Die rekombinante Proteinproduktion ist die Expression von Proteinen, die durch rekombinante DNA-Techniken hergestellt wurden. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung dieser Stoffe in großen Mengen. Eine solche Massenproduktion wird sowohl für Laboruntersuchungen als auch für die industrielle Produktion durchgeführt.
Diese Technik wird häufig verwendet, um menschliches Wachstumshormon und Insulin herzustellen. Die Gewinnung von menschlichem Wachstumshormon durch rekombinante Proteinproduktion ist eine enorme Verbesserung gegenüber der Gewinnung von Leichen, da das Vorhandensein von Proteinen, die aus Leichen gewonnen wurden, gelegentlich zu einer Krankheitsübertragung führte. Die Herstellung von Insulin auf diese Weise ist auch vorteilhaft, da sie die Herstellung von Insulinvarianten ermöglicht hat, die unterschiedliche pharmakologische Wirkungen im Körper haben.
Proteine sind Ketten von Aminosäuren, die von der DNA kodiert werden. Die Gene, die für diese Proteine kodieren, werden in spezielle Vektoren oder DNA-Einheiten eingefügt. Es werden Vektoren ausgewählt, die große Mengen des gewünschten Proteins produzieren. Dies wird als Überexpression bezeichnet.
Die Überexpression erfolgt in speziellen Wirtszellen. Manchmal sind die Wirte Bakterien oder Hefen. In Fällen, in denen die Proteine von Säugetieren stammen, sind die Wirte häufig Insekten- oder Säugetierzelllinien. Eine große Anzahl von Kits ist kommerziell erhältlich, um sowohl die Klonierung des Gens als auch die anschließende rekombinante Proteinproduktion zu erleichtern.
Diese Kits haben spezielle Vektoren, die als Expressionsvektoren bezeichnet werden und einen speziellen Promotor haben, um große Mengen an Protein zu produzieren. Ein Promotor ist der Abschnitt der DNA, der die Produktion der darauf folgenden Gensequenz antreibt. Häufig sind diese Expressionsvektoren abschaltbar und induzierbar. Besonders bei bakteriellen Wirten kann die gleichzeitige Produktion von zu viel Protein toxisch sein und das Wachstum der Bakterien hemmen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Expression zu induzieren. In beiden werden die Bakterien bis zu einer bestimmten Dichte gezüchtet. Dann wird entweder eine Verbindung zur Induktion zugegeben oder die Temperatur wird auf eine Temperatur verschoben, bei der der Promotor aktiv ist.
Um die Reinigung der Proteine aus Bakterien zu erleichtern, wird die Klonierung oft so durchgeführt, dass sich auf dem Protein ein Tag befindet, der an eine Matrix bindet. Dies trennt das Protein von den Zelltrümmern. Zum Beispiel bindet ein Tag von Histidinmolekülen auf dem Protein an eine Nickelsäule. Sobald das Protein gebunden ist, wird das Tag abgespalten, wodurch reines Protein zurückbleibt, das dann von der Säule eluiert werden kann. Es kann Jahre dauern, ein Protein mit traditionellen Methoden zu reinigen.
Ein zusätzlicher zu berücksichtigender Faktor ist, ob das Protein nach seiner anfänglichen Produktion modifiziert werden muss. Dies ist häufig bei Säugetierproteinen der Fall. Bakterien modifizieren solche Proteine häufig nicht richtig, so dass eine Überexpression dieser fortgeschritteneren Proteine oft in Insekten- oder Säugerzellen durchgeführt wird. Eine Reihe von Biotechnologie-Unternehmen sind auf die Herstellung rekombinanter Proteine spezialisiert.