Ao longo dos anos, as empresas farmacêuticas mudaram suas prioridades de intervenções tradicionais em direção a estratégias farmacológicas mais avançadas, como a terapêutica proteica. Vale a pena destacar que, apenas em 2023, quase 20 medicamentos à base de proteínas foram aprovados para o tratamento de inúmeras indicações de doenças, incluindo distúrbios oncológicos e metabólicos. Além disso, US $ 400 bilhões são as vendas previstas da terapêutica baseada em proteínas em 2023. A crescente popularidade dessa classe de medicamentos pode ser atribuída à sua alta especificidade, afinidade, interações mínimas de medicamentos, diversos perfis biológicos e químicos, valor farmacológico comprovado e perfis de segurança favoráveis. A crescente demanda por terapêutica proteica, como anticorpos monoclonais e vacinasestá impulsionando os avanços na tecnologia de expressão de proteínas para garantir uma produção eficiente e escalável.
A expressão proteica é uma tecnologia potente no campo da biologia sintética, utilizada para a produção de proteínas de alto rendimento, bem como enzimas e oligonucleotídeos (DNA / RNA). Na indústria da saúde, a tecnologia de expressão de proteínas é usada principalmente para a produção de biológicos terapêuticos e pequenas moléculas de alto valor. Além disso, outras indústrias, como agricultura, cosméticos, alimentos, ciências ambientais, pesquisa biomédica e indústria de síntese de enzimas, também estão se beneficiando do processo de expressão de proteínas.
Visão geral geral do processo de expressão de proteínas
A expressão de proteínas, também chamada de produção de proteínas, é um processo biotecnológico para produzir proteínas específicas para pesquisa ou uso comercial. Esse processo envolve inicialmente a transcrição do DNA para o RNA mensageiro (mRNA). O mRNA é então traduzido para formar proteínas funcionais. Os principais componentes da expressão de proteínas são um vetor (plasmídeo) contendo o gene de interesse, e uma célula hospedeira, por exemplo, célula de mamíferos ou procarióticos.
O processo de expressão de proteínas pode ser dividido nas etapas seguintes:
- Transcrição: A sequência de DNA de um gene é transcrita para o mRNA.
- Processamento de mRNA: O mRNA passa por splicing para remover íntrons e adicionar uma tampa de 5 ‘e uma cauda poli-a.
- Tradução: O mRNA processado é então traduzido por ribossomos para sintetizar uma cadeia polipeptídica.
- Modificações pós-traducionais: A cadeia polipeptídica sofre dobramento e modificações, incluindo fosforilação, glicosilação e clivagem, para se tornar uma proteína funcional.
Tecnologia / sistema de expressão de proteínas
A indústria farmacêutica usa diferentes tecnologia / sistema de expressão de proteínas, dependendo do tipo de tipo de proteína a ser expressa, rendimento desejado, modificações pós-traducionais e capital investidos. No entanto, o sistema de expressão utilizado deve ser biocompatível, não tóxico e capaz de suportar as tensões do processo de expressão de proteínas sem dificultar a qualidade do produto.
- Sistema de expressão de algas: Este sistema de expressão é usado em engenharia genética, produção de biocombustíveis, botânica. Oferece excelente controle experimental para nutracêuticos e biocombustíveis. No entanto, essa ainda é uma tecnologia nascente de expressão de proteínas e é relativamente menos desenvolvida do que outros sistemas hospedeiros.
- Sistema de expressão sem células: Esse sistema de expressão é usado expressando proteínas tóxicas, estudos proteômicos de alto rendimento, triagem de inibidores de tradução. Possui formato rápido e simples. Além disso, não é sustentável para produção em larga escala.
- Sistema de expressão de insetos: Esse sistema de expressão é usado em ensaios funcionais, análise estrutural, expressão de proteínas intracelulares e complexas e produção de vírus. Curiosamente, as células de insetos oferecem modificações pós -traducionais semelhantes às células de mamíferos. Além disso, as principais desvantagens desse sistema são mais longas de produção de produção e carecem de glicosilação parcial.
- Sistema de expressão de mamíferos: Este sistema de expressão é usado em ensaios funcionais, análise estrutural, expressão de proteínas complexas e produção de vírus. Vale ressaltar que as células hospedeiras de mamíferos oferecem mais alto nível de processamento de proteínas. Vale ressaltar que quase 85% dos biofarmacêuticos são produzidos usando culturas de células de mamíferos. No entanto, eles requerem condições de cultura mais exigentes.
- Sistema de expressão procariótica: Este sistema de expressão é usado em análise estrutural, geração de anticorpos e ensaios funcionais. As células procarióticas oferecem maior escalabilidade e eficiência. No entanto, requer otimização específica da proteína e geralmente resulta em solubilização de proteínas.
- Sistema de expressão de levedura: Este sistema de expressão é usado em análise estrutural, geração de anticorpos e ensaios funcionais. Possui várias vantagens, como custos de produção mais baixos, expressão rápida e requisitos simples de mídia. No entanto, nas células de levedura a fermentação é necessária para rendimentos muito altos.
