Trên thế giới, theo thống kê năm 2016, thị trường protein tái tổ hợp đã đạt giá trị 347,2 triệu đô la Mỹ và ước tính giá trị này sẽ vượt ngưỡng 593,4 triệu đô la Mỹ vào năm 2025. Hầu hết các sản phẩm protein tái tổ hợp được sử dụng làm dược phẩm như G-CSF, Erythropoietin, Interferon, Vaccines… giúp phòng ngừa, chẩn đoán và điều trị các bệnh tiểu đường, ung thư, thiếu máu… Ngoài ra, các enzyme tái tổ hợp như protease, amylase, lipase, cellulase, pullulanase và pectinase…được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và chế biến thực phẩm (bia, rượu, nước chấm, nước giải khát, thịt, cá và các nông lâm thủy hải sản khác…) giúp đảm bảo độ ổn định của chất lượng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh trên thị trường thế giới. Tính đến năm 2015, doanh thu của riêng các sản phẩm enzyme công nghiệp này đạt 3,74 tỷ USD. Chính vì vây, việc nghiên cứu nhằm biểu hiện và tinh chế để thu nhận các protein/ enzyme có độ tinh sạch cao nhằm phục vụ cho các nghiên cứu cơ bản va ứng dụng sản xuất là thật sự cần thiết.
Để biểu hiện các protein tái tổ hợp, nhóm chúng tôi sử dụng các hệ thống biểu hiện cho B. subtilis được tạo ra bởi nhóm nghiên cứu, hay E. coli và nấm men từ các hệ thống biểu hiện thương mại. Ngoài ra, một hướng nghiên cứu khác của nhóm là tạo ra các chủng vi sinh vật có tiềm năng biểu hiện các enzyme thủy phân cellulose, tinh bột, chitin, protein, lipid… đặc biệt là là các chủng vi sinh vật có khả năng đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh. Các chủng vi sinh vật này có tiềm năng ứng dụng trong sản xuất chế phẩm vi sinh phục vụ cho việc xử lý rác thải, nước thải, nước trong nuôi trồng, phân bón, thuốc trừ sâu…
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt trực tiếp bởi PGS.TS. Nguyễn Đức Hoàng cùng với sự hỗ trợ của PGS.TS. Phan Thị Phượng Trang và GS. Wolfgang Schumann.
Hiện nay, hướng biểu hiện protein tái tổ hợp nhằm tạo ra các protein phục vụ cho nghiên cứu, sàng lọc thuốc, sản xuất kháng nguyên và kháng thể, các enzyme dùng trong sinh học phân tử và trong công nghiệp, nhóm nghiên cứu đang tập trung chủ yếu vào 3 hướng chính:
- Biểu hiện protein tái tổ hợp ở dạng nội bào
- Biểu hiện protein tái tổ hợp ở dạng ngoại bào
- Công nghệ biểu hiện bề mặt
– Biểu hiện protein tái tổ hợp ở dạng nội bào nhằm tạo ra các protein phục vụ cho nghiên cứu, sàng lọc thuốc, sản xuất kháng nguyên và kháng thể, các enzyme dùng trong sinh học phân tử và trong công nghiệp. Ví dụ như các protein marker phát huỳnh quang (GFP, CFP, YFP…), Taq DNA polymerase, TEV, HRV3C, β-galactosidase, Kinase, nuclear receptor, LLO, IntA, LTB, VP19, VP28…
– Biểu hiện protein tái tổ hợp ở dạng ngoại bào nhằm tạo ra các protein phục vụ cho nghiên cứu, và sản xuất. Ví dụ như cellulase, lipase, natokinase, amylase, protease,…
– Biểu hiện protein tái tổ hợp trên bề mặt tế bào nhằm tạo ra các chủng vi sinh vật có khả năng biểu hiện các protein trên bề mặt tế bào nhằm ứng dụng trong nghiên cứu và sản xuất vaccine, probiotic, chế phẩm vi sinh,….
Các protein sau biểu hiện được tiến hành tinh chế dựa trên các liên kết ái lực của đuôi dung hợp (His tag, GST tag, Strep tag,…) với các nhân tố khác (Ni-NTA, Glutathione, Strep-Tactin…) nhằm thu nhận protein mục tiêu có độ tinh sạch cao để đáp ứng các nhu cầu trong nghiên cứu cơ bản cũng như trong ứng dụng ở các lĩnh vực y dược, công nghiệp, thực phẩm,…
B. subtilis được coi là vi khuẩn mô hình cho các chủng vi khuẩn Gram dương với các ưu điểm được biết đến như: (1) Không có endotoxin (2) Hệ thống plasmid tồn tại độc lập cho phép biểu hiện protein tái tổ hợp trên chủng chủ B. subtilis ở cả dạng tiết ra môi trường hoặc nội bào ở mức cao. (3) Môi trường nuôi cấy rẻ tiền, quy trình nuôi cấy đơn giản với chi phí thấp nhưng hiệu quả tạo sản phẩm, tạo sinh khối cao (4) B. subtilis được công nhận là GRAS – General Regarded As Safe, bởi FDA – Foods and Drugs Administration, Mỹ. Do đó, B. subtilis là chủng chủ tiềm năng trong sản xuất protein tái tổ hợp.
Ngoài ra nhóm nghiên cứu còn có kinh nghiệm trong việc thiết kế và lựa chọn hệ thống biểu hiện hiệu quả cho B. subtilis nên việc thành công trong việc biểu hiện protein tái tổ hợp trên B. subtilis là hoàn toàn có tiềm năng. Ngoài ra, với đội ngũ nhiều kinh nghiệm trong tối ưu hóa gen từ nhóm Tin – Sinh học, chúng tôi dễ dàng sử dụng các công cụ về Tin – Sinh học để tối ưu hóa gen mục tiêu, tối ưu hóa việc biểu hiện ngay từ quá trình thiết kế gen và plasmid tái tổ hợp. Đây là yếu tố góp phần cho thành công trong việc biểu hiện protein tái tổ hợp trên B. subtilis.