Questo argomento di ricerca fa parte della serie su “Espressione proteica eterologa e piattaforme di produzione: The How, Now and Wow of It”. Vedi il secondo volume qui.
L’espressione proteica è un processo che coinvolge la sintesi, la modifica e la regolazione delle proteine nelle cellule degli organismi viventi. Quando questo macchinario cellulare viene sfruttato come un potente strumento di laboratorio per la produzione di una proteina di scelta utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante, si parla giustamente di produzione di proteine ricombinanti.
Dall’emergere degli strumenti di ingegneria genetica, negli anni ’80 gli scienziati di base e gli specialisti delle applicazioni hanno compiuto sforzi concertati per ottimizzare le procedure di produzione di proteine ricombinanti. Con i suoi molti vantaggi, Escherichia coli è stato l’ospite di espressione preferito. I ceppi geneticamente modificati a crescita rapida servono come ospiti facili da gestire che crescono su supporti economici, il loro toolkit genetico è ben definito, e sono disponibili diversi vettori con promotori regolabili e selezione antibiotica, con conseguente alta resa di proteine ricombinanti. Tuttavia, alcune carenze includono la formazione di corpi di inclusione che producono proteine insolubili, problemi di distorsione dei codoni, ripiegamento improprio delle proteine, assenza di un sistema di modifica post-traslazionale, e l’accumulo di endotossine che rappresentano un serio problema quando la proteina ricombinante deve essere usata per le terapie. Questo ha portato a sistemi ospiti alternativi batterici e non batterici, come Mycobacterium, alcuni ceppi di Bacillus, Caulobacter crescentus, virus, lieviti, funghi filamentosi, alghe, piante, o colture cellulari di insetti e mammiferi, così come piattaforme di espressione senza cellule.
I lieviti, come Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces e Yarrowia, sono usati come alternative preferite ai procarioti e agli eucarioti superiori, principalmente a causa della loro rapida crescita in mezzi poco costosi e chimicamente definiti, della facilità di manipolazione, dell’idoneità alla produzione su larga scala, del toolkit genetico facilmente manipolabile (dando origine a un enorme numero di ceppi di lievito geneticamente modificati), dell’espressione di proteine sia intracellulari che secretorie e della loro capacità di effettuare modifiche post-traslazionali.
Tuttavia, i sistemi mammiferi sono preferiti a quelli batterici e di lievito per l’alta qualità delle proteine che producono, la loro migliore solubilità proteica, la loro incorporazione di modifiche post-traslazionali, la loro secrezione di proteine con alte rese e la loro efficienza nella produzione di grandi complessi proteici. Proprio per questo motivo, quasi tutte le aziende biofarmaceutiche a livello globale fanno un uso dilagante di linee cellulari stabili a base di mammiferi per la produzione di prodotti biologici. Di recente, piante superiori e microalghe, come Chlamydomonas reinhardtii, Schizochytrium sp., Synechococcus e la diatomea Phaeodactylum tricornutum, sono state sviluppate per la produzione di proteine di valore. Sono facilmente scalabili (con implicazioni per serre poco costose), sono a minor rischio di attacco di patogeni, e sono perseguiti per essere la più economica di tutte le piattaforme di espressione delle proteine. Esiste una piattaforma di sovraespressione che racchiuda i vantaggi di tutti questi sistemi (in particolare, una piattaforma verde)?
Questo argomento di ricerca è di interesse per una vasta categoria di scienziati, come biologi molecolari e strutturali, genetisti, biochimici, clinici, biofisici, spettroscopisti e ingegneri di processo che lavorano per caratterizzare, progettare e produrre proteine. Invita quindi a ricerche originali e articoli di revisione che comprendano l’uso di:
piattaforme di espressione senza cellule, procariotiche ed eucariotiche
-sviluppi tecnologici avanzati per migliorare l’espressione e la progettazione di proteine stabili e transitorie
-recenti progressi nella progettazione e ottimizzazione dei vettori (scelta dei promotori, sistemi ibridi, ottimizzazione dei codoni, miglioramento della solubilità delle proteine ecc.

Parole chiave:Sovraespressione di proteine, proteine ricombinanti, vettori di sovraespressione, tag di affinità, proteine di fusione

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