Rekombinantes menschliches Protein ist menschliches Protein, das aus geklonter DNA hergestellt wird. Dies ermöglicht es einem Wissenschaftler, große Mengen davon auszudrücken. Eine solche Überexpression ist für die moderne Medizin von großem Nutzen und ermöglicht die Herstellung von Arzneimitteln auf Humanproteinbasis, die keine andere Quelle haben. Sie hat auch zu großen Fortschritten im Verständnis der Funktion und Biologie menschlicher Proteine geführt.
Ein Beispiel für ein rekombinantes menschliches Protein, das keine andere Quelle hat, ist das Anti-Anämie-Medikament Erythropoietin. Dieses Hormon steuert die Produktion von roten Blutkörperchen. Es wird verwendet, um Anämie aus verschiedenen Quellen zu behandeln, einschließlich chronischer Nierenerkrankungen und Krebs. Erythropoietin wird auch von Sportlern als leistungssteigerndes Medikament verwendet.
Andere Proteine können natürlich isoliert werden, aber es ist viel einfacher, große Mengen durch Proteinexpression aus klonierter DNA zu erhalten. Ein Beispiel ist das menschliche Wachstumshormon, das derzeit durch rekombinante Techniken zur therapeutischen Verwendung gewonnen wird. Die traditionelle Methode der Isolierung von Leichen führte manchmal zur Übertragung von Krankheiten. Insulin ist ein weiteres Medikament, das als rekombinantes menschliches Protein verwendet wird. Der größte Teil des von den Patienten verwendeten Insulins wird auf diese Weise gewonnen.
Die Proteinproduktion aus klonierten Genen ist möglich, da die Gene in Expressionsvektoren kloniert werden können. Dies sind spezialisierte DNA-Einheiten, die durch die Verwendung spezialisierter Promotoren große Mengen an Protein produzieren sollen. Diese Promotoren steuern die Produktion der klonierten Gensequenz. Kundenspezifische Kits sind für die Proteinklonierung und -expression erhältlich.
Für die Produktion eines rekombinanten menschlichen Proteins sind spezialisierte Wirtszellen erforderlich. Dies können Bakterien- oder Hefezellen sein. Einige Proteine erfordern spezielle Modifikationen, wie die Einführung von Zuckern, und werden in fortgeschritteneren Zelllinien wie Säugetier- oder Insektenzelllinien exprimiert.
Bei Bakterienzellen befinden sich die Proteine im Inneren der Zellen, was eine Extraktion und Proteinreinigung erfordert, um sie von den bakteriellen Proteinen zu trennen. Dies wird durch spezielle Techniken erleichtert, die Teil des Klonierungsprozesses sind. Beispielsweise können spezialisierte Bindungsstellen kloniert werden, die es dem Protein ermöglichen, an eine Matrix zu binden und leicht eluiert zu werden. Dies kann Jahre bei der Entwicklung von Proteinreinigungsmethoden ersparen. Rekombinante humane Proteine, die in Säugerzelllinien exprimiert werden, werden häufig in die Medien sezerniert, was ihre Isolierung und Reinigung erleichtert.
Wenn die Gene für die Proteine als Klone verfügbar sind, kann ein Wissenschaftler maßgeschneiderte Proteine herstellen und sie so verändern, dass sie die gewünschten Eigenschaften haben. Zum Beispiel wurde einiges rekombinantes Insulin genetisch so verändert, dass es unterschiedliche Wirkungen auf den Körper hat. Die Fähigkeit, diese Proteine zu verändern, ist in der biologischen Forschung sehr nützlich.
Die Möglichkeit, ein rekombinantes menschliches Protein zu exprimieren, hat die biomedizinische Forschung revolutioniert. Wenn ein Wissenschaftler ein Gen geklont hat, kann er es mit einer riesigen Datenbank bekannter Gensequenzen vergleichen. Wenn das Gen eine Sequenz hat, die einer Sequenz eines Gens bekannter Funktion sehr ähnlich ist, kann er oder sie die Funktion dieses Gens vorhersagen. Dieses Wissen legt nahe, welche Experimente mit dem Produkt des Gens durchgeführt werden sollten, das häufig ein Protein ist. Manchmal gibt es keine Homologie zu anderen Gensequenzen und der Wissenschaftler hat keine Ahnung von der Funktion des Gens.
Die Expression des Produkts des Gens ermöglicht es einem Wissenschaftler, die Funktion des Gens unter Verwendung biochemischer Techniken zu testen. Dies kann es ihm oder ihr ermöglichen, die Funktion des Gens zu identifizieren. Außerdem kann er mit der direkt aus dem Gen produzierten Boten-RNA (mRNA) experimentieren und feststellen, unter welchen Bedingungen und in welchen Geweben das Gen exprimiert wird. Dieses Wissen hilft, die Funktion des Gens einzugrenzen und herauszufinden, ob es für ein Protein kodiert.
Wenn ein Wissenschaftler die Funktion eines Proteins kennt, kann die Überexpression große Mengen des Proteins liefern, um seine biochemischen Eigenschaften zu untersuchen. Er oder sie kann gezielt Mutationen vornehmen und sehen, welche Auswirkungen diese auf die Eigenschaften des Proteins haben. Ein weiterer Grund, große Mengen an Protein zu gewinnen, besteht darin, das Protein zu kristallisieren und seine dreidimensionale Struktur zu studieren. Proteinbiochemie kann in jedem System schwierig durchzuführen sein, aber mit menschlichen Proteinen war dies vor dem Aufkommen rekombinanter menschlicher Proteine besonders schwierig.