پروتئین‌های نوترکیب: پروتئین‌های تولیدشده از طریق مهندسی ژنتیک

پروتئین‌های نوترکیب: کارخانه‌های میکروسکوپی در خدمت بشر

پروتئین چیست و چرا به نوترکیب نیاز داریم؟

قبل از هر چیز، باید بدانیم پروتئین³ چیست. پروتئین‌ها مولکول‌های درشتی هستند که مانند آجرهای ساختمان بدن موجودات زنده عمل می‌کنند. آنزیم‌ها⁴ (که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند)، هورمون‌ها⁵ (مانند انسولین که قند خون را کنترل می‌کند) و پادتن‌ها⁶ (که با بیماری‌ها مبارزه می‌کنند) همگی انواعی از پروتئین‌ها هستند. بدن ما بر اساس دستورالعمل‌های موجود در دی‌ان‌ای⁷، این پروتئین‌ها را می‌سازد.

اما گاهی بدن یک فرد به اندازهٔ کافی یک پروتئین خاص تولید نمی‌کند (مانند بیماری دیابت و کمبود انسولین) یا برای مقابله با یک بیماری خاص به پروتئین‌هایی نیاز داریم که به طور طبیعی در بدن یافت نمی‌شوند. در گذشته، این پروتئین‌ها را مستقیماً از بدن جانوران یا انسان‌های دیگر استخراج می‌کردند که کاری پرهزینه، کم‌بازده و گاهی خطرناک بود. اینجاست که پروتئین‌های نوترکیب به کمک ما می‌آیند.

خط تولید یک پروتئین نوترکیب: از ژن تا محصول نهایی

تولید یک پروتئین نوترکیب مانند این است که یک دستور پخت (ژن) را از یک کتاب آشپزی (سلول انسانی) برداریم و به یک کارخانهٔ غذا (یک سلول دیگر مانند باکتری) بدهیم تا برایمان به مقدار زیاد تولید کند. این فرآیند چند مرحلهٔ کلیدی دارد:

کارخانه‌های زنده: سلول‌های میزبان برای تولید

دانشمندان از سلول‌های مختلفی به عنوان "کارخانه" برای تولید پروتئین‌های نوترکیب استفاده می‌کنند. انتخاب این میزبان به نوع پروتئین مورد نظر بستگی دارد.

پروتئین‌های نوترکیب چگونه زندگی ما را دگرگون کرده‌اند؟

این فناوری فقط یک موضوع درسی نیست؛ بلکه هر روز در زندگی واقعی ما نقش ایفا می‌کند. برای درک بهتر، به این مثال‌های ملموس توجه کنید:

مثال ۱: نجات بیماران دیابتی
تا قبل از تولید انسولین نوترکیب در دهه ۱۹۸۰، انسولین مورد نیاز بیماران دیابتی از لوزالمعدهٔ گاو و خوک استخراج می‌شد. این انسولین حیوانی گاهی باعث واکنش‌های آلرژیک می‌شد و تولید آن به اندازهٔ کافی نبود. امروزه باکتری‌های نوترکیب، انسولین کاملاً مشابه انسانی را به مقدار زیاد و با خلوص بالا تولید می‌کنند که جان میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان نجات داده است.

مثال ۲: ساخت واکسن‌های نوین
بسیاری از واکسن‌های جدید، مانند واکسن کووید-۱۹ شرکت فایزر و مدرنا، از فناوری مشابهی استفاده می‌کنند. در این واکسن‌ها به جای تزریق یک ویروس ضعیف‌شده، تنها بخشی از دستورالعمل ژنتیکی ویروس (که مسئول ساخت یک پروتئین خاص است) به بدن داده می‌شود. سلول‌های بدن ما موقتاً آن پروتئین ویروسی را می‌سازند و سیستم ایمنی بدن را برای مقابله با ویروس واقعی آماده می‌کنند. این یک نمونهٔ پیشرفته از استفاده از اصل پروتئین‌های نوترکیب است.

مثال ۳: پنیرسازی
در صنعت پنیرسازی سنتی، از آنزیم رنین¹² که از معدهٔ گوساله‌های شیرخوار گرفته می‌شد، برای دلمه بستن شیر استفاده می‌کردند. امروزه با کمک مهندسی ژنتیک، ژن تولیدکنندهٔ رنین به باکتری یا مخمر منتقل شده و این آنزیم به صورت نوترکیب و با هزینهٔ کمتر تولید می‌شود. بیشتر پنیرهای صنعتی امروزی با استفاده از این رنین نوترکیب تولید می‌شوند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ Recombinant Proteins (پروتئین‌های نوترکیب): پروتئین‌هایی که از طریق وارد کردن ژن آن‌ها به یک سلول میزبان و بیان آن ژن تولید می‌شوند.
² Genetic Engineering (مهندسی ژنتیک): مجموعه تکنیک‌هایی برای تغییر و دستکاری ژن‌های یک موجود زنده.
³ Protein (پروتئین): مولکول‌های درشتی متشکل از زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه که عملکردهای حیاتی زیادی در بدن دارند.
⁴ Enzyme (آنزیم): پروتئین‌هایی که کاتالیزور واکنش‌های شیمیایی در موجودات زنده هستند.
⁵ Hormone (هورمون): مولکول‌های پیام‌رسان شیمیایی که توسط غدد درون‌ریز ترشح می‌شوند.
⁶ Antibody (پادتن): پروتئین‌های سیستم ایمنی که به شناسایی و خنثی‌سازی عوامل بیگانه مانند باکتری و ویروس کمک می‌کنند.
⁷ DNA (دی‌ان‌ای): مولکول حاوی اطلاعات ژنتیکی که در هستهٔ سلول‌ها ذخیره شده است.
⁸ Plasmid (پلاسمید): حلقه‌های کوچکی از دی‌ان‌ای در باکتری‌ها که به طور مستقل از کروموزوم اصلی تکثیر می‌شوند و در مهندسی ژنتیک به عنوان حامل ژن استفاده می‌شوند.
⁹ Escherichia coli (اشریشیا کلی): یک گونه باکتری که به طور رایج در رودهٔ جانوران خونگرم یافت می‌شود و مدل رایجی برای تحقیقات زیست‌شناسی و تولید پروتئین نوترکیب است.
¹⁰ Bioreactor (بیورآکتور): محفظه یا مخزنی که شرایط کنترل‌شده‌ای برای رشد سلول‌ها یا میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کند.
¹¹ Monoclonal Antibodies (پادتن‌های مونوکلونال): پادتن‌های یکسان و بسیار اختصاصی که توسط یک نوع سلول ایمنی خاص تولید می‌شوند و در درمان بیماری‌هایی مانند سرطان کاربرد دارند.
¹² Rennin (رنین): آنزیمی که باعث دلمه بستن شیر و تبدیل آن به پنیر می‌شود.