charakteristika E. coli kvasinky hmyzí buňky savčí buňky buněčný růst rapidní (30min) rapidní (90min) pomalý (18-24h) pomalý (24 h)



Podobné dokumenty
Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Expresní systémy a klonovací strategie

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

Molekulární biotechnologie č.12. Využití poznatků molekulární biotechnologie. Transgenní rostliny.

Zdrojem je mrna. mrna. zpětná transkriptáza. jednořetězcová DNA. DNA polymeráza. cdna

Molekulární biotechnologie č.8. Produkce heterologního proteinu v eukaryontních buňkách

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

Rekombinantní protilátky, bakteriofágy, aptamery a peptidové scaffoldy pro analytické a terapeutické účely Luděk Eyer

Exprese rekombinantních proteinů

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

Geneticky modifikované organismy

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

BAKTERIÁLNÍ GENETIKA. Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

Molekulární biotechnologie č.9. Cílená mutageneze a proteinové inženýrství

Příprava vektoru IZOLACE PLASMIDU ALKALICKÁ LYZE, KOLONKOVÁ IZOLACE DNA GELOVÁ ELEKTROFORÉZA RESTRIKČNÍ ŠTĚPENÍ. E. coli. lyze buňky.

Mendelova genetika v příkladech. Transgenoze rostlin. Ing. Petra VESELÁ, Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie LDF MENDELU Brno

Nové přístupy v modifikaci funkce genů: CRISPR/Cas9 systém

Bakteriální transpozony

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

BAKTERIÁLNÍ REZISTENCE

Molekulární biotechnologie. Nový obor, který vznikl koncem 70. let 20. století (č.1)

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

1. Metodika. Protokol č. F1-4 Metodika: Srovnávací analýza efektivity přípravy rekombinantního proteinu ve fermentoru

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Specifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Nové směry v rostlinných biotechnologiích

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

doc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D.

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

Izolace nukleových kyselin

Genetika bakterií. KBI/MIKP Mgr. Zbyněk Houdek

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Obsah přednášky. 1) Exprese v Escherichia coli 2) Exprese v Saccharomyces cerevisiae 3) Exprese v Pichia pastoris 4) Exprese v hmyzích buňkách

Transgeneze u ptáků: očekávání vs. realita

Výskyt MHC molekul. RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. ajor istocompatibility omplex. Funkce MHC glykoproteinů

Antigeny. Hlavní histokompatibilitní komplex a prezentace antigenu

Bílkoviny a rostlinná buňka

ZÁKLADY BAKTERIÁLNÍ GENETIKY

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Protinádorová imunita. Jiří Jelínek

Replikace, transkripce a translace

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Nativní a rekombinantní Ag

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

The cell biology of rabies virus: using stealth to reach the brain

Interakce proteinu p53 s genomovou DNA v kontextu chromatinu glioblastoma buněk

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Proč nemáme vakcínu proti HIV-1?

Vakcíny z nádorových buněk

Autor prezentace: Doc. Mgr. Petr Galuszka, Ph.D.

Exprese genetické informace

Kontrola genové exprese

Speciace neboli vznik druhů. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Molekulární biotechnologie č.10c. Využití poznatků molekulární biotechnologie. Využití škrobu, cukrů a celulózy.

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

REKOMBINACE Přestavby DNA

- na rozhraní mezi živou a neživou přírodou- živé jsou tehdy, když napadnou živou buňku a parazitují v ní nitrobuněční parazité

AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny

Úvod do mikrobiologie

Okruhy otázek ke zkoušce

Implementace laboratorní medicíny do systému vzdělávání na Univerzitě Palackého v Olomouci. reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

SKANÁ imunita. VROZENÁ imunita. kladní znalosti z biochemie, stavby membrán n a fyziologie krve. Prezentace navazuje na základnz

MUTAGENEZE in vitro. postupy kterými se mění primární struktura DNA, především za účelem fenotypové změny

