바이오파마 생산을 위한 대장균 세포 무결성 최적화

생물의약품 분야에서 대장균(Escherichia coli, E. coli)은 재조합 단백질을 발현하기 위한 주요 호스트로 중요한 역할을 합니다. E. coli의 세포 완전성은 단백질 수율, 품질 및 생산 비용에 있어 매우 중요합니다. 이 완전성은 주로 내막(inner membrane, IM)과 외막(outer membrane, OM)의 구조와 기능에 의해 결정됩니다.

야오하이 바이오-파마는 15년 이상의 E. coli 발효 및 재조합 단백질 표현 경험을 보유하고 있습니다. 우리는 다양한 전략을 사용하여 높은 수준의 E. coli 세포 완전성을 유지하며, 배양 주기 30시간 안에 플라스미드 수율이 1g/L를 초과하도록 제어합니다. 미생물 표현에 대한 광범위한 경험을 바탕으로 야오하이 바이오-파마는 생물의약품 생산 중 E. coli의 세포 완전성을 모니터링하고 개선하기 위한 몇 가지 효과적인 전략을 요약했습니다.

E. coli 세포 완전성을 모니터링하는 기술

유동 세포계: 형광 염료를 이용하여 세포 상태를 구분하며, 예를 들어 프로피디움 아이오다이드는 세포 생존 능력 검출에, SYTO9은 외막(OM) 투과성 평가에 사용된다. 그러나 높은 염료 비용과 복잡한 조작이 필요하다.

색량법: 상세액에서의 DNA 함량, 효소 활성 등을 탐지하여 세포 파괴를 반영하는 방법으로, PicoGreen 시약 키트와 알칼리인산효소 활성 분석을 사용한다. 하지만 이들 방법은 번거롭고 고가의 시약이 필요하다.

고성능 액체 크로마토그래피: 외막(OM) 누출을 평가하기 위해 세포외 생성물 농도를 오프라인으로 탐지하는데 사용된다. 그러나 자동화가 복잡하고 분석 시간이 오래 걸린다.

진동 분광학 기술: 근적외선 및 중간 적외선 분광학과 같은 기술로 잠재적인 응용 가능성이 있으나, 스펙트럼 간섭과 데이터 분석 문제를 해결해야 한다.

디에일렉트릭 스펙트로스코피: 세포 현탁액의 임피던스를 측정하여 막의 완전성을 평가하며, 실시간 온라인 모니터링이 가능합니다. 그러나 간섭에 취약하고 head calibration이 어려운 단점이 있습니다.

바이오센서: 세포 내부 또는 페리플라즘에서 누출된 화합물을 감지할 수 있지만, 센서 재생 등과 같은 문제점을 안고 있습니다.

점도 및 밀도 측정: 비용이 저렴하고 분석 속도가 빠르지만 선택성이 부족하며, 판단을 위해 다수의 배치 데이터를 고려해야 합니다.

세포 완전성에 영향을 미치는 요소들

주변 공학: 유전자 조작을 통해 외막(O.M)의 완전성을 변화시킬 수 있으며, 예를 들어 리포단백질 유전자 돌연변이 등을 유발하지만, 균주 성장에 영향을 줄 수 있습니다.

유도 스트레스: 재조합 단백질의 과잉 발현은 대사 부담을 초래해 세포 생리에 영향을 미칩니다. 따라서 적절한 발현 수준 조절이 필요합니다.

기질 공급 속도: 너무 높거나 낮은 공급 속도 모두 세포 가수분해와 외막의 완전성에 영향을 미칩니다.

온도와 산소 공급: 높은 온도와 낮은 산소 가용성은 각각 발현 스트레스와 외막 누출을 증가시키지만, 특정 영향은 다양하게 나타난다.

삼투압제: 페리플라즘 단백질을 방출하는 데 사용되지만, 세포 생존율에 손상을 입혀 적용 범위를 제한시킨다.

결론: 향후 연구는 세포 막의 정확한 복구를 위해 메커니즘과 조건을 더 깊이 탐구해야 한다. 모니터링 방법을 최적화하고 영향 요인을 분석하면 제품 품질을 향상시켜 바이오제약 산업의 발전을 촉진할 수 있을 것이다.

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