生物藥物研發應用蛋白質工程技術探討

宋鵬輝齊魯理工學院化學與生物工程學院

生物藥物研發應用蛋白質工程技術探討

宋鵬輝
齊魯理工學院化學與生物工程學院

蛋白質工程技術，實質上就是借助在重組DNA以及利用基因水平來設計分子的過程，在這個過程中更好地定向轉化以及定向突變自然界的蛋白質、轉運RNA將轉化技術應用在蛋白質工程中。本文探析了生物藥物研發應用蛋白質工程技術。

生物藥物；研發應用；蛋白質工程技術

引言

當前，我國的生命科學在快速發展發酵工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程、以及基因工程的過程中獲得了更多的進步，蛋白質工程技術在研發生物藥物的過程中得到了更加廣泛的應用，同時其在發展生命科學的過程中也發揮著十分重要的作用。另外，借助蛋白質工程的DNA重組技術分子設計還能夠改造自然界已經存在的蛋白質、創造全新的蛋白質，蛋白質工程技術好可以提供更多的設計方案來改造以及合成生物藥物，改善重組蛋白藥物的免疫原性、半衰期、生物利用度、穩定性、活性。

1.定點突變技術

定點突變（site-directed mutagenesis）技術，實質上就是在確定生物藥物的功能以及結構的基礎上，對某一活性基團進行全新的有目的地改變，或者是在確定DNA序列中刪除、插入以及取代一定長度的核苷酸片段，在突變基因的過程中可以更好地對生物大分子中的個別結構氨基酸殘基進行有目的的改變，這樣可以獲取比較新穎的含有新性狀生物藥物的方法，因此又被稱作是理性分子的設計［1］。在定點突變技術應用的過程中，應該建立在已經知道知生物藥物的編碼序列以及一級結構的基礎上，對突變位點進行更好地設計可以按照蛋白質空間結構進行。相比與使用自然因素以及化學因素致使其突變的方法，定點突變技術更具有重復性好、簡單易行、以及突變率高等優點。另外，定點突變技術不但能夠對特定的核苷酸序列進行改變，通同時還能夠更好地最大化地影響以及隨機突變一段核苷酸序列的生物性質以及功能，這樣蛋白質就會產生一系列的顯著突變，從而更加容易發現基因改良以及高活性的生物藥物。

同時，在開發心血管藥物的過程中，納豆激酶具有十分重要的作用，因為其主要是通過納豆枯草生產的涵蓋著能夠溶解纖維蛋白活性的酶。在實際應用納豆激酶時，其主要會表現出其非常差的穩定性，而且還比較容易發生氧化反應，更加容易出現定點突變，在序列中引入丙氨酸以及絲氨酸可以相應地改善其周圍的蘇氨酸以及催化殘基的位點，可以更加容易表達在大腸桿菌上，還可以提高其具有的抗氧化能力［2］。另外，在借助催化抗體的過程中，還可以調節免疫蛋白的活性，以及利用突變技術可以很好地提高催化酶的活性，更加容易產生酶解反應。

2.體外定向進化技術

定點突變技術，只可以替換天然蛋白中所含有的少數氨基酸，高級蛋白的結構基本可以一直維持原來的結構狀態，所以改造蛋白功能就會受到非常多的限制。另外，當前大多數蛋白功能以及結構的關系數據也往往不符合人類認知蛋白質新功能的實際要求。由此可知，當前改造新興蛋白質的策略之一就是體外分子定向進化技術，并且體外定向進化的蛋白質工程藥物，又常常被稱作是分子進化，實質上就是在實驗室對實際存在的自然進化機制（自然選擇、重組以及隨機突變、）進行模擬，利用DNA改組以及易錯PCR等方法，可以隨機誘變編碼蛋白質工程藥物的基因，還可以利用壓力選擇方法或者是高通量篩選對其具有的性能進行定向篩選，這樣可以利用優良的生物藥物或者是創造出性質優良的、自然界中不存在的新藥。相比定點突變，定向進化不必要獲知生物藥物的功能以及結構的信息，因此就常常被人作是非理性設計［3］。

3.tRNA介導蛋白質工程技術

實質上，tRNA介導蛋白質工程技術定點非天然氨基酸替代法，主要是非天然氨基酸在人為設計的過程中會選擇性地摻雜至蛋白質中的技術。相比于定點突變技術，tRNA介導蛋白質工程技術和其有著很多相似的地方，都可以對目的蛋白功能進行可選擇性地定向改良，定向改良的主要操作步驟是:首先，借助化學氨酰化等方法來使抑制型的tRNA錯酰化，抑制型的tRNA就是指tRNA中具有UAG三聯體的反密碼子，這樣抑制型的tRNA就可以攜帶更多的非天然氨基酸，之后將該非天然氨基酸利用錯酰化的tRNA的反密碼子靶向引入目的蛋白的設定位點，再在體外細胞游離合成體內細胞體系中以及系統中合成含該非天然氨基酸的蛋白質。

4.結語

綜上所述，在我國不斷快速發展生命科學以及信息技術的過程中，在研發新藥的同時生物藥物發揮著十分重要的作用，在整個藥物研發的過程中具有十分重要的意義。研究生物藥物的相關人員在利用蛋白質工程技術時，能夠在蛋白質分子剪裁以及設計的時候就更加得心應手，這樣就能夠研發出來的全新蛋白質藥物就會擁有更多的新功能以及新結構。在不斷深入研究、發展以及應用蛋白質工程的同時，也能夠更加快速地發展以及創新自然界中不存在的生物藥物。

［1］吳梧桐，王友同，吳文俊，等.生物技術藥物的研究開發新進展［C］.全國工業生化學術會議.2014，12（22）:264-265.

［2］茹炳根.蛋白質工程及其在生物制藥中的應用前景［C］.全國生化藥物及藥用動植物資源開發研究會議.2013，115（11）：102-103.

［3］張新國，陳文潔，曾艷龍，等.蛋白質工程技術及其在生物藥物研發中的應用［J］.藥學進展，2014，213（06）：254-256.

宋鵬輝（1992-），男，河南郟縣人，現就讀于齊魯理工學院2013級生物工程專業。