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酵素の発現と生産

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Creative Enzymesは、さまざまなシステムにおける天然および組換え酵素の発現と生産のためのカスタムサービスを提供しています。酵素学と分子生物学の理解が進むにつれて、酵素はほぼすべての生物学的経路においてますます重要であることがわかっています。この時点で、FDAによって承認された200以上のタンパク質ベースの医薬品があります。治療用酵素と産業用酵素の売上は2010年までに60億ドルを超えました。市場の急成長と製品開発の要求は、大規模生産のサービスを必要とします。一方で、製薬や触媒のさまざまなニーズに応える新しい酵素が開発されています。特別な特性と機能を持つ酵素の高度な発現は、すべての研究者にとって望まれています。Creative Enzymesは、cDNAの準備、DNAクローニング、酵素発現から生産のスケールアップまで、すべてのタイプの酵素の発現システムを確立し、開発しました。私たちの優れた科学者と戦略的パートナーは、各ステップのすべての詳細を専門的に処理します。酵素発現の全プロセスで信頼できる専門家です。

天然または組換え酵素を得るためには、遺伝子配列のソースと特定の技術要件に応じて、いくつかのステップが必要です：最初のcDNA合成、増幅、分離；次にベクターへの挿入；最後にターゲット酵素の誘導と発現（図1）。最初の2つのステップは通常cDNAクローニングと見なされます。望ましい酵素は、特定の細胞において特定の時期に高い存在量で存在する天然酵素であり、これは一般的に対応するmRNAの高い存在量に関連しています。したがって、mRNAを特定して分離し、逆転写のテンプレートとして使用してcDNAを生成することができます。これはmRNA配列に対して相補的であり、イントロンやオペロンを含みません。あるいは、酵素のコーディング配列が知られている場合、完全に合成されたcDNAは時には迅速でより経済的なアプローチです。ターゲットcDNAを取得した後、cDNAコピーの増幅が行われます。従来、cDNAコピーはベクターに挿入され、ホスト細胞がベクターDNA（組換えDNAとも呼ばれる）を増やすために使用されます。次の分離と精製により、大量のターゲットcDNAが得られます。しかし、このプロセスには、切断とライゲーションの複数のステップ、およびDNAの精製が関与しており、高コストと低効率をもたらします。したがって、PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）技術は発明以来、cDNAクローニングに革命をもたらしました。この技術は、特定のDNAクローンとcDNAライブラリの構築の両方において、DNAクローニングをはるかに迅速かつ容易にします。最近の技術の発展、例えばqPCR（定量PCR）やRT-PCR（逆転写PCR）により、cDNAクローニングで最も一般的に使用され、しばしば不可欠なツールとなっています。

Enzyme Expression and Production 図1. 簡略化されたcDNAクローニングと発現のスキーム。

cDNAコピーから組換え酵素を生産するには、ベクターに適した適切な発現ホストを選択することを考慮して、発現ベクターを選ぶ必要があります。発現ベクターの選択に特定の優先順位は与えられていませんが、いくつかの重要な要因を考慮する必要があります。まず、選択されたベクターは、発酵中に高いプラスミド安定性を持っている必要があります。次に、複製の起源は、高コピー数のプラスミドの生産を保証する必要があり、これは大規模生産にも重要です。次に、ベクターは、ターゲットDNAが容易にライゲートできる複数のクローニングサイトまたはクローニング領域を含む必要があります。さらに、転写プロモーターや融合タグもベクターを選択する際に考慮すべきです。あるいは、Creative Enzymesは、自動誘導メディアも提供しており、発酵中に人間の介入がほとんど必要ありません。この技術はE. coliの代謝制御に基づいており、適切なタイミングで成長から組換えタンパク質の発現へのシフトを自動的に行います。この利点は、組換え酵素の大規模生産に理想的です。

発現ホストに関しては、さまざまなタンパク質発現システムが利用可能です。酵素は、細菌、酵母、真菌、哺乳類、植物、昆虫の細胞培養、または遺伝子組換え植物や動物を介して発現できます。発現システムを選択する際には、タンパク質の品質、機能性、生産速度、収量が最も重要な要因です。非糖鎖化タンパク質は通常、最も一般的な発現システムであるE. coliまたは酵母で作られます。N-糖鎖化タンパク質は通常、ヒトの糖鎖化を模倣する哺乳類細胞で生産され、これは特に治療用酵素にとって重要です。例えば、治療用タンパク質市場の約半分は中国ハムスター卵巣（CHO）細胞によって提供されています。しかし、このプロセスは高価であり、糖タンパク質はヒト型と異なる可能性があるため、時にはさらなる修正が必要です。酵母、真菌、昆虫細胞もヒト型の糖鎖化を生成するように遺伝子工学されています。一般的に、細菌と酵母は最も発展したシステムであり、低コストの発現と生産を意味します。一方、高等生物は運用コストが高いですが、より複雑な酵素を生産する能力も提供します（図2）。Creative Enzymesでは、成長が早く高密度で成長できる能力、低コスト、高生産性のために、最初にE. coli株を試すことを常にお勧めしています。しかし、研究者がシステムの欠点、例えばインクルージョンボディの形成、誤ったタンパク質の折りたたみ、特に異種酵素が原核生物から最初に分離された場合の異種タンパク質の分解などの問題に直面した場合、酵母、昆虫、哺乳類システムなどの他の発現システムを考慮すべきです。

Enzyme Expression and Production図2. 酵素発現のための典型的なホストの利点。

クローニングと発現に関する数十年の経験を持つCreative Enzymesは、さまざまなタイプの酵素に対していくつかのユニークで高度なソリューションを提供しています。前述の発現システム選択の重要なポイントから予想されるように、酵素に最も適したシステムを選択することは、研究者の経験と酵素の特性に対する徹底的な考慮に大きく依存します。したがって、サービスリクエストを提出する際には、できるだけ多くの詳細を共有することをお勧めします。グローバル市場での長年の優れたサービスを通じて、私たちは、専門的で生産的なサービスに完全に満足していただけると信じています。私たちの発現および発現関連サービスの見積もりについては、遠慮なくお問い合わせください：

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