Expressiesystemen

Expressiesystemen zijn biologische systemen die worden gebruikt om genetische informatie uit te drukken in eiwitten, enzymen of andere macromoleculen. Een expressiesysteem omvat doorgaans een gastheercel of celvrije omgeving, een expressievector met een promotor en regulerende elementen, en de omstandigheden waaronder productie plaatsvindt. Het doel is een geschikte balans tussen opbrengst en functionaliteit van het gewenste product.

De belangrijkste typen expressiesystemen zijn onder meer prokaryotische systemen zoals Escherichia coli en Bacillus subtilis, die snelle groei en eenvoudige verwerking bieden maar vaak beperkte of geen eukaryote post-translationele modificaties geven. Eukaryote gistsystemen zoals Saccharomyces cerevisiae en Pichia pastoris leveren betere eiwitvouw en beperkte glycosylatie. Insectencel-systemen op basis van baculovirus bieden meer geavanceerde modificaties dan gist. Mammale cellen zoals CHO en HEK293 leveren vrijwel menselijke glycosylering en folding, maar brengen hogere kosten en strengere regulatoire eisen met zich mee. Celvrije systemen gebruikt cellulaire lysaten of extracten voor snelle, tijdelijke expressie zonder levende cellen. Plantaardige systemen en plantencelculturen vormen een alternatief platform met potentieel hoge oplages.

Overwegingen bij de keuze zijn onder meer de benodigde post-translationele modificaties, eiwitvouwing, productieopbrengst, schaalbaarheid en kosten. Regulatoire en biosafetyskeuzes zijn vooral relevant bij farmaceutische toepassingen, waar GMP-omstandigheden en strikt toezicht gelden.

Toepassingen van expressiesystemen omvatten productie van recombinante eiwitten, diagnostische antigenen, enzymen, vaccinantigenen en therapeutische eiwitten. Een ver verleden succesverhaal is de productie van humaan insuline in bacteriële systemen; tegenwoordig worden voor complexe producten vaak mammale cellen gebruikt, terwijl snelle onderzoeksworkflows vaak celvrije systemen inzetten.