IMUNOGENETIKA I. Imunologie. nauka o obraných schopnostech organismu. imunitní systém heterogenní populace buněk lymfatické tkáně lymfatické orgány

Tematické okruhy k SZZ v bakalářském studijním oboru Zdravotní laborant bakalářského studijního programu B5345 Specializace ve zdravotnictví

1. Definice a historie oboru molekulární medicína. 3. Základní laboratorní techniky v molekulární medicíně

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Genové knihovny a analýza genomu

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/ B.Mieslerová (KB PřF UP v Olomouci)

Kyselina hyaluronová. Kyselina hyaluronová. Streptococcus equi subsp. produkovaná kyselina hyaluronová a. Autor prezentace: Mgr.

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Funkce imunitního systému

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Imunochemické metody. na principu vazby antigenu a protilátky

Petr Müller Masarykův onkologický ústav. Genová terapie

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Školení GMO Ústav biochemie a mikrobiologie

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA

MUTAGENEZE INDUKOVANÁ TRANSPOZONY (TRANSPOZONOVÁ MUTAGENEZE)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Metody používané v MB. analýza proteinů, nukleových kyselin

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

Metody používané v MB. analýza proteinů, nukleových kyselin

analýza dat a interpretace výsledků

inženýrstv enýrství KBC/BAM - Pokročil

Co lze u rostlin manipulovat

PRAKTIKUM č.2. ÚKIA, LF MU, Mgr. Olga TICHÁ

Transkript:

Expresní systémy živé systémy využívající rekombinantních DNA technologií pro produkci bioorganických látek (především proteinů) Heterologní expresní systémy Bakteriální Kvasinkové Hmyzí buňky Savčí buňky Transgenní rostliny 1

charakteristika E. coli kvasinky hmyzí buňky savčí buňky buněčný růst rapidní (30min) rapidní (90min) pomalý (18-24h) pomalý (24 h) požadavky na růstové medium minimální minimální komplexní medium komplexní medium cena růstového media nízká nízká vysoká vysoká množství exprimovaného proteinu extracelulární exprese velké malé až velké malé až velké sekrece do inkluzních tělísek sekrece do media posttranslační modifikace sekrece do media malé nebo střední sekrece do media skládání proteinů obvykle nutné dodatečné složení v některých případech nutné dodatečné složení řádně složené proteiny řádně složené proteiny N-glykosylace - vysoký obsah manosy jednoduché, bez sialové kyseliny komplexní O-glykosylace - + + + fosforylace - + + + acetylace - + + + acylace - + + + γ-karboxylace - - - + Bakteriální expresní systémy Escherichia coli + rychlá produkce + nejvýkonnější (až 0.5 g na 1 litr kultury) + levné a jednoduché na manipulaci - chybí posttranslační č íú úprava proteinů ů (neaktivní produkty eukaryotních genů) - přirozeně neprobíhá sekrece do média - preferují jiný genetický kód než vyšší eukaryota 2

rekombinatní genetická informace je vklonována do vhodného expresního plasmidu, nedochází k integraci do genomu TA klonování TA TOPO klonování rekombinační klonování místně specifický rekombinatní systém bakteriofága lambda att attb x attp attl x attr ( x znamená rekombinaci). vzájemná rekombinace mezi nimi probíhá podle daných pravidel obě rekombinace jsou katalyzovány proteiny kódované jak αdna tak bakteriální. selekce antibiotikum a gen ccdb mezi rekombinantními místy, protein ccdb inhibuje bakteriální DNA gyrasu a způsobuje smrt buněk nesoucí prázdný vektor 3

LR reakce se účastní integrasa a ekscionasa (αdna) a IHF (integration host factor) z bakterie BP reakce se účastní IHF a integrasa rekombinační klonování Invitrogen dodává všechny typy vektorů kompatibilních pro rekombinantní klonování Reakce trvá 1 hodinu při laboratorní teplotě zachovávání čtecích rámců (ORF), žádné složité plánování 4

