Tiến gần hơn đến việc sản xuất heparin trong phòng thí nghiệm
- Thứ ba - 21/04/2020 13:36
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia - Proceeding of the National Academy of Science (PNAS),...
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia - Proceeding of the National Academy of Science (PNAS), các nhà nghiên cứu của Đại học California San Diego đã tiến gần hơn đến khả năng tạo ra heparin từ tế bào nuôi cấy. Heparin là chất chống đông máu và được kê đơn nhiều nhất trong các bệnh viện. Tuy nhiên, hiện nay việc sản xuất heparin bằng nuôi cấy tế bào vẫn chưa thực hiện được.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một gene quan trọng chịu trách nhiệm sinh tổng hợp heparin: ZNF263 (zinc-finger protein 263). Các nhà nghiên cứu tin rằng việc điều chỉnh gen điều hòa này là khám phá quan trọng trong việc sản xuất heparin công nghiệp. Ý tưởng được đưa ra là điều khiển biểu hiện gen này trong các dòng tế bào công nghiệp bằng kỹ thuật di truyền, mở đường cho việc sản xuất heparin công nghiệp bằng hệ thống nuôi cấy tế bào được kiểm soát chặt chẽ.
Hiện tại, heparin được sản xuất bằng cách chiết xuất từ ruột lợn, đây là mối quan tâm vì lý do an toàn, bền vững và an ninh. Mỗi năm có hàng triệu con lợn được dùng cho nhu cầu sản xuất này, hầu hết được thực hiện bên ngoài nước Mỹ. Hơn nữa, mười năm trước, các chất ô nhiễm từ qui trình xử lý lợn đã dẫn đến hàng chục trường hợp tử vong. Vì thế, nhu cầu đặt ra cần phải phát triển sản phảm tái tổ hợp bền vững. Công trình nghiên cứu đăng trên tạp chí PNAS đã cung cấp những hiểu biết mới về con đường kiểm soát tổng hợp heparin của tế bào.
Điều hòa tổng hợp heparin
Heparin là một phân nhóm đặc biệt của carbohydrates, gọi là heparan sulphates, được sản xuất bởi một loạt các tế bào, gồm cả trong cơ thể người và trong nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, heparin được sản xuất chuyên biệt trong một loại tế bào máu gọi là tế bào mast (dưỡng bào). Cho đến nay, heparin vẫn chưa được sản xuất thành công trong nuôi cấy tế bào.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California San Diego cho rằng sự tổng hợp heparin chịu sự kiểm soát của một số gen điều hòa (gọi là yếu tố phiên mã) đặc hiệu của mô ví vậy chỉ có tế bào mast có khả năng duy nhất để sản xuất heparin.
Do các yếu tố điều hòa việc sản xuất heparin chưa được biết đến, nhóm nghiên cứu của Đại học California San Diego của giáo sư Jeffrey Esko và Nathan Lewis dẫn đầu đã sử dụng phần mềm tin sinh học để tìm ra các gen mã hóa cho các enzyme liên quan đến việc sản xuất heparin và đặc biệt tìm kiếm các trình tự tiêu biểu cho các vị trí gắn với yếu tố phiên mã. Sự tồn tại của các vị trí gắn này chỉ ra rằng gen tổng hợp heparin được điều hòa bởi một protetin điều hòa sự biểu hiện gene tương ứng, tức là một yếu tố phiên mã.
“Một trình tự DNA nổi bật được chỉ ra chịu trách nhiệm là yếu tố phiên mã, có tên ZNF263 (zinc-finger protein 263)”, giáo sư E. Lewis chia sẻ, người tổ chức các buổi họp tại Khoa Y Đại học Y khoa UC San Diego và khoa Kỹ thuật Sinh học của trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
“Đã có một số nghiên cứu thực hiện trên vùng gen điều hòa này, tuy nhiên đây là công bố đầu tiên về vai trò điều hòa chính liên quan đến tổng hợp heparin”, giáo sư Lewis nói. Ông cũng là đồng Giám đốc của Trung tâm các hệ thống sinh học CHO tại trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9, các nhà nghiên cứu của UC San Diego đã gây đột biến gen ZNF263 trên dòng tế bào người thường không tạo heparin. Họ phát hiện ra rằng heparan sulfate mà dòng tế bào này thường sản xuất đã bị biến đổi hóa học, và cho thấy khả năng phản ứng gần với heparin.
Các thí nghiệm tiếp theo sau đó cho thấy ZNF263 ức chế các gen quan trọng liên quan đến sản xuất heparin. Điều thú vị là phân tích dữ liệu biểu hiện gen từ các tế bào bạch cầu của người cho thấy sự ức chế ZNF263 trong các tế bào mast (tế bào sản xuất heparin in vivo) và basophils (tế bào bạch cầu ái kiềm) là loại tế bào có liên quan đến tế bào mast. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng ZNF263 là chất ức chế tích cực sự sinh tổng hợp heparin trong hầu hết các loại tế bào và các tế bào mast được kích hoạt để tạo ra heparin vì ZNF263 bị ức chế trong dòng tế bào này.
Phát hiện này có thể đóng góp quan trọng trong ngành công nghệ sinh học. Các dòng tế bào được sử dụng trong công nghiệp (như tế bào CHO thường không thể sản xuất heparin) có thể được biến đổi di truyền để làm bất hoạt ZNF263, điều này có thể giúp các tế bào này sản xuất heparin giống như tế bào mast.
