Hemoglobin adalah protein yang mengandung kofaktor dengan heme yang berperan penting dalam mengangkut dan menyimpan oksigen. Hemoglobin umumnya digunakan untuk pengobatan darurat (sebagai zat pengangkut oksigen aseluler), untuk perawatan kesehatan (sebagai sumber zat besi alami), dan untuk pemrosesan makanan (sebagai pewarna dan penyedap makanan). Untuk memenuhi permintaan hemoglobin yang meningkat, biosintesis hemoglobin oleh mikroorganisme, tumbuhan, atau hewan, belakangan ini menjadi alternatif yang menarik. Di antara berbagai organisme tersebut, mikroorganisme adalah sel yang paling menjanjikan untuk produksi hemoglobin karena produktivitasnya yang lebih tinggi.
Empat peneliti yang dipimpin oleh Xinrui Zhao dari School of Biotechnology, Jiangnan University menerbitkan review tentang perkembangan biosintesis hemoglobin dari mikroba. Berdasarkan struktur klasik hemoglobin, beberapa modifikasi penting telah diperkenalkan untuk meningkatkan tingkat ekspresinya.Strategi yang berbeda dapat dilakukan untuk biosintesis hemoglobin berdasarkan jenis hemoglobin dan mikroba yang digunakan untuk mensintesisnya.
Berdasarkan artikel tersebut disebutkan ada 4 strategi utama dalam meningkatkan produktivitas hemoglobin dari mikroba.
1. Modifikasi gen dari hemoglobin
Untuk memperoleh hemoglobin menggunakan gen biosintetik manusia, terdapat beberapa kendala dalam ekspresi heterolognya yang harus diatasi, termasuk pembentukan badan inklusi, ketidakstabilan subunit alfa, dan pasokan heme yang tidak mencukupi. Beberapa cara yang bisa digunakan adalah dengan mengoptimalkan penggunaan kodon, promotor, dan vektor serta dengan cara fusi dengan protein lain (γ-CII) atau tag protein (glutathione S-transferase) yang digunakan untuk meningkatkan ekspresi kedua subunit alfa dan beta.
2. Modifikasi mikroba untuk ekspresi gen hemoglobin
Terdapat 2 cara utama untuk modifikasi mikroba dalam meningkatkan ekspresi gen hemoglobin yaitu dengan menentukan mikroba yang tepat serta meningkatkan suplai heme. Heme adalah komponen penting dimana hemoglobin dibentuk oleh protein globin beserta heme. Peningkatan suplai heme ini dapat dilakukan dengan optimalisasi transporter heme dan meningkatkan konversi ALA menjadi heme.
3. Optimasi ekspresi hemoglobin
Optimasi ekspresi gen hemoglobin ini dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan menentukan promoter, RBS, and terminator (Beberapa hal ini pernah saya bahas di artikel berjudul Strategi Rekayasa Genetika Bakteri). Cara kedua adalah dengan menentukan vektor yang tepat termasuk menentukan jumlah salinan vektor yang tepat.
4. Biosintesis skala besar hemoglobin
Biosintesis skala besar ini dilakukan dengan beberapa langkah, di antaranya dengan optimalisasi kondisi fermentasi (Response surface methodology dan menggunakan artificial intellegence). Optimalisasi ini dimulai dengan skala erlenmeyer kemudian berlanjut ke skala fermentor.
Strategi baru yang ditawarkan oleh peneliti
Berbagai jenis hemoglobin dapat disintesis oleh banyak sistem ekspresi mikroba, tetapi titer dan hasil hemoglobin umumnya masih rendah, memunculkan tantangan praktis yang signifikan dalam menggunakan hemoglobin rekombinan. Beberapa strategi baru dapat digunakan untuk meningkatkan biosintesis hemoglobin. Pertama, terdapat fakta bahwa gen yang belum diketahui berpotensi menyandikan hemoglobin yang berpotensi unggul dengan keuntungan komersial dan praktis. Misalnya, hemoglobin dari semanggi, yang memiliki tampilan merah tahan lama yang dapat digunakan untuk produk pengganti daging. Gen ini dapat diprediksi dengan pendekatan machine learning berdasarkan asam amino dan komposisi dipeptida. Selain itu, kemungkinan modifikasi pasca-translasi ke hemoglobin yang telah diprediksi oleh alat bioinformatika, termasuk Nglyc untuk glikosilasi (https://github.com/bioinformaticsML/Ngly) dan PreSSFP untuk fosforilasi (http: //computbiol.ncu. edu.cn/PreSSFP), dapat disintesis pada host eukariotik untuk melakukan fungsi klinis tertentu.
Baca selengkapnya di
Tidak ada komentar:
Posting Komentar