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14/12/08

Lab Basics (9): Fábricas de proteínas

Todas las técnicas de laboratorio que hemos estado explicando en las entradas anteriores del blog consisten en maneras de aislar, detectar, purificar, analizar y modificar el material genético según nuestros propósitos. A menudo, el fin mismo de nuestros experimentos es ese, pero a menudo todo el trabajo anterior tiene como finalidad que ese material genético se traduzca en proteínas. Si queremos seguir un proceso metabólico o una función dentro de la célula, necesitamos la proteína, no la receta de cómo hacerla. La célula es la fábrica en la que se producirá nuestra proteína de interés, y ya vimos cómo tener nuestro huerto de células particular.

Introducir material genético (por ejemplo, nuestro gen clonado en un vector bacteriano) dentro de la célula no es sencillo: los sistemas celulares son impermeables al paso de material genético foráneo como sistema de protección ante los virus. El gran escollo a salvar es la membrana citoplasmática (y en eucariotas, la nuclear).

Existen multitud de métodos para forzar a la célula a aceptar material genético extraño. Un vector con un gen clonado puede funcionar de forma autónoma (contiene sus propios orígenes de replicación) o integrarse en algún lugar del genoma. A menudo el experimento no requiere nada más que expresar que la proteína de interés se traduzca (24 o 48 horas es más que suficiente): del extracto de células se purifican la proteínas. Un material genético que no se haya integrado en el propio genoma de la célula, se perderá en las sucesivas divisiones de la célula.
A veces interesa seleccionar sólo las células que hayan incorporado el vector de expresión de forma permanente; para ello se tratan con concentraciones adecuadas del antibiótico al cual el vector de clonaje es resistente. Morirán todas las células que no hayan incorporado el vector en su genoma de forma estable. Pero ojo, la integración en el genoma del vector no es dirigida y por lo tanto podemos estar dañando la célula. Para que nuestro gen foráneo se integre de forma permanente en un lugar concreto del genoma que a nosotros nos interesa se necesita una odisea de técnicas de ingeniería genética que no detallaremos.

Una manera brava de permeabilizar las membranas lipídicas es agujerearlas con detergentes suaves o un choque osmótico, pero hay alto riesgo de romperlas. Otro sistema es envolver el material a introducir en un agregado que la célula fagocite de forma natural. Si el vector a introducir es grande, se pueden electrocutar las células durante pocos segundos para agujerear sus membranas (electroporación). Las células despolarizan sus membranas y se forman pequeños orificios por los que penetran las moléculas (proteínas, ADN...). Incluso se puede disparar a las células con unas pistolas especiales en las cuales el material genético se une a una nanomolécula (suele ser oro), a forma de balín que llegará al núcleo celular.
Todos estos procedimientos causan gran mortaldad en las células.

Si queremos que nuestras fábricas de proteínas sean células bacterianas (no siempre procesan igual de bien las proteínas de mamífero que las células eucariotas pero es fácil tener volúmenes industriales de cultivos), también se pueden agujerear las membranas por electroporación o choque térmico, aunque son cepas de bacterias tratadas previamente con productos químicos a fin de que su membrana sea más susceptible a formar agujeros (células competentes, que se llaman).

Para algunas aplicaciones concretas, se microinyecta en la célula lo que se desea introducir (es la típica imagen del oocito al que se le pincha un espermatozoide). Es extremadamente delicado, difícil y costoso y requiere una micropipeta que se controla con la ayuda de un micromanipulador bajo un microscopio. La mortaldad de las células también es muy alta.

Lo más usado hoy en día es el sistema de lipofección. Consiste en envolver el material genético a introducir en una gabardina de moléculas lipídicas con carga positiva que tienen afinidad con las membranas biológicas, de manera que se arrimen a la membrana y depositen su carga dentro de la célula. Los compuestos de lipofección son caros (cifras de tres digitos) y hay que ensayar las condiciones para cada tipo celular, pero el protocolo en sí es sencillo y rápido.

Otra manera tan eficiente o más que la lipofección pero también más peligrosa para el investigador es utilizar esas jeringuillas naturales que son los virus: virus modificados genéticamente que contengan en su genoma nuestro gen de interés, obraran sus malas artes para que ese material acabe dentro de la célula. Es un proceso mas largo y complejo pero si las células lo permiten, tiene una eficiencia nada desdeñable. El trabajo en laboratorio con virus modificados requiere medidas extras de seguridad cuando se trata de virus que pueden penetrar en células de mamífero (adenovirus por ejemplo).

Forzar a una célula a fabricar ingentes cantidades de nuestra proteína de interés supone un estrés para la fábrica (cual empresa turronera en diciembre), que tiene que destinar muchos recursos a una proteína que a menudo le es extraña en vez de dedicarse a otros menesteres. Pese a que pueda parecer un sistema artefactual, nos tenemos que conformar porque a veces es la única manera de poder estudiar en sistemas vivos algunos procesos.

Sirvan estos breves comentarios para ilustrar la complejidad de que un gen entre en una célula así como así: no sólo tiene que traspasar unas membrana impermeables si no que además, o se integra con ínfima probabilidad en el genoma o más vale que forme parte de alguna estructura biológica que garantice su perpetuidad y transcripción (cromosoma bacteriano, virus). Pequeñas menudencias que los gurús que nos advierten de los peligros de ingerir alimentos que contengan genes malignos de otras especies no parecen tener en cuenta. La transferencia de genes horizontal es común en bacterias y según la teoría endosimbiótica ha ocurrido en eucariotas, pero no pasa de ahí.

2 comentarios:

Fantômas dijo...

Buen blog che! Te invito a darte una vuelta por el mío, creo que te puede llegar a interesar por las cosas que veo que posteás (y de paso si querés intercambiamos enlaces).

Mi blog, principalmente sobre música, lo podés encontrar acá:

Soy del Montón

Un abrazo.

Salva dijo...

Gracias por la felicitación, pero creo que alguna cosa ha fallado... o nosotros no hemos sabido explicarnos muy bien y esto en vez de biología parece un blog musical, o te ha salido una publicidad gratuíta así con... dejémoslo en elegancia.

Espero que sea la segunda, porque sino nos dejarás frustrados como divulgadores durante una buena temporada.