Es gibt viele stille Helden um uns herum, die unscheinbar wirken, aber im Stillen einen großen Beitrag leisten. Proteinase K ist der „stille Held“ der molekulardiagnostischen Industrie. Verglichen mit den Branchenriesen ist Proteinase K so unauffällig, dass wir ihre Bedeutung lange übersehen haben. Mit dem Ausbruch der Corona-Pandemie ist die Nachfrage nach Proteinase K sprunghaft angestiegen, und das Angebot im In- und Ausland kann den Bedarf bei Weitem nicht decken. Plötzlich wurde allen bewusst, wie wichtig Proteinase K ist.
Wozu dient Proteinase K?
Proteinase K ist eine Serinprotease mit proteolytischer Enzymaktivität und behält ihre Aktivität in einem breiten Spektrum von Umgebungen (pH-Wert 4–12,5, Puffer mit hoher Salzkonzentration, hohe Temperatur bis 70 °C usw.). Darüber hinaus wird die Aktivität von Proteinase K nicht durch SDS, Harnstoff, EDTA, Guanidinhydrochlorid, Guanidinisothiocyanat usw. gehemmt; eine gewisse Menge an Detergenzien kann die Aktivität von Proteinase K sogar erhöhen. Proteinase K findet Anwendung in der Medizin (Viren- und mikrobielle Desinfektion), in Lebensmitteln (Fleischzartmachung), in der Lederverarbeitung (Haarweichmachung), in der Weinherstellung (Alkoholklärung), in der Aminosäurepräparation (Abbau von Federn), bei der Nukleinsäureextraktion, bei der In-situ-Hybridisierung usw. Die häufigste Anwendung ist die Nukleinsäureextraktion.
Proteinase K kann alle Arten von Proteinen in der Probe enzymatisch spalten, einschließlich der Histone, die fest an Nukleinsäuren gebunden sind. Dadurch werden die Nukleinsäuren aus der Probe freigesetzt und gelangen in den Extrakt, was die nachfolgende Extraktion und Reinigung erleichtert. Bei der Detektion viraler Nukleinsäuren ist Proteinase K ein wichtiger Bestandteil der Virusprobenlösung. Sie kann das Hüllprotein des Virus spalten und inaktivieren, was die Sicherheit während des Transports und der Detektion erhöht. Darüber hinaus kann Proteinase K auch RNase abbauen, um den Abbau viraler RNA zu verhindern und so die Nukleinsäuredetektion zu erleichtern.
Der plötzliche Ruhm der Proteinase K
Ob in der wissenschaftlichen Forschung oder in der In-vitro-Diagnostik (IVD), die Nukleinsäureextraktion ist ein grundlegendes Experiment, weshalb Proteinase K seit jeher eine wichtige Rolle spielt. Früher war Proteinase K jedoch weit weniger bekannt als ihre tatsächliche Bedeutung. Dies lag vor allem daran, dass Angebot und Nachfrage nach Proteinase K sehr stabil waren. Kaum jemand hätte auf die Idee gekommen, dass die Versorgung mit Proteinase K ein Problem darstellen könnte.
Mit dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie stieg die Nachfrage nach Nukleinsäuretests sprunghaft an. Bis Ende Juni 2020 wurden in China fast 90 Millionen COVID-19-Tests durchgeführt, eine Zahl, die im globalen Vergleich noch alarmierender ist. Bei der Nukleinsäureextraktion liegt die Arbeitskonzentration von Proteinase K bei etwa 50–200 μg/ml. Im Allgemeinen werden etwa 100 μg Proteinase K benötigt, um eine Nukleinsäureprobe zu extrahieren. Um die Effizienz der Nukleinsäureextraktion zu steigern, wird in der Praxis häufig eine höhere Proteinase-K-Konzentration eingesetzt. Der Nachweis des neuen Coronavirus führte zu einer enormen Nachfrage nach Proteinase K. Das ursprüngliche Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage geriet schnell aus dem Gleichgewicht, und Proteinase K wurde über Nacht zu einem wichtigen Bestandteil der Pandemiebekämpfung.
Schwierigkeiten bei der Herstellung von Proteinase K
Obwohl mit dem Ausbruch der Epidemie der Wert der Proteinase K zunehmend anerkannt wurde, ist es bedauerlich, dass aufgrund der mangelnden Aufmerksamkeit für dieses Protein nur wenige inländische Unternehmen an dessen Produktion beteiligt sind. Bei dem Versuch, eine Proteinase-K-Produktion aufzubauen, wurde deutlich, dass es sich um ein äußerst spezielles Protein handelt. Daher ist es äußerst schwierig, die Produktionskapazitäten innerhalb kurzer Zeit zu erweitern.
