Alles is oplosbaar in die natuur

SU Universiteit en Innovus spin-out FluoroBiotech aan die voorpunt van die BioTech-bedryf in SA met hul heteroloë proteïenproduksieplatform om hoëwaarde-proteïene te verskaf.

Dit het die Universiteit Stellenbosch se PhD-gegradueerdes Du Preez van Staden en Ross Vermeulen sewentien jaar en meer as 24 internasionale artikels later geneem om hul unieke vaardighede en tegnologie in heteroloë proteïenproduksie en -suiwering te ontwikkel om die plaaslike Suid-Afrikaanse mark van proteïene of ensieme van belang te voorsien.

As die stigters van die US en Innovus se nuutste spin-out maatskappy — FluoroBiotech — sê hierdie twee molekulêre bioloë dat heteroloë* proteïenproduksie nie 'n "nuwe" uitvinding is nie, maar hul tegnologie daag die proteïenuitdrukkingsnorme uit en maak dit meer toeganklik vir die opkomende Suide. Wetenskaplikes gebruik heteroloë proteïenproduksie wêreldwyd om rekombinante proteïene te produseer; dit sluit in gespesialiseerde proteïene en ensieme wat in basiese navorsing, farmaseutiese produkte (soos insulien) en diagnostiek (soos die COVID-19-toets) gebruik word. Maar daar is 'n dringende behoefte aan plaaslik vervaardigde rekombinante proteïene, aangesien die meeste tans ingevoer word. Hul visie is om proteïene of ensieme plaaslik in meer beduidende hoeveelhede en op aanvraag te produseer sodat plaaslike biotegnologie-ondernemings ondersteun word – en hulle is goed op pad om hierdie droom te verwesenlik. In FluoroBiotech se laboratorium, tans in die Universiteit Stellenbosch se Departement Mikrobiologie, spandeer molekulêre bioloë Van Staden en Vermeulen baie tyd – soos ander navorsers regoor die wêreld – om biologiese probleme op te los. Die onderwerp van hul navorsing was anti-listeria peptiede, klein proteïene wat Listeria doodgemaak het. “Ons grootste probleem was nie hoe om Listeria te behandel nie, maar hoe moeilik dit was om genoeg van hierdie peptied te produseer om te verstaan ​​hoe dit Listeria so effektief kon doodmaak. Ons het gou besef dat daar altyd twee aspekte aan die gang is tydens biologiese navorsing: een deel van die werk, die romantiese kant, draai om die toets van 'n verbinding om te meet hoe effektief en veilig dit is,” sê Vermeulen. “Die bekamping van, byvoorbeeld, antibiotika-weerstandigheid – 'n kuur vir kanker, hoë bloeddruk of Alzheimer se behandelings – is alles revolusionêre en deugsame pogings. 'n Navorser moet egter eers toegang kry tot genoeg van 'n verbinding om getoets te word; hierdie kant van navorsing vind nie dikwels die kollig nie. Hiervoor is baie van die interessantste verbindings wat getoets moet word, proteïene wat 'n mens nie kommersieel kan koop nie, dus moet hulle vervaardig word.” Die sogenaamde “iterasie”-hel – was die plek waar jonger Van Staden en Vermeulen hulself gou bevind het met die produksie van hul anti-listeriale peptied. Behalwe dat hulle nie toegang gehad het tot 'n eerstewêreldbegroting of toerusting nie, wat beteken het dat daar geen ruimte was om die ekspressiestelsel blindelings te itereer nie. Produksie moes met ernstige voorneme vorentoe beweeg, wat beteken het dat elke gevestigde produksie- en iterasieprotokol uitgedaag moes word. “Aanvanklik was ons geïnteresseerd in peptiedantibiotika wat baie effektief teen Listeria was en gebruik kon word om die groei daarvan te voorkom. Voordat ons egter kon begin toets hoe effektief en stabiel hierdie peptiede was, moes ons hulle produseer. Dit het ons in 'n konynhol van proteïenuitdrukkingspogings laat beland, wat ons uiteindelik toegang gegee het tot baie verskillende proteïene met 'n baie wyer reeks biologiese aktiwiteite, nie net anti-listeria-aktiwiteit nie,", het Vermeulen gesê: "Heteroloë ekspressie* het begin as 'n monumentale uitdaging met beperkte hulpbronne en ontwikkel tot 'n passie en 'n punt van trots. Ons het die robuustheid en doeltreffendheid van die vervaardiging van heteroloë proteïene in die bakterieë bekend as E. coli aansienlik verbeter. Dit is omdat noodsaaklikheid die moeder van uitvinding is, en vir ons navorsing moes ons proteïene vinniger en goedkoper produseer – roetinegewys."

