A biotechnológia csodáival kapcsolatban nem vagyok túl tájékozott. Hol alulbecsülöm azokat, hol pedig túl sokat gondolok róluk. Manapság egy gén beszerkesztése egy élőlénybe nem tűnik nagy feladatnak, egyeseket a hallgatóink is simán véghez visznek a megfelelő oktató felügyelete mellett. Ha már lehet géneket berakni ide-oda, akkor bizony rávehetőek lennének élőlények, hogy olyan dolgokat állítsanak elő, amit normális körülmények között nem.
Például a QS-21-et, amit adjuvánsként adnak bizonyos oltásokhoz (pl. malária ellenihez, övsömör ellenihez és a Novavax SARS-CoV2 ellenihez). A probléma az, hogy ezt a molekulát jelenleg csak a Chilében élő szappankéregfa (Quillaja saponaria) kérgéből lehet kivonni. A kivonás megsemmisíti a kérget (nem tesz jót a fának). Nem is beszélve arról, hogy csak kifejlődött fák (30–50 éves fák) termelik, szóval nem könnyű hozzájutni. A kémia szintézise lehetséges, de 76 lépésből áll és iszonyat kicsi a kitermelése. Nem éri meg.
A megoldás, hogy termelje valami egysejtű, aminek adunk cukrot, abból majdnem minden előállítható és a végén valahogy tisztítjuk a dolgot. Tisztítani a kéregkivonatot is kell, és mivel bőven vannak benne érdekes molekulák, ez nem egy egyszerű folyamat. No de a QS-21 egy növényi másodlagos anyagcseretermék (a másodlagos anyagcsereterméket azért vannak, hogy bántani lehessen velük a biológushallgatókat, mármint a képleteikkel, az anyagokkal – többek között – mindenféle a fát zabálni szándékozó élőlényt lehet bántani), és egyetlen ismert egysejtű sem állítja elő.
Rakjuk bele a szükséges géneket élesztőbe!
A molekula középpontjában egy triterpén van (fekete rész). Az előállításához szükséges 2,3 oxidoszkvalént az élesztő is elő tudja állítani. Ezt követően viszont újabb enzimek kellenek, amelyek már nem találhatóak meg az élesztőben. Bele kell szerkeszteni azokat. A β-amirin szintázt például egy fátyolvirágból (régen Saponaria vaccaria most Gypsophila vaccaria) nyerték. Többet kipróbáltak és ez volt a leghatékonyabb. Ezen lépést követően kell még hat oxidáció, amit citokróm oxidázok végzik. Mindet be kell helyezni.
A sejt sokkal több, mint enzimek halmaza egy vizes zsákban
No és itt jön az, amitől ez az egész nem csak annyi, hogy géneket rakosgatunk egy szervezetbe aztán had’ szóljon. Arról nem írok részletesen, hogy a géneket szabályozni kell: mikor és mennyire kapcsoljanak be. Ezt a megfelelő helyre való beillesztéssel elérhető. Viszont egy eukarióta sejten belül az sem mindegy, hogy hol lesz az az enzim. Mindenféle sejtszervecskék és belső membránokkal tagolt belső terek vannak egy eukarióta sejtben. Pont az az előnye egy összetettebb élőlénynek, hogy a sok egymással párhuzamosan folyó reakciót el lehet különíteni. És itt az oxidázoknak egy helyen, lehetőleg egymáshoz közel kéne működniük. Ehhez egyrészt úgy kellett a fehérjék végét módosítani, hogy mindegyik az endoplazmatikus retikulumba (imádjuk az ilyen kimondhatatlan szavakat) ágyazódjon, másrészt egymáshoz közel legyenek. Ez utóbbihoz egy újabb fehérjére volt szükség (membrán szteroid-kötő fehérje, MSBP), ami az oxidázok számára állványként szolgál és így egy helyen lesznek. Ez a kitermelést is növeli.
Cukrokkal a vízoldahatóságért
A β-armirin egy hidrofób molekula, azaz vízben nem igazán oldódik. A vízoldékonyság eléréséhez cukrokat kell aggatni rá (kék és zöld részek a molekulán). Viszont ezen cukrokból csak a D-galaktóz megfelelő formája található meg az élesztőben, tehát másik 6 cukorféleség előállítását kell megoldani az élesztőben alapból nem létező enzimekkel. És persze a cukrokat a megfelelő helyre kell aggatni a molekulán. Ezen funkciókat zömében a szappankéregfa enzimeivel oldották meg, de egyes esetekben Arabidopsis thaliana (lúdfű) enzimeket alkalmaztak. Az lúdfű egy modellorganizmus, azt is mondhatnánk, hogy genetikai és biokémiai értelemben A NÖVÉNY, amiről a legtöbbet tudunk.
