Når et protein fra et gen skal bruges i cellen, bliver transkriptionen af genets DNA aktiveret. Der dannes nu mRNA og dermed protein (forklaret i 1 Hvad er DNA og gener?). 

Kort inden den protein-kodende region af genet sidder der på DNA-strengen en bestemt sekvens kaldt en promoter, der netop har den opgave at hjælpe med at aktivere transkriptionen (figur 3.1).

Gener, der altid bruges, har meget stærke promotere, som gør at generne altid er tændte og transkripteres. Omvendt findes promotere, der kun aktiveres i ganske særlige situationer, hvor genet er nødvendigt. Det kunne fx være, hvis cellen får et varmechok og skal beskytte sig.

Genteknologien gør det muligt snedigt at udvælge lige den promoter, der passer godt til at aktivere det producerende gen i en bestemt cellefabrik 

Promoterens biologiske virkningsmekanisme

DNA'et der udgør en promoter, kan tiltrække helt særlige proteiner, der binder til promoteren. Disse proteiner kaldes transkriptionsfaktorer. Transkriptionsfaktorer kan være meget specialiserede til bestemte promoterer, hvor de kan binde til en helt speciel DNA- sekvens. Transkriptionsfaktorerne er kun til stede i cellen, når der er behov for transkription af de pågældende gener. Binding af disse transkriptionsfaktorer til promoteren på DNA'et er nemlig med til at guide enzymet RNA-polymerase til også at binde DNA'et, så det kan begynde at transkriptere DNA'et til mRNA. En sådan transkriptionfaktor kaldes også en aktivator.

I genetisk optimering af en cellefabrik er det som udgangspunkt smart at vælge en kraftig promoter, der fører til produktion af meget protein og dermed det ønskede produkt.
En promoter, der altid fører til transkription af DNA’et, kaldes konstitutiv. Men disse promotere er ikke altid de smarteste at anvende til at styre transkriptionen i en cellefabrik. Man kan nemlig ikke forhindre genet i at blive transkriperet hele tiden. Cellerne går straks i gang med at producere proteinet, selv mens de er i deres begyndende vækstfase, hvor ressourcerne måske hellere skal spares til først at skabe flere celler, inden selve produktionen af proteinet startes.

En anden promotertype kaldes inducibel, fordi bestemte forhold skal til for at starte transkriptionen. Det kan enten være fysiske betingelser (fx lav/høj temperatur) eller kemiske betingelser (fx tilstedeværelsen af et bestemt stof). En inducibel promoter kan derfor være smart at bruge med produktionsgenet i en cellefabrik. Det er især klogt, hvis produktet ligefrem har en giftig påvirkning af værtscellen. Med en inducibel promoter, kan man vente med at sætte cellerne i gang med at bruge genet, til rigtig mange celler er vokset frem.

Terminator af transkription

Det kan være klogt at tilføje en terminator-sekvens lige efter genet, der koder for proteinproduktet (figur 3.1). En terminator sørger for at transkriptionen ophører, når RNA-polymerase når frem til den på sin vej henad DNA'et. Uden en terminator risikerer man også at få transkripteret så meget af den efterfølgende, irrelevante DNA-kode fra ekspressionsvektoren, at det forstyrrer cellen.

Det ekstra mRNA som følger med kan også gøre mRNA'et meget ustabilt og letnedbrydeligt.

Ribosombindingssted (RBS) hjælper med genets translation

Translationen af mRNA til protein kan også øges genetisk. Inden selve den protein-kodende sekvens på mRNA’et (dvs. inden startcodonet) sidder der nemlig en sekvens, der er et ribosombindingssted (RBS) (figur 3.1). Der er forskel på typerne mellem eukaryoter og prokaryoter, men fælles er, at ribosomet her bindes inden, det bevæger sig hen til startcodonet og begynder selve proteinsyntesen.

Ved at vælge bestemte RBS'er kan det lade sig gøre at opnå en bedre ribosombinding og dermed bedre translation af mRNA’et til protein.

Start- og stopcodon

Det første codon, der translateres til et protein, er altid ATG, der koder for aminosyren methionin. Selv hvis proteinet egentlig ikke skal indeholde methionin først, er det AUG, der markerer starten af proteinkoden (kaldes den åbne læseramme).

Tre af de 64 forskellige codons koder ikke for en aminosyre, men er i stedet stopcodons: TAG, TGA og TAA får translationen af mRNA'et til at ophøre (figur 3.1). Læs mere om codons i artiklen Cellefabrikker.

Flere kopier af genet

Hvis et gen findes i flere kopier i cellen, øges også muligheden for at lave mere mRNA af det, og dermed øges også hvor meget protein der i sidste ende dannes.

Når der bruges en ekspressionsvektor, afgøres dens antal kopier i cellen af aktiviteten af den Ori-sekvens (Origin of replication), der er sat i vektoren. Replikationen starter nemlig ved Ori, og der findes både stærke og svage af disse sekvenser. Nogle Ori-sekvenser giver fx mellem 15 og 20 kopier af ekspressionsvektoren i cellen, mens andre stærke Ori kan give omkring 200 kopier i hver celle. Inden man så nu skynder sig at vælge den kraftigste Ori-sekvens, skal man være opmærksom på, at cellens vækst sænkes af at producere rigtig mange kopier, så produktionen måske slet ikke bliver større alligevel!

Især vigtigt at huske:

• En cellefabrik kan optimeres genetisk ved at bruge forskellige tricks, der ofte ændrer ved genreguleringen.
• Genregulering er en meget vigtig egenskab, der hele tiden sørger for, at kun de nødvendige gener udtrykkes.
• Det er vigtigt at vælge en egnet promoter til rekombinant produktion. Promoteren er en slags startknap til genets transkription og findes i forskellige typer og styrker.

Quiz dig selv i genetisk tuning af cellefabrikker