En cualquier investigación en el ámbito de la proteómica, suele ser necesaria la producción de la proteína de interés para llevar a cabo estudios estructurales, funcionales, de localización o de interacción entre proteínas.
Los sistemas de expresión de proteínas recombinantes permiten obtener grandes cantidades de proteínas con características homólogas a las nativas mediante técnicas de ingeniería genética y cultivo celular, en un proceso que incluye:
- Construcción del vector con la secuencia que codifica la proteína de interés
- Transfección de las células con dicho vector
- Traducción de esos genes a proteínas utilizando la maquinaria celular de la célula huésped
- Lisado celular, extracción y purificación de la proteína de interés
En esta entrada os contamos las ventajas e inconvenientes de cada uno de los sistemas de expresión de proteínas recombinantes, que os permitirán seleccionar el sistema más adecuado en función del tipo de proteína, el rendimiento y la aplicación, entre otros.
Sistemas de expresión de proteínas recombinantes: ventajas e inconvenientes
1.- Bacterias
Las bacterias que se utilizan con más frecuencia como sistemas de expresión de proteínas recombinantes son las de la especie Escherichia coli, aunque también es habitual el uso de otras cepas como Bacillus subtillis.
- Ventajas
- Permite la producción de grandes cantidades de proteína en un periodo corto de tiempo
- Los protocolos de transformación son sencillos
- Requiere condiciones de cultivo simples
- Rápido crecimiento
- Bajo coste
- Proceso escalable
- Permite modificar diversos parámetros para optimizar los niveles de expresión
- Inconvenientes
- No ofrece modificaciones postraduccionales
- Acumulación de las proteínas en cuerpos de inclusión
- Contaminación por proteasas de la célula huésped
- Acumulación de endotoxinas
- Bajo rendimiento para algunas proteínas eucariotas
- Dificultad para expresar proteínas de alto peso molecular
2.- Levaduras
Entre las levaduras que se utilizan con más frecuencia como sistemas de expresión de proteínas recombinantes cabe destacar Pichia pastoris y Saccharomyces cerevisiae.
- Ventajas
- Sistema de expresión eucariota bien definido y económico.
- Permite la expresión tanto de proteínas secretadas como intracelulares
- Alto rendimiento
- Bajo tiempo de expresión
- Requiere medios de cultivo simples
- Ofrece modificaciones postraduccionales
- Proceso escalable
- Libre de endotoxinas
- Inconvenientes
- Hiperglicosilación de las proteínas
- Glicosilación diferente a las células de mamífero
3.- Células de insecto
Es una técnica muy utilizada para expresar proteínas de mamífero que requieren modificaciones postraduccionales, pudiendo utilizarse tanto en cultivos adherentes como en suspensión.
- Ventajas
- Proceso de purificación sencillo
- Buenos niveles de expresión, especialmente para proteínas intracelulares
- Crecimiento relativamente rápido
- Libre de endotoxinas
- Inconvenientes
- El proceso de clonación del gen de interés en el vector de baculovirus requiere mucho tiempo
- El proceso de escalado requiere grandes volúmenes de virus
- Medio de cultivo costoso
- La glicosilación es diferente a la que se consigue en sistemas de mamífero (aunque más similar que la que producen las levaduras)
4.- Células de mamífero
Entre las líneas celulares de mamífero más frecuentes como sistemas de expresión de proteínas recombinantes destacan las células CHO (Chinese HAmster Ovarias) y HEK 293 (Human Embryonic Kidney).
Es el sistema de elección para la expresión de vacunas y proteínas terapéuticas, pudiendo obtenerse tanto a partir de cultivos celulares transitorios como estables.
- Ventajas
- Ofrece todas las modificaciones postraduccionales
- Correcto plegamiento de la proteína
- Libre de endotoxinas
- Inconvenientes
- Alto coste debido a que las células crecen muy despacio, el medio de cultivo es caro y requiere suministro constante de CO2 y reactivos de transfección costosos
- Rendimiento relativamente bajo
- Mayor tiempo de producción
5.- Sistemas libres de células
Los sistemas más habituales incluyen el germen de trigo o los sistemas de expresión de reticulocitos de conejo.
- Ventajas
- Proceso simple
- Escalable
- Las proteínas pueden purificarse en un periodo de tiempo muy corto
- Permite el marcaje de proteínas para estudios estructurales
- Inconvenientes
- Degradación de las proteínas por proteasas exógenas
- Los extractos celulares son costosos
En conclusión, los sistemas de expresión de proteínas recombinantes se elegirán en función del objetivo que se persiga, siendo los sistemas procariotas más habituales para la producción de antígenos, estudios estructurales y de actividad (que no precisen modificaciones postraduccionales), y los eucariotas para la producción de vacunas, proteínas terapéuticas y proteínas que requieran modificaciones postraduccionales para ejercer su actividad biológica.
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