Rekombinante Proteinexpression ist die Herstellung eines Proteins, das von rekombinanter DNA abgeleitet ist. Es ist eine gängige Technik in der Molekularbiologie und bei der pharmazeutischen Herstellung von Hormonersatzprodukten. Die rekombinante DNA ist ein spezifischer Teil eines Gens, der entwickelt wurde, um ein einzelnes Produkt innerhalb einer Wirtszelle zu exprimieren, gesteuert durch spezielle chemische Faktoren, damit das richtige Protein in großen Mengen exprimiert wird. Viele Hormone und Enzyme, die historisch aus tierischen Quellen stammen, werden heute durch rekombinante Proteinexpression synthetisiert, dann aus Wirtszellen geerntet und raffiniert.
Um rekombinante Proteine zu exprimieren, müssen sorgfältig ausgewählte DNA-Sequenzen in das Genom eines Wirts eingeführt werden. Teile des genetischen Codes von einem Organismus zu entnehmen und in den Zellkern eines anderen zu platzieren, ist eine Form des Klonens. Dies geschieht durch die Insertion einer Sequenz rekombinanter DNA, die für das gewünschte Protein kodiert, in den Zellkern, der die Expression des Gens initiiert, indem es in RNA transkribiert wird. Rekombinante Proteine werden zusammengesetzt, wenn mRNA-Teile, die Informationen aus der DNA tragen, aus dem Zellkern zu den Ribosomen wandern und dort die Produktion eines Proteins nach einer bestimmten Matrize initiieren.
Wirtszellen produzieren unzureichende Mengen eines rekombinanten Proteins, es sei denn, die DNA wird mit geeigneten Vektoren eingeführt, so dass die richtige genetische Information in ausreichender Menge exprimiert wird. Proteinexpressionsfaktoren sind die molekularen Signale, die rekombinante DNA begleiten müssen, wenn sie in die Wirtszellen eingefügt wird, um sicherzustellen, dass das Zielprotein überexprimiert wird. Nur so kann die rekombinante Proteinexpression aus einer Substanz für die pharmazeutische oder Laboranwendung ausreichend werden.
Der ribosomale Proteinaufbau vervollständigt den Proteinexpressionsprozess nicht, da während der Ernte der Inhalt der Bakterien- oder Hefezellen mit dem Endprodukt vermischt wird. Exprimierte rekombinante Proteine müssen durch Abtrennung von den Stücken zerstörter Zellteile gereinigt werden. Manchmal markiert ein molekulares Tag das Protein, damit es an eine metallische oder andere Substanz binden und aus dem Abfall isoliert werden kann. Abhängig von Faktoren wie Proteingröße und Komplexität der Wirtszelle gibt es verschiedene Techniken.
Die Expression menschlicher rekombinanter Proteine hat umfangreiche kommerzielle und medizinische Anwendungen. Viele Hormone, Antikörper und Enzyme wurden früher aus tierischem oder Leichengewebe extrahiert, werden aber heute mit rekombinanter DNA-Technologie synthetisch hergestellt. Zwei besonders wichtige Beispiele sind menschliches Wachstumshormon und Insulin. Viele Hormonersatztherapien basieren auf synthetischen Proteinen, ebenso wie verschiedene Assays, die von Molekular- und Zellbiologen in ihren Labors verwendet werden. In vielen Fällen werden Bakterien als Wirtszellen für einfache Produkte verwendet, während eine komplexere rekombinante Proteinexpression, insbesondere von Genen aus Tieren, in Pilzen und Hefen erfolgen kann.