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Phagen-Display

Englisch: phage display

1 Definition

Bei dem Phagen-Display handelt es sich um ein Verfahren aus dem Bereich der Mikrobiologie und der Biotechnologie, bei der es darum geht, spezielle biologische Strukturen (z. B. Antigene, große Proteine, rekombinante Bakterien) auf der äußeren Zellmembran von Bakteriophagen zu präsentieren. Ziel dieses Verfahrens ist dabei die Identifikation und Isolation von geeigneten Bindungspartnern für präsentierten Strukturen. Der Phagen-Display übernimmt somit eine wichtige Funktion in der Entwicklung neuer Arzneistoffe, der Erforschung von Proteinen und der Aufklärung von Antikörper-Interaktionen.

2 Geschichte

Die Entwicklung und die ersten Anwendungsschritte gehen auf den Biowissenschaftler George P. Smith zurück. Den Durchbruch in der Entwicklung des Phagen-Displays geht auf das Jahr 1985 zurück.

3 Anwendungsgebiete

Zentrales Nachweismöglichkeit des Phagen-Displays ist die Identifikation und genaue Untersuchung von Interaktionen zwischen verschiedenen Makromolekülen. Dies liegt insbesondere daran, dass das beschriebene Verfahren ebenfalls auf Protein-Protein-Interaktionen beruht. Seit dieses Verfahren existiert, ist die synthetische Herstellung und genaue Charakterisierung von vielen menschlichen Antikörpern möglich geworden, mit all seinen positiven Auswirkungen auf Diagnose und Therapie von diversen Krankheitsbildern. Die Isolation von spezifischen Proteinen, wie Bibliotheken aus cDNA-Fragmenten ist mit der Methode des Phagen-Displays ebenfalls möglich. In der biotechnologischen Industrie hat das Phagen-Display mittlerweile einen sehr hohen Stellenwert, da sich einige Firmen darauf spezialisiert haben, mithilfe dieses Verfahrens eine riesige Zahl von Antikörpern gegen spezielle Antigene zu produzieren. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist die Produktion von Biopharmazeutika, die im Wesentlichen auf der Arbeit mit rekombinanten Antikörpern beruht.

4 Prinzip

Um z. B. ein Phagen-Display von Antikörper-Bibliotheken zu verwenden, werden zunächst die relevanten Zellen aus dem Organismus isoliert. Dabei handelt es sich um Plasmazellen, die insbesondere in Blut, Knochenmark und Lymphknoten zu finden sind. Aus diesen Zellen wird mRNA isoliert, die sofort im Anschluss in cDNA transkribiert wird. Weiterhin ist eine rasche Vervielfältigung der in der cDNA enthaltenen Gene angezeigt. Hierzu bedient man sich der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Im Anschluss daran erfolgt eine Integration der Gensegmente in ein Phagemid-Vektor mit anschließender Übertragung in das Darmbakterium Escherichia coli. Folge davon ist eine Expression von pIII-Fusionsproteine durch die rekombinanten Bakterien. Es erfolge ein Transport der Fusionsproteine ins Periplasma und dort erfolgt schließlich eine Modifikation der Makromoleküle zu funktionsfähigen Hüllproteinen. Diese Proteine werden bei Neubildung in die Hülle von Phagen eingebaut und dienen als Bindungsstelle für spezielle Antigene Liganden. Über das Einbringen spezieller Liganden kann so durch Bindung die Phagen isoliert und dargestellt werden.

Fachgebiete: Biochemie

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