PG1 N-terminal 6xHis tag umožňuje velice účinnou purifikaci proteinu pomocí metal-chelatační chromatografie popř. detekci pomocí Anti-HisG protilátky EK rozpoznávací sekvence pro specifickou enterokinasu, odštěpuje His-tag T7 promoter přesná exprese heterogenního proteinu Ribosome binding site TOPO klonovací místo pro PCR produkt Xpress epitop (Asp-Leu-Tyr-Asp-Asp-Asp-Asp- Lys) umožňuje detekci fúzního proteinu pomocí Anti-Xpress protilátky T7 transcription termination region silný terminační systém T7 bacteriofága gen pro rezistenci k ampicilinu umožňuje selekci plasmidu v E. coli puc origin zajišťuje vysokou replikaci plasmidu a růst E. coli C-terminal V5 epitope tag umožňuje detekci fúzního proteinu pomocí Anti-V5 protilátky exprimovaný protein signální peptid exprimovaný protein reverse primertag V5 epitop his tag ATGforward primer detekce izolace his tag x-press signální peptid exprimovaný protein reverse primertag izolace detekce forward primer 5

Snímek 9 PG1 T7 bakteriofág, nejsilnější známy promotor, T7 RNA polymerasa je v baktérii pod IPTG inducibilním promotorem galuszka; 11/03/2007

PG2 usnadnění izolace rekombinantního proteinu koncové značky nejpoužívanější N a C-terminální značky (tagy): His-tag pro metal chelatační chromatografii (Ni) FLAG epitope - tag DYKDDDDK (Sigma; specifická protilátka) CBP - calmodulin binding peptide (26 AK) CBD -cellulose binding domain TRANSFORMACE baktérii a kvasinek přímý přenos genetické informace z okolí do organismu buňka schopná přijmout DNA (plasmid) se nazývá KOMPETENTNÍ přirozeně kompetentní jsou některé kmeny Bacillus subtilis, Hemorheae influenze atd. všechny ostatní se mohou transformovat po uvedení do kompetentního stavu dvěma způsoby: A) ELEKTROPORACE B) CHEMICKÁ METODA buňky se pořádně promyjí dih 2 O smíchají s plasmidovou DNA rozpuštěnou také v dih 2 O a vloží do elektroporátoru buňky se ošetří roztokem rubidné a vápenaté soli, které způsobují větší permeabilitu membrány DNA se smísí s těmito buňkami a provede se tzv. HEAT SHOCK (45 sec. 42 C) EFEKTIVITA NÁROČNOST 6

Snímek 11 PG2 FLAG hydrofilní epitop rozpoznatelný specifickou protilátkou celulosa váže aromatické residua AK galuszka; 11/03/2007

Který kmen E.coli zvolit? tona mutace chrání bakterii před napadením T1 a T5 fágem, chrání tak vaše klony lacz.m15 částečná delece wild-typového lacz genu, po vložení plasmidu dochází k tzv.α- komplementaci potřebné pro blue/white screening na miskách s X-gal enda1 deficience endonukleasy I zaručuje kvalitní izolaci plasmidové DNA laciq produkuje lacz represor negativně regulující transkripci z lacz promotoru; zrušení přídavkem IPTG mcra, mcrbc, a mrr mutace v těchto genech zaručuje možnost klonování i methylované genomové DNA reca1 zabraňuje rekombinaci mezi plasmidovou a bakteriální DNA F episom je potřebný pro produkci ssdna kóduje protein tvořící tzv pilus na vnější membráně E.coli regulace exprese pod T7 promotorem exprese naklonovaného genu je kontrolována velice silným promotorem z bakteriofága T7, který původně řídí expresi genu 10 pro obalový protein pro expresi je nutno dodat d do hostitelským buněk T7 RNA polymerasu a to buď infekcí bakteriofágem, nebo její indukovanou expresi. v sytému pcr T7 TOPO TA Expression je exprese T7 RNA polymerasy indukována lacz promotorem pomocí IPTG a tento systém je uložen v genomu hostitelských buněk 7

