Приложения за протеиново инженерство, пептидни и епитопни библиотеки - Протеиново инженерство
Технологията на протеиновото инженерство се използва (често в комбинация с метода на рекомбинантната ДНК) за подобряване на свойствата на съществуващите протеини (ензими, антитела, клетъчни рецептори) и създаване на нови протеини, които не съществуват в природата. Такива протеини се използват за създаване на лекарства, в преработката на храни и в промишленото производство [8].
В момента най-популярната област на приложение на протеиновото инженерство е модифицирането на каталитичните свойства на ензимите за развитието на „екологично чисти“ индустриални процеси. От гледна точка на околната среда ензимите са най-приемливите от всички катализатори, използвани в индустрията. Това се осигурява от способността на биокатализаторите да се разтварят във вода и да функционират пълноценно в среда с неутрално рН и при относително ниски температури. Освен това, поради тяхната висока специфичност, използването на биокатализатори произвежда много малко нежелани странични продукти. Екологични и енергоспестяващи индустриални процеси, използващи биокатализатори, се въвеждат активно от дълго време в химическата, текстилната, фармацевтичната, целулозно-хартиената, хранителната, енергийната и други области на съвременната индустрия.
Някои характеристики на биокатализаторите обаче правят използването им в някои случаи неприемливо. Например, повечето ензими се разграждат, когато температурата се повиши. Учените се опитват да преодолеят тези препятствия и да повишат стабилността на ензимите в тежки производствени условия, използвайки протеинови инженерни методи [18].
В допълнение към индустриалното приложение, протеиновото инженерство е намерило достойно място за себе си в медицинските изследвания. Изследователите синтезират протеини, които могат да свързват и да правят безвредни вируси и мутантни гени, които причиняват тумори; създават високоефективни ваксини и изучават рецепторни протеини на клетъчната повърхност, които често са обект на фармацевтични продукти. Учените в областта на храните използват белтъчно инженерство, за да подобрят качеството на растителните протеини, желиращи агенти или сгъстители.
Друга област на приложение на протеиновото инженерство е създаването на протеини, които могат да неутрализират вещества и микроорганизми, които могат да се използват за химически и биологични атаки. Например хидролазните ензими са способни да неутрализират както нервните газове, така и пестицидите, използвани в земеделието. Освен това производството, съхранението и употребата на ензими не е опасно за околната среда и човешкото здраве [4].
Библиотеки с пептиди и епитопи
В живия организъм повечето биологични процеси се контролират чрез специфични взаимодействия протеин-протеин или протеин-нуклеинова киселина. Тези процеси включват например регулиране на генната транскрипция под въздействието на различни протеинови фактори, взаимодействието на протеиновите лиганди с рецепторите на клетъчната повърхност, както и специфичното свързване на антигени от подходящи антитела. Разбирането на молекулярните механизми на взаимодействие на протеиновите лиганди с рецепторите е от голямо фундаментално и приложно значение. По-специално, разработването на нови лекарства с протеинов характер обикновено започва с идентифициране на началната аминокиселинна последователност с необходимата биологична активност (така наречената "основна" (оловна) последователност). Пептидите с основна аминокиселинна последователност обаче могат да имат и нежелани биологични свойства: ниска активност, токсичност, ниска стабилност в организма и т.н.
Преди появата на пептидни библиотеки, подобряването на техните биологични свойства се извършва чрез последователен синтез на голям брой аналози и проверка на биологичната им активност, което изисква голяма инвестиция на време и пари. През последните години стана възможно да се създадат хиляди различни пептиди за кратко време с помощта на автоматични синтезатори. Разработените методи за насочена мутагенеза също така позволиха драстично да разширят броя на протеините, получени едновременно и последователно тествани за биологична активност. Въпреки това, едва наскоро разработени подходи за създаването на пептидни библиотеки са довели до производството на милиони аминокиселинни последователности, необходими за ефективен скрининг, за да се идентифицират пептиди сред тях, които най-добре отговарят на посочените критерии. Такива библиотеки се използват за изследване на взаимодействието на антитела с антигени, за получаване на нови инхибитори на ензими и антимикробни агенти, за проектиране на молекули с необходимата биологична активност или за придаване на нови свойства на протеини, например антитела [23].