Polipeptydy podobne do elastyny (ELP) to biopolimery złożone z powtarzających się (VPGXG)n motywów 1,2,3,4,5,6,7,8,9. Reszta gościnna X w jednostce pentapeptydowej może być dowolnym aminokwasem innym niż prolina. Zmiany w X mogą być wykorzystane do dostrojenia hydrofobowości, zachowania przejścia termicznego oraz cech funkcjonalnych konstrukcji ELP w celu stworzenia modułowych materiałów biokompatybilnych, które były szeroko badane w różnych zastosowaniach biomedycznych 10,11,12.
Chociaż synteza chemiczna może być wykorzystywana do produkcji krótkich peptydów, jest ona słabo przystosowana do ELP o wysokiej masie cząsteczkowej lub do zachowania funkcjonalności białek fuzji13,14. Z takich powodów ELP są zazwyczaj wyrażane rekombinowanie w E. coli, co pozwala na produkcję zdefiniowaną sekwencją w dużych ilościach. Jednak takie podejście może również przynosić wyzwania. Podczas ekspresji u E. coli ELP często gromadzą się w gęstych ciałach inkluzyjnych, co wymaga skutecznych strategii odzyskiwania do ekstrakcji funkcjonalnegobiałka 15. Ponadto ekspresja bakterii wprowadza niepożądane biocząsteczki, takie jak białka komórek gospodarza, kwasy nukleinowe oraz lipopolisacharydy (endotoksyny), które muszą zostać oddzielone od ELP podczas oczyszczania. Tradycyjne strategie rozpuszczalności z użyciem detergentów (np. siarczan sodu dodecylowego (SDS) lub Triton X-100) lub środków chaotropowych, takich jak mocznik, odniosły ograniczone sukcesy w naszych sekwencjach fuzji ELP. Z naszego doświadczenia wynika, że tryton i mocznik nie wyekstrahowały ELP z fazy pelletowej, podczas gdy SDS umożliwiło częściową rozpuszczalność, ale zakłócało oczyszczanie powinowactwa i trudno było go całkowicie usunąć z hydrofobowej sekwencji ELP.
Do dziś cykl odwrotnych przejść (ITC) pozostaje najczęściej stosowaną metodą oczyszczania ELP. Technika ta wykorzystuje ich zachowanie LCST do selektywnego wytrącenia i resosolizacji ELP w gradientach temperaturowych i solnych16. Jednak przy białkach o niższej masie cząsteczkowej ITC jest czasochłonnym, wieloetapowym procesem, który słabo nadaje się do ELP uwięzionych w ciałach inkluzyjnych, wymagając wielu cykli ITC, co może prowadzić do utraty białek na każdym kroku 7,16.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, przyjęliśmy proces ekstrakcji i wytrącenia na bazie rozpuszczalników organicznych. Podczas gdy Yakhnin i in. po raz pierwszy zaprezentowali strategię partonowania opartą na hydrofobiczności przy oczyszczaniu GFP z użyciem gradientów etanolu i soli w 1998roku, opracowana przez nas nowa metoda wykorzystuje mieszanki rozpuszczalników organicznych do bezpośredniej ekstrakcji białek fuzji ELP z komórek E. coli 7. Sweet i in. oraz Darji i in. zaadaptowali to podejście do fuzji ELP, pokazując, że ekstrakcja rozpuszczalnika organicznego umożliwia szybkie odzyskiwanie funkcjonalnych ELP przy zachowaniu integralności strukturalnej i bioaktywności 8,9. Podejście to wykorzystuje sonikację i rozpuszczalniki organiczne do lizy komórek bakteryjnych i ekstrakcji ELP w jednej operacji, wytrącając większość białek gospodarza i kwasów nukleinowych. Odzysk bogatej w ELP fazy organicznej, a następnie szybkie wytrącanie w celu izolacji ELP z rozpuszczalników i rozpuszczonych zanieczyszczeń, daje wysoce czyste ELP. To podejście pozwala również uzyskać czysty ELP z pelletów E. coli z poziomem endotoksyny poniżej 1 EU/mL w mniej niż trzy godziny 7,8.
Dotychczasowe badania pokazują, że metoda ta jest zdolna do oczyszczania konstruktów ELP oraz białek fuzji ELP o różnej masie cząsteczkowej i punktach izoelektrycznych, bez konieczności wielokrotnych cykli ITC czy kroków rozpuszczania (Rysunek 1). Mikroskopia sił atomowych (AFM) oraz transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) sugerują, że białka ELP fuzyjne oczyszczone w ten sposób tworzą struktury przypominające odwrócone micele (Rysunek 2), co pomaga zachować strukturę i funkcję domen fuzji ELP podczas ekstrakcji rozpuszczalnika organicznego. Ten usprawniony przepływ pracy umożliwia szybsze i bardziej niezawodne oczyszczanie ELP dla różnorodnych zastosowań biomedycznych 7,8. Warto zauważyć, że Aayush i in. poinformowali, że konstrukty ELP oczyszczone tą metodą zachowały funkcję wiązania receptorówwspółczynnika wzrostu naskórka 18, podkreślając, że ta metoda nie tylko produkuje czysty materiał ELP, ale także utrzymuje aktywność domeny białka fuzyjnego.
Jako kolejne dowód użyteczności tej metody w izolowaniu fuzji enzymów ELP, opisujemy szczegółową metodę opartą na rozpuszczalniku organicznym do oczyszczania konstrukcji mutazy ELP-Intein-Chorismate 2 (ELP-I-Cm2) (Rysunek 3). Metoda ta może być przydatna do szybkiego oczyszczania innych ELP do dostarczania leków i nanomateriałów.