kmeny E.coli vhodné pro expresi - BL21(DE3) nebo BL21(DE3)LysS před indukci IPTG probíhá bazální exprese T7 RNA polymerasy, pokud je exprimovaný produkt toxický pro bakterii, nedojde k selekci, selektují se pouze mutované klony, které neprodukují rekombinantní protein kmen E.coli BL21(DE3) nese v genomu T7 RNA polymerasový gen pod lacz promotorem, tento konstrukt je vložen do genu pro integrasu, jehož inaktivaci se zabrání lyzi, vyštěpení fágové částice v nepřítomnosti pomocného fága. Přirozený lac represor, jehož gen je taktéž vložený genomu bakterie, brání expresi bez přítomnosti induktoru (IPTG) někdy ovšem i přesto dochází k bazální expresi T7 RNA polymerasy a pokud je pod T7 promoter vložen gen produkující toxický produkt pro E.coli může docházet k redukci růstu, smrti baktérie či nestabilitě plasmidu. Kmen BL21(DE3)LysS navíc obsahuje T7 lysozym (produkovaný genem LysS), uložený na speciálním vektoru s nízkou expresí a nezávislou selekci na chloramfenikol. T7 lysozym je schopen se vázat na T7 RNA polymerasu a inhibovat bazální transkripci, exprese indukovaná IPTG je daleko silnější a T7 RNA polymerasa se dostane z této inhibice T7 lysozym je bifunkční enzym, který má navíc vlastní lytickou funkci, naštěpuje bakteriální peptidoglykanovou stěnu a usnadňuje tak následnou izolaci exprimovaného proteinu. 8

Jaké geny lze v E.coli exprimovat? většinu z prokaryotických organismů eukaryotní geny jejichž produkty nepodléhají posttranslačním modifikacím většina cytosolárních proteinů (není glykosylovaná) geny kódované chloroplastovou nebo mitochondriální DNA (podobný genetický kód, evoluční příbuznost) všechny geny jejichž produkty nepotřebujeme v aktivní formě odchylky v genetickém kódu? snižují výtěžek heterologní exprese výjimky: jiná preference: kodón pro arginin (6 různých): CGU CGA CGG CGC AGA AGG E. coli Arabidopsis th. H. sapiens AGA 2.2% AGA 18.9% AGA 11.9% AGG 1.6% AGG 11.0% AGG 12.1% 9

mutace místně cílená (site-directed mutagenesis) Stratagene gen, či sekvenci kterou budeme chtít mutovat, je třeba naklonovat do vhodného vektoru navržení dvou komplementárních primerů, vmístě kde chceme mutovat, nesoucí tuto mutaci M G A L L W L původní sekvence 5 ATG GGA GCT CTA TTA ACC TTA 3 forward primer 3 TAC CCT CGA GAT AAT TCG AAT 5 reverse primer 5 ATG GGA GCT CTA TTA AGC TTA 3 M G A L L S L PCR s těmito primery na templátový plasmid as Pfu polymerasou (se samoopravnou funkcí) vytváří se nové cirkulární DNA nesoucí mutaci, jsou k sobě komplementární adrží u sebe, mají přerušení v místě konce primerů (tzv. nick) ošetření restrikční endonukleasou DpnI (štěpí pouze methylovanou DNA, tedy templátový plasmid) transformace do bakterie a namnožení mutovaného plasmidu stabilizace exprimovaného proteinu 2004 SUMO peptide Small Ubiquitin like MOdifier ochrana před proteolýzou zvyšování rozpustnosti proteinu zvyšuje množství exprimovaného proteinu Sumo proteasa 10

