بهينه سازي توليد پروتئين نوتركيب β-NGF در بيوراكتور

Optimization of Recombinant β-NGF Production in Bioreactor

اهداف: فاكتور رشد عصبي β–NGF يك عامل درماني مهم در درمان بسياري از بيماري‌هاي تحليل عصبي مثل آلزايمر است، لذا توليد نوتركيب آن در مقياس انبوه از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. هدف از بررسي حاضر بهينه‌سازي فاكتورهاي موثر در دست‌يابي به بيشترين ميزان توليد پروتئين β–NGF در فرمانتور است. مواد و روش‌ها: از آنجا كه باكتري E. coli سويه بياني مناسبي براي توليد در مقياس صنعتي است، در مطالعه حاضر از سويه DE3 باكتري E. coli به‌منظور توليد پروتئين نوتركيب β–NGF استفاده شد. همچنين از بيوراكتور 5ليتري به‌منظور توليد پروتئين استفاده شد و ميزان اكسيژن محلول (DO%) و دماي پس از القا با استفاده از روش نرم‌افزار آماري سطح پاسخ (RSM) بهينه‌سازي شد. ابتدا تاثير اين دو متغير بر ميزان توليد پروتئين مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور در هر آزمايش كل محتواي پروتئيني استخراج و با روش برادفورد تعيين غلظت شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه بهينه شرايط براي دست‌يابي به بيشترين ميزان توليد پروتئين دماي پس از القاي ºC5/28 و DO، 30% است و در اين شرايط غلظت پروتئين توليدي 61/0±6/9ميكروگرم بر ميلي‌ليتر است. نهايتاً تاثير اين فاكتورها بر توليد پروتئين β–NGF با استفاده از روش دات‌بلات مورد ارزيابي قرار گرفت كه نتايج نشان‌دهنده بيشترين ميزان توليد در شرايط بهينه‌سازي‌شده است. نتيجه‌گيري: به‌طور كلي مي‌توان چنين نتيجه‌گيري كرد كه ميزان DO% و دماي پس از القا علاوه بر تاثير بر رشد باكتري نوتركيب E. coli در بيوراكتور، بر ميزان توليد و بيان پروتئين هاي نوتركيب (مثل β–NGF) نيز تاثير مستقيمي دارد.

Aims Nerve growth factor (β-NGF) is an important therapeutic agent for the treatment of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease; so, recombinant production of it in industrial scale is of high importance. The aim of this study is to optimize the effective factors in achieving the highest rate of β-NGF protein production in the bioreactor. Materials & Methods As E. coli is a suitable host for industrial production of recombinant proteins, E. coli DE3 strain was used for production of recombinant β-NGF. Also, fermentation was performed in a 5-L bioreactor and % dissolved oxygen (%DO) and post-induction temperature values were optimized by response surface methodology (RSM). At first, the effects of these two variables on the level of total protein were studied. So, in every experiment, bacterial proteins were isolated and total protein concentration was determined by Bradford assay. Findings The results indicated that %DO and post-induction temperature of 30% and 28.5ºC were the best values for increased production of total protein; in these circumstances, total protein concentration was 9.6±0.61 mg/ml. Finally, the effects of these variables on recombinant β-NGF production were surveyed by dot blot analysis, indicating the maximum β-NGF expression level on the optimized condition. Conclusion In conclusion, %DO and post-induction temperature not only affect cell growth of recombinant E. coli, but also have a direct impact on recombinant protein expression and production, such as β-NGF.