Jens Nielsen (t.v. i billedet) ses her sammen med Biotechnology & Bioengineerings chefredakøren Douglas Clark. Fotograf: Anar Hoboken Murphy, Wiley Blackwell

Forskere får gær til at producere hæmoglobin

torsdag 07 apr 16

Kontakt

Jens Nielsen
Chief Scientific Officer
DTU Biosustain

Kontakt

Anne Wärme Lykke
Communications Officer
DTU Biosustain
21 12 37 70

Kunstigt blod er svært at producere

  • Forskere har i årtier forsøgt at udvikle en effektiv metode til at producere iltbærere til transfusioner, f.eks. bloderstatninger eller kunstigt blod. Indtil nu har forskerne brugt en lang række strategier fra syntetiske polymerer til cellefri hæmoglobinbærere.
  • De seneste fremskridt inden for gensplejsning i cellernes stofskifte gør det muligt at frembringe forskellige genmodificerede organismer, der kan producere humant hæmoglobin.
  • Men selv om det lykkes forskerne at fremstille aktivt hæmoglobin, er der stadigvæk nogle forhindringer, der skal overvindes, før hæmoglobinet er sikkert at anvende i mennesker. Hæmoglobin er nemlig giftigt for kroppen, når det ikke er bundet til ilt. Derfor skal det kobles sammen med en cellelignende bærer for at få komplekset til at ligne og opføre sig som et rødt blodlegeme i kroppen.

Hvad er B&B Elmer Gaden Award?

  • B&B Elmer Gaden Award er en af de mest prestigefyldte priser inden for biokemisk design, og den gives for en fremragende forskningsartikel, som er blevet publiceret i Biotechnology & Bioengineering.
  • Prisen er opkaldt efter grundlæggeren af tidsskriftet, professor Elmer L. Gaden, der ofte betegnes som faderen til biokemiske design-processer, på grund af hans banebrydende forskning. Han udviklede bl.a. den teknologi, der sikrer tilstrækkelig lufttilførsel i gæringsprocesser i stor skala. Denne teknologi var afgørende for at det lykkes at producere penicillin kommercielt i 1940’erne.

Forskere fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability har vist, at gærceller kan producere store mængder aktivt hæmoglobin – de proteiner i røde blodlegemer, som transporterer ilt. Nu er den videnskabelige artikel blevet tildelt den prestigefyldte B&B Elmer Gaden Award.

Indtil for nylig har forskere haft store vanskeligheder med at fremstille ilt-transporterende proteiner i blod kaldet hæmoglobin ved hjælp af mikrober. Hæmoglobin er vigtigt for at kunne fremstille fx bloderstatninger, som bruges i blodtransfusioner.

Men nu har forskere fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability vist, at gær kan genmodificeres til at producere store mængder aktivt menneskeligt hæmoglobin – et protein, der potentielt kan redde livet for tusindvis af patienter, som har brug for en blodtransfusion.

"Cellerne kan potentielt revolutionere måden, vi fremstiller blod til transfusioner på"
Professor Jens Nielsen, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability

Forskningsresultaterne blev publiceret i tidsskriftet ”Biotechnology & Bioengineering”, og artiklen har fået B&B Elmer Gaden-prisen 2016 for bedste artikel. Prisen gives til en fremragende artikel, der er blevet publiceret i tidsskriftet i det forgangne år.

E. coli kasseret til fordel for gær

Forskere har i årtier forsøgt at gensplejse bakterien E. coli til at producere hæmoglobin – de proteiner i røde blodlegemer, som transporterer ilt rundt i kroppen.

Forsøgene viste, at E. coli godt kan designes til at producere hæmoglobin, men at proteinerne er relativt ustabile og har en begrænset evne til at transportere ilt, fordi de stammer fra bakterier.

Derfor besluttede forskere fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability at bruge gær (Saccharomyces cerevisiae) i stedet. På grund af gærs store lighed med menneskelige celler, burde gær være en bedre kandidat til at fremstille humant hæmoglobin end bakterier.

Forskerne indførte små ringformede DNA-molekyler (plasmider), som indeholder vigtige gener for at producere hæmoglobin. I de første designer-gærceller var udbyttet fire pct. hæmoglobin ud af det samlede proteinindhold i cellen, hvor indholdet i E. coli havde været fem pct. 

Gær narres til at overproducere hæmoglobin

I det seneste forsøg slettede forskerne en såkaldt transskriptionsfaktor kaldet HAP1, som regulerer genudtrykket i forhold til indholdet af bestemte jernholdige molekyler (heme) og ilt i cellen.

Uden HAP1 producerer cellerne mere hæmoglobin på grund af manglen på naturlig regulering. Dette trick gav et samlet udbytte på hele syv pct. af det samlede proteinindhold i gærcellerne.

Hvis man forestillede sig, at designer-gæren blev dyrket i tanke på 100.000 liter, ville cellerne producere ca. 200 kg aktivt hæmoglobin pr. døgn. Da raske mennesker har ca. 150 gram hæmoglobin pr. liter blod, ville en 100.000-liters tank således kunne producere hæmoglobin svarende til over 1.300 liter blod pr. døgn.

”Denne cellelinje kan potentielt revolutionere den måde, vi fremstiller blod til transfusioner på. Når det er muligt at fremstille effektive iltbærere billigt i celler, bliver det mere attraktivt at benytte metoden i stedet for at fremstille iltbærerne kemisk eller at isolere hæmoglobin fra dyreblod,” siger professor Jens Nielsen, som vandt prisen og holdt en forelæsning om emnet i San Diego i USA.

Læs den videnskabelige artikel her

Engineering the oxygen sensing regulation results in an enhanced recombinant human hemoglobin production by Saccharomyces cerevisiae. Forfattere: José L. Martínez, Lifang Liu, Dina Petranovic og Jens Nielsen. DIO: 10.1002/bit.25347

Kontakt

Jens Nielsen, nielsenj@chalmers.se, tlf: +46 (0)31 772 3804

 

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.