testování exprese - optimalizace po transformaci expresního plasmidu do vhodných buněk se namnoží prvotní kultura, selektuje se na vhodném antibiotiku (1.den) prvotní kultura se pak vhodně naředí čistým médiem na OD 600 0.3 0.5 (2.den) indukuje se exprese přídavekem IPTG (0.1-1.0 mm) do kultury (2.den) kultura se inkubuje na třepačce (aerace) při 18-37 37 C (2.-5. den) a odebírají se vzorky ve kterých se detekuje exprimovaný protein. teplota: 25-18 C pomalýrůst, pomalá exprese, protein je vylučován do cytosolu 37 C - intenzivní růst, mohutná exprese, pokud je ale protein toxický pro bakterii (většina) je ukládán do tzv. INCLUSION BODIES mikrotělíska zůstávající v bakteriální cytoplasmě ztížená izolace!!! E.coli nikdy nesekretuje protein do média! izolace proteinu z bakteriální kultury: pokud je protein ukládán do inkluzních tělisek, rozbití buněk tepelným šokem, případně sonifikací nebo lysozymem pokud je ukládán do inkluzních tělísek, oddělení nerozpustné frakce a denaturace 9M močovinou nebo guanidium chloridem poté je nutno protein renaturovat - SLOŽITÉ!!!! marker IB 1M imidazol 0.5mM 200mM 100mM wash II wash I IB bakt.extrakt t 11

exprese proteinů ve velkém měřítku: FERMENTORY regulace: teplota ph obsah kyslíku (případně jiných plynů) přesné dávkování problémy a nedostatky exprese v E.coli problém příčina řešení buňky umírají, nedaří toxický produkt, vysoká slabší promotor, kontrola se selekce bazální exprese bazální exprese, snížení teploty kultivace nerozpustný produkt (ukládá se do inkluzních tělísek) neaktivní protein žádný protein redukce disulfidických můstků v redukčním prostředí cytoplasmy redukce v cytoplasmě afinitní značka ovlivňuje aktivitu preference jiného genetického kódu transport do periplasmy snížení teploty snížení exprese fúze s hydrofilní značkou změna typu a polohy značky zvýšení osmotického tlaku média (1M sorbitol) dodání raritních trna silnější promotor zvýšení počtu kopií plasmidů 12

Bacillus subtilis alternativní prokaryotické expresní systémy gram pozitivní půdní bakterie není lidský ýp patogen má vyvinutý sekreční systém neprodukuje žádné endotoxiny (rek. proteiny se dají využít v medicíně) Bacillus subtilis alternativní prokaryotické expresní systémy laboratorní a průmyslově využívané kmeny B.subtilis mají tyto mutace: delece genu produkujícího tenzidy (sfrc) delece genu produkujícího červený pigment delece genu pro exogenní proteasy 13

Bacillus subtilis alternativní prokaryotické expresní systémy Bacillus subtilis je přirozeně kompetentní (má systém přenášející DNA přes buněčnou membránu do buňky) integrace do genomu pomocí homologní rekombinace amye gen kóduje neesenciální alfa-amylasuamylasu 14

PG1 Bacillus subtilis alternativní prokaryotické expresní systémy využití pro průmyslovou produkci proteas (prací prášky) a amylas (sladovnictví) a hlavně průmyslově nejdůležitější zdroj kyseliny hyaluronové (polysacharid) operon genů pro syntézu hyaluronové kyseliny z rodu Streptococcus vklonován do genomu Bacillus 15

Snímek 29 PG1 HK dříve se vyráběla z kohoutku kohoutu Petr Galuszka; 12/03/2007

PG3 silný sekreční mechanismus, žádné kontaminující proteiny Streptomyces lividans - půdní bakterie Caulobacter crescentus - vodní baktérie Staphylococcus carnosus - nepatogenní produkce proteinů se zabudovanými radioisotopy 13 Anabaena sp. - sinice 13 C, 15 15 N a deuteriem využití rekombinantních bakterií v potravinářství Biotech chymosin enzym používaný pro srážení mléka v sýr kvasinkový gen transformovaný do bakterie biotechnologie nahrazuje chymosin izolovaný z poražených telat Source: Rent Mother Nature bst (bovine somatotropin) hormon zvyšující u krav produkci mléka gen z genomu krávy naklonován do baktérie přidává se do krmiva v kravínech dříve se používal hormon pracně izolovaný z hypofýzy poražených krav 16

Snímek 31 PG3 aktinomycety Vláknité a rozvětvené bakterie či houby s velmi jemným miceliem (podhoubím), statisíce - miliony/g půdy, velmi dobré proti vysychání. Nejhojnější z nich Streptomycetes, které jsou zodpovědné za zvláštní vůni půdy bohaté na humus. Vysoká celulolytická a amonifikační aktivita, 60% těchto bakterií vykazuje silný antagonismus vůči ostatním bakteriím a houbám vyskytujícím se v jejich blízkosti, působí proti nim vylučováním toxických látek - antibiotik, zvláště streptomycinu, použití i v humánní medicíně galuszka; 12/03/2007

využití rekombinantních bakterií v potravinářství využití rekombinantních bakterií ve farmacii 2002 250 miliónů lidí využívalo léčiv a vakcín produkovaných mikroorganismy lidský inzul ulín (Humulin ) inzulín polypeptid (51 ak) inzulín pro léčbu diabetiků byl extrahován z pankreasu prasat a krav prasečí inzulín se liší pouze dvěmi ak někteří diabetici však produkovali protilátky proti živočišnému insulinu lidský inzulín se začal syntetizovat uměle (drahé) 1982 poprvé připraven pomocí rdna technologie od devadesátých let se produkuje ve velkém a levně lidský insulin pomocí transgenních E.coli nebo kvasinek (např. Humulin ) 17

využití rekombinantních bakterií ve farmacii lidský růstový hormon (HGH GH) produkovaný hypofýzou je důležitý regulátor vývoje člověka děti s vrozenou deficienci genu pro HGH trpí dwarfismem (zakrslostí) pravidelné injekce toho hormonu mohou obnovit normální růst živočišný GH je pro léčbu značně neúčinný HGH se také izoloval z hypofýz lidských mrtvol byl zaznamenán zvýšeny výskyt Creutzfeldt-Jakobsovy choroby (kopurifikace prionu) velice drahé a velká spotřeba mrtvol (např. na izolaci 5 mg hormonu je třeba půl milionů jehněčích mozku) od devadesátých let produkován pomocí rekombinantních bakterií litr bakteriální kultury vyprodukuje 5 mg GH za 15 hodin PG4 exprese v rostlinách rostlinné buněčné linie se pro produkci látek nepoužívají BY-2 tobacco cells odvozené z dřeně Nicotiana tabacum cv. Bright Yellow-2 v Japonsku (1974) rychle rostou (12 hod.), netvoří kalusy snadno absorbují různé sloučeniny studium metabolismu snadná synchronizace studium buněčného cyklu snadná transformace Agrobacteriem 18

Snímek 36 PG4 rostlinné bunky v suspenzi často vytvařejí kalusy, buněčná stěna produkuji spoustu sekundarních metabolismu mohou produkovat terapeuticky využitelné sekundarni metabolismy galuszka; 13/03/2007

PG5 TAXOL Hellwig S. et al.. Plant cell cultures for the production of recombinant proteins. Nature Biotechnology 22(11), 2004, 1415-1424. 1424. 19

Snímek 38 PG5 Taxol z jehlic tisu cytostatikum jedina komerčně vyráběna látka přes plant cell cultures galuszka; 13/03/2007

