PICHIA PASTORIS GAP promotoeru altında hücre dışı üretilen rekombinant proteinler için yarı-kesikli proses geliştirilmesi

Abstract

Mikroorganizma kaynaklı biyoteknolojik ürünler için en temel operasyon basamağı üretimin gerçekleştirildiği fermantasyon sürecidir. Fermantasyon, kapalı bir alanda (biyoreaktör) kontrollü bir şekilde gerçekleştirilen hücre gelişimi olarak tanımlanabilir. Biyoreaktör, hücrelerin, çözünmüş oksijen konsantrasyonu (ÇO), pH, redox potansiyeli ve besleme hızı gibi önemli parametrelerin ayarlanabildiği tanımlı bir gelişim ortamında (medya) aseptik olarak çoğalmasını sağlar. Birçok değişkenin rol oynadığı böyle bir proseste değişkenlerin hepsi ayrı bir şekilde optimizasyonun hedefi olabilir. Protein üretiminin gerçekleştirildiği biyoproseslerde genellikle pahalı hammaddeler kullanılır, enerji tüketimi fazladır ve yüksek sermaye yatırımı gerektirir. Bu nedenle üretim sürecinde kaydedilecek en ufak bir gelişme bile toplam üretim maliyetini pozitif yönde etkileyecektir. Pichia pastoris ekspresyon sisteminin kullanıldığı üretimlerde yüksek hücre yoğunluğu ile çalışıldığından çeşitli teknik kısıtlamar ile karşılaşılmaktadır. Bu kısıtlamaların en önemlisi oksijen transferidir. Rekombinant P. pastoris mayasının oksijen kısıtlamasına verdiği tepkilerin sürekli sistemde sistematik analizleri sırasında hipoksik koşulların, spesifik ürün oluşum hızını (qp) 2,5 kat arttırdığı tespit edilmiştir. Bu tespite dayanarak geliştirilen yarı-kesikli hipoksik besleme protokolünde substrat beslemesi, oksijen kısıtlamasında hücrenin oksidatif metabolizmadan oksidofermentatif metabolizmaya geçerek glukozdan ürettiği etanol konsantrasyonuna göre ayarlanır. Bu tez kapsamında, P. pastoris mayasında spesifik gelişim hızının (μ) ve oksijen kısıtlamasının (hipoksia) hücre dışı protein üretimini ve hücrenin gelişim parametrelerini nasıl etkilediği araştırılmıştır. Bu amaçla, ksilanaz enzimini hücre dışı üreten P. pastoris üretim suşu ile aerobik koşullar altında 4 farklı spesifik gelişme hızında (μmax, 0,8μmax, 0,4μmax ve 0,2μmax) ve hipoksik koşullar altında 4 farklı etanol konsantrasyonunda (%1, %0,75, %0,5, %0,25 ethanol) glukoz beslemeli yarı-kesikli fermantasyonlar gerçekleştirilmiştir. Aerobik koşullarda yapılan üretimlerde kontrol parametresi olarak spesifik gelişme hızı (μ), hipoksik koşullarda yapılan üretimlerde ise etanol miktarı (%etOH) seçilmiştir. Üretim boyunca spesifik gelişme hızının belli bir değerde sabit kalması (sabit-μ stratejisi), substratın ortama hücrelerin belirlenen hızda gelişmesini (üstel gelişim) sağlayacak miktarlarda eklenmesi (üstel besleme stratejisi) ile sağlanmıştır. Hipoksik koşullarda gerçekleştirilen üretimlerde ise besleme hızı besiyeri ortamındaki etanol konsantrasyonunu çevrimiçi ölçen bir sensör tarafından otomatik olarak ayarlanarak etanol konsantrasyonunun sabit kalması sağlanmıştır. Gerçekleştirilen fermantasyonlarda hücrelerin gelişim, enzim üretim ve substrat tüketimleri ile ilgili spesifik hızları, verimleri ve katsayıları hesaplanmış, karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır.