Rekombinanttiset spidroiinit
Virkkula, Leevi (2023)
Virkkula, Leevi
2023
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-02-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302062088
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202302062088
Tiivistelmä
Rekombinanttiset spidroiinit ovat hämähäkinseitin proteiineja mukailevia kuitumaisia sitkeitä proteiineja, jotka on tuotettu geenimuunnelluissa organismeissa. Tässä työssä tarkastellaan suurien ampullispidroiinien rekombinanttisen tuotannon ongelmia teollisen mittakaavan tuotannossa sekä niiden sovelluksia ja mahdollisuuksia. Rekombinanttisten proteiinien tuotanto on tärkeä ja kasvava teollisuuden osa-alue. Spidroiinit ovat mekaanisten ominaisuuksiensa ja sovelluskohteidensa vuoksi erityisen kiinnostavia teollisuuden kannalta.
Työ on kirjallisuuskatsaus vertaisarvioiduista tutkimuksista ja artikkeleista. Työssä teorian osuus jakautuu yleiseen spidroiinien rakenteeseen sekä suurten ampullispidroiinien rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Suurten ampullipidroiinien rakenne ja ominaisuudet ovat muokattavissa, mikä laajentaa niiden tutkimus- ja sovellusmahdollisuuksia
Rekombinanttisen tuotannon luvussa käsitellään vaiheet ja ongelmat rekombinanttisten spidroiinien tuotantosysteemeissä aina valmiiseen tuotteeseen asti. Työn tuotantosysteemi koostuu rekombinanttisten spidroiinien tuotannosta ja jälkikäsittelystä eli keräyksestä, puhdistuksesta ja kudonnasta. Työssä käy ilme, että spidroiinien sekvenssin toistuvuus ja suuri koko aiheuttavat suuren rasituksen soluille, mistä seuraa spidroiinien pieni ilmennys ja saanto. Saantoa parantavia toimia ovat induktiolämpötilan lasku, kodonioptimointi ja tRNA saatavuuden parantaminen. Jälkikäsittelyssä lopullinen saanto on vahvasti riippuvainen puhdistuksesta. Valittujen spidroiinien geenien lisäksi biomimeettisen kudonnan on havaittu olevan erityisen tärkeä toimenpide haluttujen mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.
Viimeisessä osiossa ennen johtopäätöksiä käsitellään spidroiinien sovelluksia ja teollisen mittakaavan tuotantoa. Muutamista jo kaupallistetuista tuotteista huolimatta spidroiinien käyttökohteet ovat vielä kehitysvaiheessa. Tulevaisuuden sovellukset ovat kuitenkin lupaavia. Uniikkien ominaisuuksien vuoksi niitä pyritään kehittämään kohti teollista mittakaavaa. Teollisen tuotannon ongelmina ovat alhaisesta saannosta syntyvät korkeat kustannukset. Toisaalta indusoija, antibiootit sekä puhdistusmenetelmät tuottavat huomattavan osan kustannuksista, joita optimoimalla tai vaihtamalla voidaan pyrkiä laskemaan kuluja, mikäli tuotantoa ei saada kehitettyä tarpeeksi.
Kaiken kaikkiaan rekombinanttisten spidroiinien tuotanto ja sovellukset ovat kehittyneet viime vuosikymmenen aikana huomattavasti. Optimoimalla tuotanto-organismeja ja osaprosesseja voidaan saavuttaa teollisen mittakaavan tuotanto tulevaisuudessa.
Työ on kirjallisuuskatsaus vertaisarvioiduista tutkimuksista ja artikkeleista. Työssä teorian osuus jakautuu yleiseen spidroiinien rakenteeseen sekä suurten ampullispidroiinien rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Suurten ampullipidroiinien rakenne ja ominaisuudet ovat muokattavissa, mikä laajentaa niiden tutkimus- ja sovellusmahdollisuuksia
Rekombinanttisen tuotannon luvussa käsitellään vaiheet ja ongelmat rekombinanttisten spidroiinien tuotantosysteemeissä aina valmiiseen tuotteeseen asti. Työn tuotantosysteemi koostuu rekombinanttisten spidroiinien tuotannosta ja jälkikäsittelystä eli keräyksestä, puhdistuksesta ja kudonnasta. Työssä käy ilme, että spidroiinien sekvenssin toistuvuus ja suuri koko aiheuttavat suuren rasituksen soluille, mistä seuraa spidroiinien pieni ilmennys ja saanto. Saantoa parantavia toimia ovat induktiolämpötilan lasku, kodonioptimointi ja tRNA saatavuuden parantaminen. Jälkikäsittelyssä lopullinen saanto on vahvasti riippuvainen puhdistuksesta. Valittujen spidroiinien geenien lisäksi biomimeettisen kudonnan on havaittu olevan erityisen tärkeä toimenpide haluttujen mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.
Viimeisessä osiossa ennen johtopäätöksiä käsitellään spidroiinien sovelluksia ja teollisen mittakaavan tuotantoa. Muutamista jo kaupallistetuista tuotteista huolimatta spidroiinien käyttökohteet ovat vielä kehitysvaiheessa. Tulevaisuuden sovellukset ovat kuitenkin lupaavia. Uniikkien ominaisuuksien vuoksi niitä pyritään kehittämään kohti teollista mittakaavaa. Teollisen tuotannon ongelmina ovat alhaisesta saannosta syntyvät korkeat kustannukset. Toisaalta indusoija, antibiootit sekä puhdistusmenetelmät tuottavat huomattavan osan kustannuksista, joita optimoimalla tai vaihtamalla voidaan pyrkiä laskemaan kuluja, mikäli tuotantoa ei saada kehitettyä tarpeeksi.
Kaiken kaikkiaan rekombinanttisten spidroiinien tuotanto ja sovellukset ovat kehittyneet viime vuosikymmenen aikana huomattavasti. Optimoimalla tuotanto-organismeja ja osaprosesseja voidaan saavuttaa teollisen mittakaavan tuotanto tulevaisuudessa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]