生物药物蛋白质工程技术探讨

摘要：

蛋白质工程技术，实质上就是借助在重组DNA以及利用基因水平来设计分子的过程，在这个过程中更好地定向转化以及定向突变自然界的蛋白质、转运RNA将转化技术应用在蛋白质工程中。本文探析了生物药物研发应用蛋白质工程技术。

关键词：

生物药物；研发应用；蛋白质工程技术

引言

当前，我国的生命科学在快速发展发酵工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、以及基因工程的过程中获得了更多的进步，蛋白质工程技术在研发生物药物的过程中得到了更加广泛的应用，同时其在发展生命科学的过程中也发挥着十分重要的作用。另外，借助蛋白质工程的DNA重组技术分子设计还能够改造自然界已经存在的蛋白质、创造全新的蛋白质，蛋白质工程技术好可以提供更多的设计方案来改造以及合成生物药物，改善重组蛋白药物的免疫原性、半衰期、生物利用度、稳定性、活性。

1.定点突变技术

定点突变(site-directedmutagenesis)技术，实质上就是在确定生物药物的功能以及结构的基础上，对某一活性基团进行全新的有目的地改变，或者是在确定DNA序列中删除、插入以及取代一定长度的核苷酸片段，在突变基因的过程中可以更好地对生物大分子中的个别结构氨基酸残基进行有目的的改变，这样可以获取比较新颖的含有新性状生物药物的方法，因此又被称作是理性分子的设计[1]。在定点突变技术应用的过程中，应该建立在已经知道知生物药物的编码序列以及一级结构的基础上，对突变位点进行更好地设计可以按照蛋白质空间结构进行。相比与使用自然因素以及化学因素致使其突变的方法，定点突变技术更具有重复性好、简单易行、以及突变率高等优点。另外，定点突变技术不但能够对特定的核苷酸序列进行改变，通同时还能够更好地最大化地影响以及随机突变一段核苷酸序列的生物性质以及功能，这样蛋白质就会产生一系列的显著突变，从而更加容易发现基因改良以及高活性的生物药物。同时，在开发心血管药物的过程中，纳豆激酶具有十分重要的作用，因为其主要是通过纳豆枯草生产的涵盖着能够溶解纤维蛋白活性的酶。在实际应用纳豆激酶时，其主要会表现出其非常差的稳定性，而且还比较容易发生氧化反应，更加容易出现定点突变，在序列中引入丙氨酸以及丝氨酸可以相应地改善其周围的苏氨酸以及催化残基的位点，可以更加容易表达在大肠杆菌上，还可以提高其具有的抗氧化能力[2]。另外，在借助催化抗体的过程中，还可以调节免疫蛋白的活性，以及利用突变技术可以很好地提高催化酶的活性，更加容易产生酶解反应。

2.体外定向进化技术

定点突变技术，只可以替换天然蛋白中所含有的少数氨基酸，高级蛋白的结构基本可以一直维持原来的结构状态，所以改造蛋白功能就会受到非常多的限制。另外，当前大多数蛋白功能以及结构的关系数据也往往不符合人类认知蛋白质新功能的实际要求。由此可知，当前改造新兴蛋白质的策略之一就是体外分子定向进化技术，并且体外定向进化的蛋白质工程药物，又常常被称作是分子进化，实质上就是在实验室对实际存在的自然进化机制(自然选择、重组以及随机突变、)进行模拟，利用DNA改组以及易错PCR等方法，可以随机诱变编码蛋白质工程药物的基因，还可以利用压力选择方法或者是高通量筛选对其具有的性能进行定向筛选，这样可以利用优良的生物药物或者是创造出性质优良的、自然界中不存在的新药。相比定点突变，定向进化不必要获知生物药物的功能以及结构的信息，因此就常常被人作是非理性设计[3]。

3.tRNA介导蛋白质工程技术

实质上，tRNA介导蛋白质工程技术定点非天然氨基酸替代法，主要是非天然氨基酸在人为设计的过程中会选择性地掺杂至蛋白质中的技术。相比于定点突变技术，tRNA介导蛋白质工程技术和其有着很多相似的地方，都可以对目的蛋白功能进行可选择性地定向改良，定向改良的主要操作步骤是:首先，借助化学氨酰化等方法来使抑制型的tRNA错酰化，抑制型的tRNA就是指tRNA中具有UAG三联体的反密码子，这样抑制型的tRNA就可以携带更多的非天然氨基酸，之后将该非天然氨基酸利用错酰化的tRNA的反密码子靶向引入目的蛋白的设定位点，再在体外细胞游离合成体内细胞体系中以及系统中合成含该非天然氨基酸的蛋白质。

4.结语

综上所述，在我国不断快速发展生命科学以及信息技术的过程中，在研发新药的同时生物药物发挥着十分重要的作用，在整个药物研发的过程中具有十分重要的意义。研究生物药物的相关人员在利用蛋白质工程技术时，能够在蛋白质分子剪裁以及设计的时候就更加得心应手，这样就能够研发出来的全新蛋白质药物就会拥有更多的新功能以及新结构。在不断深入研究、发展以及应用蛋白质工程的同时，也能够更加快速地发展以及创新自然界中不存在的生物药物。

作者：宋鹏辉 单位：齐鲁理工学院化学与生物工程学院

参考文献：

[1]吴梧桐,王友同,吴文俊,等.生物技术药物的研究开发新进展[C].全国工业生化学术会议.2014，12(22):264-265.

[2]茹炳根.蛋白质工程及其在生物制药中的应用前景[C].全国生化药物及药用动植物资源开发研究会议.2013，115(11)：102-103.

[3]张新国,陈文洁,曾艳龙,等.蛋白质工程技术及其在生物药物研发中的应用[J].药学进展,2014，213(06)：254-256