天天做蛋白表达纯化有什么用?

本文节选自生物谷对北京志道生物科技张维博士的专访。蛋白质表达纯化,几乎是每个分子生物学实验室内都会进行的工作。很多童鞋在一边板砖的同时,一边抱怨着未来工作前景渺茫。这篇文章会为你带来对这项技术新的理解。

目前生物大健康行业已经成为了全球瞩目的热点,就连创业教父级人物乔布斯也预言下一个经济发展的爆发点也将必然发生在生命大健康行业。在中国,随着人们生活水平的不断提高,人们对健康生活的渴求也愈显迫切起来。

蛋白质制造技术的应用

大家都知道在生命大健康行业市场中最具投资潜力的几个细分领域:二代测序;IVD体外诊断;免疫及干细胞治疗;生物制药等。那么这些行业都有哪些特点呢?

首先二代测序市场整个技术流程过程中关键的建库、捕获、测序中都需要各种酶或蛋白的参与。绝大多数中国的测序服务企业从国外企业买来测序仪后,后续还需要不断花高价买来各种建库及测序的试剂。然而像illumina这类企业,他们的建库及测序成本是极低的,他们所鼓吹的测序成本已降至1000美金,那是针对咱们测序服务企业,实际他们真正的测序成本可能都不到100美金。

其次,从IVD体外诊断来看,目前各大医院在用的各种生化检测试剂中,左右这些试剂检测精度区别的是这些试剂盒中抗原、抗体或酶的质量,这也是往往国产试剂检测精度不如进口试剂的关键所在。

再次,从近几年发展势头迅猛的免疫及干细胞治疗技术来看,在细胞培养、增生或者激活中起到关键作用的也是各种各样的蛋白细胞因子,而这也是这种治疗技术是否成功之关键。

最后我们看看生物制药领域,生物药分子本身就是蛋白质,因此这些分子本身的制造成本和剂型开发成功与否通常与这一新药开发项目的成败有直接关系。此外,在生物药先导分子研发和生产过程中也都不可避免的需要一些酶和蛋白分子的参与。

有时候一个关键原料酶活性或者成本就可以决定这一个生物药研发项目的生死。举个例子,像大家都知道的生物药胰岛素,它的生产工艺中就需要两种酶的参与,因此,如果那家胰岛素生产企业能够成功掌控这些关键原料酶的生产,就能够在激烈的市场竞争中占据先机。

综上所述,我想大家也不难看出以上提到的这几个领域,其核心竞争力就是其上游的各种各样的核心重组蛋白产品及试剂。国内企业的重组蛋白制造技术及工艺与国外同行还存在着巨大差距。一个小小的关键蛋白质产品往往能够影响着一个行业链条的发展,而这些核心产品又往往被牢牢的掌控在国外企业的手中,因此相关行业的话语权、议价权和利润制高点都被国外企业所占据。

尽管蛋白相关的产品处于整个精准医疗大健康行业的上游,但正是这个上游牢牢牵动着整个行业的动向及走向,并占据着利润最高地。谁能以最快的速度、最好的技术占领这块高地,谁就能占据这个行业的主动权,可以轻而易举的向各个细分领域进军。

不开玩笑的说一句,中国宣布2030年之前投入600亿人民币布局国内的精准医疗领域,试想如果2030年之前蛋白质相关核心产品还掌握在国外企业手中,那我们投入的这600亿中有可能500亿都用来买他们的试剂和设备了。

打个形象的比喻:长期以来,我国在高端医疗装备及高值耗材上严重依赖进口(这也是我国看病贵的主因之一),就好比我国的国防引进了国际最尖端的武器,但却仍须从国外进口这类武器的弹药(不能自主生产),这是极其危险的!如果不能摆脱对进口产品和技术的依赖这种状况不能被打破,那么我国生命科学的科技安全就会面临重重危机!科技安全是国家安全体系的重要组成,如果“关键技术受制于人”,那势必将危及国家安全!

重组蛋白制造技术中的瓶颈

重组蛋白合成就是利用重组DNA在原核微生物和细胞中合成相关高等生物蛋白质的技术。是目前方兴未艾的合成生物学中的一个重要的分支。因为这项技术的发展,人们才能大量制造出各种用于研究或者治疗的蛋白质产品。

历史经验不断证明,一个关键蛋白质分子的制造往往能够迅速推动相关领域的快速发展,例如:重组人胰岛素和重组人生长因子等。目前蛋白重组制造技术的最大瓶颈就是在“制造”二字上,能否利用微生物或者细胞把蛋白大量表达出来是第一个难点,怎样把表达出来的蛋白经过一系列工艺处理和纯化拿到高质量有活性的蛋白又是第二个难点。

这其中一个关键因素就是我们的目标蛋白是否折叠正确!大家很容易理解蛋白质实际上就是氨基酸按照一定的顺序连接成串,这些固定的顺序和折叠方式决定这一蛋白质的特定结构。如果不能够正确的折叠或者稍有细微的偏差都会导致其生理学活性一落千丈。因此我认为克服这一瓶颈的关键就是能否根据蛋白质自身的特性关注蛋白质的正确折叠,这样才能真正制造出高质量的重组蛋白产品及药物。

与重组蛋白打过的交道

可以这么说,基本上所有的生命科学领域的研究都是离不开各种各样的蛋白质的。我做过小分子抗癌药物的研发,这些小分子的靶点就是蛋白质,因此这些小分子药物研发成功的关键就是能否制造出与人体内结构一致的靶点蛋白质。试想如果这个靶点都不对,拿到的化合物肯定也是垃圾。

后来我又做过细胞信号的研究,也是研究细胞内蛋白质之间的相互作用,需要探究一些关键蛋白各个结构域之间的关系。回国后我加入诺和诺德,在任职期间遇到了各种蛋白制造方面的挑战。

其中一个项目是关于一个关键蛋白药物候选分子(蛋白因子A)。这个分子制造难度极大,利用哺乳细胞或酵母细胞都无法获得大量的活性蛋白分子(10升哺乳细胞才能获得1毫克纯品蛋白),这种生产能力完全不能满足下游动物药理学实验的进行。

我在加入该公司第一年中,利用自己的经验筛选出了一个可以利用变复性技术成功获得大量该重组蛋白的关键化合物分子配方,在两个月内就表达和生产出近2克纯品高活性蛋白。这样一来,后续的大动物实验都得以顺利进行。

另一个项目的蛋白因子B在放大生产及剂型方面有着致命的自身缺陷(中性PH溶解度低),正因为这一特点使得该蛋白因子的放大生产极为困难(无法等比放大)。我在纯化工艺中重新设计溶液配方,避开蛋白因子B溶解度低的PH区段,实现中试放大工艺。后来又在不改变该蛋白分子活性的基础上引入一对新的二硫键,解决了这种蛋白在中性PH的剂型难题。

这些经历使我对这一领域有了较为深刻的认识。蛋白质制造是生命科学领域的核心竞争力,能否掌握这些技术关系到国家安全。

杂谈

大陆医生如何申请美国绿卡,需要什么条件?

2020-3-15 15:40:38

杂谈

饶毅:为什么英国首相的“群体免疫”是谎言

2020-3-15 15:44:19

声明 本网站部分文章源于互联网,出于传递更多信息和学习之目的转载,并不保证内容正确或赞同其观点。
如转载稿涉及失效、版权等问题,请立即联系管理员;我们会予以修改、删除相关文章,请留言反馈
Notice: When your legal rights are being violated, please send an email to: [email protected]
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索