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Varias formas de expresión de proteínas en E. coli

Tiempo de actualizacion : 2020-10-19

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Varias formas de expresión de proteínas en E. coli

Es una parte importante de la investigación en biología molecular estudiar la estructura y función del gen extraño en el sistema de expresión de proteínas in vitro. La expresión de proteínas in vitro incluye expresión de fusión y expresión de no fusión, así como expresión en sistemas de expresión de mamíferos, sistemas de expresión de levaduras y sistemas de expresión de células de insectos. Escherichia coli tiene las características de un conocimiento profundo de los rasgos hereditarios, crecimiento rápido, cultura económica y alto nivel de expresión.

Por tanto, la expresión de E. coli ha sido el sistema de expresión preferido para expresar proteínas extrañas durante mucho tiempo.



El sistema de expresión de Escherichia coli es la bacteria de ingeniería preferida para la expresión de proteínas, y también es el sistema de expresión procariota clásico más ampliamente utilizado.

Los investigadores de General Biosystems han establecido una plataforma de servicios de purificación y expresión de proteínas de E. coli madura, que proporciona servicios de expresión y purificación que incluyen varias proteínas recombinantes y sus complejos en E. coli.

Escherichia coli está dividida en tres cavidades por las membranas externa e interna. La proteína diana expresada por E. coli se localiza en las tres cavidades: intracelular, extracelular y periplasma.
Según la ubicación del producto de expresión, la expresión del gen diana en E. coli se divide generalmente en expresión intracelular y expresión secretora.
Entre ellos, la expresión intracelular es la forma de expresión más importante, y sus productos de expresión se pueden dividir en formas de expresión soluble y cuerpos de inclusión insolubles. Según la naturaleza de la proteína diana, la forma de expresión de la proteína diana en E. coli se divide en expresión de fusión y expresión de no fusión.

1. Expresión intracelular


La proteína diana expresada por E. coli a menudo se localiza en la célula. Para evitar una acumulación excesiva del producto de expresión en la célula y afectar el crecimiento celular o formar cuerpos de inclusión, la proteína diana soluble puede utilizar su propia secuencia funcional y el sistema de procesamiento y transporte de la proteína E. coli, finalmente atravesar la membrana celular y secretan en el espacio periplásmico entre la membrana celular y la pared celular o el fluido de cultivo celular.

2. Expresión secretada


La proteína recombinante diana cruza la membrana interna de E. coli para alcanzar el espacio periplásmico, o cruza la membrana externa para alcanzar el espacio extracelular, que se denomina secreción. Se han encontrado una serie de estructuras de secuencias de proteínas Sec relacionadas con la secreción de proteínas de E. coli en el espacio periplásmico y el transporte transmembrana fuera de la célula, incluidas SecA, SecB, SecD, SecE, SecF, SecG y SecY [9, estos 7] . Además de la proteína Sec, las chaperonas moleculares como GroES / GroEL, DnaK / DnaJ y h / Ffs también participan en el transporte.

3. Expresión soluble


La expresión del gen diana en Escherichia coli suele ser capaz de obtener una expresión soluble con actividad biológica. Sin embargo, las proteínas extrañas a menudo se degradan fácilmente por las proteasas del huésped o forman cuerpos de inclusión mientras obtienen altos niveles de expresión.

Por tanto, es necesario explorar la expresión soluble de proteínas extrañas en E. coli. Para mejorar la expresión soluble de la proteína recombinante, primero es necesario seleccionar un vector y una bacteria huésped adecuados y, en segundo lugar, también puede reducir la velocidad de síntesis de la proteína recombinante.


Los estudios sobre modelos de cinética de proteínas muestran que el rendimiento de proteína activa depende de la tasa de síntesis de proteínas, la tasa de plegamiento de proteínas y la tasa de agregación de proteínas.

A altos niveles de expresión, una vez que la tasa de agregación de la cadena peptídica naciente excede la tasa de plegamiento de proteínas, conducirá a la formación de cuerpos de inclusión.

Por tanto, reducir la velocidad de síntesis de proteínas recombinantes es beneficioso para aumentar la expresión soluble de proteínas recombinantes.

Los métodos comúnmente usados incluyen reducir la temperatura de cultivo, seleccionar un promotor apropiado y usar una concentración más baja de inductor.



La composición del medio tiene un efecto significativo en la mejora de la expresión soluble de proteínas recombinantes en E. coli.

La chaperona molecular es un tipo de proteína que puede ayudar a la cadena polipeptídica a formar la estructura tridimensional correcta.

Ayuda principalmente al plegamiento de la cadena peptídica al prevenir o corregir la unión hidrofóbica irrazonable. Los estudios han encontrado que la coexpresión con chaperonas moleculares puede mejorar la solubilidad de la proteína diana, y si se expresan varias chaperonas moleculares al mismo tiempo, es posible obtener mejores resultados que usarlas solas.

