Application de la technologie de l'ingénierie enzymatique aux produits biopharmaceutiques
L'ingénierie enzymatique est une science qui utilise des enzymes, des organites ou des cellules contenant des enzymes (micro-organismes, animaux, plantes) dans certains dispositifs de réaction, utilise la fonction biocatalytique des enzymes, transforme les matières premières correspondantes en substances utiles à l'aide de moyens d'ingénierie et les utilise dans la vie sociale. Elle comprend la préparation de l'enzyme, le durcissement de l'enzyme, la modification et la transformation de l'enzyme et le réacteur enzymatique. Son application est principalement concentrée dans l'industrie pharmaceutique, l'industrie alimentaire et l'industrie légère.
1. Technologie d'immobilisation des enzymes et ses applications
En incorporant l'enzyme dans le gel, les microcapsules, ou par des liaisons covalentes, des liaisons ioniques, l'adsorption liée au support en phase solide, ou par l'agent de réticulation pour faire en sorte que les molécules d'enzyme se réticulent les unes les autres et d'autres méthodes pour rendre l'enzyme insoluble et confinée dans un espace limité du processus technique. Cette technique permet d'utiliser l'enzyme de manière répétée dans les réactions par lots, de manière continue dans les réactions séquentielles ou de séparer facilement l'enzyme du produit. Les méthodes d'immobilisation comprennent des méthodes de base telles que l'adsorption, la liaison covalente, l'encastrement, la microencapsulation et la réticulation, ainsi que de nouvelles techniques d'immobilisation telles que les cristaux d'enzymes réticulés, les agrégats d'enzymes réticulés, l'encastrement dans une matrice de silice et l'encastrement dans des lipides [1]. La méthode d'incorporation est plus couramment utilisée dans le domaine pharmaceutique, suivie par la méthode d'adsorption. Diverses enzymes immobilisées ont été utilisées pour la production industrielle à grande échelle, telles que l'aminoacylase, l'acylase de la pénicilline, l'aspartoacylase, l'aspartate-β-décarboxylase.
2. modification chimique des enzymes
La modification chimique de l'enzyme fait référence à la chaîne principale de la molécule de protéine de l'enzyme par "coupe", "cisaillement" et sa modification chimique.
La modification chimique fait référence au processus de "coupe" et de "cisaillement" de la chaîne principale de la molécule de protéine enzymatique et à sa modification chimique, qui est un processus technique consistant à combiner certaines substances ou groupes chimiques à la molécule d'enzyme par des moyens chimiques afin de modifier les propriétés catalytiques et les fonctions de l'enzyme. La modification chimique de l'enzyme permet d'améliorer l'activité de l'enzyme, d'augmenter la stabilité de l'enzyme, d'éliminer ou de réduire l'antigénicité de l'enzyme, etc.
3. Catalyse d'enzymes en phase non aqueuse et évolution directionnelle des enzymes
Le processus technique de réaction catalytique enzymatique en milieu non aqueux (solvant organique, gaz, fluide supercritique, liquide ionique, etc.) est appelé catalyse enzymatique en phase non aqueuse [5]. La catalyse enzymatique en milieu non aqueux présente les caractéristiques remarquables d'augmenter la solubilité des substrats ou des produits non polaires, d'effectuer des réactions synthétiques qui ne peuvent être réalisées en solution aqueuse, de réduire l'inhibition en retour des produits sur l'enzyme et d'améliorer la sélectivité du substrat, la sélectivité du groupe, la régiosélectivité et l'énantiosélectivité des réactions asymétriques des composés chiraux. L'évolution dirigée de la technologie enzymatique [5] est une simulation du processus évolutif naturel (mutation aléatoire naturelle et sélection naturelle, etc.), de la mutation aléatoire artificielle des gènes in vitro, de l'établissement de bibliothèques de gènes mutants, à travers l'environnement spécial de conditions artificiellement contrôlées, de la sélection dirigée pour obtenir l'enzyme avec d'excellentes propriétés catalytiques du processus technologique mutant.
