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uo Huang, Karen A. McDonald Departamento de Ingeniera y Qumica de Materiales Ciencias de la Universidad de California, Davis, Uno Escudos Avenue, Davis , CA 95616 , Estados Unidosa r t i c i l e n f o un b s t r a c tDisponible en lnea 06 de agosto 2011Palabras clave:protena heterlogaCultivo de clulas vegetalesbiorreactorBioprocesosBiomanufacturing Las clulas vegetales se han demostrado para ser un husped de expresin heterlogo atractiva ( el uso de plantas enteras y cultivos in vitro de clulas vegetales) para la produccin de protenas extraas en los ltimos 20 aos. en lquido vitro cultivos de clulas vegetales en un biorreactor totalmente contenida se han convertido en una alternativa prometedora a los tradicionales la fermentacin microbiana y cultivos de clulas de mamferos como una plataforma de expresin de la protena extranjera , debido a la caractersticas nicas de las clulas vegetales como anfitrin de produccin, incluyendo la seguridad del producto , biomanufacturing rentable , y la capacidad para protenas complejas modificaciones post -tradicionales. Protenas heterlogas tales como teraputicas , anticuerpos , vacunas y enzimas para aplicaciones farmacuticas e industriales han sido expresado con xito en los sistemas basados en el cultivo de clulas de plantas de biorreactores incluyendo desdiferenciado suspendida clulas de las plantas, musgo y races peludas, etc. En este artculo, el estado actual y las tendencias emergentes de la clula de la plantaCultura para la produccin in vitro de protenas extraas se discutir con nfasis en lo tecnolgicoProgreso que se ha hecho en los sistemas de biorreactores de cultivo celular de plantas. 2011 Publicado por Elsevier Inc

1. IntroduccinBiomanufacturing de productos de protena heterloga se ha ganadocada vez ms importancia debido a la demanda del mercado ampliado paraaplicaciones teraputicas e industriales que conducen al desarrollode las plataformas de expresin seguras y rentables alternativas ytecnologas emergentes (Hacker et al, 2009 ; . Karg y Kallio, 2009).En la actualidad, varios sistemas de expresin de genes se han desarrollado paraproduccin de protenas extraas. Cada sistema ofrece distintas caractersticasque consiste en la mejora expresin de la protena, facilidad de genticacalidad de la manipulacin, y la protena (Durocher y Butler, 2009). enla ltima dcada, la plataforma de expresin a base de clulas de plantas comosistema de biorreactor ( plantas enteras y in vitro de clulas vegetales , rganos ycultivos de tejidos ) se han investigado como una alternativa potencial parala produccin a gran escala de protenas extraas incluyendo producidos por plantasproductos farmacuticos ( PMP ) y productos industriales producidos por plantas ( PMIP )( Davies, 2010 ; Sharma y Sharma , 2009 ) . Biorreactores de clulas vegetalesproporcionar caractersticas atractivas sobre los sistemas de expresin tradicionales queutilizar microbiana y las clulas husped de mamfero , incluyendo su intrnsecaclulas de seguridad ( de plantas no se propagan los virus de mamferos ypatgenos y puede ser fcilmente crecido sin derivado animal de cualquiercomponentes que son consideraciones importantes para la teraputicaaplicaciones ) , biomanufactura rentable que conduce a la disminucincostos de produccin ( Shadwick y Doran , 2005 ), y la capacidad paramodificaciones posteriores a la traduccin ( capacidad para producir glicoprotenasy protenas multimricas complejos con similitud a su nativacontrapartes en trminos de estructura -N glicanos en comparacin con los mamferosclulas) ( Gomord et al. , 2010 ) . Las caractersticas de varios anfitrin cellbasedsistemas de expresin de protenas se han discutido ampliamente( Demain y Vaishnav , 2009 ; . Yin et al, 2007) .En comparacin con el uso de plantas enteras como una plataforma de produccin , encultivos in vitro de clulas de plantas ( clulas vegetales en suspensin , tejido y rganoculturas, etc ) obtenidas en los sistemas de biorreactores controlables oferta adicionalcaractersticas para la produccin de protenas extraas sostenido econmico( Hellwig et al . , 2004 ), tales como 1 ) los ciclos de produccin ms cortos en que elescala de tiempo para la produccin de protenas extraas en cultivo de clulas vegetales requieredas o semanas en comparacin con el mes en plantas transgnicas ; 2) msrendimiento de producto de consistencia en lote a lote , la calidad y la homogeneidaddel patrn de protena diana -N glicanos debido a la cultura homogneade clulas de plantas en condiciones controladas de bioreactor ( De Muynck et al. ,2010 ; Lienard et al, 2007) . ; 3 ) ms barato y ms simple aguas abajola recuperacin y purificacin particularmente para productos secretados en elmedio extracelular y el metabolito secundario inferior y de la clula huspedconcentracin de protenas ( Rawel et al, 2007 . ); 4 ) eliminacin de la necesidadde mano de obra intensiva para el cultivo de invernadero o plantas cultivadas en el campo ;5 ) reduccin de la contaminacin de endotoxina y de