究者嘗 試將類胰島素生長因子IGF基因和轉鐵蛋白基因轉入CHO細胞獲得能自身分泌必需蛋白的“超CHO”,無需在培養(yǎng)基中轉鐵蛋白和胰島素,細胞可在SFM中生長良好。與其他表達系統(tǒng)相比,CHO表達系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點:
(1)具有準確的轉錄后修飾功能,表達的蛋白在分子結構、理化特性和生物學功能方面接近于天然蛋白分子;
(2)既可貼壁生長,又可以懸浮培養(yǎng),且有較高的耐受剪切力和滲透壓能力;
(3)具有重組基因的高效擴增和表達能力,外源蛋白的整合穩(wěn)定;
(4)具有產物胞外分泌功能,并且很少分泌自身的內源蛋白,便于下游產物分離純化;
(5)能以懸浮培養(yǎng)方式或在無血清培養(yǎng)基中達到高密度培養(yǎng)。且培養(yǎng)體積能達到1000L以上,可以大規(guī)模生產。
2、存在的問題
在過去的幾十年里,人類對動物細胞的培養(yǎng)技術進行了大量的研究開發(fā),取得了很大進展,但是利用CHO細胞表達外源基因的技術水平尚不能滿足生物藥品的開發(fā)和生產的要求,目上游工作中主要存在以下問題:
(1)構建的重組CHO細胞生產效率低,產物濃度亦低;
(2)某些糖基化表達產物不穩(wěn)定,不易純化;
(3)重組CHO細胞上游構建與下游分離純化脫節(jié),主要表現(xiàn)在上游構建時著重考慮它的高效表達,而對高教表達的產物是否能有效地提取出來,即分離純化過程考慮較少;
(4)重組細胞培養(yǎng)費用昂貴,自動化水平低下。
二、畢赤酵母細胞表達系統(tǒng)
1、特點
自1987年Gregg等次在畢赤酵母中表達乙型肝炎表面抗原(HBsAg)到,已有四十多種外源蛋白在畢赤酵母宿主菌中獲得表達。而近幾年每年報道的在畢赤酵母中表達的外源基因就有幾十種,且年比年多,與其它表達系統(tǒng)相比,畢赤酵母表達系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:
(1)含有特有的強有力的AOX(醇氧化酶基因)啟動子,用甲醇可嚴格地調控外源基因的表達;
(2)表達水平高,即可在胞內表達,又可分泌型表達。畢赤酵母中,報道的高表達量為破傷風毒素C為12g/l,般大于1g/l。絕大多數(shù)外源基因比在細菌、釀酒酵母、動物細胞中表達水平高。般畢赤酵母中外源基因都帶有指導分泌的信號肽序列,使表達的外源目的蛋白分泌到發(fā)酵液中,有利于分離純化;
(3)發(fā)酵工藝成熟,易放大。已經有大規(guī)模工業(yè)化高密度生產的發(fā)酵工藝,且細胞干重達100g/l以上,表達重組蛋白時,已成功放大到10000升;
(4)培養(yǎng)成本低,產物易分離。畢赤酵母所用發(fā)酵培養(yǎng)基十分廉價,般碳源為甘油或葡萄糖及甲醇,其余為無機鹽,培養(yǎng)基中不含蛋白,有利于下游產品分離純化;而釀酒酵母所用誘導物般為價格較高的半乳糖;
(5)外源蛋白基因遺傳穩(wěn)定。般外源蛋白基因整合到畢赤酵母染色體上,隨染色體復制而復制,不易丟失;
(6)作為真核表達系統(tǒng),畢赤酵母具有真核生物的亞細胞結構,具有糖基化、脂肪酰化、蛋白磷酸化等翻譯后修飾加工功能。
2、存在的問題
盡管甲醇營養(yǎng)型酵母表達系統(tǒng)被認為是具發(fā)展景的真核表達系統(tǒng),許多表達產物已用于臨床治療及預防,但它并不是萬-能的表達系統(tǒng),作為種新的表達系統(tǒng),和其它表達系統(tǒng)樣,巴氏系統(tǒng)也并非盡如人意,同樣有其局限性,仍然存在這樣或那樣的缺陷或不足。如分泌產物的不均性,包括聚合體的存在,發(fā)酵周期較長,易污染,且長時間的發(fā)酵不利于外源蛋白的表達;利用易燃的甲醇做原料,表達產物的衛(wèi)生安全性需要考慮;篩選藥物價格昂貴也給生產應用帶來局限;低表達或不表達的例子也在增多。信號肽加工不完全,修飾功能欠完善以及內部降解等現(xiàn)象,給外源蛋白的純化和工業(yè)化帶來了困難。而且,與安全可靠、背景清楚的釀酒酵母相比,巴氏系統(tǒng)還有其它缺點:(1)分子生物學的研究基礎差,要對其進行遺傳學改造困難較大。(2)不是種食品微生物,發(fā)酵時又要添加甲醇, 所以,要用它來生產藥品或食品還沒有被廣泛接受。(3)發(fā)酵雖然能達到很高的密度,但是發(fā)酵周期般較長。
其中重要的個缺陷就是分泌表達的蛋白在培養(yǎng)基中被自身分泌的蛋白酶降解,由于甲醇酵母多采用高密度發(fā)酵,蛋白酶也會隨著細胞密度的增高而增高。