تاثیر آلودگی اسید نوکلئیک در تصفیه پروتئین

از کشف نحوه عملکرد پروتئین‌ها تا توسعه بیولوژیک‌های درمانی یا افزایش تولید آنزیم برای تخمیر صنعتی، خالص سازی پروتئین در قلب علم و کاربردهای بعدی قرار دارد.

اما صرف نظر از مقیاس، مشکلات رایج غالب است:

1. لیز سلولی، مکانیکی، شیمیایی یا آنزیمی، DNA کروموزومی را در محلول آزاد می کند.
2. DNA با وزن مولکولی بالا در زنجیره های بلندی در هم می پیچد که لیزات ها را به مخلوط های چسبناک و چسبناک تبدیل می کند. [1, 2]
3. هر چه کشت متراکم تر باشد، ویسکوزیته بالاتر است
4. هرچه ویسکوزیته بیشتر باشد فیلترها را مسدود می کند، سانتریفیوژ را کندتر می کند و کروماتوگرافی را تخریب می کند. [3]

در هر دو آزمایشگاه دانشگاهی و صنعتی این مشکلات تبدیل می شود گرفتگی فیلترهای سانتریفیوژ، گلوله های آغشته شده، معرف های مصرف شده و آزمایش های تکرار نشدنی. در فرآیندهای صنعتی، آنها می توانند فیلترهای مسدود شده، ستون های کروماتوگرافی آلوده، و از بین رفتن کل دسته های محصول ارزشمند باشند.

نوکلئازهاکه هضم DNA و RNA بهترین راه برای مقابله با این است. اما یک نکته وجود دارد: آنها می توانند گران باشندکه برخی از آزمایشگاه‌ها را وسوسه می‌کند تا گوشه‌ها را کاهش دهند و می‌تواند اقتصاد فرآیندهای در مقیاس بزرگ را به چالش بکشد.

این مقاله به بررسی مسائل مربوط به آلودگی اسید نوکلئیک در فرآیندهای خالص سازی پروتئین و پردازش زیستی می پردازد. دلایل، پیامدهای قانونی و اقتصادی، و راه‌حل‌های سنتی و مدرن را تشریح می‌کند که درمان هسته‌ای را برای همه از آزمایشگاه‌های دانشگاهی گرفته تا شرکت‌های بیوداروسازی و تولید زیستی قابل دسترس‌تر می‌کند.

پیامدهای آلودگی اسید نوکلئیک در تصفیه پروتئین

1. افزایش ویسکوزیته و چالش های گردش کار

لیزهای چسبناک باعث ایجاد انواع مشکلات عملی می شوند:

1. لوله گذاری نادرست و آهسته
2. فیلترهای استریل مسدود شده
3. کروماتوگرافی کندتر کار می کند که باعث کاهش توان عملیاتی می شود

2. کاهش کیفیت و بازده محصول

DNA همچنین می تواند عملکرد و کیفیت را کاهش دهد:

1. می‌تواند مستقیماً به پروتئین‌های هدف متصل شود که منجر به رسوب همزمان و بازیابی ضعیف می‌شود
2. بار منفی آن به آن اجازه می دهد تا ستون های تبادل آنیونی را اشغال کند و پروتئین مورد نظر را جایگزین کند
3. و حتی پس از خالص سازی، DNA باقیمانده می تواند تجمع پروتئین را افزایش دهد، فعالیت آنزیم را کاهش دهد و باعث بی ثباتی در طول ذخیره سازی شود.

3. نتایج آزمایشی گمراه کننده

اسیدهای نوکلئیک باقیمانده می‌توانند سنجش‌های پایین دست را با تداخل در سنجش‌های اتصال و فعالیت آنزیمی یا تحریف قرائت‌های اسپکتروفتومتری تحریف کنند. و در آزمایش‌های مبتنی بر سلول، حتی می‌تواند مسیرهای سنجش اسید نوکلئیک را راه‌اندازی کند.

4. ملاحظات نظارتی و ایمنی

برای پروتئین های درمانی و فرآیندهای تخمیر دقیق در بخش فناوری مواد غذایی، آلودگی DNA می تواند مشکلات جدی ایجاد کند. باقیمانده DNA بالاتر از آستانه های نظارتی، محصولات را به دلیل خطرات ناشی از اثرات انکوژنیک، عفونی یا ایمنی غیرقابل استفاده می کند. [4]

قانون‌گذاران محدودیت‌های شدیدی را اعمال می‌کنند:

1. 10 pg تا 10 نانوگرم DNA در هر دوز درمانی
2. قطعات محدود به 200 جفت باز یا کوچکتر [5, 6]
3. هم سازمان جهانی بهداشت و هم FDA تصریح می کنند که محتوای DNA نباید از 10 نانوگرم در هر دوز تجاوز کند.

5. تاثیر عملیاتی و اقتصادی

در طبقه تولید، آلودگی اسید نوکلئیک مستقیماً به ناکارآمدی و هزینه تبدیل می‌شود که فیلترها را مسدود کرده و رسوب می‌کند، ستون‌ها را مسدود می‌کند و سرعت جریان را کاهش می‌دهد.

