La producción masiva de proteínas recombinantes utilizando "fábricas" de células de levadura necesita metanol, un compuesto que requiere manipulación segura, conlleva el riesgo de incendiarse y, a veces, produce subproductos nocivos. Investigadores del Departamento de Bioquímica (BC) del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un proceso alternativo más seguro que se basa en un aditivo alimentario común llamado glutamato monosódico (MSG).
Las proteínas recombinantes, como los antígenos de vacunas, la insulina y los anticuerpos monoclonales, se producen en masa mediante el cultivo de células bacterianas, virales o de mamíferos modificadas en grandes biorreactores. El organismo más utilizado es la levadura Pichia pastoris (ahora llamada Komagataella phaffii). Contiene un promotor único:una región genética específica que puede activarse con metanol. Este promotor codifica una enzima llamada alcohol oxidasa (AOX).
Para producir en masa una proteína recombinante, el gen que codifica esa proteína se empalma en el genoma de la levadura justo al lado del promotor AOX. Luego, las células de levadura reciben glicerol o glucosa como fuente de carbono. Una vez que se han formado suficientes células, se agrega metanol, que luego activa el promotor AOX y las células comienzan a producir la proteína recombinante en cantidades copiosas.
La mayoría de las industrias utilizan este proceso inducido por metanol para producir proteínas recombinantes. Sin embargo, el metanol es altamente inflamable y peligroso, por lo que requiere estrictas precauciones de seguridad, señala PN Rangarajan, profesor de BC y autor correspondiente del estudio publicado en Microbial Cell Factories. . El metanol también se metaboliza para formar peróxido de hidrógeno, que puede inducir estrés oxidativo en las células de levadura o dañar las proteínas recombinantes.
Para resolver este problema, Trishna Dey, ex Ph.D. Estudiante en BC, comenzó a buscar alternativas. Después de una búsqueda exhaustiva, el equipo descubrió que el glutamato monosódico (MSG), un aditivo alimentario aprobado por la USFDA, puede activar un promotor diferente en el genoma de la levadura que codifica una enzima llamada fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK). La activación de este promotor con MSG condujo a una producción de proteínas similar a la activación con metanol del promotor AOX.
Optimizar el medio de cultivo celular para este proceso nuevo y no probado fue un desafío, dice Neetu Rajak, primer autor y Ph.D. estudiante en BC. Durante mucho tiempo, las células de levadura crecieron mal en matraces agitados y produjeron muy poca proteína recombinante. "Hubo un momento en el que casi nos rendimos porque pensábamos que no iba a funcionar", recuerda Rangarajan.
El grupo finalmente descubrió que usar glutamato monosódico por sí solo no era suficiente. Vedanth Bellad y Yash Sharma, asistentes del proyecto en BC y coautores, explican que intentaron complementar el cultivo con varios otros compuestos, hasta que uno finalmente funcionó:el etanol.
La adición de etanol ayudó a que las células crecieran más rápido, lo que aumentó la biomasa y la cantidad de proteína recombinante producida. El etanol también es más seguro para las células de levadura en comparación con el metanol, ya que no produce subproductos tóxicos cuando se descompone.
Para probar su proceso, el equipo intentó producir el dominio de unión al receptor del SARS-CoV-2, un antígeno vacunal ampliamente utilizado que se ha expresado con éxito en levaduras y células de mamíferos. Descubrieron que su nuevo sistema de expresión producía el doble de antígeno en comparación con el proceso inducido por metanol.
Los investigadores esperan que este novedoso sistema de expresión autóctono pueda utilizarse en las industrias biotecnológicas para producir en masa proteínas valiosas, incluidas proteínas de leche y huevo, complementos alimenticios para bebés y nutracéuticos, además de moléculas terapéuticas.
