دانلود مقاله فرایند تخلیص پروتئین در مقیاس صنعتی

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع غذایی
دانلود مقاله فرایند تخلیص پروتئین در مقیاس صنعتی

نوع فایل: word

فرمت فایل: doc

قابل ویرایش

تعداد صفحات : 111 صفحه

قسمتی از متن :

در طي دهه هاي شصت و هفتاد قرن بيستم ميلادي، پيشرفت در دانش بيولوژي امكان استفاده از سلولها و مولكولهاي آنها و نيز استفاده از كل يك ارگانيزم براي توليد محصولات مختلف را ميسر نمود. بدين ترتيب بيوتكنولوژي نوين پديدار شد. بيوتکنولوژي با استفاده از فرايندهاي سلولي و مولكولي براي توليد محصولات يا حل معضلات متفاوت, قادر به بهبود كيفيت در مراقبتهاي بهداشتي جامعه، افزايش محصولات كشاورزي و ايجاد محيط زيستي سالم و پاكيزه است.
بيوتکنولوژي با استفاده از مجموعه فناوري هايي كه بر پايه شاخه های مختلف علوم نظير بيولوژي, بيوشيمي و مهندسی شيمي استوار است, از خصوصيات سلولها و مولكولهاي بيولوژيك بهره مي گيرد. بدون شک پروتئين ها, به عنوان محصول نهايي ژن ها, از مهمترين مولکول های بيولوژيک و از عناصر اصلی حيات در تمامی جاندارن محسوب مي شوند. بيوتکنولوژي از منابع متفاوتي براي توليد پروتئين ها بهره مي گيرد. اين منابع گاهی به صورت نوترکيب (Recombinant) با استفاده از ميکروارگانيسم هايي نظير اشريشيا کلي (Escherichia coli) و مخمرها (Yeast) بوده وگاهی نيز به صورت طبيعي با استفاده از سلولهاي پستانداران, گياهان, حشرات يا مايعات فيزيولوژيک نظير پلاسماي خون هستند.
به طور کلی عمليات توليد پروتئين توسط بيوتکنولوژي به دو بخش "فرآيند عمليات بالادستي Upstream) ) " و "فرآيند عمليات پايين دستي (Downstream) " تقسيم مي گردد. "فرآيند عمليات بالادستي " عملياتي نظير کشت سلولي و تخمير است که برای توليد پروتئين به صورت محصول اوليه و خام در داخل منبع مورد نظرانجام مي پذيرد. "فرآيند عمليات پايين دستي " عملياتي است که با استفاده از تکنيکهاي مختلف جداسازي انجام مي گيرد و هدف نهايي آن پالايش محصول پروتئينی مورد نظر از مواد ديگر موجود در محيط بيولوژيک, که عموما" تحت عنوان ناخالصی ها (Impurities) قرار مي گيرند, است. اين دو بخش داراي تفاوت های اساسي با يکديگر هستند اما چگونگي "فرآيند عمليات بالادستي " در نحوه انجام و موفقيت "فرآيند عمليات پايين دستي " تأثير غير قابل انکار و به سزايي دارد. در نظر گرفتن خصوصيات ماده اوليه حاصل از "فرآيند عمليات بالادستي" و ويژگي محصول نهايي مورد نظر برای طراحي "فرآيند عمليات پايين دستي " بسيار حائز اهميت است.

