Proteínas recombinantes
Proteínas recombinantes
Definición
Las proteínas recombinantes son aquellas que se obtienen a partir de una especie o una línea celular distinta a la célula original. La proteína se obtiene por la expresión de un gen clonado en esa línea celular que nos interesa. Hay que tener en cuenta que expresar una proteína de un determinado organismo en otro (por ejemplo expresar un gen humano en una levadura) puede tener consecuencias, como cambios de conformación o distintas modificaciones postraduccionales (glicosilaciones, carboxilaciones, acetilaciones, metilaciones...), lo que puede ocasionar que la proteína no funcione como debe. Según la complejidad de la proteína a producir, se elegirá un organismo u otro: levaduras, bacterias, insectos, células de mamífero...
Tenemos dos grandes ejemplos históricos de proteínas recombinantes. La primera que se realizó fue la somatostatina. La somatostatina es la hormona de anti-crecimiento. Al ser una proteína pequeña y fácil de producir, fue un éxito científico pero, al mismo tiempo, fue un fracaso económico. Esto era lógico ya que había pocas personas en el mundo que verdaderamente necesitaran una hormona de anticrecimiento. Más tarde se consiguió producir insulina in vitro, y esto sí que supuso una gran revolución, puesto que es una proteína que necesitan 170 millones de diabéticos. Antes de ser generada in vitro era producida por extracción a partir del páncreas de cerdos. Existen dos estrategias para producir insulina recombinante, podemos sintetizar una cadena simple in vivo (mediante levaduras, bacterias, insectos, células de mamífero...) y digerir in vitro con proteasas, o bien sintetizar cada cadena por separado in vivo y luego unir químicamente in vitro.
Producción de proteínas recombinantes
Para producir una proteína recombinante hay que considerar las siguientes características:
- El gen debe clonarse y caracterizarse.
- El gen debe subclonarse en un vector de expresión adecuado, para luego transferirse a las células donde se va a expresar. Entre esos vectores, podemos señalar virus, plásmidos, cósmidos o YACs.
- Para que la proteína generada sea terapeúticamente útil, la proteína debe retener su funcionalidad biológica y deben existir pruebas para comprobar la funcionalidad y biocompatibilidad del producto.
- El ensayo in vitro no evita problemas de inmunorespuesta.
Tipos de proteínas recombinantes
- Proteínas recombinantes a partir de bacterias:
Las proteínas sintetizadas a partir de bacterias son las más fáciles de aislar, puesto que es más fácil cultivar bacterias que otros organismos. Sin embargo, las bacterias no realizan splicing y tampoco glicosilan ni realizan necesariamente todas las modificaciones post-traduccionales necesarias para que la proteína producida realice sus funciones. Los vectores que se emplean en Escherichia coli son plásmidos (de <6Kb) y cósmidos (de <50Kb).
- Proteínas recombinantes a partir de levaduras:
Las levaduras son organismos eucariotas con los que podemos trabajar fácilmente en un ámbito industrial. La levadura sí realiza glicosilación, pero de forma distinta a como la realizamos los humanos. Debido a ello estas proteínas pueden ocasionar problemas de inmunorrespuesta. En este caso, los vectores apropiados para estos organismos son los plásmidos o los cromosomas artificiales de levadura (YACs) (de 100-300Kb).
- Proteínas recombinantes a partir de células de insectos:
Otro de los sistemas utilizados son células de insecto. En este caso, podemos aceptar dos variedades de producir estas proteínas: en primer lugar, podemos poner esas células en un medio especial e inocular con baculovirus, que no resultan adversos para los humanos (no los infectan). En segundo lugar podemos utilizar insectos completos para la producción de la proteína. En estas alternativas, la glicosilación sigue siendo un problema, puesto que suele ser distinta. Los humanos realizamos glicosilaciones complejas que no son capaces de hacer los insectos. Muchas veces, se buscan mutantes que sean capaces de glicosilar de forma parecida a los humanos.
- Proteínas recombinantes a partir de cultivos celulares:
En este caso, se utilizan cultivos en los que si la proteína se excreta, se purifica el líquido y, si es intracelular, se rompen las células y se purifican. Para el escalado, hay que tener en cuenta que las células crecen por adhesión. Si utilizamos células de mamífero, nos estaremos acercando mucho a la glicosilación de los humanos. En este caso serán bastante complejas esas modificaciones post-traduccionales, y no serán idénticas en muchos casos. Los inconvenientes es que suelen ser cultivos lentos, y además aumentando en gran medida el riesgo de contaminación fúngica y bacteriana. La glicosilación del hombre y del mono es distinta al resto de mamíferos, ya que los humanos no producimos la galactosa-alfa-1,3-galactosa como azúcar terminal. Y es que la glicosilación varía en cada tejido, son como etiquetas que las células realizan para llevar sus proteínas de un lado a otro de la célula. Además son marcadores y ayudan a determinar el plegamiento, estructura y función de la proteína. En el caso de las células de mamíferos, los vectores de expresión habituales son el Papovirus SV-40, YACs y HACs.
Ejemplos de proteínas recombinantes
Son ejemplos de proteínas recombinantes los Factores de crecimiento, Interleucina, hormonas (interferón, hormona del crecimiento, hormona foliculoestimulante, etc), receptores, vacunas, anticuerpos monoclonales, enzimas, hemoglobina etc... Cabe destacar entre ellos los dos siguientes:
- Somatostatina: Es una hormona de anti-crecimiento formada por 14 aminoácidos. Fue la primera proteína recombinante producida en bacteria (E.Coli), esto supuso un avance científico en el campo de la proteómica recombinante pero un fracaso económico dado que los casos en los que se requiere su aplicación son muy limitados y escasos.
- Insulina: En el mundo existen 170 millones de diabéticos por lo que la producción de insulina recombinante supone un mercado muy amplio. Actualmente hay dos estrategias por las que se obtiene:
- Se produce la expresión in vivo de una única cadena y se lleva a cabo el procesamiento de esta in vitro con la acción de proteasas.
- Se produce la expresión in vivo de cada una de las cadenas que componen la insulina por separado y se unen in vitro mediante técnicas químicas.
La ventaja que presentan estas dos estrategias es que no se requiere de otra modificación post-traduccional.
Véase también
Enlaces externos
- Recombinant Proteins