Expresión de proteínas
Los avances acaecidos en genómica y clonación, y las numerosas técnicas de biología molecular permiten a los investigadores expresar proteínas heterólogas en numerosos sistemas biológicos. La capacidad para expresar proteínas recombinantes proporciona a los investigadores una amplia gama de potentes aplicaciones posteriores para ulteriores estudios experimentales. A pequeña escala, la sobreexpresión de las proteínas puede facilitar estudios orientados a entender la función proteica; por otro lado la producción de proteínas a gran escala es esencial para la producción de enzimas, anticuerpos y vacunas. La determinación de las condiciones óptimas de crecimiento celular y de expresión de las proteínas es fundamental para ambos sistemas de expresión de proteínas, a pequeña y a gran escala. Ya se requiera un sistema de expresión procariota o eucariota para las modificaciones postraduccionales, el tipo de célula determinará en gran medida las herramientas y reactivos necesarios para la expresión proteica óptima.
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Vectores de expresión proteica
Los vectores de expresión o plásmidos son secuencias circulares de ADN que utilizan a menudo los investigadores como una herramienta para alojar el gen que codifica su proteína de interés. Los plásmidos que contienen el gen de interés se transforman o se transfectan posteriormente a las células para sobreexpresar la proteína. Los plásmidos contienen varios elementos útiles que facilitan la clonación, la selección de clon y la expresión y purificación de las proteínas, entre ellos, un sitio de multiclonación (MCS), genes de resistencia a antibióticos utilizados para la selección de clones, etiquetas únicas para identificación y purificación de proteínas y fuertes regiones promotoras para impulsar la expresión de las proteínas. Existe una amplia variedad de vectores de expresión proteica ya que muchos de estos elementos son intercambiables dependiendo de las necesidades de la aplicación específica y del tipo celular utilizado para la expresión de proteínas.
Sistemas de expresión proteica bacterianos, de mamíferos y otros
Con una rápida cinética de crecimiento y rápidas transformaciones plasmídicas en tan sólo unos minutos en E. coli, las bacterias son el principal organismo para la producción de proteínas recombinantes. La expresión proteica bacteriana se realiza en las subunidades ribosómicas 30S y 50S del ribosoma bacteriano 70S. Para evitar el crecimiento de células que no tengan plásmidos, se utilizan plásmidos portadores de genes resistentes a antibióticos como un método de selección para identificar y aislar bacterias que tengan incorporados plásmidos portadores de la secuencia codificadora de las proteínas de interés. Si bien suele ser necesaria la secuenciación genética posterior para confirmar la presencia de la secuencia génica específica, normalmente se utilizan numerosos antibióticos que bloquean la síntesis de proteínas bacterianas para eliminar las bacterias que carezcan del plásmido. Además de las bacterias, también suelen utilizarse líneas celulares de insectos, levaduras y mamíferos para la expresión de proteínas. Sin embargo, a diferencia de las bacterias, las líneas celulares eucariotas contienen maquinaria molecular adicional para generar modificaciones postraduccionales (por ejemplo, glucosilación) y son a menudo esenciales para la funcionalidad de las proteínas y los análisis consecutivos correspondientes.
Aplicaciones de la expresión de proteínas recombinantes
Las proteínas recombinante son proteínas que están codificadas dentro del plásmido de expresión proteica y que han sido modificadas para una expresión o purificación proteicas máximas o mutadas para evaluar la función de la proteína. La capacidad para añadir, quitar o alterar la secuencia que codifica la proteína, incluso en un único nucleótido, proporciona a los investigadores una herramienta inmensamente potente para estudiar una gran variedad de aspectos en investigación fundamental y dilucidar la función de la proteína en los tejidos sanos y enfermos. Las implicaciones de la tecnología de expresión de proteínas recombinantes se extienden mucho más allá de la investigación fundamental y son esenciales para el desarrollo de tratamientos y vacunas que permiten salvar vidas.
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