Kaksifaasiuutto teollisesti merkittävien proteiinien eristämisessä : hydrofobiiniavusteinen erotusmenetelmä

Abstract

Entsyymiavusteisten teollisten prosessien lisääntyessä yksinkertaisille ja edullisille proteiinien suuren mittakaavan tuotto- ja erotusmenetelmille on kysyntää. Entsyymejä käytetään yleensä lääke- ja elintarviketeollisuudessa alentamaan reaktioiden aktivaatioenergioita.

Hydrofobiiniavusteinen kaksifaasierotus on uusi menetelmä, joka hyödyntää kalvoproteiini hydrofobiinin hydrofobisia ominaisuuksia. Rekombinattitekniikalla voidaan haluttu kohdeproteiini liittää kalvoproteiini hydrofobiiniin ja tuottaa syntynyttä fuusioproteiinia edullisessa hiivatuottosysteemissä. Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia hydrofobiiniavusteiseen vesipohjaiseen kaksifaasierotusmenetelmään vaikuttavia tekijöitä.

Jotta hydrofobiiniavusteinen kaksifaasierotus olisi teollisen mittakaavan prosessina kannattava, tulisi menetelmän ennen kaikkea olla toistettava. Saannon tulee olla kannattavalla tasolla ja uuton tilavuuden tulisi pienentyä mahdollisimman paljon, jotta tilavuuden jatkokäsittely on helppoa ja edullista.

Opinnäytetyössä suoritettujen kokeiden perusteella hydrofobiiniavusteinen erotusmenetelmä on mahdollinen vaihtoehto suuren mittakaavan tuotannossa ja erotuksessa. Sopivalla puskurikonsentraatiolla ja suolan lisäyksellä saadaan toistettava uutto, jonka saanto on teollisessa mittakaavassa hyvä. Puskuroinnilla ja suolojen lisäyksellä voidaan vaikuttaa myös halutun faasin konsentroitumiseen. Menetelmän etuja lisää yksinkertainen laitteisto, työvaiheiden vähyys ja prosessin nopeus.

Tällä hetkellä kuitenkin proteiinirikkaan faasin koon kasvu verrattuna lähtönäytteeseen tuottaa ongelmia tilavuuksien kasvaessa tehdastuotannon tasolle. Erotusastioilta vaadittaisiin valtavaa kapasiteettia ja suurten tilavuuksien käsittely voi tulla hankalaksi ja kalliiksi. Lisää kokeita menetelmän optimoimiseksi laboratoriomittakaavassa ja mahdollisuudesta pienentää haluttua lopputilavuutta on tehtävä ennen suurempaan mittakaavaan siirtymistä.

Novel applications of enzyme catalyzed industrial processes have raised a demand for simple and profitable methods for large-scale protein production and purification. Enzymes are widely exploited in the pharmaceutical and food industry to lower activation energies in reactions.

Hydrophobin-based two-phase extraction is a novel method exploiting the hydrophobic features of the membrane protein. Recombinant gene technology allows the attachment of the desired target protein onto hydrophobin and the production of the recombinant protein in a cost-effective yeast production system. The aim of the thesis was to study the different factors affecting the hydrophobin-based extraction.

In order to make hydrophobin-based extraction viable on industrial scale, the method should be replicable. The yield should be on a profitable level and the volumes handled during the process should be concentrated and decreased to facilitate further processing.

The experiments carried out for the thesis show that the studied method has potential to provide an alternative for existing methods for protein production and purification on the industrial scale. A replicable extraction method with profitable yield on industrial scale can be created with a suitable buffer concentration and addition of salt. Also the concentration of the phases can be modified with buffering and salt addition. Simple equipment, few stages of operation and speed add to the advantages of the method.

However the increase in the volume of the final phase compared to the initial volume causes problems when considering scale-up. The separation tanks should be very large and the handling of such volumes may prove both difficult and expensive. More studies for the optimization and possibilities of the method should be carried out on laboratory scale before scale-up to industrial level.