Még egy kis díszítés és készen vagyunk
A molekula legvégén levő arabinóz előállítása a szappankéregfában a Golgi apparátusban (egy másik sejtszervecske) történik. De élesztőben ehhez mozgatni kéne a molekulát a Golgiba (a fa kérgében levő sejtekben is, de ott erre megvannak a megfelelő fehérjék), így inkább Arabidopsis thaliana (lúdfű) enzimét használták, ami nem kötött sejtszervecskéhez. Ezzel kész a QS-21 molekula.
Végül 38 enzimet kellett bepakolni, amely 6 fajból jött. Nem lehetett mindent a növényből átrakni
| Enzim | Faj | Bioszintézis |
|---|---|---|
| β-amyrin synthase | Saponaria vaccaria | Terpén |
| NADPH-cytochrome P450 reductase | Arabidopsis thaliana | |
| C28 oxidase (CYP716A224) | Quillaja saponaria | |
| C23 oxidase (CYP714E52) | Quillaja saponaria | |
| cytochrome b5 reductase | Quillaja saponaria | |
| C16 oxidase (CYP716A297) | Quillaja saponaria | |
| Membrane steroid binding protein | Saponaria vaccaria | Cukrok előállítása és felrakása (glikoziláció) |
| UDP-glucose dehydrogenase | Arabidopsis thaliana | |
| C3-UDP-glucuronic acid transferase | Quillaja saponaria | |
| C3-UDP-galactose transferase (UGT73CU3) | Quillaja saponaria | |
| UDP-xylose synthase 3 | Arabidopsis thaliana | |
| C3-UDP-xylose transferase (UGT73CX1) | Quillaja saponaria | |
| C3-UDP-rhamnose transferase (UGT73CX2) | Quillaja saponaria | |
| UDP-glucose 4,6 dehydratase | Saponaria vaccaria | |
| Short chain dehydrogenase/reductase | Quillaja saponaria | |
| Trifunctional UDP-glucose 4,6-dehydratase/UDP-4 keto-6-deoxy-D-glucose 3,5-epimerase/UDP-4 keto-L-rhamnose reductase 2 | Arabidopsis thaliana | |
| C28-UDP-rhamnose transferase (UGT91AR1) | Quillaja saponaria | |
| C28-UDP-xylose transferase-3 (UGT91AQ1) | Quillaja saponaria | |
| C28-UDP-xylose transferase-4 (UGT73CY3) | Quillaja saponaria | |
| UDP-D-apiose/UDP-D xylose synthase 1 | Arabidopsis thaliana | |
| C28-UDP-xylose transferase-4 (UGT73CY2) | Quillaja saponaria | |
| Short-chain fatty acid CoA ligase | Quillaja saponaria | Acil rész |
| Chalcone-synthase like enzymes | Quillaja saponaria | |
| Keto reductases | Quillaja saponaria | |
| Acyl transferase 1 | Quillaja saponaria | |
| Acyl transferase 2 | Quillaja saponaria | |
| Bifunctional UDP-D glucose/UDP-D-galactose 4-epimerase 1 | Arabidopsis thaliana | |
| Keto reductases | Quillaja saponaria | |
| Reversibly glycosylated polypeptide 1 | Arabidopsis thaliana | |
| UDP-arabinofuranose transferase (UGT73CZ2) | Quillaja saponaria | |
| 4’-Phospho-pantetheinyl transferase | Aspergillus nidulans | |
| Lovastatin biosynthesis cluster protein F | Aspergillus terreus | |
| Thioesterase domain from 6-Deoxy erythronolide Synthase | Saccharopolyspora erythraea |
Ez az eredmény még inkább amolyan „proof of concept” azaz megmutatja, hogy az élesztővel való termelés lehetséges. A kitermelés 0.0012% a sejt szárazanyagtartalmára vetítve. A fánál ez magasabb (0.0032%) viszont az élesztő ezt napok alatt hozza. Azaz a termelés sokkal gyorsabb (körülbelül ezerszer).
A kinyerésre és tisztításra még nincs fejlesztett eljárás, de az már egy újabb biotechnológiai kérdés.
A biotechnológiát van, amikor van értelme alkalmazni és van, amikor nincs. Ebben az esetben van. Mert sok növényt kell elpusztítani, hogy egy apró részét a növénynek használjuk. Nem úgy a mesterséges húsnál, aminek nincs értelme. A disznó, marha, kecske és juh nevű ősi találmányok nagyon jól tudják a növényi táplálékot hússá alakítani és végül az egész élőlény fel tudjuk használni.
Hivatkozott irodalom
Liu, Y., Zhao, X., Gan, F. et al. Complete biosynthesis of QS-21 in engineered yeast. Nature 629, 937–944 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07345-9
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése