La produzione di proteine ricombinanti è l’espressione di proteine che sono state prodotte mediante tecniche di DNA ricombinante. Questo processo consente di produrre queste sostanze in grandi quantità. Tale produzione di massa viene eseguita sia per lo studio di laboratorio che per la produzione industriale.
Questa tecnica viene spesso utilizzata per produrre l’ormone della crescita umano e l’insulina. L’ottenimento dell’ormone della crescita umano attraverso la produzione di proteine ricombinanti è un enorme miglioramento rispetto all’ottenimento da cadavere perché la presenza di proteine ottenute da cadavere occasionalmente provocava la trasmissione di malattie. Fare insulina in questo modo è anche vantaggioso perché ha permesso di produrre varianti di insulina che hanno diverse azioni farmacologiche nel corpo.
Le proteine sono catene di amminoacidi, codificate dal DNA. I geni che codificano per queste proteine vengono inseriti in vettori speciali, o unità di DNA. Vengono scelti vettori che produrranno grandi quantità della proteina desiderata. Questo è noto come sovraespressione.
La sovraespressione avviene in cellule ospiti speciali. A volte i padroni di casa sono batteri o lieviti. Nei casi in cui le proteine provengono da mammiferi, gli ospiti sono spesso linee cellulari di insetti o mammiferi. In commercio sono disponibili numerosi kit per facilitare sia la clonazione del gene, sia la successiva produzione di proteine ricombinanti.
Questi kit hanno vettori speciali chiamati vettori di espressione che hanno un promotore speciale per produrre grandi quantità di proteine. Un promotore è la sezione di DNA che guida la produzione della sequenza genica che la segue. Spesso, questi vettori di espressione possono essere disattivati e sono inducibili. Soprattutto con gli ospiti batterici, produrre troppe proteine in una volta può essere tossico, inibendo la crescita dei batteri.
Ci sono diversi modi per indurre l’espressione. In entrambi, i batteri sono cresciuti fino a una certa densità. Quindi viene aggiunto un composto per l’induzione o la temperatura viene spostata a quella in cui il promotore è attivo.
Per facilitare la purificazione delle proteine dai batteri, la clonazione viene spesso eseguita in modo che ci sia un tag sulla proteina che si leghi a una matrice. Questo separa la proteina dai detriti cellulari. Ad esempio, un tag di molecole di istidina sulla proteina si legherà a una colonna di nichel. Una volta che la proteina è legata, il tag viene staccato, lasciando la proteina pura che può essere eluita dalla colonna. Possono essere necessari anni per purificare una proteina utilizzando i metodi tradizionali.
Un ulteriore fattore da considerare è se la proteina richiede modifiche dopo la sua produzione iniziale. Questo è spesso il caso delle proteine dei mammiferi. I batteri spesso non modificano adeguatamente tali proteine, quindi la sovraespressione di queste proteine più avanzate viene spesso effettuata nelle cellule di insetti o mammiferi. Numerose aziende biotecnologiche sono specializzate nella produzione di proteine ricombinanti.