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La localización de una proteína recombinante (proteína producida por ingeniería genética que se expresa en una célula distinta a la que se produce originalmente en la naturaleza) spuede localizarse en el compartimento celular del microorganismo, ya sea en el citoplasma, periplasma, o medio extracelular es clave, debido a que de ella depende la metodología de recuperación y purificación.

La expresión en el citoplasma puede realizarse en forma soluble o en cuerpos de inclusión. Esta última es una forma de expresión frecuente cuando los niveles de producción son elevados. Si bien la producción de proteínas recombinantes en cuerpos de inclusión tiene ventajas, como obtener alta concentración proteica en forma parcialmente purificada, la recuperación de la actividad biológica puede ser dificultosa y cara cuando el proceso de producción es escalado. Con el fin de evitar estos problemas, varias estrategias de expresión han sido desarrolladas para lograr una expresión con estructura tridimensional similar a la proteína nativa. Algunas de estas estrategias son: coexpresar chaperonas (proteínas que ayudan al plegamiento de las proteínas), usar cepas deficientes en tioredoxina con el fin de mantener un potencial redox adecuado que permita el correcto plegamiento, reducir la tasa de síntesis proteica, crecer las bacterias e inducir la expresión a temperaturas menores a las óptimas, así como usar polipéptidos solubles fusionados a la proteína de interés para aumentar la solubilidad de la proteína expresada.

La expresión dentro del periplasma puede ser una buena aproximación para obtener proteína recombinante purificada de manera simple, debido a que el número de proteínas es menor en este compartimiento celular y el entorno oxidante del periplasma puede facilitar el plegamiento apropiado de la proteína. Para mejorar la translocación de las proteínas al periplasma varias alternativas han sido diseñadas. Algunas de las cuales incluyen sobreexpresión de la peptidasa señal I y co-expresión de proteínas que participan en el proceso de transporte de membrana. Por otro lado, la secreción al medio extracelular podría ser una estrategia deseable, debido a que Escherichia coli secreta poca proteína al medio extracelular, con la ventaja que este compartimento tiene menor actividad proteolítica y la purificación podría estar facilitada debido a la baja expresión de proteínas bacterianas como contaminantes. Sin embargo, esta alternativa no es viable para la producción a gran escala de proteínas heterólogas en E.coli, debido principalmente a que las proteínas diseñadas para ser expresadas en el medio extracelular tienen que atravesar el periplasma y la membrana celular externa, siendo un proceso altamente específico. Por lo tanto, los métodos para lograr secreción extracelular requieren la utilización de rutas metabólicas específicas, la incorporación de secuencias señales, patrones de fusión y agentes permeabilizantes para mejorar la permeabilización proteica selectiva hacia el exterior celular, obteniéndose generalmente niveles modestos de producción.

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)