바이오 의약품에 효소 공학 기술 적용
효소 공학은 효소, 효소 함유 소기관 또는 세포(미생물, 동물, 식물)를 특정 반응 장치에 사용하고, 효소의 생촉매 기능을 활용하며, 해당 원료를 공학적 수단의 도움으로 유용한 물질로 변환하여 사회 생활에 사용하는 과학입니다. 여기에는 효소 제제의 준비, 효소의 경화, 효소 및 효소 반응기의 수정 및 변형이 포함됩니다. 그 응용은 주로 제약 산업, 식품 산업 및 경공업에 집중되어 있습니다.
1. 효소 고정화 기술 및 응용 분야
효소를 겔, 마이크로캡슐에 내장하거나 공유 결합, 고상 담체에 연결된 이온 결합 흡착 또는 가교제를 통해 효소 분자가 서로 가교되도록 하는 방법 및 기타 방법으로 효소를 불용성으로 만들어 기술 공정의 제한된 공간에 갇히게 합니다. 이 기술을 사용하면 효소를 배치 반응에서 반복적으로 사용하거나 순차 반응에서 연속적으로 사용하거나 효소를 제품에서 쉽게 분리 할 수 있습니다. 고정화 방법에는 흡착, 공유 결합, 임베딩, 마이크로 캡슐화 및 가교와 같은 기본 방법뿐만 아니라 가교 효소 결정, 가교 효소 응집체, 실리카 매트릭스 임베딩 및 지질 임베딩과 같은 새로운 고정화 기술이 포함됩니다 [1]. 임베딩 방법은 제약 분야에서 더 일반적으로 사용되며, 그다음으로 흡착 방법이 사용됩니다. 아미노아실라제, 페니실린 아실라제, 아스파르토아실라제, 아스파르테이트-β-데카복실라제와 같은 다양한 고정화 효소가 대규모 산업 생산에 사용되어 왔습니다.
2. 효소의 화학적 변형
효소의 화학적 변형은 효소 단백질 분자의 주쇄를 "절단", "전단" 및 그 화학적 변형에 의한 것을 말합니다.
화학적 변형은 효소 단백질 분자의 주쇄를 "절단"하고 "전단"하는 과정과 효소의 촉매 특성과 기능을 변경하기 위해 화학적 수단으로 특정 화학 물질 또는 그룹을 효소 분자에 결합하는 기술 과정인 화학적 변형을 말합니다. 효소의 화학적 변형을 통해 효소의 활성을 향상시키고 효소의 안정성을 높이며 효소의 항원성을 제거하거나 감소시키는 등의 효과를 얻을 수 있습니다.
3. 효소의 비수상 촉매 작용 및 효소의 방향성 진화
비수성 매질(유기 용매 매체, 기체 매체, 초임계 유체 매체, 이온성 액체 매체 등)에서 효소 촉매 반응의 기술적 과정을 효소의 비수상 촉매라고 합니다 [5]. 비수용매에서의 효소 촉매는 비극성 기질 또는 생성물의 용해도를 높이고, 수용액에서 수행 할 수없는 합성 반응을 수행하고, 생성물의 효소에 대한 피드백 억제를 줄이고, 키랄 화합물의 비대칭 반응의 기질 선택성, 그룹 선택성, 재 선택성 및 엔안티오 선택성을 향상시키는 놀라운 특징을 가지고 있습니다. 효소 기술의 유도 진화[5]는 인위적으로 제어된 조건의 특수 환경을 통해 자연 진화 과정(자연 무작위 돌연변이 및 자연 선택 등), 시험관 내 유전자의 인위적 무작위 돌연변이, 돌연변이 유전자 라이브러리 구축, 유도 선택을 시뮬레이션하여 돌연변이 기술 과정의 우수한 촉매 특성을 가진 효소를 얻는 것입니다.
4. 효소 제제의 생산 및 적용
4.1 효소 생산
4.1.1 뉴클레아제 및 항체 효소
리보핵산 효소는 효소로 구성된 리보핵산(RNA)의 한 종류로, 핵산 염기서열 특이성이 높고
응용 가치가 높습니다. 특정 핵산 효소의 뉴클레오타이드 서열을 알고 있으면 자체 절단 및 파괴를 촉매하는 핵산 조성을 설계하고 합성 할 수 있으며 이러한 게놈의 전체 서열을 기반으로 인플루엔자, 간염, 에이즈 및 담배 모자이크 질병과 같은 이러한 바이러스로 인한 인간, 동물 및 식물 바이러스 질병의 예방 및 치료제를 설계하고 합성 할 수 있습니다 [4]의 뉴클레오타이드. 뉴클레아제는 또한 핵산 매핑과 유전자 발현을 연구하는 도구로도 사용될 수 있습니다[4]. 촉매 항체라고도 알려진 항체 효소는 유도 및 변형 방법으로 얻을 수 있는 생체 촉매 기능을 가진 항체 분자의 한 종류입니다. 항체 효소는 효소 작용 메커니즘 연구, 키랄 약물의 합성 및 분해, 항암제 제조 등에 사용되어 왔습니다.