Vale la pena mencionar que la elección de las chaperonas moleculares de coexpresión debe basarse en las características de la proteína recombinante en sí.

La estructura primaria de la proteína, a saber, la secuencia de aminoácidos, es un factor importante que afecta la formación de cuerpos de inclusión. Reemplazar uno o varios aminoácidos en la proteína puede inhibir la formación de cuerpos de inclusión y aumentar la solubilidad del producto expresado.

La posible razón es que la hidrofobicidad de la proteína recombinante cambia o la estabilidad de la proteína recombinante aumenta después de la mutación.


4. Formar la expresión del cuerpo de inclusión


Sin embargo, cuando la proteína diana se expresa en grandes cantidades, el producto de expresión se acumulará en E. coli y se formarán partículas sólidas inactivas, llamadas cuerpos de inclusión.

La proteína diana del cuerpo de inclusión tiene la secuencia de aminoácidos correcta, pero debido a que no está correctamente plegada y tiene un error de conformación espacial, generalmente no es biológicamente activa.

En comparación con los productos de proteínas diana solubles, los cuerpos de inclusión tienen las ventajas de enriquecimiento de la proteína diana, resistencia a las proteasas y menor toxicidad para el huésped.

La razón principal de la formación de cuerpos de inclusión es la falta de algunos cofactores para el plegamiento de proteínas durante la expresión de la proteína diana recombinante, o el entorno no es adecuado para formar enlaces secundarios correctos.

Los principales factores que afectan la formación de cuerpos de inclusión son la naturaleza de la proteína en sí, las condiciones de cultivo y las proteínas chaperonas moleculares.


5. Expresión de proteínas de fusión


La expresión de la proteína de fusión consiste en conectar las regiones codificantes de dos o más genes de un extremo a otro, y luego controladas por la misma secuencia reguladora, de modo que la expresión de la fusión de la proteína objetivo tenga una alta eficiencia, menos degradación y una purificación simple y conveniente.

Además, el sitio de escisión del reactivo químico o el sitio de escisión de la proteasa construido en el vector de expresión de fusión puede usarse para eliminar el péptido procariótico de la proteína de fusión in vitro para obtener un producto proteico natural.

Debido a que la proteína de fusión es fácil de preparar, tiene una mayor probabilidad de mantener la actividad y la inmunogenicidad de la proteína original, y también se puede comercializar para brindar la posibilidad de escisión posterior de la proteína de fusión para obtener la proteína eucariota en su interior.

Además, la expresión de fusión no solo puede aumentar la cantidad de expresión de proteína, sino que también ayuda a que la proteína diana se pliegue correctamente para obtener proteína soluble.


Actualmente, los sistemas de expresión de fusión más utilizados incluyen el sistema PA, el sistema PG, el sistema de fusión His, el sistema GST, el sistema FLAG, el sistema MBP, el sistema de fusión TrxA, etc.

El producto de expresión expresado en la expresión procariota es muy eficaz, relativamente estable y no se degrada fácilmente por el huésped.


6. Expresión de proteínas sin fusión


La expresión de no fusión de una proteína expresada que no está fusionada con ninguna proteína o polipéptido de la célula huésped es insertar el gen diana en el promotor fuerte del vector de expresión y corriente abajo de la secuencia SD, con el codón de iniciación AUG de la gen objetivo como punto de partida de la traducción.

El extremo N de la cadena peptídica de la proteína diana expresada no contiene la proteína expresada por el vector de expresión procariótico, y la proteína diana expresada es consistente con la proteína natural en secuencia, estructura e inmunógeno.

Las proteínas que no son de fusión se degradan o destruyen fácilmente por las proteasas en las células huésped para producir proteínas inactivas, lo que afecta la eficiencia de expresión.


La expresión de proteínas extrañas en Escherichia coli tiene las ventajas de un alto nivel de expresión, fácil operación y bajo costo.

Las formas de expresión comunes incluyen expresión intracelular, expresión secretada, expresión soluble, forma de cuerpo de inclusión insoluble y expresión de fusión y expresión de no fusión.

Varias formas. La expresión de proteínas extrañas en E. coli es un proyecto sistemático. Por tanto, debemos acumular experiencia en el proceso de investigación para encontrar la clave para mejorar la eficiencia de la expresión de proteínas recombinantes.

Por tanto, es posible utilizar el sistema de expresión de E. coli para expresar grandes cantidades de proteínas extrañas activas.


General Biosystems , una empresa de servicios de purificación y expresión de proteínas, puede proporcionar a los clientes servicios de hospedaje más comunes, que incluyen E. coli, levaduras y células de mamíferos. Si desea utilizar otras células huésped o sistemas de expresión sin células, contáctenos.