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Fecha de publicación: 28/09/2010 Última actualización: 28/02/2011
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Sistemas de expresión de proteínas recombinantes (I). Genes y vectores.


Las proteínas se distinguen de los compuestos químicos industriales tradicionales en su sistema de síntesis. La inmensa mayoría de estas proteínas de acción específica son recombinantes, lo que implica que se utiliza la maquinaria de síntesis de proteínas de un determinado organismo para producirlas. Vamos a analizar los aspectos más importantes a tener en cuenta para expresar una proteína recombinante, echando un vistazo a los puntos clave que determinan el resultado final.

Contenido


 

La funcionalidad de las proteínas en la biología es una fuente potencial de aprovechamiento industrial. Ya sean nativas o recombinantes, las proteínas son la base de importantes sectores industriales como la agricultura, las actividades industriales relacionadas con la catálisis enzimática y la industria biofarmacéutica. A modo de ejemplo, la evolución de este último sector ha venido marcada en los últimos tiempos por la aparición y consolidación de los biofármacos como alternativa a los tradicionales compuestos de origen químico en términos de especificidad, seguridad y versatilidad. La importancia de los biofármacos en la industria farmacéutica es cada vez mayor, como demuestra el hecho de que en 2009 ya había más de 200 proteínas terapéuticas aprobadas para su uso clínico por la FDA, el organismo estadounidense que regula el uso de fármacos en ese país.

Las proteínas se distinguen de los compuestos químicos industriales tradicionales  en su sistema de síntesis.  La inmensa mayoría de estas proteínas de acción específica son recombinantes, lo que implica que se utiliza la maquinaria de síntesis de proteínas de un determinado organismo para producirlas. Vamos a analizar los aspectos más importantes a tener en cuenta para expresar una proteína recombinante, echando un vistazo a los puntos clave que determinan el resultado final.

 

El gen

Ya sabemos que la información necesaria para la síntesis de una proteína está codificada en un gen. En la inmensa mayoría de los casos, ya hablemos del entorno investigador o del industrial, el gen del que se parte es artificial o recombinante. En general, el principal aspecto a considerar en este nivel es el uso de codones. Aunque el código genético es universal, no es menos cierto que es un código degenerado, por lo que la mayoría de las veces hay varias opciones (codones) a elegir a la hora de codificar un aminoácido concreto. Pues bien, resulta que cada grupo de organismos prefiere unos codones sobre otros en sus sistemas de síntesis y eso afecta directamente al rendimiento del proceso. Por eso, los investigadores y técnicos especialistas en síntesis de proteínas suelen preparar los genes, sustituyendo en la secuencia genética todos los codones que pueden por los preferidos por el sistema de síntesis. La secuencia final de la proteína no resulta alterada este proceso; el objetivo viene a ser decir lo mismo con distintas palabras.

Generalmente, suelen eliminarse los intrones y otras secuencias no necesarias, tanto por razones metabólicas (recordemos que los procariotas no procesan los intrones) como de tamaño (un gen con intrones puede resultar muy largo y difícil de manejar con las técnicas más usuales de clonaje). En caso necesario, puede añadirse también a la secuencia genética código adicional que dará lugar a motivos proteicos especiales fusionados a la proteína original, tales como péptidos señal (destinados a hacer que la proteína sea excretada o localizada en determinado lugar celular) o marcadores (que permitirán después su purificación o localización).

 

El vector

Digamos que ya tenemos nuestro gen construido, listo para producir la proteína que lleva codificada. Para lograrlo, debemos introducir el gen en un organismo que se encargará de la síntesis.  Los investigadores utilizan para este fin vehículos moleculares denominados vectores, en los cuales insertan el gen de interés utilizando técnicas de clonaje.

Un vector es en esencia un armazón genético que transporta el gen que se quiere clonar, acompañado de una serie de accesorios que garantizarán la síntesis en el hospedador. Los principales accesorios que incluye un vector son secuencias llamadas promotores, diseñados para localizarse físicamente antes del inicio del gen. Estas secuencias señalan el inicio de la transcripción del gen, ya que son regiones reconocidas por las ARN polimerasas, las enzimas encargadas de transcribir el ADN a ARN.

 Los investigadores hablan de promotores fuertes y débiles, para referirse a la eficiencia con la cual el promotor dirige la transcripción. Para la expresión de proteínas recombinantes suelen preferirse promotores fuertes, ya que lo que se persigue es producir cantidades apreciables (lo más grandes posible en el caso de la industria biotecnológica) de la proteína que hemos diseñado. Dichos promotores proceden muchas veces de virus, en su origen seleccionados evolutivamente para usurpar la maquinaria de transcripción de su hospedador y por tanto, propietarios de algunos de los promotores más fuertes que se conocen.

En general los vectores son propagados y multiplicados en bacterias, por lo que incluyen orígenes de replicación específicos. Aparte de determinar el origen desde el cual se replicará el vector, también son decisivos para controlar el número de copias del mismo, factor que puede llegar a ser importante si buscamos alto rendimiento en sistemas de expresión procariotas.

Otros accesorios aportados por el vector son las  secuencias de poliadenilación para incluir detrás del gen, destinadas a estabilizar el ARNm recién transcrito si pretendemos expresar nuestro gen en entornos eucariotas.

Finalmente, existe toda una variedad de secuencias adicionales que se pueden incluir en un vector, como genes de resistencia a antibióticos destinados a seleccionar las bacterias y células portadoras del vector, sistemas reguladores de la expresión (como promotores dependientes de metabolitos o cambios en el entorno), sistemas de recombinación específica, genes marcadores, etc.



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Autor: Vicente Díaz Martínez/Mari Carmen Martos
 
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http://biotechspain.com/?iid=expresion_proteinas_recombinantes&itid=5&lan=es
 
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