• آلية تخليق البروتينات في النظام الخلوي واستخدامها في الصناعة
يتم تصنيع البروتينات وتنظيمها حسب الحاجة الوظيفية في الخلية ثم يتم تخزين المخططات الخاصة بالبروتينات في الحمض النووي وفك تشفيرها عن طريق عمليات نسخ منظمة للغاية لإنتاج الحمض النووي الريبي الرسول mRNA. ثم تُترجم الرسالة المشفرة بواسطة mRNA إلى بروتين. بالتالي فإن عملية النسخ بداخل الخلية هي نقل المعلومات من DNA إلى mRNA والترجمة هي تخليق البروتين بناءً على تسلسل محدد بواسطة mRNA. وفي بدائيات النواه تحدث عملية النسخ والترجمة في وقت واحد. تبدأ ترجمة mRNA حتى قبل أن يتم تصنيع نسخة كاملة من mRNA. يسمى هذا النسخ والترجمة المتزامنة للجين بالنَسخ المُقترن والترجمة.
في حقيقيات النواه يتم فصل العمليات مكانيًا وتحدث بالتتابع مع حدوث النسخ في النواة والترجمة أو تخليق البروتين الذي يحدث في السيتوبلازم. يحدث النسخ في ثلاث خطوات في كل من بدائيات النواة وحقيقيات النواة: البدء والاستطالة والإنهاء. يبدأ النسخ عندما يتم فك الحمض النووي مزدوج الشريط للسماح بربط بوليمر الحمض النووي الريبي. بمجرد بدء النسخ يتم تحرير بوليمر الحمض النووي الريبي من الحمض النووي. ثم يتم تنظيم النسخ على مستويات مختلفة بواسطة المُحفزات والمثبطات وأيضًا عن طريق بُنية الكروماتين في حقيقيات النواه. على عكس البروتينات، فإن الحمض النووي سهل التركيب صناعياً أو في المختبر باستخدام تقنيات «الحمض النووي المؤتلف - Recombinant DNA». لذلك يمكن بناء قوالب الحمض النووي لجينات معينة كقوالب للتعبير عن البروتينات. تسمى البروتينات المنتجة من قوالب الحمض النووي هذه «بالبروتينات المؤتلفة - Recombinant Proteins». يعد إنتاج البروتين المؤتلف أحد أقوى التقنيات المستخدمة في مجال التكنولوجيا الحيوية.
حيث يمكن أن تسمح إنتاج وفرة من البروتين المؤتلف المرغوب فيه بمجموعة واسعة من الاحتمالات بما في ذلك استخدامه في العمليات الصناعية أو لتشخيص الأمراض وعلاجها. تعد بكتيريا «E.Coli» واحدة من الكائنات الحية المختارة لإنتاج البروتينات المؤتلفة. حيث تمتلك عدة مزايا لاستخدامها ككائن حي مضيف على سبيل المثال سريعة النمو، في وسط أملاح الجلوكوز وبالنظر إلى الظروف البيئية المثلى يكون وقت المضاعفة 20 دقيقة. للوهلة الأولى قد يبدو التعبيرعن البروتين المؤتلف بسيطًا. حيث في الأساس يتم استنساخ الحمض النووي الذي يشفر بروتينًا مستهدفًا. ثم يتم إدخاله في خلية مضيفة وتُنتج آلية تصنيع البروتين في الخلية البروتين المطلوب. ومع ذلك من الناحية العملية يمكن أن يكون التعبيرعن البروتين صعبًا للغاية لأن العديد من العوامل قد تؤثر على العملية. على سبيل المثال يتم طي كل بروتين بطريقته الفريدة وهي عملية قد تتأثر باختيار الخلية المضيفة لنسخ البروتين أو الخلية التي سيحدث بها التعبير الجيني. أخيرًا قد يكون لبعض البروتينات نشاط ضار بالمضيف وبالتالي لا يوجد حل واحد للإنتاج الناجح لجميع البروتينات المؤتلفة. بدلاً من ذلك من المفيد أن يكون لديك إمكانية الوصول إلى مجموعة واسعة من أدوات التعبير الجيني والاستعداد لاستكشاف طرق متعددة لتحسين الفرص في النجاح للتعبير عن البروتين.
الكاتب: فاطمة سيد
