Bên cạnh những ƣu điểm đã đƣợc đề cập ở mục 1.2.1, một nhƣợc điểm chính trong việc sử dụng E. coli làm tế bào chủ để sản xuất protein tái tổ hợp là sản phẩm này thƣờng đƣợc tạo thành dƣới dạng kết tụ không tan gọi là thể vùi. Protein trong thể vùi không có hoạt tính, do đó cần phải trải qua quá trình hòa tan thể vùi bằng chất biến tính và tái gấp cuộn để thu đƣợc dạng có hoạt tính. Quá trình này thƣờng đạt hiệu suất thấp dẫn đến giá thành sản phẩm tăng cao. Do vậy, các phƣơng pháp tăng cƣờng tính
tan của protein tái tổ hợp đƣợc quan tâm nghiên cứu và phát triển nhằm đơn giản hóa quy trình sản xuất protein tái tổ hợp với hiệu suất cao giúp giảm giá thành sản phẩm.
Các biện pháp tăng cƣờng tính tan của protein tái tổ hợp bao gồm [18]:
a) Các biện pháp biến đổi di truyền
- Sử dụng đuôi dung hợp: Các đuôi dung hợp nhƣ maltose binding protein (MBP), E. coli N-utilizing substance A (NusA), glutatione S-transferase (GST)… đã đƣợc chứng minh có tác dụng làm tăng tính tan của protein mục tiêu. Tuy nhiên, để thu đƣợc dạng protein có hoạt tính, các đuôi dung hợp này thƣờng phải đƣợc loại bỏ khỏi protein mục tiêu. Quá trình này thƣờng có hiệu suất thấp, chi phí cao làm giảm hiệu suất của quy trình thu nhận protein và tăng giá thành sản phẩm.
- Thay thế amino acid: Hƣớng tiếp cận khác có khả năng làm tăng tính tan của protein tái tổ hợp là thay thế các amino acid kỵ nƣớc của protein thành các amino acid ƣa nƣớc. Tuy nhiên, biện pháp này có thể làm ảnh hƣởng đến hoạt tính của protein và cần phải chứng minh tính an toàn của protein thu đƣợc, đặc biệt là những protein đƣợc sử dụng làm thuốc.
b)Tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy nhằm tăng cường tính tan của protein
Đây là biện pháp đơn giản, trong nhiều trƣờng hợp nó có tác dụng tích cực trong việc cải thiện tính tan của protein.
- Giảm nhiệt độ nuôi cấy: Tƣơng tác kỵ nƣớc giữa các protein là nguyên nhân chính hình thành thể vùi. Nhiệt độ cao thúc đẩy sự hình thành tƣơng tác kỵ nƣớc nên cũng thúc đẩy sự hình thành thể vùi. Do vậy, một trong những phƣơng pháp hiệu quả giúp tăng cƣờng tính tan của protein tái tổ hợp là giảm nhiệt độ nuôi cấy tế bào E. coli. Mặt khác, nhiệt độ thấp cũng làm giảm tốc độ tổng hợp protein, giúp protein có đủ thời gian và không gian cho sự gấp cuộn đúng. Tuy nhiên, việc giảm nhiệt độ nuôi cấy cũng ảnh hƣởng đến tốc độ phát triển của tế bào E. coli. Do đó cần phải lựa chọn nhiệt độ nuôi cấy phù hợp nhằm làm tăng khả năng tan của protein nhƣng duy trì đƣợc lƣợng sinh khối tế bào cao. Bên cạnh đó, các biện pháp giảm lƣợng oxy hòa tan, thay đổi pH, thành phần môi trƣờng cũng có thể tăng cƣờng tính tan của protein tái tổ hợp.
- Bổ sung các cofactor: Việc thêm vào các cofactor có thể đem đến hiệu quả khả quan trong việc làm tăng tính tan của protein. Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung MgCl2 0,1mM có thể tăng cƣờng tính tan của protein lên 50%.
c) Đồng biểu hiện với chaperone
Chaperone hỗ trợ sự gấp cuộn của protein theo nhiều cách, một số chaperone thúc đẩy quá trình tái gấp cuộn, một số khác giúp ngăn ngừa sự hình thành thể vùi hoặc sửa chữa những cầu nối disulfide sai trong phân tử protein. Do vậy, việc sử dụng chaperone nhằm tăng cƣờng tính tan của protein mục tiêu là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, hiệu quả làm tăng tính tan còn tùy thuộc vào loại chaperone đƣợc sử dụng cũng nhƣ phụ thuộc vào protein mục tiêu. Do vậy, đối với mỗi loại protein cụ thể cần phải tiến hành khảo sát để tìm ra loại chaperone thích hợp.
Tóm lại, có rất nhiều biện pháp nhằm làm tăng cƣờng tính tan của protein tái tổ hợp. Tuy nhiên, khả năng tan của protein tái tổ hợp còn tùy thuộc vào bản chất của protein, do đó phù hợp với những biện pháp tăng cƣờng tính tan khác nhau và cần phải lựa chọn để đƣa ra phƣơng án phù hợp.
CHƢƠNG II.