Die duo het besef dat proteïenproduksie 'n beduidende en algemene probleem vir wetenskaplikes is en dikwels groot vertragings en afwykings in verwante biologiese navorsing veroorsaak. Na ons mening is dit 'n ernstige hindernis in derdewêreldlande wat nie die werk kan uitkontrakteer nie as gevolg van die gepaardgaande koste. “Ons het besef dat ons oor die jare 'n kosbare heteroloë proteïenuitdrukkingstelsel geskep het wat beter kan werk om baie reeds gewaardeerde proteïene te produseer, omdat dit die produksieproses fundamenteel konsolideer. Die wonderlike ding hiervan is dat jy waarskynlik 'n ensiem sal vind wat Moeder Natuur vervaardig het om enige biologies verwante probleem op te los,” het Vermeulen gesê.

“Die feit dat daar lewe op aarde is, beteken dat Moeder Natuur 'n monumentale aantal struikelblokke/uitdagings/probleme oorkom het om by hierdie punt uit te kom. Dit het dit gedoen deur proteïene of ensieme te skep, wat elk 'n funksie in 'n gegewe biologiese stelsel het. Ensieme is die fundamentele dryfveer van lewe. Bioloë gebruik graag die term katalisator omdat hulle 'n sekere proses versnel, maar jy kan aan hulle dink as uiters klein probleemoplossers wat in 'n mikroskopiese fabriek werk, wat 'n sel is.”

Vermeulen het gesê dat omdat mense van, en deur, proteïene gemaak is, baie van die mensdom se probleme opgelos kan word deur ensieme en proteïene te gebruik. Die truuk is steeds om dit in beduidende hoeveelhede korrek te produseer. “Daar is tallose maniere waarop proteïene in die samelewing toegepas word; die ongelooflike deel is dat meer daagliks ontdek word. Massiewe navorsingspogings word toegewy aan die prospektering van nuwe ensieme. Hierdie prospektering vind plaas omdat die inligting om 'n proteïen binne 'n sel te vervaardig as opeenvolgende inligting in 'n DNS-molekule gestoor word. Tans word massiewe hoeveelhede DNS wêreldwyd georden in die proses van volgende-generasie volgordebepaling, wat 'n eindelose aantal proteïen-"bloudrukke" lewer.

FluoroBiotech se spesialiteit is om hierdie bloudrukke in mikrobiese selle te plaas, wat baie goed is om die DNS-inligting in groot hoeveelhede van 'n funksionele proteïen (wanneer geneties gemodifiseer) om te skakel. Hierdie proses staan ​​bekend as heteroloë ekspressie en word wêreldwyd gebruik om groot hoeveelhede teikenproteïene te produseer. “Oorsese het navorsers soos ons dikwels baie meer geld, ruim fasiliteite en geen beurtkrag nie. Ons voer ook die meeste van ons rekombinante ensieme teen 'n stewige premie in om ons werk te verrig. Navorsing voel dikwels asof jy teen die gety skop, so hierdie bykomende beperkings beteken dat dinge hier anders gedoen word.” Dit was tydens die COVID-19-pandemie dat die duo besef het hoe ernstig hierdie beperkings vir die land was, veral wat ensieminvoere betref. Tydens die pandemie is alle ensieminvoere gestaak, en dit het duidelik geword hoe desperaat Suid-Afrika 'n plaaslike ensiem- en proteïenverskaffer of spesialis nodig gehad het.

