La producción de proteínas es el proceso biotecnológico de generar una proteína específica . Por lo general, se logra mediante la manipulación de la expresión génica en un organismo de modo que exprese grandes cantidades de un gen recombinante . Esto incluye la transcripción del DNA recombinante para mensajero ARN ( mRNA ), el traducción de ARNm en polipéptido cadenas, que son en última instancia, doblado en funcionales proteínas y pueden ser dirigidos a subcelular específica o localizaciones extracelulares. [1]
Los sistemas de producción de proteínas (también conocidos como sistemas de expresión ) se utilizan en las ciencias de la vida , la biotecnología y la medicina . La investigación en biología molecular utiliza numerosas proteínas y enzimas, muchas de las cuales proceden de sistemas de expresión; particularmente ADN polimerasa para PCR , transcriptasa inversa para análisis de ARN, endonucleasas de restricción para clonación y para producir proteínas que se seleccionan en el descubrimiento de fármacos como dianas biológicas o como fármacos potenciales ellos mismos. También existen aplicaciones importantes para los sistemas de expresión en fermentación industrial., en particular, la producción de productos biofarmacéuticos como la insulina humana para tratar la diabetes y para fabricar enzimas .
Los sistemas de producción de proteínas comúnmente utilizados incluyen los derivados de bacterias , [2] levaduras , [3] [4] baculovirus / insectos , [5] células de mamíferos , [6] [7] y más recientemente hongos filamentosos como Myceliophthora thermophila . [8] Cuando se producen productos biofarmacéuticos con uno de estos sistemas, las impurezas relacionadas con el proceso denominadas proteínas de la célula huésped también llegan al producto final en cantidades mínimas. [9]
Los sistemas de expresión más antiguos y más utilizados están basados en células y pueden definirse como la " combinación de un vector de expresión , su ADN clonado y el huésped del vector que proporciona un contexto para permitir la función de genes extraños en una célula huésped, que es decir, producir proteínas a un alto nivel ". [10] [11] La sobreexpresión es un nivel anormal y excesivamente alto de expresión génica que produce un fenotipo pronunciado relacionado con el gen . [12] [13]
Hay muchas formas de introducir ADN extraño en una célula para su expresión, y se pueden usar muchas células hospedadoras diferentes para la expresión; cada sistema de expresión tiene distintas ventajas y desventajas. Los sistemas de expresión normalmente se denominan por el anfitrión y la fuente de ADN o el mecanismo de entrega del material genético. Por ejemplo, los huéspedes comunes son bacterias (como E. coli , B. subtilis ), levaduras (como S. cerevisiae [4] ) o líneas celulares eucariotas . Las fuentes de ADN y los mecanismos de administración comunes son virus (como baculovirus , retrovirus ,adenovirus ), plásmidos , cromosomas artificiales y bacteriófagos (como lambda ). El mejor sistema de expresión depende del gen involucrado, por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae se prefiere a menudo para proteínas que requieren una modificación postraduccional significativa . Se utilizan líneas de células de insectos o mamíferos cuando se requiere un corte y empalme de ARNm similar al humano. No obstante, la expresión bacteriana tiene la ventaja de producir fácilmente grandes cantidades de proteína, que es necesaria para la cristalografía de rayos X o la resonancia magnética nuclear. experimentos para la determinación de estructuras.
Debido a que las bacterias son procariotas , no están equipadas con la maquinaria enzimática completa para lograr las modificaciones postraduccionales requeridas o el plegamiento molecular. Por tanto, las proteínas eucariotas multidominio expresadas en bacterias a menudo no son funcionales. Además, muchas proteínas se vuelven insolubles como cuerpos de inclusión que son difíciles de recuperar sin desnaturalizantes agresivos y el posterior replegamiento de proteínas engorroso.