Die großtechnische Herstellung von Proteinase K steht vor folgenden Schwierigkeiten
1. Niedrige Expression
Proteinase K kann die meisten Proteine unspezifisch abbauen und schwere Toxizität in der Expressionswirtszelle verursachen. Daher ist die Expressionsstärke von Proteinase K im Allgemeinen sehr gering. Das Screening von Expressionssystemen und Stämmen mit hoher Proteinase-K-Expression erfordert in der Regel einen längeren Zyklus.
2. Rückstände von Pigmenten und Nukleinsäuren
Bei der Fermentation im großen Maßstab gelangen große Mengen an Pigmenten und Nukleinsäureresten des Wirts in den Körper. Diese Verunreinigungen lassen sich mit einfachen Aufreinigungsverfahren nur schwer entfernen, und komplexe Aufreinigungsprozesse erhöhen die Kosten und verringern die Ausbeute.
3. Instabilität
Proteinase K ist nicht stabil genug, sie kann sich selbst enzymatisch spalten, und es ist schwierig, sie ohne Schutzmittel über einen längeren Zeitraum bei 37°C stabil zu lagern.
4. Leicht auszufällen
Bei der Herstellung von gefriergetrocknetem Proteinase-K-Pulver ist es notwendig, ein Gefriertrocknungsschutzmittel in hoher Konzentration hinzuzufügen, um einen hohen Feststoffgehalt an Proteinase K im gefriergetrockneten Pulver zu gewährleisten. Wenn die Konzentration von Proteinase K jedoch 20 mg/ml und mehr erreicht, kommt es leicht zur Aggregation und zur Bildung eines Niederschlags, was die Gefriertrocknung von Proteinase K mit hohem Feststoffgehalt erheblich erschwert.
5. Große Investition
Proteinase K besitzt eine starke Proteaseaktivität und kann andere Proteasen im Labor hydrolysieren. Daher erfordert Proteinase K für Forschung, Entwicklung und Produktion spezialisierte Produktionsbereiche, Ausrüstung und Fachpersonal.
Proteinase-K-Lösung von XD BIOCHEM
XD BIOCHEM verfügt über eine ausgereifte Plattform zur Proteinexpression und -reinigung und umfangreiche Erfahrung in der Expression und Reinigung rekombinanter Proteine sowie in der Optimierung von Produktionsprozessen. Durch den schnellen Aufbau eines Forschungs- und Entwicklungsteams konnte die großtechnische Produktion von Proteinase K erfolgreich umgesetzt werden. Die monatliche Produktionsmenge an gefriergetrocknetem Pulver beträgt über 30 kg. Das Produkt zeichnet sich durch stabile Leistung, hohe spezifische Enzymaktivität und die Abwesenheit von Wirtscytochrom- und Nukleinsäureresten aus. Kontaktieren Sie XD BIOCHEM und fordern Sie ein Testpaket an (E-Mail: [E-Mail-Adresse einfügen]).sales@xdbiochem.comTel.: +86 513 81163739).
Zu den technischen Lösungen von XD BIOCHEM gehören
Durch die Integration von Plasmiden mit mehreren Kopien werden Hochexpressionsstämme mit einem Expressionsniveau von 8 g/L selektiert, wodurch das Problem des niedrigen Expressionsniveaus der Proteinase K überwunden wird.
Durch die Etablierung eines mehrstufigen Reinigungsverfahrens konnten die Wirtscytochrom- und Nukleinsäurereste der Proteinase K erfolgreich unter den Standardwert entfernt werden.
Durch Hochdurchsatz-Screening von Schutzpufferformulierungen wurde ein Puffer ausgewählt, der Proteinase K bei 37°C stabil lagern kann.
Durch die Verwendung von Screening-Pufferlösungen wird das Problem der Aggregation und Ausfällung von Proteinase K bei hohen Konzentrationen überwunden und die Grundlage für die Gefriertrocknung von Proteinase K mit hohem Feststoffgehalt geschaffen.
XD BIOCHEM Proteinase K Probe
XD BIOCHEM Proteinase-K-Stabilitätstest: Nach 80 Tagen bei Raumtemperatur ist keine signifikante Aktivitätsänderung zu erwarten.
XD BIOCHEM Proteinase-K-Stabilitätstest: Nach 80 Tagen bei Raumtemperatur ist keine signifikante Veränderung der Aktivität zu erwarten.
Vergleich der Nukleinsäureextraktionswirkung von XD BIOCHEM Proteinase K und Konkurrenzprodukten. Im Nukleinsäureextraktionsprozess wurden XD BIOCHEM und eine Konkurrenzproteinase K eingesetzt. Die Extraktionseffizienz von XD BIOCHEM Proteinase K war höher und der Ct-Wert des Zielgens niedriger.
Veröffentlichungsdatum: 31. Dezember 2021