“Die oplossing vir sommige van hierdie probleme was in ons vrieskas (ons bêre geneties gemodifiseerde organismes wat ons biotegnologieë in die vrieskas dra).” “Tydens die eerste harde inperking, terwyl ek 'n biotegnologiemaatskappy gehelp het, het ek besef dat ons kundigheid en tegnologie 'n kommersiële toepassing het en die potensiaal het om baie mense te help. Dit was ook toe invoere na Suid-Afrika beperk is, wat navorsingsaktiwiteite vir die akademie en die industrie beperk het, wat die behoefte aan 'n maatskappy soos Fluorobiotech pynlik voor die hand liggend gemaak het. Ek het toe aan Innovus se deur geklop en die idee voorgelê om ons dienste en tegnologieë te kommersialiseer. Hulle was verslaaf en het ons gevra om te begin bou. Van hier af het ons ons proteïenproduksieplatform verfyn, en met die ondersteuning van die spanne by Innovus en LaunchLab het ons Fluorobiotech van die grond af gekry,” het Van Staden gesê. Baie ingenieurswese en vindingrykheid het in FluoroBiotech se stelsel gegaan om dit so robuust en doeltreffend as moontlik te maak, want dit moes baie meer uitdagings soos beurtkrag akkommodeer. Tans bedien hulle kleiner kliënte, soos universiteitswetenskaplikes wat probeer om groot biologiese probleme op te los en spesifieke proteïene of ensieme benodig, maar dit is net die begin. Hul droom is enorm, en hulle glo FluoroBiotech kan die maatskappy wees wat die biotegnologiebedryf van Suid-Afrika sal aanwakker, want proteïene is die brood en botter van die internasionale biotegnologiemark. Hulle is ook vol vertroue dat hul vereenvoudigde E. coli-ekspressiestelsel, wat meer proteïene met minder moeite en hulpbronne produseer, wêreldwyd aangeneem sal word. Die bewys lê in die poeding en hierdie "molekulêre sjefs" kook op alle branders.

Nadat hulle hul eerste belegging van die Universiteitstegnologiefonds met die hulp van Innovus verseker het, is Vermeulen en Van Staden vol vertroue dat hulle 'n volhoubare besigheid bou. “Die mededingendheid van baie tegnologieë kan in sommige opsigte vergelyk word met 'n sportwedstryd – dis dikwels die fikser span wat sal wen: die span of tegnologie wat meer kan doen met minder: tyd, hulpbronne, geleenthede of pure geluk.”

Vermeulen sê Suid-Afrikaanse navorsing in die biologiese veld gons omdat Suid-Afrika dieselfde biologiese probleme (gesondheidsorg, landbou en klimaatsverandering) as ander lande in die gesig staar. Tog probeer ons dit teen alle bykomende kanse in oplos. “Ons glo dat die plaaslike vindingrykheid, dryfkrag en talent net wag om op die globale biotegnologiemark vrygestel te word – maar dit benodig noodsaaklike dienste soos proteïenproduksie. FluoroBiotech wil dit kataliseer deur proteïene plaaslik en teen meer mededingende pryse te verskaf deur ons ekspressietegnologie te gebruik. Om hierdie rede plaas ons nou ons terreine op ons produksielyne en bou ons 'n plaaslike “stadion” per se – 'n kommersialiseringslaboratorium om O&O met hopelik GMP te kombineer om proteïene en biotegnologiese oplossings aan 'n globale gehoor te verkoop,” het Vermeulen gesê.

Vermeulen en Van Staden glo dat as hulle hul tegnologie plaaslik kan uitrol, dit aan die vraag kan voldoen en die huidige proteïenekspressietegnieke tot 'n mate kan demokratiseer. Suid-Afrika kan begin om heteroloë proteïene en oplossings vir uitvoer te produseer. Dit is 'n ruimte om dop te hou.

* Heteroloë ekspressie verwys na die ekspressie van 'n geen of deel van 'n geen in 'n gasheerorganisme, genaamd die heteroloë gasheer (soos E. coli), wat nie natuurlik die betrokke geen of geenfragment het nie. Die invoeging van die geen in die heteroloë gasheer word uitgevoer deur rekombinante DNS-tegnologie. Jy kan byvoorbeeld 'n menslike geen (soos die geen wat vir insulien kodeer) in 'n bakterie plaas en daardie proteïen binne die bakterieë maak.