Herramientas de modificación genética en la producción de proteínas recombinantes

Las herramientas de modificación genética permiten modificar el genoma de los organismos con diferentes finalidades, entre las que destaca la producción de proteínas recombinantes, por ejemplo, para modificar rutas metabólicas y obtener ingredientes bioactivos, biomateriales, metabolitos y otras moléculas de interés.

Una proteína recombinante es aquella que es producida en un organismo que ha sido sujeto a modificación genética y que, por lo general, el organismo es diferente a aquel en el cual la proteína se produce de forma natural.

La Biotecnología contemporánea se nutre de numerosas especies vegetales, animales y de microorganismos, que se utilizan en infinidad de aplicaciones en beneficio de la especie humana. Sin embargo, muchas veces, resulta útil poder modificar las características salvajes de estas especies mediante ingeniería genética, para que resulten más rentables desde un punto de vista industrial.

Ingeniería genética y biología sintética

Es importante diferenciar entre estas dos disciplinas que a priori pueden parecer similares pero que cuentan con importantes diferencias:

• La ingeniería genética es la manipulación directa del material genético de los organismos mediante técnicas de biología molecular.
• La biología sintética se define como la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas.

La diferencia fundamental es que la biología sintética se rige por ciertos principios adaptados de la ingeniería como la estandarización de piezas en vital para cualquier tipo de ingeniería porque permite abaratar costos, reutilizar piezas, controlar mejor los procesos y aumenta la predictibilidad de los resultados.

La Biología sintética, mediante el uso de la estandarización, pretende utilizar piezas e incluso módulos completos para diferentes abordajes de manera que no hace falta cada vez bajar hasta el nivel de código genético.

Utilidades de las tecnologías de modificación genética

Con la tecnología del ADN recombinante, se pueden aislar genes que resulten interesantes por sus funciones, copiarlos e insertarlos en nuevos organismos. Para llevar a cabo la transformación genética se necesitan vectores de expresión, que suelen ser específicos para cada tipo de organismo.

Así, hay vectores específicos para células vegetales, vectores para células animales y vectores para para microorganismos. De hecho, en el caso de los microorganismos, se requieren vectores con elementos diferentes para diferentes especies.

• Producción de proteínas recombinantes. Las proteínas recombinantes se pueden producir en una gran variedad de sistemas biológicos. Centros de investigación como AINIA poseen herramientas de transformación de E. coli de desarrollo propio, en las que se pueden producir proteínas de diversa índole como enzimas, péptidos bioactivos, antígenos, factores de crecimiento, endolisinas, etcétera.
• Modificación de rutas metabólicas para producción de metabolitos. La naturaleza de la tecnología es la misma, el clonaje de genes que codifican proteínas de interés, solo que en vez de ser las propias proteínas las que tienen interés industrial, estas formarían parte del entramado metabólico que daría paso al metabolito de interés. Un ejemplo sería la incorporación de la ruta metabólica para la síntesis de beta-caroteno, precursor de la vitamina A, como se hizo para crear el arroz dorado.
• Producción de enzimas para procesos enzimáticos. La producción de enzimas podría englobarse dentro de la producción de proteínas recombinantes de alto valor añadido. Sin embargo, al igual que para la modificación de rutas metabólicas, las proteínas recombinantes no son las “protagonistas”, sino más bien el “vehículo” que permite la obtención de las moléculas de interés.

Técnicas de edición genética

En este caso, no se trata de introducir un gen nuevo en un organismo, sino de modificar alguno de los genes que ya contiene, para silenciarlo, para activarlo o para reprimirlo. Existen varias herramientas de modificación genética que permiten realizar estas variaciones:

• ARN interferente. Es un mecanismo de regulación de la expresión génica en el que las moléculas de ARN interferente (ARNi) se utilizan como sistema de silenciamiento génico. Una vez producidas e introducidas en el organismo de interés, una de las hebras de la molécula se ensambla en el complejo RISC (RNA-induced silencing complex), y éste la utiliza como guía para identificar el ARN mensajeo complementario. Este complejo entonces cataliza el corte del ARNm dos mitades que son degradadas por la maquinaria celular, bloqueando así la expresión génica.
• CrisprCas/9. Es el más versátil de los sistemas de edición genética. Por un lado, permite silenciar la expresión génica mediante cortes de doble cadena producidos por la endonucleasa Cas9. Pero esta no es la única utilidad que ofrece este sistema: Una mutación en la proteína Cas9 (dCas9), que elimina su función nucleasa, junto con la asociación de represores o activadores, permitiría “subir o bajar el volumen” de los genes de interés.