1-2 ويژگي هاي يک"فرآيند عمليات پايين دستي"بهينه:
قبل از شروع " فرآيند عمليات پايين دستي" برای جداسازي يك محصول خاص لازم است تمامي تلاشها درجهت ايجاد يك فرآيند عملياتي بهينه انجام پذيرد. سه ويژگي مهم يك " فرآيند عمليات پايين دستي" بهينه عبارتند از : ورود به بازار در اولين زمان ممكن, كيفيت بالا, و نهايتاً هزينه پائين. طراحي تمامي فرايندهاي تخليص بايد براساس اين سه ويژگي صورت پذيرد تا قادر به ارائه پايدار و ثابت محصول مورد نظر درميدان رقابت با ساير فرايندهاي طراحي شده باشد.
1-2-1 ورود به بازار در اولين زمان ممكن:
طراحي " فرآيند عمليات پايين دستي" بايد به نحوي انجام شود كه اولاً حداقل زمان ممكن براي انجام اين عمليات و توليد فراوردة مورد نظر صرف شده و ثانياً فرايند به صورتي كامل و داراي كمترين امكان تغيير بعدي موفق به اخذ گواهي نامه گردد . درصورتيكه " فرآيند عمليات پايين دستي" به صورت ناقص يا با تغييرات مداوم مواجه گردد، بدون شك اخذ گواهي نامه براي آن مشكل بوده و درصورت اخذ، ايجاد تغييرات بعدي نياز به تأييد مجدد دارد كه مي تواند سبب صرف هزينه هاي گزاف گردد. درعين حال استفاده از حق انحصاري توليد (Patent) يا بدست آوردن بازار مصرف بيشتر درميدان رقابت با ساير توليد كننده ها از جمله مواردي است كه مي تواند نتيجه طراحي فرآيندي با حداقل زمان ممكن و پايدار باشد.
1-2-2 كيفيت بالا:
هميشه ورود به بازار در اولين زمان ممكن و دستيابي به حق انحصاري توليد به عنوان مهمترين پارامتر تعيين كننده براي بهترين طراحي " فرآيند عمليات پايين دستي" به شمار نمي رود. به خصوص مواقعي که محصول مورد نظر منحصر به فرد نبوده و امکان توليد آن به صورتهاي مختلف وجود داشته باشد, برخورداري محصول از كيفيتي بالا، عامل مهم و بسيار مؤثر در عرصه رقابت با ساير توليدكننده هاي همان محصول به شمار مي رود.
به هر حال شناخت يك محصول با كيفيت بالا بحث بسيار مفصلي است كه در اينجا به مهمترين وجوه آن خواهيم پرداخت. بديهي است شناخت دقيق تر مسئله كيفيت مي تواند در بحث هاي اختصاصي كنترل كيفي محصولات بيوتكنولوژيك حاصل گردد.
در طراحي فرايند " فرآيند عمليات پايين دستي" توليد و پالايش براي حصول به كيفيت بالا در محصول نهايي بايد نحوة دستيابي به ويژگي هاي ذيل در طراحي " فرآيند عمليات پايين دستي" در نظر گرفته شود.
درجة خلوص بالا:
با توجه به اينكه هدف اصلي در فرآيند پالايش ، جداساختن محصول پروتئيني مورد نظر از ناخالصي ها است، بديهي است كه دستيابي به درجه خلوص بالا از اهميت زيادي برخوردار است. اما مفهوم خلوص از دو ديدگاه مطرح مي گردد: خلوص عملكردي (functional purity) و خلوص شيميايي (chemical purity). بالا بودن خلوص محصول از نقطه نظر عملكردي به بالابودن قدرت اثر (potency)، بالا بودن نيمه عمر (Half life)، بالا بودن پايداري (stability) و حداقل وجود اثرات جانبي محصول تعبير مي شود. درحاليكه درخلوص شيميايي ميزان همگوني (Homogeneity )، ميزان ناخالصي ها و آلاينده ها، مقدار افزودني هاي مجاز و ميزان يكسان بودن (identity) مورد توجه است.
درجة خلوص مورد نياز براي محصول نهايي كاملاً با كاربرد و ميزان استفاده آنها مرتبط است. بطور مثال درجة خلوص مورد نياز براي محصولاتي كه مصارف تشخيصي و in vitro دارند پائين تر از محصولاتي است كه براي درمان استفاده شده وبه صورت in vivo مصرف مي شوند . همچنين درمحصولاتي كه در انسان مصرف مي شوند درجه خلوص با افزايش مقدار مصرف در طول عمر افزايش مي يابند؛ به طوريكه درجه خلوص مورد نياز براي واكسنها در مقايسه با دارويي تزريقي نظير انسولين كمتر است. در نمودار 1-1 ميزان خلوص مورد نياز برخي ازانواع محصولات بيوتكنولوژي و در مقايسه با ميزان مصرف آنها در طول عمر مقايسه شده است.

PO: Erythropoetin
hGH: Human Growth Hormone
SOD:Super Oxidase Dismutase
نمودار 1-1- مقايسه درصد خلوص مورد نياز محصولات مختلف بيوتکنولوژي. با توجه به مورد مصرف و مقدار مصرف محصولات بيوتکنولوژی درجة خلوص مورد نظر تغييرمي کند

منابع :

1. Aalund, O.; Blackeslec,D.; Butler, J. E. ; Duncan , J . R.; Freeman , M. J.; Jenness , R.; Kehoe , J. M.; Mach, J. P.; Papaez, J.; Vaerman , J.P. and Winter, A.J. (1971). Proposed nomenclature for the immunoglobulins of the domesticated dovidae, cattle, sheep and goats . Can.J.Comp. Med. 35:346- 348

2. Melton, J. A., Parker, M. W., Rossjohn, J. T., Tweten, R. K., 2004, The identification and structure of the membrane-spanning domain of the Clostridium septicum alpha toxin, J. Biol. Chem., 279, 14315-14322.

