Deze Research Topic maakt deel uit van de reeks “Heterologe Proteïne Expressie en Productie Platforms: The How, Now and Wow of It”. Zie het tweede deel hier.
Proteïne-expressie is een proces dat de synthese, wijziging en regulering van eiwitten in cellen van levende organismen omvat. Wanneer deze cellulaire machinerie wordt aangewend als een krachtig laboratoriuminstrument voor de vervaardiging van een eiwit naar keuze met behulp van recombinant-DNA-technologie, wordt dit treffend aangeduid als recombinante eiwitproductie.
Sinds de opkomst van genetische manipulatie-instrumenten werden in de jaren tachtig gezamenlijke inspanningen geleverd door fundamentele wetenschappers en toepassingsspecialisten om de procedures voor recombinante eiwitproductie te optimaliseren. Door de vele voordelen is Escherichia coli de expressiegastheer bij uitstek. De snelgroeiende genetisch gemanipuleerde stammen zijn gemakkelijk te hanteren gastheren die groeien op goedkope media, hun genetische gereedschapskist is goed gedefinieerd, en er zijn verschillende vectoren met regelbare promotors en antibioticaselectie beschikbaar, wat resulteert in hoge opbrengsten van recombinante eiwitten. Enkele tekortkomingen zijn echter de vorming van inclusielichamen die onoplosbare eiwitten produceren, problemen met codon bias, onjuiste eiwitvouwing, het ontbreken van een post-translationeel modificatiesysteem, en de accumulatie van endotoxines die een ernstig probleem vormen wanneer het recombinante eiwit voor therapeutische doeleinden moet worden gebruikt. Dit heeft geleid tot alternatieve bacteriële en niet-bacteriële gastheersystemen, zoals Mycobacterium, sommige Bacillus-stammen, Caulobacter crescentus, virussen, gisten, filamenteuze schimmels, algen, planten, of insect- en zoogdiercelculturen, alsmede tot celvrije expressieplatforms.
Gisten, zoals Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces en Yarrowia, worden bij voorkeur gebruikt als alternatief voor prokaryoten en hogere eukaryoten, vooral vanwege hun snelle groei in goedkope en chemisch gedefinieerde media, gemakkelijke hanteerbaarheid, geschiktheid voor grootschalige fabricage, gemakkelijk manipuleerbare genetische gereedschapskist (die aanleiding geeft tot een enorm aantal genetisch gemanipuleerde giststammen), expressie van zowel intracellulaire als secretorische eiwitten, en hun vermogen om post-translationele modificaties uit te voeren.
Zoogdiersystemen krijgen echter de voorkeur boven bacteriële en gistsystemen vanwege de hoge kwaliteit van de eiwitten die zij produceren, hun betere oplosbaarheid van eiwitten, hun incorporatie van posttranslationele modificaties, hun secretie van eiwitten met hoge opbrengsten, en hun efficiëntie bij de productie van grote eiwitcomplexen. Precies om deze reden maken bijna alle biofarmaceutische bedrijven in de wereld voor de productie van biologische geneesmiddelen ongebreideld gebruik van stabiele cellijnen op basis van zoogdieren. Recentelijk worden hogere planten en microalgen, zoals Chlamydomonas reinhardtii, Schizochytrium sp., Synechococcus en het diatomee Phaeodactylum tricornutum, ontwikkeld voor de productie van waardevolle eiwitten. Zij zijn gemakkelijk schaalbaar (met implicaties voor goedkope kassen), lopen minder risico op aantasting door pathogenen en worden nagestreefd omdat zij het goedkoopste van alle eiwitexpressieplatforms zijn. Bestaat er een overexpressieplatform dat de voordelen van al deze systemen in zich verenigt (in het bijzonder een groen platform)?
Dit onderzoeksthema is van belang voor een brede categorie wetenschappers, zoals moleculaire en structurele biologen, genetici, biochemici, clinici, biofysici, spectroscopisten en procesingenieurs die werken aan de karakterisering, het ontwerp en de productie van proteïnen. Het nodigt dus uit tot origineel onderzoek en overzichtsartikelen die het gebruik omvatten van:
-celvrije, prokaryotische en eukaryotische gastheer-expressieplatforms
-geavanceerde technologische ontwikkelingen voor verbeterde expressie en ontwerp van zowel stabiele als voorbijgaande eiwitten
-recente vooruitgang in vectorontwerpen en optimalisatie (keuze van promotors, hybride systemen, codon-optimalisatie, verbetering van de oplosbaarheid van eiwitten enz.

Trefwoorden:Eiwitoverexpressie, Recombinant-eiwit, overexpressievectoren, affiniteitslabels, fusie-eiwitten

Belangrijke opmerking: Alle bijdragen aan dit onderzoeksthema moeten binnen het bestek vallen van de sectie en het tijdschrift waarbij ze worden ingediend, zoals gedefinieerd in hun taakomschrijving. Frontiers behoudt zich het recht voor om manuscripten die buiten het bestek van de sectie of het tijdschrift vallen, in elk stadium van de peer review naar een geschiktere sectie of tijdschrift te verwijzen.