Codones

LA PREFERENCIA DE UN CODÓN Y LA EXPRESIÓN DE LA PROTEÍNA HETERÓLOGA
La expresión de proteínas funcionales en el huésped heterólogo es un pilar de la biotecnología moderna. Por desgracia, las proteínas son a menudo difíciles de expresar fuera de su contexto original. Pueden contener codones que rara vez se utilizan en el huésped deseado, provienen de organismos que no utilizan el códigocanónico o contienen la expresión limitada de elementos regulatorios dentro de su secuencia de codificación. Las mejoras en la velocidad y el costo de la síntesis de genes han facilitado el rediseño completo de secuencias de genes enteros para maximizar la probabilidad de que la expresión de proteínas sea alta. Aquí se discuten estrategias de rediseño, incluyendo la modificación de las regiones deiniciación de la traducción, la alteración de los elementos estructurales de ARNm y el uso de codones preferenciales diferentes.
En 1977, cuando los científicos de Genentech y sus colaboradores académicos produjeron la primera proteína humana (somatostatina) en una bacteria, la expresión de proteínas en huéspedes heterólogos ha desempeñado un papel crucial en el lanzamiento de toda la industriabiotecnologica. En ese momento, sólo era conocida la secuencia de aminoácidos de la somatostatina, entonces el grupo de Genentech sintetizo el gen de la somatostatina que codifica para 14 aminoacidos utilizando oligonucleótidos en vez de la clonación del genoma humano. Itakura y compañeros de trabajo diseñaron los oligonucleótidos sobre la base de tres criterios. En primer lugar, los codones favorecidospor el fago MS2 se utilizan preferentemente, a pesar de que en ese momento se conocía una pequeña secuencia del genoma de Escherichia coli, el fago MS2 acababa de ser secuenciado y se supuso que proporcionaba una buena guía para el uso de codones en genes altamente expresados de Escherichia coli. En segundo lugar, se tuvo cuidado de eliminar el emparejamiento no deseado inter e intra-molecularde los oligonucleótidos que se superponen, ya que pondría en peligro el proceso de síntesis de genes. En tercer lugar, las secuencias ricas en GC que eran seguidas por secuencias ricas en AT fueron evitadas, ya que se creía que estas secuencias podrían terminar la transcripción. El resultado fue la primera producción de un polipéptido funcional de un gen sintético.
Un cuarto de siglo después, lamayoría de los genes estaban clonados en bibliotecas de cDNA o directamente mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) del organismo de origen. La síntesis de novo de genes es evitada en gran parte debido a la percepción de altos costos en tiempo y esfuerzo. A pesar de su prevalencia, la clonación basada en PCR a menudo no es tan rápida y fácil como parecía ser. A menudo requiereprimers que no pueden ser de acceso trivial (no puede ser cualquier primer, debe ser especifico) (primers de cDNA generalmente deben ser utilizadas para los organismos con intrones) y, además, las condiciones de PCR deben ser optimizadas, el producto de PCR debe ser secuenciado y si la PCR introduce algún error de reparación entonces la mutagénesis sitio-dirigida es a menudo necesaria para sureparación. Sin embargo, la verdadera diversión comienza después de que el gen amplificado se clona en el vector de expresión: a menudo las proteínas no se expresan o se expresan sólo en niveles muy bajos. Mucho trabajo se ha hecho para mejorar la expresión de genes clonados, incluyendo la optimización de las condiciones de crecimiento en huéspedes y el desarrollo de nuevas cepas huésped, de organismos ysistemas de células libres. A pesar de los avances que se han hecho de estas aproximaciones, han bordeado un problema de fondo importante: la secuencia de ADN utilizada para codificar una proteína en un organismo es a menudo muy diferente de la secuencia que se utiliza para codificar la misma proteína en otro organismo.
¿Por qué los diferentes organismos prefieren codones diferentes?
El código...