4. Production et application de la préparation enzymatique
4.1 Production d'enzymes
4.1.1 Nucléase et enzyme anticorps
L'enzyme de l'acide ribonucléique est une classe d'acide ribonucléique (ARN) composée d'enzymes, avec un haut degré de spécificité de séquence d'acide nucléique de l'ARN à l'ARN.
et a une grande valeur d'application. Tant que vous connaissez la séquence nucléotidique d'une certaine enzyme d'acide nucléique, vous pouvez concevoir et synthétiser la composition d'acide nucléique qui catalyse son autoclivage et sa rupture, et sur la base de la séquence complète de ces génomes, vous pouvez concevoir et synthétiser la prévention et le traitement des maladies virales humaines, animales et végétales causées par ces virus, comme la capacité de combattre la grippe, l'hépatite, le SIDA et la maladie de la mosaïque du tabac. Les nucléases peuvent également être utilisées comme outils pour étudier la cartographie des acides nucléiques et l'expression des gènes [4]. Les enzymes d'anticorps, également connues sous le nom d'anticorps catalytiques, sont une classe de molécules d'anticorps dotées de fonctions biocatalytiques qui peuvent être obtenues par des méthodes d'induction et de modification. Les anticorps enzymatiques ont été utilisés dans l'étude du mécanisme d'action des enzymes, la synthèse et le désassemblage de médicaments chiraux, la préparation de médicaments anticancéreux, etc.
4.1.2 Médicaments marqués par des enzymes
Récemment, il est devenu possible de concevoir des médicaments sur la base de leurs cibles d'action possibles dans l'organisme (par exemple, des enzymes ou des récepteurs), et les médicaments qui en résultent sont appelés médicaments marqués par des enzymes. Cette approche de conception est désormais connue comme le courant principal de la conception de médicaments et joue un rôle important dans la conception de nouveaux médicaments. Les inhibiteurs de l'enzyme de conversion du peptide angiotensine (ECA) sont un exemple réussi de médicaments marqués par une enzyme, et les inhibiteurs de l'ECA sont devenus des médicaments antihypertenseurs importants et couramment utilisés. Des études récentes ont montré que l'infection et la transmission du VIH sont principalement causées par les protéases présentes à la surface des particules de VIH. Par conséquent, l'étude de la protéase du VIH est devenue un point chaud, et l'on espère que l'étude des inhibiteurs de la protéase du VIH conduira à la recherche de moyens de prévenir l'infection par le VIH et de traiter le SIDA.
4.2 Application de la technologie de l'ingénierie enzymatique au processus pharmaceutique
La technologie du génie enzymatique dans la production de petits investissements, la simplicité du processus, la faible consommation d'énergie, le rendement élevé du produit, l'efficacité élevée, l'efficacité élevée et la faible pollution et d'autres avantages, est devenue la force principale dans l'application des industries chimiques et pharmaceutiques. Dans le passé, la synthèse chimique, la fermentation microbienne, l'extraction de matériaux biologiques et d'autres technologies traditionnelles pour produire des médicaments, peuvent être produites par l'ingénierie enzymatique moderne. Il est même possible d'obtenir des médicaments coûteux impossibles à obtenir par la technologie traditionnelle, tels que l'insuline humaine, le 6-APA et le 7-ADCA. Les bactéries immobilisées génétiquement modifiées, les cellules modifiées et la combinaison intelligente de la technologie d'immobilisation et du bioréacteur continu entraîneront des changements fondamentaux dans l'ensemble de l'industrie de la fermentation et de l'industrie de la synthèse chimique.
4.2.1 Application de l'ingénierie enzymatique à la préparation de métabolites biologiques
L'application de cellules immobilisées peut produire une variété de métabolites primaires ou d'intermédiaires en grandes quantités, tels que le sucre, les acides organiques et les acides aminés. Les produits sont le D-fructose, le glycérol, le 1,6-diphosphate de fructose, l'acide citrique, l'acide malique, l'alanine, l'acide aspartique, la phénylalanine, le tryptophane, la lysine, etc.
4.2.2 Application de l'ingénierie enzymatique à la production d'antibiotiques et de vitamines
L'application de l'ingénierie enzymatique permet de préparer la céphalosporine Ⅳ (céphalosporine acylase), la 7-ADCA (pénicilline V acylase), la céphalosporine désacétylée (céphalosporine acétate lyase). Ces dernières années, la production immobilisée de Penicillium flavum (système de pénicilline synthétase), la production cellulaire de pénicilline, la synthèse des précurseurs de pénicilline et de céphalosporine du dernier processus sont également utilisées dans l'ingénierie enzymatique.
