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No existe un proceso universal de fermentación óptimo para la expresión de todas las proteínas recombinantes en Escherichia coli, dado que los niveles de expresión de un gen heterólogo son altamente dependientes y específicos para cada sistema.

El conocimiento de la relación entre la fisiología microbiana, sistema hospedador/vector y expresión génica durante la fermentación es esencial para optimizar la producción de proteínas recombinantes.

Por lo tanto el proceso de optimización requiere el conocimiento y mejoramiento de las condiciones de cultivo basados en la composición del medio, condiciones de crecimiento, métodos de inducción y el logro de mínima inhibición metabólica para un sistema genético dado, siendo estos parámetros determinados frecuentemente en forma empírica. Por ello, las condiciones de cultivo, junto con el tipo de construcción génica, tienen incidencia en la optimización de la expresión de la proteína heteróloga o recombinante, pudiendo ser controlada mediante las condiciones de fermentación.

Se sabe que optimizando la expresión del gen recombinante en el hospedador adecuado y ajustando las condiciones de cultivo, en algunos sistemas se han obtenido altos rendimientos de proteína heteróloga. Por ejemplo, usando cepas adecuadas de E. coli se han reportado porcentajes de expresión de productos recombinantes entre 10% al 40% del total de proteínas, variando los mismos de acuerdo a las condiciones de cultivo.

Estudios basados en la producción de proteínas recombinantes en diferentes sistemas de fermentación (cultivo en batch, alimentado y continuo), demostraron que la composición química del medio de cultivo y los factores físicos tales como temperatura, pH, transferencia de oxígeno y agitación, pueden influir en la expresión proteica a distintos niveles biosintéticos, por ejemplo, variando la velocidad de traducción de ARN mensajero. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que trabajar en sistemas de producción con alta densidad celular, no siempre es beneficioso, ya que puede conllevar a problemas en la dinámica del cultivo celular tales como: limitar la disponibilidad de oxígeno, incrementar los niveles de dióxido de carbono y estimular la formación de metabolitos secundarios como acetato, reducir la eficiencia del mezclado del fermentador junto con dificultad en el control de la generación de calor, causando disminución de la velocidad de crecimiento. Por lo tanto luego de controlar distintos factores en la construcción génica que pueden afectar la expresión del gen recombinante, tales como optimización del “dosaje” génico (número de copias del plásmido recombinante), control de la velocidad de transcripción y traducción e inducibilidad o constitutividad del sistema, el control del proceso de fermentación es fundamental.

Desde el punto de vista económico y con el fin de lograr una producción con máxima rentabilidad, sería lógico alcanzar alta concentración celular con elevada expresión del producto recombinante. Por lo tanto las condiciones de cultivo y el estado de crecimiento celular al tiempo de la inducción de la expresión proteica, deben ser cuidadosamente evaluados, debido a que los mismos pueden ser muy variables y no predecibles.

Este artículo está basado en parte del trabajo de tesis de la Maestría en Biotecnología: “Producción de Estreptolisina-O recombinante para uso diagnóstico” realizado por Blanca Velázquez (Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Uruguay).