یک مطالعه MilliporeSigma نشان داد که بدون تیمار نوکلئاز، نرخ جریان کروماتوگرافی به 0.5 میلی لیتر در دقیقه کاهش یافت. با تیمار نوکلئاز، نرخ جریان ده برابر بهبود یافت و بازیابی پروتئین 15 تا 40 درصد افزایش یافت. [7]

نتیجه اجتناب‌ناپذیر است: زمان‌های پردازش طولانی‌تر، مصرف نیروی کار و انرژی بیشتر، تعویض فیلترهای مکرر و در نهایت هزینه‌های تولید بالاتر که می‌تواند اقتصادی بودن فرآیند را از بین ببرد.

استراتژی های کاهش

محصولاتی مانند Benzonase® و Denarase® سلاح های انتخابی در برابر آلودگی هسته ای هستند. آنها موثر هستند، اما هزینه بالای آنها اغلب آنها را به برنامه های کاربردی مهم محدود می کند تا جریان های کاری معمول.

نوکلئازهای نسل بعدی مانند enGenes e^xrase®، اکنون عملکردی معادل را با کسری از هزینه ارائه می دهد.

برگرفته از خوب مشخصه Serratia marcescens اندونوکلئاز، به عنوان مثال^xrase® هم از نظر وسعت و هم از نظر قدرت با نوکلئازهای سنتی مطابقت دارد. این به سرعت DNA و RNA را، چه تک رشته ای یا دو رشته ای، تحت طیف وسیعی از شرایط پردازش هیدرولیز می کند.

مزیت قیمت ناشی از نحوه ساخت آن است. پلت فرم enGenes از بیان جدا شده از رشد استفاده می کند و ترشح خارج سلولی را تسهیل می کند و در نتیجه بازده بیان به طور قابل توجهی بالاتر است. در عین حال، پردازش پایین دستی را با کاهش تعداد عملیات واحد ساده می کند. این ویژگی‌ها با هم، 30 برابر صرفه‌جویی در هزینه را فراهم می‌کنند و درمان هسته‌ای را هم برای آزمایشگاه‌های کوچک و هم برای عملیات در مقیاس بزرگ مقرون‌به‌صرفه‌تر و کاربردی‌تر می‌کنند.

بیشتر بدانید

از مسدود شدن فیلترها در تهیه پروتئین گرفته تا موانع نظارتی در خط لوله بیودارویی و محصولات غذایی، آلودگی اسید نوکلئیک در فرآیندهای تصفیه پروتئین و پردازش زیستی یک مشکل جهانی است. مقابله با آن به طور موثر تکرارپذیری را بهبود می بخشد، در زمان صرفه جویی می کند و کیفیت محصول را تضمین می کند.

اکنون، با ظهور نوکلئازهای مدرن و مقرون به صرفه، آزمایشگاه‌ها در هر اندازه می‌توانند آلودگی اسید نوکلئیک را به‌عنوان یک مشکل قابل حل به‌جای یک ناامیدی اجتناب‌ناپذیر درمان کنند.

اگر می خواهید در مورد حذف اسید نوکلئیک بیشتر بدانید یا کنجکاو هستید که چگونه به عنوان مثال^xrase® می‌تواند در جریان کار شما قرار گیرد، تیم enGenes همیشه خوشحال است که اطلاعات فنی دقیق‌تری را به اشتراک بگذارد یا نمونه‌هایی را برای ارزیابی خودتان ارائه دهد. می توانید با آنها در office@engenes.cc تماس بگیرید.

مراجع

1. برگ ام سی، سورز وای، هان آر، و غیره. ساده‌سازی فرآیند توسعه و افزایش مقیاس: ارزیابی ریسک کاهش بار در بازیابی پروتئین اولیه. Biochem Eng J. 2024; 212: 109513.
2. برگ ام سی، بک جی، کارنر ای، و غیره. انتقال انبوه پروتئین ها در محیط های کروماتوگرافی: مقایسه محلول های غذایی تمیز و خام. J Chromatogr A. 2022; 1676: 463264.
3. برگ ام سی، اردم آی، برگر ای، و غیره. DNA ژنومی باعث ایجاد رسوب غشاء در طی فیلتراسیون استریل لیزات سلولی می شود. تکنولوژی جداسازی و تصفیه. 2023 324:124540.
4. وانگ ایکس، مورگان دی‌ام، وانگ جی، موزیر ان.ام. تجزیه و تحلیل DNA باقیمانده در توسعه بیولوژیک: مروری بر فناوری های اندازه گیری و کمی سازی و جهت گیری های آینده. بیوتکنول Bioeng. 2012 فوریه؛ 109 (2): 307-17.
5. گراچف وی، ماگرات دی، گریفیتس ای. الزامات WHO برای استفاده از سلول های حیوانی به عنوان بسترهای آزمایشگاهی برای تولید محصولات بیولوژیکی (الزامات مواد بیولوژیکی شماره 50). بیولوژیکی. سپتامبر 1998; 26 (3): 175-93.
6. FDA، سازمان غذا و دارو. مرکز ارزیابی و تحقیقات فرآورده های بیولوژیکی. دستورالعمل های صنعت:خصوصیات و صلاحیت بسترهای سلولی و سایر مواد بیولوژیکی مورد استفاده در تولید واکسن های ویروسی برای نشانه های بیماری های عفونی” سازمان غذا و داروی ایالات متحده، Bethesda، MD. 2010
7. Merck KGaA. (بدون تاریخ). Benzonase® Nuclease: حذف موثر اسیدهای نوکلئیک و کاهش ویسکوزیته از محلول های پروتئین [Technical Brochure]. دارمشتات، آلمان دسترسی به 20 ژوئن 2025.