micotoxinas ; 6 ) ms seguroplataforma de produccin en un sistema de biorreactor cerrado , evitando el flujo de genesen el medio ambiente y la contaminacin de las cadenas alimentarias ( Franconiet al. , 2010 ) , y 7 ) la facilidad de cumplimiento de los requisitos de cGMP yproceso de registro del producto, etcEl notable avance para mejorar la produccin de protenas extraasrendimiento y calidad a travs de la ingeniera bio-reactor ( Huang yMcDonald, 2009 ) y de la ingeniera gentica enfoques ( Desai et al. ,2010 ; Streatfield , 2007 ) , tales como una mayor transcripcin del transgn ,estabilidad despus de la transcripcin y traduccin de eficiencia , se ha demostradoque el cultivo de clulas de plantas in vitro se convierta en un entorno propiciotecnologa para Biomanufacturing protenas extraas . En este artculo, elrecientes avances tecnolgicos en los cultivos celulares de plantas a base de biorreactorespara la produccin in vitro de protenas extraas se discutir.2 . La produccin de protenas de Relaciones Exteriores en el uso de cultivo de clulas vegetales in vitroEn la actualidad, las protenas extraas que incluyen protenas teraputicas (anticuerpos ,antgenos , vacunas y protenas de la sangre humana , etc ) , protenas de la especialidad( por ejemplo, gelatina y colgeno para cpsulas de la droga ) , y enzimas industriales (talescomo celulasas y lipasas para aplicaciones de biocombustibles ) se pueden expresar en la plantacultivos de clulas , incluyendo clulas vegetales indiferenciadas (como suspendidoclulas de tabaco , arroz y zanahoria, etc ) y los tejidos de la planta y diferenciadacultivos de rganos (como root musgo y peludo , etc ) ( Holland et al. , 2010 ) .Un sistema ideal de plantas de clulas de cultivo del biorreactor para la protena extranjera a gran escalala produccin debe tener las siguientes caractersticas: 1 ) la facilidad de genticamanipulacin por cualquiera de transformacin estable o la expresin transitoria , 2 )alto nivel de expresin de protenas, 3 ) la actividad proteoltica endgena baja, 4 )alta estabilidad de producto en el medio ambiente expresin heterloga(dentro y fuera de las clulas) , 5 ) baja concentracin de secundariametabolitos (puede causar cambios en las protenas estructurales y biolgicaspropiedades y / o complicar los procesos downstreaming ) , 6 ) postraduccionalcapacidad de modificacin, patrn de glicosilacin uniforme yplegamiento de la protena , y 7 ) dispersin homognea en un biorreactor ,etc Tabla 1 muestra ejemplos de expresin de la protena extranjera por establementetransforman los sistemas de cultivo de clulas vegetales . En esta seccin, el estado actualy las caractersticas de diferentes tipos de clula de la planta basada en biorreactorSe discutirn las culturas para la produccin de protena extraa.2.1 . La produccin de protenas de Relaciones Exteriores en las clulas vegetales indiferenciadas suspendidosCultivos en suspensin de clulas vegetales indiferenciadas impulsados por una variedadde sistemas de expresin de genes , se utilizan comnmente para la protena extraaproduccin ( Huang y McDonald, 2009 ; . Lico et al, 2008 ) debido a lahecho de que son ms susceptibles a las regulaciones cGMP y pueden sercultivada y optimizado fcilmente en biorreactores a gran escala ( Shih yDoran, 2009 ) . Cultivos en suspensin de clulas vegetales se derivan generalmente detransformado de manera estable los tejidos vegetales por transformacin mediada por Agrobacterium .Clulas de callos iniciados a partir de explantes de plantas transgnicaspueden ser cultivadas en un medio definido qumicamente para establecer transgnicocultivos en suspensin de clulas ( Rao et al. , 2009). Generalmente la adicin dereguladores de crecimiento se requiere en el medio para promover la rpidacrecimiento de las clulas y mantener la morfologa celular .Recientemente Protalix Biotherapeutics en Israel y Pfizer en los EE.UU.anunciado una colaboracin para desarrollar y comercializar dicha planta de laglucocerebrosidasa recombinante ( prGCD ) usando una zanahoria transgnicasuspensin de cultivo celular plataforma biorreactor como un agente teraputico biolgicodrogas de protena para el tratamiento de la enfermedad de Gaucher en la UE y EE.UU.( Ratner, 2010 ) . Esto representa un hito emocionante para el reconocimiento declula vegetal biomanufacturing basado en la cultura como un bio- equivalente yalternativa econmica a la produccin de productos biofarmacuticos de mamferos humanos,lo que sugiere adems la posibilidad de productos bioequivalentes parafrmacos de protenas existentes. En otro acontecimiento prometedor, un recombinantevacuna animal contra la enfermedad de Newcastle (NDV ) produce encultivos celulares de tabaco transgnicas por Dow Agrosciences fue aprobado porUSDA en febrero de 2006 ( Travis, 2008 ) . Ambos representanavances para el desarrollo de cultivo de clulas vegetales como biomanufacturingplataforma para la produccin a gran escala de productos de protena extranjera.Protalix Biotherapeutics ha desarrollado una suspensin zanahoria transgnicaplataforma