4.1.2 효소 표지 약물
최근에는 생체 내 가능한 작용 표적(예: 효소 또는 수용체)을 기반으로 약물을 설계할 수 있게 되었으며, 이렇게 만들어진 약물을 효소 표지 약물이라고 부릅니다. 이 설계 접근법은 현재 약물 설계의 주류로 알려져 있으며 신약 설계에 큰 역할을 하고 있습니다. 안지오텐신 펩타이드 전환 효소(ACE) 억제제는 효소 표지 약물의 성공적인 예이며, ACE 억제제는 중요하고 일반적으로 사용되는 항고혈압 약물이 되었습니다. 최근 연구에 따르면 HIV 감염과 전염은 주로 HIV 입자 표면의 프로테아제에 의해 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 HIV 프로테아제에 대한 연구는 핫스팟이되었으며, HIV 프로테아제 억제제에 대한 연구가 HIV 감염을 예방하고 에이즈를 치료하는 방법을 찾는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
4.2 제약 공정에서 효소 공학 기술의 적용
소규모 투자, 공정 단순성, 낮은 에너지 소비, 높은 제품 수율, 고효율, 고효율 및 저공해 및 기타 장점의 생산에서 효소 공학 기술은 화학 및 제약 산업의 응용 분야에서 주요 힘이됩니다. 과거에는 화학 합성, 미생물 발효 및 생물학적 물질의 추출 및 기타 전통적인 기술을 통해 약물을 생산했지만 현대 효소 공학으로 생산할 수 있습니다. 인간 인슐린, 6-APA 및 7-ADCA와 같이 전통적인 기술로는 얻을 수 없는 고가의 약물도 얻을 수 있습니다. 고정화된 유전자 조작 박테리아, 조작 세포, 고정화 기술과 연속 바이오리액터의 영리한 조합은 발효 산업과 화학 합성 산업 전반에 근본적인 변화를 가져올 것입니다.
4.2.1 생물학적 대사산물을 제조하기 위한 효소 공학의 적용
고정화 세포를 적용하면 설탕, 유기산 및 아미노산과 같은 다양한 1차 대사 산물 또는 중간체를 대량으로 생산할 수 있습니다. 생산 제품은 D- 과당, 글리세롤, 1,6- 이인산 과당, 구연산, 사과산, 알라닌, 아스파르트산, 페닐알라닌, 트립토판, 라이신 등입니다.
4.2.2 항생제와 비타민 생산을 위한 효소 공학의 적용
효소 공학의 적용은 세 팔로 스포린 Ⅳ (세 팔로 스포린 아실 라제), 7-ADCA (페니실린 V 아실 라제), 데 아세틸 세 팔로 스포린 (세 팔로 스포린 아세테이트 리아제)을 준비 할 수 있습니다. 최근에는 페니실린 연구의 페니실륨 플라붐(페니실린 합성 효소 시스템) 세포 생산, 최신 공정의 페니실린 및 세팔로스포린 전구체의 합성도 효소 공학에 사용됩니다.
4.2.3 아미노산 및 유기산의 효소 공학 생산 적용
DL- 아미노산(아미노 아실라제), L-리신(디아미노헵타노산 탈수소효소 또는 α-아미노-ε-카프로락탐 가수분해효소 및 라세화효소), 요산 무수물산(L-히스티딘 아미노 분해효소), L-티로신 및 L도파(β-티로시나제) 및 기타 유기산 생성.
4.2.4 뉴클레오타이드 의약품의 효소 공학 생산 적용
아데닌 뉴클레오타이드(AMP)는 단백질을 생산하는 녹농균이 뜨거운 물로 핵산을 추출한 다음 뉴클레아제에 의해 가수분해한 것입니다. 데옥시리보뉴클레오타이드는 어류 흰자에서 데옥시리보핵산(RNA)을 추출한 후 5′-포스포디에스테라아제에 의해 효소 가수분해하여 생산됩니다. 기존의 핵산이 풍부한 동식물(꽃가루 등)에서 리보핵산(RNA)을 추출한 후 5′-포스포디에스테라제 효소로 분해하여 포스포릴 글리코사이드(AMP), 포스포릴 시티딘(CMP), 포스포릴 우리딘(UMP), 포스포릴 우리딘(GMP)으로 만들어 뉴클레오타이드의 혼합물을 생산합니다. 이노신산은 아실로사이드 데아미나아제에 의해 생성되었고, ATP와 AMP는 각각 카바모일포스페이트 키나아제, 키나아제 플러스 아세테이트 키나아제에 의해 생성되었습니다.
5.제약용 효소 공학 기술의 전망
생명공학의 중요한 부분인 효소공학은 그 중요한 역할과 의미 있는 연구 성과로 전 세계적으로 인정받고 있습니다. 효소의 촉매 기능을 최대한 발휘하고 효소의 적용 범위를 확대하며 효소의 적용 효율을 향상시키는 것이 효소 공학 응용 연구의 주요 목표입니다. 21세기 효소공학의 발전 테마는 새로운 효소의 연구 개발, 효소의 최적 생산, 효소의 고효율 응용입니다. 일반적으로 사용되는 기술 외에도 새로운 효소의 연구 개발을 위해 유전학 및 단백질체학, DNA 재배열 및 세포, 파지 표면 디스플레이 기술에 대한 최신 지식을 활용해야하며 가장 인상적인 새로운 효소는 핵산 효소, 항체 효소 및 텔로머라아제 등입니다. 고정화, 분자 변형 및 비수상 촉매를 사용하여 효소의 효율적인 응용을 실현하고 경화 기술을 바이오 칩, 바이오 센서, 바이오 반응기, 임상 진단, 약물 설계, 친 화성 크로마토그래피 및 단백질 구조 및 기능 연구에 널리 적용하여 효소 기술이 제약 분야에서 더 큰 역할을 할 수 있도록 할 것입니다.
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