ผง IPTG มีผลต่อการแสดงออกของโปรตีนในองค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อที่แตกต่างกันอย่างไร?

ก่อนอื่น เรามาพูดถึงผง IPTG กันก่อนว่าคืออะไร IPTG หรือ isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside เป็นตัวเหนี่ยวนำที่รู้จักกันดีในอณูชีววิทยา ใช้เพื่อเปิดการแสดงออกของยีนที่อยู่ภายใต้การควบคุมของโอเปอเรเตอร์ครั่ง เมื่อคุณเพิ่ม IPTG ลงในวัฒนธรรมของคุณ มันจะเลียนแบบการกระทำของอัลโลแลกโตส ซึ่งเป็นตัวเหนี่ยวนำตามธรรมชาติ และจับกับตัวอัดครั่ง การเชื่อมโยงนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในตัวอัดความดัน ป้องกันไม่ให้จับกับบริเวณตัวดำเนินการของ DNA ผลที่ได้คือ RNA polymerase สามารถถ่ายทอดยีนที่อยู่ด้านล่างของผู้ปฏิบัติงานได้อย่างอิสระ ซึ่งนำไปสู่การแสดงออกของโปรตีน

สื่อ LB (Luria - Bertani) เป็นหนึ่งในสื่อที่ใช้บ่อยที่สุดในจุลชีววิทยา อุดมไปด้วยสารอาหารและเป็นสภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย เมื่อคุณใช้ IPTG ในสื่อ LB คุณมักจะได้รับการกระตุ้นการแสดงออกของโปรตีนค่อนข้างดี แบคทีเรียมีทรัพยากรมากมายในการเจริญเติบโตและสังเคราะห์โปรตีนเมื่อ IPTG กระตุ้นการแสดงออกของยีน

อย่างไรก็ตามมีข้อเสียบางประการ บางครั้งแบคทีเรียอาจเติบโตเร็วเกินไปในตัวกลาง LB และการเพาะเลี้ยงที่มีความหนาแน่นสูงอาจทำให้เกิดปัญหา เช่น การจำกัดออกซิเจน และการสะสมของผลพลอยได้ที่เป็นพิษ สิ่งนี้อาจส่งผลต่อคุณภาพและปริมาณของโปรตีนที่แสดงออกมา นอกจากนี้ สารอาหารที่อุดมไปด้วยใน LB บางครั้งอาจทำให้แบคทีเรียผลิตโปรตีนอื่นๆ จำนวนมากพร้อมกับโปรตีนเป้าหมาย ทำให้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์มีความท้าทายมากขึ้น

สื่อขั้นต่ำ M9 เป็นสื่อที่มีความชัดเจนมากกว่าเมื่อเทียบกับ LB ประกอบด้วยสารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียเท่านั้น เช่น เกลือ แหล่งคาร์บอน (โดยปกติคือกลูโคส) และแหล่งไนโตรเจน เมื่อคุณใช้ IPTG ในสื่อขั้นต่ำ M9 การแสดงออกของโปรตีนจะสามารถควบคุมได้เข้มงวดมากขึ้น

เนื่องจากแบคทีเรียมีทรัพยากรใน M9 น้อยกว่า พวกมันจึงเติบโตได้ช้ากว่า อัตราการเติบโตที่ช้าลงนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อโปรตีนบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตีนที่แสดงออกได้ยากหรือมีแนวโน้มที่จะพับผิด แบคทีเรียมีเวลามากขึ้นในการพับโปรตีนให้ถูกต้อง ส่งผลให้ได้โปรตีนที่พับและใช้งานได้อย่างเหมาะสมมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเจริญเติบโตช้ากว่า จึงอาจใช้เวลานานกว่าเพื่อให้ได้ความหนาแน่นของเซลล์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเหนี่ยวนำ และผลผลิตโปรตีนโดยรวมอาจต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอาหารเลี้ยงเชื้อ LB

สื่อเหนี่ยวนำอัตโนมัติเป็นการพัฒนาที่ค่อนข้างใหม่ในด้านนี้ สื่อเหล่านี้ได้รับการออกแบบเพื่อกระตุ้นการแสดงออกของโปรตีนโดยอัตโนมัติในเวลาที่เหมาะสมระหว่างวงจรการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ประกอบด้วยแหล่งคาร์บอนผสมกัน เช่น กลูโคสและแลคโตส

ในช่วงเริ่มต้นของระยะการเจริญเติบโต แบคทีเรียจะกินกลูโคสซึ่งจะไปกดครั่งโอเปอเรเตอร์ เมื่อกลูโคสหมดลง แบคทีเรียก็เริ่มใช้แลคโตส แลคโตสสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นตามธรรมชาติได้ คล้ายกับ IPTG นอกจากนี้คุณยังสามารถเพิ่ม IPTG จำนวนเล็กน้อยเพื่อเพิ่มการเหนี่ยวนำได้

ข้อดีของการใช้ IPTG ในสื่อการเหนี่ยวนำอัตโนมัติคือทำให้กระบวนการเหนี่ยวนำง่ายขึ้น คุณไม่จำเป็นต้องตรวจสอบความหนาแน่นของเซลล์และเพิ่ม IPTG ในเวลาที่เหมาะสม นอกจากนี้ ตัวกลางเหนี่ยวนำอัตโนมัติบางครั้งอาจนำไปสู่ผลผลิตโปรตีนที่สูงขึ้นและคุณภาพโปรตีนที่ดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับตัวกลางแบบดั้งเดิม