Producción de proteínas recombinantes en bacterias, levaduras y células animales

Sistemas de producción procariotas y eucariotas

Antes de comenzar con el proceso, es importante seleccionar el tipo de organismo huésped. Esta elección depende de la complejidad de la proteína, su uso clínico y el coste del proceso.

Organismos procariotas

Bacterias — el organismo más utilizado. Concretamente, el sistema procariota más empleado es la bacteria Escherichia coli.

Ventajas

• Crecimiento muy rápido.
• Bajo coste de cultivo.
• Fácil manipulación genética.
• Alta producción de proteína en poco tiempo.

Limitaciones importantes

• No realiza modificaciones postraduccionales complejas (glicosilación, plegamiento avanzado).
• Algunas proteínas humanas se producen de forma incorrecta o insoluble.
• Riesgo de formación de cuerpos de inclusión (proteína mal plegada).

Proteínas producidas habitualmente

• Insulina: primer fármaco obtenido por ingeniería genética. Sustituye a la insulina de origen animal y se utiliza en el tratamiento de la diabetes mellitus.
• Somatostatina: hormona que inhibe la secreción de otras hormonas. Uso clínico en trastornos endocrinos y digestivos; la producción recombinante evita su rápida degradación.
• Hormona del crecimiento: tratamiento del déficit de crecimiento. La producción recombinante evita riesgos de transmisión de enfermedades; uso en pediatría y en ciertas patologías del adulto.

Organismos eucariotas

Se utilizan cuando la proteína requiere modificaciones celulares avanzadas para ser funcional. (2 tablas, en la otra cara)

Vectores de expresión

Los vectores de expresión son herramientas que permiten:

• Introducir el gen en la célula.
• Activar la transcripción y traducción.
• Seleccionar posteriormente las células transformadas.
• Controlar el nivel de expresión del gen.

Se diseñan específicamente para el organismo huésped en el que se va a producir la proteína. Por ello, no es válido el mismo vector para bacterias, levaduras o células animales.

Independientemente del tipo de vector, debe contener una serie de elementos esenciales:

1. Promotor: secuencia que inicia la transcripción del gen.
2. Gen de interés: ADN que codifica la proteína deseada.
3. Marcador de selección: generalmente un gen de resistencia a antibióticos que permite identificar células que han incorporado el vector.
4. Gen homólogo al huésped (cuando procede).

Vectores según el organismo huésped

Vectores para bacterias

Son los más sencillos y los primeros que se desarrollaron. Los plásmidos bacterianos son pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico presentes en bacterias y se utilizan como vectores comunes.

Vectores para levaduras

Se crean basándose en el funcionamiento de los plásmidos bacterianos; para ello se utiliza ADN bicatenario de la levadura y se añaden los componentes básicos de un vector. (en la otra cara)

Vectores para células animales

Son los más complejos y costosos. Se hace uso de vectores virales: derivados de virus modificados que entran de forma eficiente en las células animales. Un ejemplo de promotor muy utilizado en vectores para células animales es el promotor CMV (citomegalovirus humano).

Tabla: Organismos — ventajas y limitaciones

Organismo: Levaduras (Saccharomyces cerevisiae)

• Ventajas: Más similares a las células humanas que las bacterias; realizan algunas modificaciones postraduccionales; cultivo relativamente sencillo.
• Limitaciones: Glicosilación distinta a la humana.

Organismo: Células animales (mamíferos) — ejemplos: células CHO (ovario de hámster chino).

• Ventajas: Modificaciones postraduccionales correctas; producción de proteínas humanas complejas y funcionales.
• Limitaciones: Alto coste; crecimiento lento; mayor control técnico.

Aplicaciones de levaduras y células animales

Vacunas recombinantes, eritropoyetina (EPO), factores de coagulación o agentes trombolíticos, anticuerpos monoclonales, entre otros.

Ejemplos de proteínas producidas en sistemas eucariotas

• Eritropoyetina (EPO): estimula la producción de glóbulos rojos. Uso en pacientes con insuficiencia renal o anemia. Se produce en células eucariotas por requerir glicosilación.
• tPA (activador tisular del plasminógeno): proteína con función trombolítica. Uso en infartos y accidentes cerebrovasculares. La producción recombinante permite alta pureza y seguridad.

Conceptos extra

Modificaciones postraduccionales

Cambios químicos y estructurales que sufre una proteína después de haberse sintetizado en el ribosoma. Se modifican para ser funcionales.

Glicosilación de las proteínas

Tipo de modificación postraduccional que consiste en la unión covalente de cadenas de azúcares (oligosacáridos) a una proteína para hacerla funcional.

Definiciones

Biotecnología: rama interdisciplinaria de las ciencias biológicas que combina la tecnología con sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos con fines específicos.

Biotecnología molecular: base científica y tecnológica sobre la que se sustenta gran parte de la biotecnología clínica y farmacéutica moderna. Se centra en el estudio y manipulación de moléculas biológicas —principalmente ADN, ARN y proteínas— con el fin de comprender su función y utilizarlas con fines aplicados.

Vacuna biotecnológica: preparaciones diseñadas para estimular el sistema inmunitario sin causar la enfermedad. Producidas por ingeniería genética, en las que no se usa el patógeno completo, sino una parte concreta encargada de provocar la respuesta inmune.

Anticuerpo monoclonal (Ac monoclonal): proteínas altamente específicas producidas en el laboratorio a partir de un único clon celular, diseñadas para reconocer de forma selectiva un antígeno concreto.

Nota: El documento original menciona “(2 tablas, en la otra cara)” y “(en la otra cara)” para indicar que hay tablas adicionales en la parte posterior. Se ha mantenido esa referencia tal cual para preservar el contenido completo.