Aplicações da tecnologia de expressão de proteínas na saúde
- A capacidade de expressar proteínas de boa qualidade possui com eficiência um espectro de aplicações em vários campos. A expressão de proteínas é usada na produção de:
- Proteínas humanas modificadas (inclui produtos de fusão de proteínas-proteínas e medicamentos para proteínas peguiladas)
- Anticorpos monoclonais utilizados no tratamento de vários distúrbios, incluindo distúrbios autoimunes, distúrbios oncológicos e doenças infecciosas.
- Hormônios (inclui insulina recombinante, eritropoietina e hormônios do crescimento)
- Terapias de reposição enzimática usadas no tratamento de distúrbios genéticos raros, como a doença de Gaucher.
- Produtos sanguíneos (inclui albumina, fatores de coagulação do sangue, fibrinolíticos e trombolíticos)
- Enzimas industriais usadas na produção de biocombustíveis, processamento de alimentos e gerenciamento de resíduos.
Além disso, a expressão de proteínas também é usada na biologia estrutural e na genômica funcional para investigar funções, interações e papéis de proteínas em diferentes vias biológicas.
Desafios com tecnologias de expressão de proteínas
Tendências recentes na indústria de expressão de proteínas
O campo da expressão de proteínas continua a evoluir, impulsionado pelos avanços na biotecnologia e pela crescente demanda por proteínas recombinantes. Algumas das principais tendências e perspectivas futuras incluem:
- Biologia sintética: A utilização de técnicas de biologia sintética para projetar e projetar sistemas de expressão aprimorados com maior rendimento e funcionalidade.
- CRISPR / CAS9: O uso de crispr/ cas9 Edição de genoma está sendo amplamente utilizado neste campo para desenvolver linhas de células hospedeiras personalizadas, fornecendo recursos aprimorados de produção de proteínas.
- Automação e triagem de alto rendimento: O desenvolvimento de técnicas automatizadas de alto rendimento para produção de proteínas em larga escala, permitindo o baixo custo e o tempo reduzido.
- Produção sustentável: Esforços crescentes para desenvolver sistemas de expressão mais sustentáveis e ambientalmente amigáveis. Um exemplo é o lançamento de Sistemas de expressão de proteínas à base de plantas.
- Sistemas de expressão livre de células: Os sistemas de livre expressão de células emergiram como uma alternativa promissora para o processo convencional de fabricação de proteínas baseadas em células. Estes são capazes de permitir a síntese de várias proteínas complexas, incluindo proteínas tóxicas, proteínas da membrana e outras proteínas pós -tradução modificadas.
- Biocombustíveis e biopolímeros: O aumento do uso da expressão de proteínas em aplicações industriais de biotecnologia para produzir biocombustíveis e biopolímeros.
- Integração multi-térmica: Combinando diferentes ômicas, a saber, genômica, proteômica epigenômica, transcriptômica e metabolômica para entender melhor a expressão de proteínas e seu impacto nas células doentes.
Comentários finais
A expressão proteica é um padrão -ouro na biotecnologia moderna para a produção de vasta gama de proteínas para fins terapêuticos, industriais e de pesquisa. A escolha do sistema de expressão e a experiência dos provedores de expressão de proteínas desempenham um papel crucial na produção de proteínas recombinantes de alta qualidade. A demanda por tecnologia / sistema de expressão de proteínas avançada e fácil de usar foi aumentada devido ao aumento das despesas de pesquisa e desenvolvimento no domínio proteico terapêutica.
Ao longo dos anos, a expressão de proteínas evoluiu para incorporar novos tipos de sistemas de expressão que oferecem várias vantagens sobre os sistemas de expressão convencionais. Essas novas categorias incluem sistemas de expressão de células de alto rendimento, sistemas de expressão sem células e sistemas de expressão baseados em plantas. Esses sistemas podem ser aplicados a uma ampla variedade de áreas de aplicação devido à sua natureza flexível. À medida que a indústria continua a evoluir, provavelmente haverá um foco contínuo em melhorar ainda mais a eficiência e reduzir os custos, abrindo caminho para tratamentos inovadores e aplicações biotecnológicas.
Para obter informações detalhadas sobre este domínio, consulte nosso relatório sobre Expressão de proteínas MarkeT, até 2035.
Biografia do autor
Akarshika Singh é analista de pesquisa de negócios e profissional de inteligência competitiva. Ela é altamente qualificada em gerar informações úteis a partir de conjuntos de dados não estruturados / estruturados. Como analista experiente da Roots Analysis, a Akarshika ajudou vários clientes em várias verticais do setor no domínio da saúde. Essas verticais incluem dispositivos / tecnologias médicas, serviços de saúde digital e várias indicações de medicamentos / doenças. Até o momento, ela contribuiu para mais de cinco projetos de pesquisa de mercado completos.