Elementos esenciales de un vector de expresión

Expresar el producto de algún gen en cualquier célula supone conocer en profundidad los mecanismos de expresión génica en la célula, es decir, conocer los mecanismos moleculares de replicación, transcripción y traducción (dogma central de la biología molecular) en el sistema celular con el que estamos trabajando y también los principios básicos de ingeniería genética.

Cuando queremos insertar o transfectar un gen nuevo en un determinado sistema celular con interés comercial, experimental o por curiosidad (el combustible de la ciencia), debemos hacerlo mediante la construcción correcta de un vector de expresión.

Un vector de expresión se puede definir como una construcción genética que  permite la introducción de un gen exógeno determinado en una célula diana que sea capaz de expresarlo
eficientemente. Sus elementos varían enormemente en función de las pretensiones que tengamos, pero básicamente contiene los siguientes elementos génicos, aunque podemos modificarlo mediante ingeniería genética:

            -Un origen replicación autónomo

            -Un promotor del gen de interés

            -Una región de clonaje múltiple donde vamos a insertar gen de interés        

            -Gen de selección

            -Secuencias génicas reguladoras

 

 

Para comenzar a construir el vector de expresión debemos conocer en profundidad qué proyección tenemos con nuestro transgen. Podemos querer transfectar un vector en células de manera momentánea (el vector se pierde en los sucesivos ciclos de división celular) para lo cual podemos no insertar un origen de replicación autónomo o podemos querer transfectarlo de manera estable para que se mantenga tras los ciclos de división celular. Puede ser episomal (el vector de expresión no se inserta en el DNA cromosómico) o insercional (el vector se inserta en el DNA cromosómico). Debemos por tanto tener en cuenta el origen de replicación autónomo, si lo insertamos en la construcción o no, debe en general, ser reconocido por la maquinaria replicativa del sistema celular al que vamos a transfectar de forma que nos permita realizar copias con los ciclos de división celular que realiza la célula tranfectada. Debemos buscar un promotor que nos interese, para ello lo hacemos buscando en lo que la naturaleza nos ofrece, en virus y bacterias generalmente. Debemos considerar diferentes promotores:

 -Constitutivos: son reconocidos por la RNA polimerasa del sistema celular con el que estamos trabajando, generalmente son muy potentes (alta eficiencia de transcripción, número elevado de eventos de transcripción).

-Histo-específicos (específico de tejido): operan selectivamente en tipos particulares de células.

-Inducibles: permiten controlar el “encendido” o “apagado” de la expresión mediante el tratamiento o no con algún método químico o físico.

-Mínimos: en general permiten una transcripción basal mínima del gen de interés se utilizan generalmente para estudiar otros elementos de regulación de la transcripción como los enhancers.

El sitio de clonaje múltiple del vector o polilinker que es una región del DNA del vector de expresión provista de varias dianas únicas para diferentes enzimas de restricción, de modo que en cada experimento se pueda elegir la que más convenga para la inserción del gen de interés.

El gen de selección es un segmento de DNA que codifica para la expresión de una proteína cuya función o actividad permita identificar aquellas células donde nuestro vector se ha transfectado como pretendíamos. Así existen proteínas como GFP o green fluorescent protein que emite fluorescencia en la zona verde del espectro visible, de forma que cuando realizamos un ensayo de transfección aquellas células que emiten esta fluorescencia han incorporado el transgen de interés.

Otras secuencias de regulación. Son múltiples y depende del sistema celular que estemos transfectando. En general están encaminados a mejorar la eficiencia de transcripción, traducción o maduración del mRNA.

Gracias a estos vectores podemos obtener transgénicos de forma que superamos el límite biológico entre especies, ¡ya no existen las especies! Podemos ser capaces de introducir genes de interés en células que en condiciones naturales no lo tendrían, y así, generar productos nuevos con mayor facilidad, para purificarlos y comercializarlos, optimizar los procesos de producción industrial o generar microorganismos con nuevas características de interés que aporten beneficios.