L’espressione della proteina ricombinante è la produzione di una proteina derivata dal DNA ricombinante. È una tecnica comune nella biologia molecolare e nella produzione farmaceutica di sostituti ormonali. Il DNA ricombinante è una porzione specifica di un gene progettata per esprimere un singolo prodotto all’interno di una cellula ospite, guidata da speciali fattori chimici in modo che la proteina giusta sia espressa in grandi quantità. Molti ormoni ed enzimi che sono stati storicamente derivati da fonti animali sono ora sintetizzati dall’espressione di proteine ricombinanti, quindi raccolti e raffinati dalle cellule ospiti.
Per esprimere proteine ricombinanti, sequenze di DNA accuratamente selezionate devono essere introdotte nel genoma dell’ospite. Prendere porzioni del codice genetico da un organismo e inserirle nei nuclei cellulari di un altro è una forma di clonazione. Ciò avviene tramite l’inserimento di una sequenza di DNA ricombinante che codifica per la proteina desiderata nel nucleo, che avvia l’espressione del gene trascrivendolo nell’RNA. Le proteine ricombinanti vengono assemblate quando pezzi di mRNA che trasportano informazioni dal DNA migrano ai ribosomi dal nucleo della cellula e lì iniziano la produzione di una proteina secondo uno stampo specifico.
Le cellule ospiti produrranno quantità insufficienti di una proteina ricombinante a meno che il DNA non venga introdotto con vettori appropriati in modo che le giuste informazioni genetiche siano espresse in quantità sufficiente. I fattori di espressione proteica sono i segnali molecolari che devono accompagnare il DNA ricombinante quando viene inserito nelle cellule ospiti per garantire che la proteina bersaglio sia sovraespressa. Questo è l’unico modo in cui l’espressione della proteina ricombinante può produrre una sostanza sufficiente per uso farmaceutico o di laboratorio.
L’assemblaggio della proteina ribosomiale non completa il processo di espressione della proteina perché durante la raccolta il contenuto delle cellule batteriche o di lievito viene mescolato con il prodotto finale. Le proteine ricombinanti espresse devono essere purificate mediante separazione dai pezzi di parti cellulari distrutte. A volte un tag molecolare etichetta la proteina in modo che possa legarsi a una sostanza metallica o di altro tipo ed essere isolata dai rifiuti. Esistono diverse tecniche, a seconda di fattori come la dimensione della proteina e la complessità della cellula ospite.
L’espressione della proteina ricombinante umana ha ampie applicazioni commerciali e mediche. Molti ormoni, anticorpi ed enzimi sono stati precedentemente estratti da tessuti animali o cadaveri, ma ora vengono prodotti sinteticamente utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante. Due esempi particolarmente importanti sono l’ormone della crescita umano e l’insulina. Molte terapie ormonali sostitutive si basano su proteine sintetiche, così come vari test utilizzati dai biologi molecolari e cellulari nei loro laboratori. In molti casi, i batteri vengono utilizzati come cellule ospiti per prodotti semplici, mentre l’espressione di proteine ricombinanti più complesse, in particolare di geni di animali, può essere effettuata in funghi e lieviti.