3. Melton, J. A., Bentsen, L. M., Tweten, R. K., 2006, Identification of Functional Domains Clostridium septicum alpha toxin, Biochemistry, 45, 14347-14354.

4. Mackenzie, C. R., Hirama, T., Buckley, J. T., 1999, Analysis of receptor binding by the channel-forming toxin aerolysin using surface plasmon resonance, J. Biol. Chem., 274, 22604-22609.

5. Gordon, V. M., Nelson, K. L., Buckley, J. T., Stevens, V. L., Tweten, R. K., Elwood, P. C., Leppla, S. H., 1999, Clostridium septicum alpha toxin use glycosylphosphatidylinositol-anchored protein receptors, J. Biol. Chem., 274, 27274-27280.

6. Sellman, B. R., Kagan, B. L., Tweten, R. K., 1997, Generation of a membrane-bound, oligomerized pre-pore complex is necessary for pore formation by Clostridium septicum alpha toxin, Molecular Microbiology, 23, 551-558.

7. Abrami, L., Velluz, M. C., Hong, Y., Ohishi, K., Mehlert, A., Ferguson, M., Kinoshita, T., and Gisou van der Goot, F., 2002, The glycan core of GPI-anchored proteins modulates aerolysin binding but is not sufficient: The polypeptide moiety is required for the toxin-receptor interaction, FEBS Lett., 512, 249-254.

8. Tweten, K. R., 2001, Clostridium perfringens beta toxin and Clostridium septicum alpha toxin: their mechanism and possible role in pathogenesis, veterinary microbiology, 82, 1-9.

9. Huang , K. S; Wallner, P. B; Matlaliano, R.J. and Tizard, R.(1986). Cell
46:19- 199(cited from ref. No.47).
10. Hudson, L . and Hay , F. C.(1989). Practical Immunology , 3rd ed. Blackwell Scientific Publication, Oxford, London. PP: 2,281-289.
11. Freund,J.(1947) . Annu . rev . Microbiol. 1:291.
12. Gordon, V. M., Benz, R., Fujii, K., Leppla, S. T., Tweten, R. K., 1997, Clostridium septicum alpha-toxin is proteoliticaly activated by furin, Infection and Immunity, 65, 4130-4134.

13. Warner, T.F. and Azen, e.A.(1984). Proline – rich proteins are present in serous cells of submucosal glands in the respiratory tract. Am.Rev.Respir. Dis.130:115 – 118.
14. Ballard, J., Bryant, A., Stevens, D., Tewten, R. K., 1991, Purification and Characterization of the Lethal Toxin (Alpha-Toxin) of Clostridium septicum, Infection and Immunity, 60, 784-790.

15. Stites , P.D. and Terr, A. I . (1991) . Basic and Clinical Immunology , 7th ed, Prentice- Hall international Inc. UK. Pp 36, 40, 45- 60.
16. Dipe, d. B., Nelson, K. L., Raja, S. M., Pleshsak, E. N., Buckley, J. T., 1998, Glycosylphosphatidylinositol anchors of membrane glycoprotein are binding determinants for the channel-forming toxin aerolysin, J. Biol. Chem., 273, 2355-2360.

17. Roitt, I.M.(1994) . Essential Immunology, 8th ed, Blackwell Scientific Publications, London. PP24-30,72-73.
18. Bellanti, J. (1978). Immunology II. W. B. Saunders Company , Philadelphia, 813 PP.
19. Towbin. H, Stachelin, T, and, Gordon, J : Electrophoretic trasfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose shets : Procedure and some application, Proc.Natl. Acad. Sci, 76:4350 – 54, 1979.
20. Sela, M. (1986). Antigens. In Handbook of Experimental Immunology (edited by Weir, D. M) 4th ed. Vol I (Immunochemistry) , Blackwell , Oxford.
21. Gordon, V. M., K. R. Klimpel, N. Arora, M. A. Henderson, and S. H. Leppla.1995. Proteolytic activation of bacterial toxins by eukaryotic cells is per-formed by furin and by additional cellular proteases. Infect. Immun. 63:82–87.

