Bioero

Muchos de los sistemas para la expresión de proteínas usadas a escala de laboratorio para uso en investigación resultan ser caros y complicados para su uso a nivel industrial.

A modo de ejemplo: En los sistemas basados en proteínas termosensibles requieren aumentar la temperatura; cuando se trata de un gran fermentador, esto toma bastante tiempo, pudiendo llevar hasta 1 hora, demandando un gran gasto energético.
Para el caso de los sistemas que se inducen con inductores como el IPTG, el inconveniente es del tipo económico; no siendo rentable la incorporación de este tipo de inductor; amén que para el caso particular del IPTG, su uso a nivel industrial podría presentar problemas de bioseguridad.

Con el objetivo de solucionar algunos de los inconvenientes planteados, se diseñó un sistema de expresión más barato, empleando dos plásmidos: Uno de los plásmidos, es de bajo número de copias y lleva la porción codificante del gen del represor cI bajo el control del promotor trp. Este tipo de plásmido de control estricto del número de copias garantiza que no se va a producir un exceso de moléculas de represor. El segundo plásmido lleva el gen a expresar bajo el control del promotor pL.
De modo que en ausencia de triptófano en el medio, el promotor del trp estará activo, y se producirán moléculas de represor cI. Este represor se unirá al promotor pL del otro plásmido, y reprimirá la transcripción del gen deseado, no produciéndose proteína. Por el contrario, en presencia de triptófano, se reprimirá la transcripción del gen cI desde el promotor trp. Al no producirse represor cI, el gen clonado en el segundo plásmido se podrá expresar.

Cuando se transfiere a la situación en un fermentador de gran escala, el procedimiento es el siguiente: La bacteria se cultiva primero en un medio barato a base de melazas e hidrolizados de caseína, que contiene poco triptófano libre, de modo que el gen clonado no se expresa, porque está reprimido por cI. Luego que el cultivo tiene la densidad celular deseada, se añade al medio triptona (un hidrolizado de proteína rico en triptófano). Al medio enriquecerse en triptófano se bloqueará el gen cI, quedando desreprimido el gen clonado, de esto modo se puede producir a gran escala la proteína recombinante; con niveles del 20% respecto de la proteína total.

Para la producción a gran escala lo ideal es contar con un sistema cuyo promotor no requiera inducción externa, haciendo el sistema económico y automático.
El sistema del gen pho (fosfatasa alcalina) puede ser recomendable, pues se induce cuando se produce limitación de fosfatos, al final del crecimiento. Los rendimientos mejoran cuando al mismo tiempo se muta la proteína sensora de fosfato PhoS (PtsS), con lo que se logra la inducción del promotor a una mayor concentración de fosfato, y prolonga el periodo de producción. Por lo tanto, se puede adaptar a un fermentador con alimentación continua de fosfato sin que se reprima el promotor de phoA.

Lecturas recomendadas:

Actinomycetes as host cells for production of recombinant proteins. Microb Cell Fact. 2005 Mar 23;4(1):7-11.
Broad-host-range plasmid pJB658 can be used for industrial-level production of a secreted host-toxic single-chain antibody fragment in Escherichia coli.Appl Environ Microbiol. 2004 Dec;70(12):7033-9.