Las proteínas a medida para investigación científica, también conocidas como proteínas recombinantes, diseñadas o sintéticas, son proteínas que han sido diseñadas o modificadas para fines específicos, denominado comunmente este campo de investigación como ingeniería de proteínas o biología recombinante.
En este artículo, encontrarás una descripción general del diseño, producción y aplicación de proteínas personalizadas.
Diseño de proteínas:
El diseño de proteínas a medida para investigación científica se puede realizar empleando métodos computacionales y técnicas de modelado molecular. Estos métodos permiten a los investigadores predecir la estructura y función de las proteínas en función de sus secuencias de aminoácidos.
El primer paso para producir una proteína recombinante personalizada es diseñar su secuencia de aminoácidos. Esto se puede hacer utilizando herramientas computacionales y técnicas bioinformáticas. Para el diseño de la proteína, los investigadores consideran la función deseada, su estabilidad, la solubilidad y la posible inmunogenicidad.
Una vez tomadas las consideraciones necesarias para el diseño de la proteína, se pasa a la fase de producción.
Producción de proteínas:
1. Síntesis de genes:
Una vez diseñada la secuencia de proteínas, es necesario sintetizar el gen correspondiente que codifica esa secuencia. La síntesis de genes implica ensamblar fragmentos de ADN en el orden deseado mediante métodos químicos o enzimáticos. A continuación, el gen sintetizado puede clonarse en un vector de expresión adecuado para la producción de proteínas.
2. Selección del huésped de expresión:
La elección del huésped de expresión depende de factores como el tamaño y la complejidad de la proteína, las modificaciones postraduccionales requeridas y la escala de producción deseada. Los huéspedes de expresión comunes incluyen bacterias (p. ej., E. coli), levaduras (p. ej., Pichia pastoris), células de insectos (p. ej., sistema de expresión de baculovirus), células de mamíferos (p. ej., células CHO) y células vegetales (Agrobacterium tumefaciens).
3. Transformación o Transfección:
Una vez construido el vector de expresión que contiene el gen de interés, se introduce en el huésped de expresión elegido mediante técnicas tales como transformación en caso de utilizar un modelo de bacteria o levadura, o transfección en el caso de célula de insecto o mamífero.
4. Expresión de proteínas:
Después de la transformación o transfección, las células huésped comienzan a producir la proteína personalizada de acuerdo con las instrucciones codificadas por el gen introducido. La proteína puede acumularse dentro de las células o secretarse al medio circundante, según el sistema de expresión utilizado.
5. Purificación de proteínas:
Una vez que se expresa la proteína, es necesario purificarla de las células huésped o del medio de cultivo. La purificación de proteínas normalmente implica varios pasos, tales como lisis celular, clarificación, cromatografía (por ejemplo, cromatografía de afinidad, cromatografía de intercambio iónico, cromatografía de exclusión por tamaño) y filtración. Cada paso está diseñado para aislar la proteína objetivo de otros componentes celulares y contaminantes.
6. Caracterización:
Después de la purificación, la proteína personalizada se caracteriza para garantizar que tenga las propiedades y funcionalidad deseadas. Esto puede incluir análisis de pureza de proteínas, peso molecular, integridad estructural y actividad biológica.
7. Ampliación:
Una vez que el proceso de producción ha sido optimizado y validado, se puede ampliar para la producción comercial. Esto puede implicar aumentar el volumen de cultivo, optimizar las condiciones de fermentación e implementar estrategias de purificación eficientes para cumplir con el rendimiento de producción y los estándares de calidad deseados.
8. Control de calidad:
Durante todo el proceso de producción, se implementan medidas de control de calidad para garantizar la consistencia, pureza y seguridad de la proteína medida para investigación científica. Esto incluye pruebas de contaminantes, evaluación de la actividad biológica y confirmación del cumplimiento de los requisitos reglamentarios.
Aplicaciones de proteínas recombinantes:
1. Aplicaciones industriales:
Proteínas a medida para investigación científicatienen tienen diversas aplicaciones industriales, incluidas las enzimas utilizadas en la biocatálisis para la síntesis química, así como en la producción de biocombustibles, ingredientes alimentarios y otros productos de base biológica.
2. Herramientas de investigación:
Las proteínas diseñadas son herramientas valiosas para estudiar procesos y vías biológicas en laboratorios de investigación. Se pueden utilizar para investigar las interacciones entre proteínas, estudiar el plegamiento y la estabilidad de las proteínas e investigar la función de genes específicos.
3. Herramientas de diagnóstico:
Las proteínas diseñadas para biomarcadores específicos se pueden utilizar en pruebas de diagnóstico para detectar enfermedades o monitorear condiciones de salud.
Diseñar y producir proteínas recombinantes diseñadas a medida puede ser un desafío debido a la complejidad de la estructura y función de las proteínas. Los investigadores deben considerar cuidadosamente factores como la estabilidad de las proteínas, la cinética de plegamiento y la posible inmunogenicidad. Además, garantizar la escalabilidad y rentabilidad de los procesos de producción de proteínas es importante para las aplicaciones comerciales.
Las proteínas hechas a medida representan una poderosa herramienta en biotecnología y tienen diversas aplicaciones en medicina, industria e investigación. Los continuos avances en las técnicas de ingeniería de proteínas están impulsando la innovación en este campo, lo que lleva al desarrollo de nuevas terapias y tecnologías.
