القاگر بیان پروتئین نوترکیب (IPTG )

القاگر بیان پروتئین نوترکیب (IPTG) پارس توس: ابزاری کلیدی در بیولوژی مولکولی

در حوزه بیولوژی مولکولی و مهندسی ژنتیک، تولید و مطالعه پروتئین‌های نوترکیب نقش محوری ایفا می‌کند. این پروتئین‌ها کاربردهای گسترده‌ای در تحقیقات پایه، تولید واکسن‌ها، داروهای بیولوژیک و آنزیم‌های صنعتی دارند. یکی از رایج‌ترین سیستم‌های مورد استفاده برای بیان پروتئین نوترکیب در باکتری اشریشیا کلی (E. coli)، سیستم مبتنی بر اپرون لاک (Lac operon) است. برای فعال‌سازی بیان ژن‌های هدف در این سیستم، نیاز به یک القاگر (Inducer) است. در این میان، IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) به عنوان یک القاگر مصنوعی و بسیار موثر، ابزاری ضروری برای محققان محسوب می‌شود. "القاگر بیان پروتئین نوترکیب (IPTG) پارس توس" یک معرف بیولوژی مولکولی با کیفیت بالا است که به طور گسترده برای این منظور به کار می‌رود.

IPTG چیست و چگونه عمل می‌کند؟

IPTG یک آنالوگ ساختاری آلولاکتوز (allolactose) است. آلولاکتوز یک دی‌ساکارید طبیعی و متابولیت لاکتوز است که به عنوان القاگر طبیعی اپرون لاک در باکتری E. coli عمل می‌کند. در حالت عادی، اپرون لاک در غیاب لاکتوز خاموش است؛ یعنی بیان ژن‌های مرتبط با متابولیسم لاکتوز (مانند ژن کدکننده β-گالاکتوزیداز) متوقف است. این توقف بیان توسط یک پروتئین تنظیمی به نام مهارکننده لاک (Lac repressor) صورت می‌گیرد که به ناحیه عملگر (operator) در اپرون لاک متصل شده و از رونویسی جلوگیری می‌کند.

هنگامی که آلولاکتوز (یا IPTG) در محیط حضور دارد، به مهارکننده لاک متصل شده و باعث تغییر شکل فضایی آن می‌شود. این تغییر شکل باعث می‌شود که مهارکننده نتواند به ناحیه عملگر متصل بماند و از آن جدا شود. با رها شدن ناحیه عملگر، آنزیم RNA پلیمراز می‌تواند به پروموتر اپرون لاک متصل شده و فرآیند رونویسی ژن‌های پایین‌دست را آغاز کند.

مزیت کلیدی IPTG نسبت به آلولاکتوز

ویژگی منحصر به فرد و حیاتی IPTG که آن را به ابزاری برتر از آلولاکتوز طبیعی تبدیل کرده است، در ساختار شیمیایی آن نهفته است. "ویژگی کلیدی IPTG این است که بر خلاف آلولاکتوز، توسط β-گالاکتوزیداز هیدرولیز نمی‌شود، بنابراین غلظت آن در طول آزمایش ثابت می‌ماند."

• آلولاکتوز: یک القاگر طبیعی است، اما توسط آنزیم β-گالاکتوزیداز (یکی از محصولات اپرون لاک که بیان آن القا می‌شود) هیدرولیز و تجزیه می‌شود. این بدان معناست که غلظت آلولاکتوز در محیط به مرور زمان کاهش می‌یابد و این امر می‌تواند منجر به کاهش یا توقف تدریجی القا در طول زمان شود.

• IPTG: به دلیل وجود پیوند تیواستر (C-S) به جای پیوند گلیکوزیدی (C-O) در آلولاکتوز، در برابر تجزیه توسط β-گالاکتوزیداز مقاوم است. این مقاومت تضمین می‌کند که غلظت IPTG در طول فرآیند القای بیان پروتئین ثابت باقی می‌ماند و در نتیجه، القای پایدار و کارآمدی از ژن هدف فراهم می‌شود. این پایداری به ویژه برای تولید در مقیاس بالا و زمانی که نیاز به بیان پروتئین در طولانی‌مدت وجود دارد، بسیار مهم است.

کاربرد اصلی IPTG پارس توس: القای بیان پروتئین نوترکیب

همانطور که ذکر شد، کاربرد اصلی IPTG، "برای القای بیان پروتئین در جایی که ژن تحت کنترل اپراتور Lac است مورد استفاده قرار می‌گیرد." این سیستم‌های بیانی که به IPTG-inducible systems معروف‌اند، به طور گسترده در مهندسی ژنتیک برای تولید پروتئین‌های نوترکیب در باکتری E. coli استفاده می‌شوند. محققان می‌توانند ژن کدکننده پروتئین مورد نظر خود را در یک وکتور (پلاسمید) قرار دهند که حاوی یک پروموتر تحت کنترل اپراتور لاک (مانند پروموتر lac، tac، یا trc) باشد. سپس، با افزودن IPTG به محیط کشت باکتری، بیان پروتئین هدف به صورت کنترل‌شده و با کارایی بالا آغاز می‌شود.

