酵母発現プラットフォーム

酵母発現プラットフォームは、研究や産業用途で大量のタンパク質、糖、その他の化合物を生産するために使用される酵母株です。酵母は細菌よりも維持に多くの資源を必要とすることが多いですが、特定の製品は酵母のような真核細胞でしか生産できないため、酵母発現プラットフォームを使用する必要があります。酵母は生産性が異なり、タンパク質を分泌、処理、および変更する能力も異なります。そのため、異なるタイプの酵母（つまり、異なる発現プラットフォーム）は、異なる研究および産業用途に適しています。

遺伝子工学の始まり以来、生物学的製品の生産のために数多くの微生物が開発されてきた。これらの製品は、医療や産業において、B型肝炎 ワクチンやインスリンなどの医薬品を作成するために使用されている。医薬品やその他の製品の開発のための一般的なプラットフォームには、大腸菌、いくつかの酵母、哺乳類細胞（特にチャイニーズハムスター卵巣細胞を含む）がある。一般に、発現プラットフォームとして使用される微生物は、いくつかの基準を満たす必要がある。大きな容器で急速に増殖できること、効率的に（つまり、最小限の資源投入で）タンパク質を生産できること、安全であること、そして医薬品の場合には、可能な限り人間が消費できるように製品を生産および改変できることである。

酵母は、組み換え DNAからタンパク質を生産するための一般的な宿主です。比較的簡単な遺伝子操作と、安価な培地での高密度細胞への急速な増殖を提供します。真核生物として、真核細胞では一般的ですが細菌では比較的まれなグリコシル化などのタンパク質修飾を実行できます。このため、酵母は、植物や哺乳類の天然産物と同一または非常に類似した複雑なタンパク質を生産できます。最初の酵母発現プラットフォームは、パン酵母Saccharomyces cerevisiaeに基づいていました。しかし、それ以来、さまざまな酵母発現プラットフォームが研究され、それぞれの異なる特性と機能に基づいてさまざまな用途に広く使用されています。たとえば、それらのいくつかは、パン酵母の場合のようにグルコースに限定されず、幅広い炭素源で増殖します。それらのいくつかは、遺伝子工学や外来タンパク質の生産にも応用されています。

Arxula adeninivorans (別名Blastobotrys adeninivorans ) は二形性酵母で、42 °C までは出芽酵母として生育しますが、それより高い温度では糸状菌として生育します。A . adeninivoransは珍しい生化学的特性を持っています。幅広い基質で生育でき、硝酸塩を同化できます。天然プラスチックを生成できるA. adeninivorans株が開発されており、環境サンプル中の エストロゲンのバイオセンサーの開発にも使用されています。

Candida boidinii は、メタノールで増殖する能力（メチロトローフ性と呼ばれる）で知られる酵母です。Hansenula polymorphaやPichia pastorisなどの他のメチロトローフ種と同様に、外来タンパク質の生産のためのプラットフォームとして使用されます。分泌された外来タンパク質の収量は数グラムの範囲であることが報告されています。計算方法 IPRO は最近、 Candida boidiniiキシロース還元酵素の補因子特異​​性を NADPH から NADH に実験的に切り替える変異を予測しました。 ^[1]

Ogataea polymorpha（別名Hansenula polymorphaまたはPichia angusta）は、別のメチロトローフ酵母です（ Candida boidiniiを参照）。この酵母は、さまざまな基質上で増殖でき、耐熱性があり、硝酸塩を同化できます（ Kluyveromyces lactisも参照）。B型肝炎ワクチン、C型肝炎治療用のインスリンおよびインターフェロンα-2a、およびさまざまな工業用酵素の製造に応用されています。

クルイベロミセス ラクティスは、ケフィアの製造によく使用される酵母です。数種類の糖類で増殖しますが、最も重要なのは牛乳や乳清に含まれるラクトースです。チーズ製造用のキモシン（子牛の胃に通常含まれる酵素）の製造に応用され、成功を収めています。製造は 40,000 L 規模の発酵槽で行われます。

Pichia pastoris はメチロトローフ酵母です ( Candida boidiniiおよびHansenula polymorphaを参照)。これは、外来タンパク質の生産のための効率的なプラットフォームを提供します。プラットフォーム要素はキットとして入手可能で、世界中の学術界でタンパク質の生産に使用されています。複雑なヒト N グリカンを生産できる株が設計されています (酵母グリカンはヒトのものと似ていますが、同一ではありません)。

サッカロミセス・セレビシエは、醸造やパン作りに広く使用されている伝統的なパン酵母です。この単一種に対して、総称として「酵母」という用語が使用されることがよくあります。発現プラットフォームとして、この酵母は、工業用酵素や、インスリンや B 型肝炎ワクチンなどの医薬品の製造に効果的に応用されています。

Yarrowia lipolyticaは、さまざまな基質で増殖できる二形性酵母 ( Arxula adeninivoransを参照) です。そのため、工業用途で高い可能性を秘めていますが、まだ市販されている組み換え製品はありません。

さまざまな酵母発現プラットフォームは、生産性や、特定の例におけるタンパク質の分泌、処理、および変更の能力など、いくつかの特性において異なります。ただし、すべての発現プラットフォームの用途には、いくつかの基本的な類似点があります。

目的の産物を生産するために、適切な酵母株を、目的の生物学的産物の生産に必要なすべての遺伝要素を含むベクターで形質転換します。ベクターには、ベクターをうまく取り込んだ酵母とそうでない酵母を選択するために必要な選択マーカーも含まれている必要があります。ベクターには、酵母が外来DNA を酵母の染色体に組み込み、複製できるようにする特定の DNA 要素も含まれています。最も重要なのは、ベクターに、目的の化合物の生産を担う発現カセットと呼ばれるセグメントが含まれていることです。カセットには、特定の産物が最終的にどのような状況でどれだけ生成されるかを制御する調節要素の配列が含まれています。その後に、生物学的産物自体の遺伝子が続きます。発現カセットは、発現した遺伝子の 転写を停止するターミネーター配列によって終了されます。

• Gellissen G (ed) (2005) 組み換えタンパク質の生産 - 新規微生物および真核生物発現システム。Wiley-VCH、Weinheim。ISBN 3-527-31036-3