Überexpression
Unter Proteinüberexpression versteht man die Herstellung eines bestimmten Proteins in prokaryontischen oder eukaryontischen Zellen unter Verwendung eines rekombinanten Vektors. Entscheidend ist dabei , dass eine mglichst große Menge des Proteins gewonnen werden kann. Man unterscheidet
- homologe Expression (d. h. Protein und Expressionswirt sind von gleicher Spezies) und
- heterologe Expression (Protein und Wirt sind unterschiedlicher Spezies).
Standardmäßig benutzt man zur heterologen Expression E.coli-Zellen, da diese Bakterien schnell in großen Ansätzen vermehrt werden können und so die Proteinausbeute optimal ist. So können viele humane Proteine in Bakterienzellen hergestellt und dann aufgereinigt werden (klassisches Beispiel: Insulin). Anders wäre die große Menge an Insulin, die sich Diabetiker spritzen müssen, nur schwer zu erlangen. Bei komplexeren Proteinen versagt diese einfache Methode jedoch, da Bakterien nicht alle Mechanismen der Proteinweiterverarbeitung in der Zelle besitzen, wie sie höhere Organismen aufweisen. Deshalb ist es z. B. bei Membranproteinen notwendig, auf ein Expressionssystem umzusteigen, welches in der Entwicklungsstufe möglichst nahe dem des Zielproteins steht (z.B. eukaryontische Hefezellen oder Insektenzellen).
Im Folgenden sind die grundlegenden Vorgehensweisen der Proteinüberexpression anhand des Beispiels "Insulin" beschrieben:
Um ein Bakterien dazu zu bewegen, das menschliches Protein Insulin herzustellen, muss man ihm die Bauanleitung dafür zur Verfügung stellen. Dies geschieht, indem man das Insulin-Gen in die Bakterienzelle einschleust. Leider kann die Zelle mit dem Gen alleine nichts anfangen. Deshalb bringt man das Insulin-Gen vorher in einen Vektor, der als Sonde funktioniert und alle wichtigen Informationen enthält, damit das Gen abgelesen werden kann. Im Artikel "Klonierung" ist beschrieben, wie ein solcher Vektor mit Gen-Insert hergestellt wird.
Der Vektor enthält neben dem Insulin-Gen noch einen Promotor (rot), welcher als Startpunkt für die Ablesung des Gens fungiert. Noch dazu kann der Promotor induziert werden; er wird also erst dann aktiv, wenn man eine bestimmte Substanz zugibt. Hinter dem Insulin-Gen befindet sich noch ein "Tag", ein kleines Genstück, welches dazu führt, dass am Insulin-Protein ein Bereich angehängt wird, der später zur Reinigung des Proteins aus der Bakterienkultur notwendig ist.