molekulární farmářství rostlinné jedlé vakcíny jako transgeny se používají oslabené toxiny původců mnohých chorob stimulace mukózního imunitního systému v epitelu trávícího traktu (účinná imunizace) velice levné a efektivní značné uplatnění v rozvojových zemích, pojídáním čerstvých plodů se získá imunita vůči nemocem, které v těchto zemích způsobují milióny úmrtí. vše ve formě testů v rostlinách tabáku a bramboru zatím úspěšné zubní kaz protein spaa ze Streptococcus mutans hepatitida B povrchový antigen HBsAg viru cholera termolabilní enterotoxin B z Vibrio cholerae 1 g brambor vyrobí 30µg tohoto toxinu brambory se uvaří a toxin denaturuje testy na myši prokázaly vysokou účinnost a neškodnost 1997 poprvé testováno na člověku hlavní snaha vědců je produkce těchto vakcín v plodinách rozšířených ve třetím světě jako je banánovník molekulární farmářství v rostlinách připravené živočišné protilátky nebo části protilátek v rostlinách lze produkovat i monoklonální protilátky protilátky jsou vylučovány do mezibuněčného prostoru mohou sloužit přímo v rostlině (jako ochrana proti patogenům) nebo mohou být extrahovány a použity v diagnostice či medicíně plantibodies výrazně se sníží náklady a čas na tvorbu protilátek (hybridomové buňky) 20

molekulární farmářství plantibodies hlavní problém rozdíly v N-glykosylaci proteinů (protilátek) u živočichů a rostlin plantibodies mají jinak glykosylovanou strukturu a po aplikaci do zvířete vyvolávají nechtěnou imunitní odpověď řešení: společně s geny pro Ab je do rostliny vnesen gen pro lidskou β-1,4- galaktosyltransferasu rostlina pak produkovala polidštěné protilátky jako transgen stačí vložit pouze malou variabilní oblast tzv. Fv domény z lehkého a těžkého řetězce spojenou krátkým peptidem scfv single chain variable fragment non-hodgkinský lymfom rakovina lymfatických uzlin (B-lymfocytů) nádorové buňky produkují specifické protilátky (zachycené na svém povrchu, liší se od zdravých) tabák infikován TMV s vloženou části genu pro scfv myši tabák produkuje scfv nádorových buněk 21

tabák produkuje funkční antigen, který po aplikaci myši produkuje protilátky proti nádorovým buňkám imunitní odpověď nevznikla na mezidruhovou odlišnost produkt rostliny odlišná glykosylace, špatně ustřižený signální peptid 80% myší přežilo antigen vytvořen během 6 týdnů velice jednoduchá izolace RYCHLE A LEVNĚ léčba (vakcína) dělaná pacientovi přímo na míru PG6 v současné době klinicky testované plantibodies antigen rostlina typ rekomb. Protilátky aplikace povrchový antigen Streptokoka Herpes simplex virus sperma non-hodginský lymfom virus vztekliny CEA - cancer embryonic antigen tabák sója, rýže kukuřice tabák tabák tabák, rýže, pšenice, rajče sekreční IgA CaroRx IgG IgG scfv IgG scfv, diabodies, chimerické protilátky terapeutická povrchová aplikace terapeutická povrchová aplikace antikoncepce ve formě gelu personalizovaná vakcína terapeutická intravenosně terapeutická diagnostická Stoger et al., Recent progress in plantibody technology, Curr. Pharm Design 11, 2005 22

Snímek 44 PG6 What is CEA? CEA stands for carcinoembryonic antigen. CEA is a type of protein molecule that can be found in many different cells of the body, but is typically associated with certain tumors and the developing fetus. The word "carcinoembryonic" reflects the fact that CEA is produced by some cancers ("carcino-") and by the developing fetus ("-embryonic"). How is CEA measured? CEA is most frequently tested in blood. It can also be tested in body fluids and in biopsy tissue. What is the normal range for CEA blood levels? The normal range for CEA in an adult non-smoker is <2.5 ng/ml and for a smoker <5.0 ng/ml. How is the CEA test used? The best use of CEA is as a tumor marker, especially for cancers of the gastrointestinal tract. When the CEA level is abnormally high before surgery or other treatment, it is expected to fall to normal following successful surgery to remove all of the cancer. A rising CEA level indicates progression or recurrence of the cancer. In addition, levels >20 ng/ml before therapy are associated with cancer which has already spread (metastatic disease). What conditions can cause an elevated CEA? Both benign and malignant (harmless and cancerous) conditions can increase the CEA level. The most frequent cancer which causes an increased CEA is cancer of the colon and rectum. Others include cancers of the pancreas, stomach, breast, lung, and certain types of thyroid and ovarian cancer. Benign conditions which can elevate CEA include smoking, infections, inflammatory bowel disease, pancreatitis, cirrhosis of the liver, and some benign tumors in the same organs in which an elevated CEA indicates cancer. Chemotherapy and radiation therapy can cause a temporary rise in CEA due to the death of tumor cells and release of CEA into the blood stream. Benign disease does not usually cause an increase above 10 ng/ml. What are the limitations of CEA testing? CEA is not an effective screening test for hidden (occult) cancer since early tumors do not cause significant blood elevations. Also, many tumors never cause an abnormal blood level, even in advanced disease. Because there is variability between results obtained between laboratories, the same laboratory should do repeat testing when monitoring a patient with cancer. galuszka; 14/03/2007

