Белковая инженерия: различия между версиями

Версия от 19:17, 23 февраля 2021

Белковая инженерия занимается разработкой белков, которые могут принимать участие в метаболизме клетки, экспрессии генов, улучшению структуры клетки или доставке веществ внутрь клетки из внешнего мира. Как дисциплина, белковая инженерия исследует фолдинг (сворачивание) белков, а также принципы их модификации и создания.

Методы

Направленная модификация - для внесения изменений использует подробное знание об устройстве и назначении молекулы белка
Направленная эволюция - из случайных мутантов белка отбираются экземпляры наиболее близкие целевым параметрам, после чего случайный мутагенез повторяется, пока в итоге не будут получены мутанты целевым параметрам удовлетворяющие (циклы мутация-селекция).

Примеры

Энзимы в моющих средствах

Энзимы или ферменты, это белки, выполняющие роль биологических катализаторов. Найдено множество видов для каждого типа энзима и они производятся в промышленных масштабах для моющих средств. Они дают гораздо лучший баланс между стоимостью производства и безопасностью для потребителя, детей и домашних животных. Распространённые виды:

липаза - расщепляет липиды
протеаза - расщепляет белки, производится из сои^[1]
амилаза - расщепляет крахмал и соединения с ним
целлюлаза - расщепляет целлюлозу
пектиназа - расщепляет пектин
кератиназа - расщепляет кератин

Перспективы

Нанотехнологии

Белок - основной "стройматериал" для организма, так как его просто создавать в больших количествах и белки могут выполнять самые разные функции. Есть целая связанная область науки - нанотехнология протеинов^[2].

Метаболизм пластика и биопластик

Загрязнение пластиком - известная современная проблема. Создание новых белков, которые смогут разложить его может быть одним из решений. Создание белков, которые станут компонентами новых видов пластика или пойдут ему на замену в некоторых индустриях - не менее ценная инициатива.^[3]

Бесклеточные системы трансляции

Бесклеточные системы трансляции (англ. «Cell-free translation systems»)^[4]^[5] - альтернатива получению белков in vivo.

Процесс происходит таким образом: ДНК или мРНК добавляется в раствор и белки получаются без участия клеток.

Стройматериалы

Человечество использует дерево как материал на протяжении практически всего своего развития. Можно ли развить дерево и придумать лучшие альтернативы целлюлозе? Можно ли вырастить здание?

Есть два пути, которые позволят рассмотреть эту тему. Один из них - через разложение, как это делают грибы, другой - через фотосинтез, как это делают растения. В таком разрезе, для фотосинтеза необходима только вода, углекислый газ и минимум материалов, а для разложения - добавочная масса отходов для переработки.

Требуется информация от эксперта!
Запрос: Следует ли рассматривать разработку белков и новых организмов для замены стройматериалов, как идею, которая может быть однажды практичной?
Экспертиза: биолог, физик

Требуется информация от эксперта!
Запрос: Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём фотосинтеза из углекислого газа? Что выгоднее: цианобактерии или генномодифицированные растения?
Экспертиза: биолог, физик

Требуется информация от эксперта!
Запрос: Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём разложения грибком? Не возникнет ли проблемы с доставкой материала между клетками?
Экспертиза: биолог, физик

Инструменты

AlphaFold

Ссылки

Википедия

↑ High-yield Bacillus subtilis protease production by solid-state fermentation, Valeria F Soares, Leda R Castilho, Elba P S Bon, Denise M G Freire, PMID: 15917609
↑ NCBI: Protein nanotechnology: what is it?, Juliet A Gerrard, PMID: 23504415
↑ Здесь следует отметить, что сейчас крайне популярен биопластик, изготовленный из крахмала, который является полимером, хоть и извлекается из картофеля и кукурузы.
↑ Protein Engineering Methods and Applications, Burcu Turanli-Yildiz, Ceren Alkim, Z. Petek Cakar, Feb. 2012
↑ Cell‐free translation systems for protein engineering , Yoshihiro Shimizu, Yutetsu Kuruma, Bei‐Wen Ying, So Umekage, Takuya Ueda, August 2006

[1] High-yield Bacillus subtilis protease production by solid-state fermentation, Valeria F Soares, Leda R Castilho, Elba P S Bon, Denise M G Freire, PMID: 15917609

[2] NCBI: Protein nanotechnology: what is it?, Juliet A Gerrard, PMID: 23504415

[3] Здесь следует отметить, что сейчас крайне популярен биопластик, изготовленный из крахмала, который является полимером, хоть и извлекается из картофеля и кукурузы.

[4] Protein Engineering Methods and Applications, Burcu Turanli-Yildiz, Ceren Alkim, Z. Petek Cakar, Feb. 2012

[5] Cell‐free translation systems for protein engineering , Yoshihiro Shimizu, Yutetsu Kuruma, Bei‐Wen Ying, So Umekage, Takuya Ueda, August 2006

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

@@ Строка 34: / Строка 34: @@
 * [https://www.intechopen.com/ InTechOpen] - [https://www.intechopen.com/books/protein-engineering-technology-and-application/protein-engineering-of-enzymes-involved-in-bioplastic-metabolism Protein engineering of enzymes involved in bioplastic metabolism]
 * [https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page Wikipedia] - [https://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic Bioplastic]
+=== Бесклеточные системы трансляции ===
+Бесклеточные системы трансляции (англ. «Cell-free translation systems»)<ref>Protein Engineering Methods and Applications, Burcu Turanli-Yildiz, Ceren Alkim, Z. Petek Cakar, Feb. 2012</ref><ref>Cell‐free translation systems for protein engineering
+, Yoshihiro Shimizu, Yutetsu Kuruma, Bei‐Wen Ying, So Umekage, Takuya Ueda, August 2006</ref> - альтернатива получению белков ''[[in vivo]]''.
+Процесс происходит таким образом: ДНК или [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%A0%D0%9D%D0%9A мРНК] добавляется в раствор и белки получаются без участия клеток.
 === Стройматериалы ===