Ved at slukke for udtrykket af en række gener samtidigt, har forskere formået at øge proteinproduktionen i gær betydeligt. Denne metode kan føre til optimeret produktion af industrielle enzymer og proteiner til medicinsk brug.
Forskere har udpeget ni gener, som – hvis de dæmpes – kan forbedre proteinproduktionen i gærceller med en faktor 2,2.
"Metoden kan udvides til andre gærtyper og endda benyttes i nogle svampe og pattedyrs-cellefabrikker. Alle virksomheder, der arbejder med avanceret proteinproduktion, kan bruge disse resultater," siger postdoc Guokun Wang fra The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved DTU, som er hovedforfatter på en ny artikel om resultaterne. For eksempel kan metoden være interessant for firmaer som Novozymes og Dyadic, der arbejder med protein- og enzymproduktion.
Omfattende bibliotek førte til ni målgener
Forskerne analyserede ca. 243.000 gærceller, som alle havde forskellige kombinationer af ’tavse’ gener. For at se virkningen af forskellige tavse gener målte forskerne på udskillelsen af proteinet alfa-amylase, som er en god indikator for forbedret produktion af efterspurgte proteiner.
"Metoden kan udvides til andre gærtyper og endda benyttes i nogle svampe og pattedyrs-cellefabrikker. Alle virksomheder, der arbejder med avanceret proteinproduktion, kan bruge disse resultater"
postdoc Guokun Wang fra The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved DTU
Ved hjælp af omfattende screening af små dråber med en enkelt celle fanget indeni, lykkedes det forskerne at udvælge ni gener, der – når de blev dæmpet – forbedrede produktionen af efterspurgte proteiner, også kaldet rekombinante proteiner.
"Alle disse gener kan påvirke den rekombinante proteinproduktion, når de nedreguleres. Denne viden er virkelig vigtig, når man forsøger at bygge optimerede gærcellefabrikker til produktion af industrielle enzymer eller biofarmaceutiske proteiner," siger Guokun Wang.
De ni gener er bl.a. involveret i cellens stofskiftefunktioner (metabolisme), cellecyklus samt protein-modifikation og -nedbrydning.
RNAi er et kraftfuldt værktøj
Forskerne skabte den optimerede gærstamme ved at finde flere gener, der kan slukkes med RNA-interferens (RNAi) og på den måde føre til større produktion af vigtige proteiner og enzymer.
Celler anvender såkaldt mRNA som en budbringer til at oversætte den genetiske kode til proteiner. Ved at sende stykker af syntetisk RNA ind i cellen, som klæber til mRNA’et, bliver budbringeren nedbrudt. Denne metode kaldes RNA-interferens og resulterer i, at færre stykker mRNA bliver oversat. Dermed sænkes udtrykket af genet.
Et nedreguleret udtryk af nogle gener kan føre til højere udtryk af andre gener i cellen – f.eks. kostbare industrielle enzymer. RNA-interferens er et kraftfuldt værktøj til effektiv screening, da det er en billig og hurtig metode.
Forskningen er udført af forskere fra The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Chalmers Teknologiske Universitet og KTH Royal Institute of Technology og er udgivet i tidsskriftet PNAS.
Kilde: Wang G. et al. (2019) RNAi expression tuning, microfluidic screening, and genome recombineering for improved protein production in Saccharomyces cerevisiae. PNAS. doi: 10.1073/pnas.1820561116