Los sistemas de expresión bacterianos, y más concretamente la E. coli, son los más usados para la producción de proteínas recombinantes. Las principales razones por las que estos sistemas resultan de primera elección radican en que son fáciles de manipular y su cultivo resulta económico, presentan un rápido crecimiento y alto rendimiento de producción de proteínas recombinantes y son fácilmente escalables.

Sin embargo, a la hora de producir proteínas heterólogas de origen eucariota en sistemas bacterianos, hay que lidiar con algunas dificultades para evitar la obtención de proteínas no funcionales, la formación de cuerpos de inclusión y un bajo rendimiento.

En esta entrada enumeramos las principales razones que dificultan la producción de proteínas eucariotas en E. coli, y algunas estrategias para optimizarla.

 

¿Por qué es difícil producir proteínas eucariotas en bacterias y cómo podemos optimizarlo?

 

Las dificultades que hemos mencionado anteriormente se deben principalmente a 3 factores: el sesgo de codones, el plegamiento y la solubilidad de la proteína y las modificaciones postraduccionales. Conociéndolos y actuando sobre ellos podremos optimizar la expresión de proteínas eucariotas en E. coli.

 

1.- Sesgo o preferencia de codones

Algunas especies usan unos determinados codones con más frecuencia que otros que codifican para el mismo aminoácido. Los genes heterólogos con codones raramente usados por las bacterias pueden inducir errores en la traducción.

Utilizar una estrategia de optimización de codones antes de sintetizar la secuencia genética que utilizaremos en el plásmido de expresión es fundamental para lograr una expresión eficiente y evitar errores como la sustitución de aminoácidos por mala traducción, movimientos en el marco de lectura o la terminación prematura de la traducción de proteínas heterólogas, entre otros.

 

2.- Plegamiento y solubilidad de la proteína

La creación de puentes disulfuro no nativos pueden originar un plegamiento incorrecto y la formación de agregados insolubles.

Para atajar estos inconvenientes, se pueden abordar las siguientes estrategias:

  • Expresión a temperaturas más bajas: Como norma general mejora la solubilidad de las proteínas que tienden a formar agregados y precipitar.

 

  • Co-expresión con chaperonas moleculares: Las chaperonas ayudan al proceso de plegado de las proteínas y facilitan la obtención de la conformación adecuada, evitando así la formación de cuerpos de inclusión y mejorando su solubilidad.

 

  • Producción de proteínas de fusión: Son aquellas que se expresan “pegadas” a un tag. Aunque los tags más conocidos se utilizan con la finalidad de facilitar el proceso posterior de purificación de la proteína recombinante (His-tag, GST, …), existen otros tags que tienen además funcionalidades añadidas como la inducción de mayores niveles de expresión, la protección frente a proteólisis o el incremento de la solubilidad de la proteína heteróloga.

 

3.- Modificaciones postraduccionales

Las bacterias tienen una maquinaria postraduccional muy limitada y esto es especialmente relevante en el caso de aquellas proteínas eucariotas que presentan fosforilaciones y/o glicosilaciones. Este es sin duda el talón de Aquiles de los sistemas de expresión bacterianos.

No hay demasiadas estrategias disponibles que permitan abordar este hándicap en la expresión de proteínas eucariotas en E. coli, más allá del desarrollo de algunas cepas (por ejemplo, las que portan el gen de la tirosin kinasa) capaces de producir proteínas complejas que incluyen modificaciones postraduccionales propias de células eucariotas.

Sin embargo, cuando la limitación viene por la necesidad de producir proteínas con este tipo de modificaciones, el abordaje más común es optar por la expresión en un sistema eucariota como levaduras o células de mamífero.

 

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