22. Catty, D.(1988). Antibodies , Volume I , A Practical Approach . TRL Preess, Eynsham,Oxford, England. PP:1952.
23. Valker,J.M: The protein protocols handbook. Human press INC, 1996.
24.Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature 1970;227: 680-685.
25. Hwa, K. Y., 2001, Glycosyl phosphatidylinositol-linked glycol-conjugates: Structure, biosynthesis and function, Adv. Exp. Med. Biol., 491, 207-214.
26. Hyde, R.M (1992). Immunology , 2nd ed, Williams and Wilkins Harwal Publishing Co. Malvern PP. 13and 27 .
27. Tizzard ,I. ( 1991) . Veterinary Immunology, An Introduction. W.B. Saunders, Philadelphia.
28. Nelson,K.L., Raja,S.M. and Buckley,J.T. (1997) The glycosylphos- phatidylinositol-anchored surface glycoprotein Thy-1 is a receptorfor the channel-forming toxin aerolysin. J. Biol. Chem., 272,12170,12174.
29. Diep,D.B., Nelson,K.L., Lawrence,T.S., Sellman,B.R., Tweten,R.K. and Buckley,J.T. (1999) Expression and properties of an aerolysin Clostridium septicum a toxin hybrid protein. Mol. Microbiol., 31,785,794.

30. Mayer, R.J.and Walker, J.H.(1990).Immunochemical Methods in cell and Molecular Biology . 2nd printing, Academic Press, Harcourt Brace Jovanovich Publishers, London. PP: 7,217-218.
31. Scopes, R. K., 1994, Protein Purification Principles and Practice, Springer, Third Edition.

32. Sela, M.(1986) . Antigens. In Handbook of Experimental Immunology (edited by Weir, D. M) 4th ed. Vol I (Immunochemistry) , Blackwell , Oxford.
33. Deutscher, M. P., 1990, Methods in Enzymology (Guide to Protein Purification), Academic Press, Vol 182.

34. Cutler, P., 2002, Protein Purification Protocols, Humana Press Inc., Second Edition.

35.Baserga, R. and Heffler, S. (1967) . Stimulation of DNA Synthesis by Isoproterenol and its
36. Roe, S., 2001, Protein Purification Techniques, Practical Approach, Second Edition.

37. van Oss, C.J.(1982). Isolation and characterization of immunoglobulins . Sep. Purification . 11:131-176.
38. Bourne , F . J.(1971). Porcine immunoglobulins . Vet. Annu. 20:74 – 85.
39. Macdonough, r.J. and Inman , F.P. (1970). Methods for the preparation of normal rabbit serum IgM. Anal. Biochem. 36:495-504.

40. Harlow , Ed and Lane, D.(1988). Antibodies, A Laboratory Manual . Cold Spring Harbor Laboratory. PP:288-3178.
41.
42. Jonston, A, Thorpe , R: Immunochemistry in practice , Blackwell scientific publication , 2ed , 1990.
43. Stec J, Bicka L, Kuzmak J. Isolation and purification of polyclonal IgG antibodies from bovine serum by high performance liquid chromatography. Bull vet Inst Pulawy 2004; 48:321-327.
44. Walker, J. M., 2005, The Protein Protocols Handbook, Humana Press Inc., Vol. 2.

45. Hemmaty, M., Morshedi, A., Yousofbeigi, A., Fathi Najafi, M., 2006, Isolation and identification of Clostridium septicum from sheep-dung, Razi Vaccine & Serum Research Institute, 61, 167-172.
46. Tizard I. Veterinary Immunology: An Introduction. Serology. WB Saunders company . USA 3rd ed. 1987:129 – 141.
47.
48. Robinson, B.H.B, and Wright , P.H: Guinea pig anti insulin serum . J. Physiol, (London), 155: 302 – 10, 1961.

49- دكتر قراگزلو محمد. ايمونولوژي و ايمونوپاتولوژي حيوانات اهلي. موسسه نشر جهاد وابسته به جهاد دانشگاهي. تابستان 1377 : 223 و 218 – 216.

50- وجگاني، محمد(1371). ايمونولوژي، انتشارات جهاد دانشگاهي تهران.
51- فريد حسيني ، رضا(1369) . آلرژي و ايمونولوژي باليني، انتشارات آستان قدس رضوي.