molekulární farmářství některé bakterie jsou schopny uchovávat uhlík aenergii ve formě osmoticky inertních polymerů (polyester k. hydroxymaselné PHB) tyto jsou pak v přírodě rychle degradovatelné biodegradovatelné plasty tři geny z baktérií byly vloženy do rostlin Arabidopsis 3-ketotiolasa NADH-dep. acetoacetyl-coa CoA-reduktasa PHB-polymerasa syntéza PHB navazuje na syntézu mastných kyselin, jejíž část probíhá v chloroplastech l h pokud byly tyto geny vloženy do jaderného genomu pod 35S promotorem docházelo k nadměrné produkci polyhydroxybutyrátu v listech (PHB tvořil 0.14% sušiny) pokud byly produkty transgenů cíleny pomocí signálních peptidů do chloroplastů zvýšila se produkce až 100x 23

molekulární farmářství biodegradovatelné plasty Arabidopsis i slouží jako modelová rostlina předpokládá se že, tento model bude přenesen do nějaké rostliny, která produkuje velké hlízy nebo semena a není konzumována ani člověkem ani zvířaty (skočec Ricinus communis) transgenní řepka p vyprodukuje až 10 g PHB na rostlinu fa MONSANTO zatím tento projekt pozastavila, jelikož to stále ještě není ekonomicky výhodné (výroba plastů z fosilních zdrojů je daleko levnější) další využívané transgeny bezkofeinová káva 7-metylxantin N-metyltransferasa a theobromin N-metyltransferasa JAPONSKO 2003 exprese genů ů inhibována metodou RNAi druh Cofea canephora transformován Agrobaktériem transformované rostliny stejné jako wild type Cofea canephora se pěstuje na Madagaskaru a má 2x větší obsah kofeinu než nejrozšířenější Cofea arabica v mladých listech: theobromin 30-80% kofein 50-70% 24

YEAST TWO HYBRID SYSTEM HYBRIDNÍ EXPRESNÍ KNIHOVNY systém pro studium interakce protein -protein, bait vektor (návnada) obsahuje gen pro protein, který studujeme a fish (prey) vektor (obsahuje danou cdna expresní knihovnu) PRO STUDIUM PROTEIN-PROTEIN naklonovaná cdna INTERAKCÍ význam pro studium knihovna regulačních a signálních drah z libovolného euk.organismu konstitutivní promotor kvasinkový chromozom oddělení molekulární biologie katedry biochemie, PřF UP různé expresní vektory s HIS-tagy na C a N konci pro expresi v E.coli různé expresní kmeny E.coli expresní vektory s HIS-tagy na C a N konci odvozené ze systému ppicz a pgapz (Invitrogen) pro expresi v Pichia pastoris expresní vektory pro expresi v Saccharomyces cerevisiae replikační i pro integraci expresní kmeny kvasinek Pichia pastoris a Saccharomyces cerevisiae různé vektory pro transformaci jednoděložných i dvouděložných rostlin 25