4.2.3 Application de l'ingénierie enzymatique à la production d'acides aminés et d'acides organiques
Production d'acides aminés DL (amino acylase), de L-lysine (déshydroxylase de l'acide diaminoheptanoïque ou α-amino-ε-caprolactam hydrolase et enzyme de racémisation), d'acide anhydride urique (enzyme d'aminolyse de la L-histidine), de L-tyrosine et de L-dopa (β-tyrosinase) et d'autres acides organiques.
4.2.4 Application de l'ingénierie enzymatique à la production de médicaments à base de nucléotides
Les nucléotides adéniques (AMP) sont extraits de l'acide nucléique de Pseudomonas aeruginosa, producteur de protéines, à l'aide d'eau chaude, puis hydrolysés par la nucléase. Les désoxyribonucléotides sont produits par extraction de l'acide désoxyribonucléique (ARN) du blanc de poisson, suivie d'une hydrolyse enzymatique par la 5′-phosphodiestérase. Les plantes et animaux existants riches en acide nucléique (pollen, etc.) extraient l'acide ribonucléique (ARN), puis l'enzyme 5′-phosphodiestérase le digère en phosphoryl glycoside (AMP), phosphoryl cytidine (CMP), phosphoryl uridine (UMP) et phosphoryl uridine (GMP) pour produire un mélange de nucléotides. L'acide inosinique est produit par l'acyloside désaminase. L'ATP et l'AMP sont produits respectivement par la carbamoylphosphate kinase, la kinase et l'acétate kinase.
5.Perspectives de la technologie de l'ingénierie enzymatique pour les produits pharmaceutiques
En tant qu'élément important de la bio-ingénierie, l'ingénierie enzymatique a été reconnue dans le monde entier pour son rôle important et ses résultats de recherche significatifs. L'objectif principal de la recherche sur l'application de l'ingénierie enzymatique est d'exploiter pleinement la fonction catalytique de l'enzyme, d'élargir le champ d'application de l'enzyme et d'améliorer l'efficacité de l'application de l'enzyme. Le thème du développement de l'ingénierie enzymatique au 21e siècle est : la recherche et le développement de nouvelles enzymes, la production optimale d'enzymes et l'application efficace des enzymes. Outre les technologies couramment utilisées, nous devrions également tirer parti des dernières connaissances en matière de génétique et de protéomique, de réarrangement de l'ADN et de technologie cellulaire, d'affichage de surface de phage pour la recherche et le développement de nouvelles enzymes, les nouvelles enzymes les plus impressionnantes étant les enzymes d'acide nucléique, les enzymes d'anticorps, la télomérase, etc. L'immobilisation, la modification moléculaire et la catalyse en phase non aqueuse doivent être utilisées pour réaliser l'application efficace des enzymes, et la technologie de durcissement doit être largement appliquée aux biopuces, aux biocapteurs, aux bioréacteurs, aux diagnostics cliniques, à la conception de médicaments, à la chromatographie d'affinité ainsi qu'à l'étude de la structure et de la fonction des protéines, afin de permettre à la technologie des enzymes de jouer un rôle plus important dans le domaine des produits pharmaceutiques.
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| Composé Glucoamylase | 9032-08-0 |
| Pullulanase | 9075-68-7 |
| Xylanase | 37278-89-0 |
| Cellulase | 9012-54-8 |
| Naringinase | 9068-31-9 |
| β-Amylase | 9000-91-3 |
| Glucose oxydase | 9001-37-0 |
| alpha-amylase | 9000-90-2 |
| Pectinase | 9032-75-1 |
| Peroxydase | 9003-99-0 |
| Lipase | 9001-62-1 |
| Catalase | 9001-05-2 |
| TANNASE | 9025-71-2 |
| Elastase | 39445-21-1 |
| Uréase | 9002-13-5 |
| DEXTRANASE | 9025-70-1 |
| L-Lactique déshydrogénase | 9001-60-9 |
| Déshydrogénase malate | 9001-64-3 |
| Cholestérol oxydase | 9028-76-6 |