کاربرد دیگر IPTG: تشخیص فعالیت ژن Lac در کلونینگ (Blue/White Screening)

"از آنجا که این معرف محرک فعالیت β-گالاکتوزیداز در باکتری ها است همراه با X-gal برای تشخیص فعالیت ژن Lac در روش های کلونینگ مناسب است."

این کاربرد در تکنیک غربالگری آبی-سفید (Blue/White Screening) بسیار رایج است:

• X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside) یک سوبسترای کروموژنیک برای β-گالاکتوزیداز است.

• هنگامی که β-گالاکتوزیداز (که توسط ژن lacZ کدگذاری می‌شود) در حضور IPTG بیان می‌شود، X-gal را هیدرولیز کرده و یک محصول آبی‌رنگ تولید می‌کند.

• در روش‌های کلونینگ، اغلب از یک ژن lacZ ناقص (α-complementing) در وکتور استفاده می‌شود. اگر یک قطعه DNA خارجی با موفقیت وارد ژن lacZ شود (مانند یک ژن هدف در یک پلاسمید)، باعث اختلال در عملکرد β-گالاکتوزیداز شده و در نتیجه، کلونی باکتری‌ها سفید رنگ باقی می‌ماند.

• کلونی‌هایی که پلاسمید بدون قطعه خارجی را دارند (و در نتیجه β-گالاکتوزیداز فعال تولید می‌کنند) آبی رنگ می‌شوند. این تمایز رنگی، فرآیند شناسایی کلونی‌های حاوی پلاسمید نوترکیب را به شدت ساده می‌کند.

بسته‌بندی و نگهداری IPTG پارس توس

"القاگر بیان پروتئین نوترکیب (IPTG) پارس توس" در بسته‌بندی ۱ گرمی عرضه می‌شود. این حجم معمولاً برای انجام تعداد زیادی آزمایش و کاربرد در مقیاس آزمایشگاهی کفایت می‌کند.

"⚠︎ نکته: این محصول باید در فریزر 20- درجه سانتی‌گراد نگهداری شود." این شرط نگهداری بسیار مهم است، زیرا IPTG در دماهای بالاتر به مرور زمان می‌تواند تجزیه شده و از کارایی آن کاسته شود. نگهداری در فریزر 20- درجه سانتی‌گراد، پایداری و فعالیت آن را برای مدت طولانی تضمین می‌کند.

مزایای استفاده از IPTG پارس توس

• خلوص بالا: IPTG با کیفیت بالا برای اطمینان از القای موثر و نتایج قابل تکرار ضروری است.

• القای پایدار و یکنواخت: به دلیل مقاومت در برابر هیدرولیز توسط β-گالاکتوزیداز، غلظت ثابت IPTG در محیط، القای مداوم و قابل اعتماد بیان پروتئین را تضمین می‌کند.

• کاربرد گسترده: مناسب برای طیف وسیعی از سیستم‌های بیان پروتئین نوترکیب مبتنی بر اپرون لاک و همچنین روش‌های غربالگری کلونینگ آبی-سفید.

• تولید داخلی (پارس توس): این محصول از تولیدکنندگان داخلی است که می‌تواند مزایایی در دسترسی، قیمت و پشتیبانی فنی داشته باشد.

نکات مهم در استفاده از IPTG

• تهیه محلول استوک: معمولاً IPTG به صورت محلول استوک غلیظ (مثلاً 100 میلی‌مولار یا 1 مولار) در آب استریل تهیه می‌شود و سپس با غلظت نهایی مورد نیاز به محیط کشت اضافه می‌گردد (معمولاً 0.1 تا 1 میلی‌مولار).

• استریلیزاسیون: محلول‌های استوک IPTG باید به روش فیلتراسیون (نه اتوکلاو) استریل شوند، زیرا حرارت می‌تواند به آن آسیب برساند.

• زمان القا: زمان و غلظت بهینه IPTG برای القای بیان پروتئین باید برای هر پروتئین و سیستم بیانی به صورت تجربی تعیین شود. القای زودهنگام یا با غلظت بالا می‌تواند منجر به تشکیل inclusion bodies (تجمع پروتئین‌های غیرفعال) شود، در حالی که القای ناکافی، بازدهی کمی خواهد داشت.

نتیجه‌گیری

القاگر بیان پروتئین نوترکیب (IPTG) پارس توس، یک معرف بیولوژی مولکولی ضروری و با کیفیت بالا است که نقش محوری در تولید پروتئین‌های نوترکیب و غربالگری‌های کلونینگ ایفا می‌کند. با ویژگی‌های منحصر به فرد خود در پایداری و عدم هیدرولیز توسط β-گالاکتوزیداز، IPTG ابزاری قدرتمند برای محققان فراهم می‌کند تا به طور دقیق و کارآمد بیان ژن‌های هدف خود را کنترل کنند. با رعایت نکات نگهداری در فریزر 20- درجه سانتی‌گراد، این محصول می‌تواند نتایج قابل اعتماد و تکرارپذیری را برای سال‌ها ارائه دهد و به پیشرفت تحقیقات در حوزه‌های مختلف علوم زیستی کمک شایانی کند.