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Fábricas en miniatura

Fábricas en miniatura

Microorganismos y fábricas, que tienen que ver?

Es bien sabido que las proteínas de origen humano tienen un alto valor farmacéutico; son muy apreciadas y su obtención es difícil a partir de recursos naturales. Los diabéticos, por ejemplo, tenían que recurrir tradicionalmente a dosis de insulina (hormona encargada de la regulación de glucosa en sangre) extraídas de páncreas de cerdo o vaca. Actualmente disponemos de tecnologías basadas en microorganismos que nos sirven para fabricar proteínas de interés a un bajo coste.

Así pues, los microorganismos también tienen proteínas que nos sirven a las personas?

No exactamente. El desarrollo de las tecnologías de ADN recombinante a finales de los años 70 y su aprobación por la FDA a principios de los 80 permitió que hoy en día dispongamos de una amplia gama de productos farmacéuticos adaptados a nuestras necesidades y sin un dilema moral con respecto a la experimentación o uso de animales.

Vayamos por partes; qué son las tecnologías de ADN recombinante?

Como ya introdujimos en el artículo esquiando entre bacterias, podemos modificar ligeramente algunos microbios para que produzcan proteínas de interés. La expresión de nuevas proteínas se denomina expresión heteróloga. De manera simplificada, el proceso es el siguiente:

  1. Se selecciona un microorganismo (bacteria o levadura) de interés que no cause infecciones, intoxicaciones ni otras afectaciones a humanos y animales. A los microorganismos con buen historial y sin casos de patogénesis se les suele asignar la etiqueta de GRAS (Generalmente Reconocido como A Seguro). Son necesarios estudios exhaustivos del microorganismo en sí y su maquinaria celular para poder continuar.
  2. Se busca qué secuencia codifica la proteína de interés y, si es necesario, se adapta al uso de codón del microorganismo que utilizaremos. Para entendernos, es como si tradujéramos las instrucciones de fabricación en su propio lenguaje para que el resultado final sea como el original.
  3. Introducimos nuestro gen a través de un vector y el microorganismo la expresa la proteína como si fuera suya. Sólo quedará purificarla.

El uso de células de mamífero, planta o insecto puede facilitar los estudios de seguridad y compatibilidad para producir proteína. El único punto débil es que estos cultivos crecen muy lentamente y no son tanto rentables a la hora de producir en masa como las bacterias o levaduras. Actualmente, la mayoría de proteínas terapéuticas se producen en bacterias o líneas celulares de mamífero.

Además de la insulina, que se produce en Escherichia coli, la expresión heteróloga se utiliza para sintetizar componentes de vacunas. Por ejemplo, los antígenos (recuerdas nuestro artículo sobre vacunas y antígenos?) Usados ​​en las vacunas para la hepatitis B, el hantavirus o el virus del papiloma son producidos con la levadura Saccharomyces cerevisiae, el mismo que usamos para fermentar pan y cerveza!

Y aquí no acaba la cosa, la expresión heteróloga da mucho más de sí!

La posibilidad de producir proteínas personalizadas en sistemas de expresión ha abierto la puerta de infinidad de estudios en líneas de investigación de ámbito ambiental, industrial o clínico! Por ejemplo…

  • Imaginad que podemos añadir un trocito de ADN a una proteína y hacer que sea fluorescente. Esto permite estudiar cuál es la localización exacta de la proteína dentro de la célula o en un tejido, así como también determinar si en ciertas condiciones nuestra proteína se produce o no. Nos puede servir para estudiar el comportamiento de proteínas relacionadas con el cáncer u otras enfermedades.
  • También podemos producir elevadas cantidades de enzimas como por ejemplo las celulasas, encargadas de romper la celulosa en moléculas más pequeñas. Las celulasas son componentes cruciales en procesos industriales como el tratamiento de algodón, la fabricación de papel, la extracción de jugos o la preparación de aditivos alimentarios para animales.

Y estos son sólo dos ejemplos, se os acuden aplicaciones interesantes? Hacérnoslas saber!

 

Referencias:

  • Human insulin receives FDA approval. FDA Drug Bull. 1982 Dec; 12(3):18-9.
  • Reena A, Munivenkatappa S, Muniveerappa B, Vinayagamurthy B. (2016). An Overview of Heterologous Expression Host Systems for the Production of Recombinant Proteins. Advances in Animal and Veterinary Sciences. 4. 346-356. 10.14737/journal.aavs/2016/4.7.346.356.
  • Priti N Desai, Neeta Shrivastava, Harish Padh. (2010). Production of heterologous proteins in plants: Strategies for optimal expression. Biotechnology Advances. 28(4):427-435. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.01.005
  • Bhat MK. Cellulases and related enzymes in biotechnology. Biotechnol Adv. 2000;18:355–383. Link. doi: 10.1016/S0734-9750(00)00041-0

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