Philipp Spahn – nhà khoa học dự án trong phòng thí nghiệm của giáo sư Lewis, thuộc khoa Nhi và Kỹ thuật Sinh học tại UC San Diego, đã mô tả các hướng mà nhóm nghiên cứu đang theo đuổi: “Các phân tích sinh tin học của chúng tôi cho thấy một số yếu tố điều hòa gen tiềm năng khác có thể góp phần vào việc sản xuất heparin và đây là các đối tượng để nghiên cứu sâu hơn”.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200410162452.htm
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một gene quan trọng chịu trách nhiệm sinh tổng hợp heparin: ZNF263 (zinc-finger protein 263). Các nhà nghiên cứu tin rằng việc điều chỉnh gen điều hòa này là khám phá quan trọng trong việc sản xuất heparin công nghiệp. Ý tưởng được đưa ra là điều khiển biểu hiện gen này trong các dòng tế bào công nghiệp bằng kỹ thuật di truyền, mở đường cho việc sản xuất heparin công nghiệp bằng hệ thống nuôi cấy tế bào được kiểm soát chặt chẽ.
Hiện tại, heparin được sản xuất bằng cách chiết xuất từ ruột lợn, đây là mối quan tâm vì lý do an toàn, bền vững và an ninh. Mỗi năm có hàng triệu con lợn được dùng cho nhu cầu sản xuất này, hầu hết được thực hiện bên ngoài nước Mỹ. Hơn nữa, mười năm trước, các chất ô nhiễm từ qui trình xử lý lợn đã dẫn đến hàng chục trường hợp tử vong. Vì thế, nhu cầu đặt ra cần phải phát triển sản phảm tái tổ hợp bền vững. Công trình nghiên cứu đăng trên tạp chí PNAS đã cung cấp những hiểu biết mới về con đường kiểm soát tổng hợp heparin của tế bào.
Điều hòa tổng hợp heparin
Heparin là một phân nhóm đặc biệt của carbohydrates, gọi là heparan sulphates, được sản xuất bởi một loạt các tế bào, gồm cả trong cơ thể người và trong nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, heparin được sản xuất chuyên biệt trong một loại tế bào máu gọi là tế bào mast (dưỡng bào). Cho đến nay, heparin vẫn chưa được sản xuất thành công trong nuôi cấy tế bào.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California San Diego cho rằng sự tổng hợp heparin chịu sự kiểm soát của một số gen điều hòa (gọi là yếu tố phiên mã) đặc hiệu của mô ví vậy chỉ có tế bào mast có khả năng duy nhất để sản xuất heparin.
Do các yếu tố điều hòa việc sản xuất heparin chưa được biết đến, nhóm nghiên cứu của Đại học California San Diego của giáo sư Jeffrey Esko và Nathan Lewis dẫn đầu đã sử dụng phần mềm tin sinh học để tìm ra các gen mã hóa cho các enzyme liên quan đến việc sản xuất heparin và đặc biệt tìm kiếm các trình tự tiêu biểu cho các vị trí gắn với yếu tố phiên mã. Sự tồn tại của các vị trí gắn này chỉ ra rằng gen tổng hợp heparin được điều hòa bởi một protetin điều hòa sự biểu hiện gene tương ứng, tức là một yếu tố phiên mã.
“Một trình tự DNA nổi bật được chỉ ra chịu trách nhiệm là yếu tố phiên mã, có tên ZNF263 (zinc-finger protein 263)”, giáo sư E. Lewis chia sẻ, người tổ chức các buổi họp tại Khoa Y Đại học Y khoa UC San Diego và khoa Kỹ thuật Sinh học của trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
“Đã có một số nghiên cứu thực hiện trên vùng gen điều hòa này, tuy nhiên đây là công bố đầu tiên về vai trò điều hòa chính liên quan đến tổng hợp heparin”, giáo sư Lewis nói. Ông cũng là đồng Giám đốc của Trung tâm các hệ thống sinh học CHO tại trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs.
Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9, các nhà nghiên cứu của UC San Diego đã gây đột biến gen ZNF263 trên dòng tế bào người thường không tạo heparin. Họ phát hiện ra rằng heparan sulfate mà dòng tế bào này thường sản xuất đã bị biến đổi hóa học, và cho thấy khả năng phản ứng gần với heparin.
Các thí nghiệm tiếp theo sau đó cho thấy ZNF263 ức chế các gen quan trọng liên quan đến sản xuất heparin. Điều thú vị là phân tích dữ liệu biểu hiện gen từ các tế bào bạch cầu của người cho thấy sự ức chế ZNF263 trong các tế bào mast (tế bào sản xuất heparin in vivo) và basophils (tế bào bạch cầu ái kiềm) là loại tế bào có liên quan đến tế bào mast. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng ZNF263 là chất ức chế tích cực sự sinh tổng hợp heparin trong hầu hết các loại tế bào và các tế bào mast được kích hoạt để tạo ra heparin vì ZNF263 bị ức chế trong dòng tế bào này.
Phát hiện này có thể đóng góp quan trọng trong ngành công nghệ sinh học. Các dòng tế bào được sử dụng trong công nghiệp (như tế bào CHO thường không thể sản xuất heparin) có thể được biến đổi di truyền để làm bất hoạt ZNF263, điều này có thể giúp các tế bào này sản xuất heparin giống như tế bào mast.
Philipp Spahn – nhà khoa học dự án trong phòng thí nghiệm của giáo sư Lewis, thuộc khoa Nhi và Kỹ thuật Sinh học tại UC San Diego, đã mô tả các hướng mà nhóm nghiên cứu đang theo đuổi: “Các phân tích sinh tin học của chúng tôi cho thấy một số yếu tố điều hòa gen tiềm năng khác có thể góp phần vào việc sản xuất heparin và đây là các đối tượng để nghiên cứu sâu hơn”.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200410162452.htm