El papel intrigante de las fluctuaciones de oxígeno en la fermentación recombinante de Escherichia coli

05/09/2011

En las fermentaciones microbianas por lotes, el O₂ no solo es importante como nutriente, sino que también tiene efectos importantes sobre el metabolismo y la fisiología. Hay una serie de posibles pasos sensibles al oxígeno que podrían afectar la expresión recombinante: (i) los resultados de niveles bajos de oxígeno, (ii) los resultados de niveles altos de oxígeno y (iii) los resultados de los cambios de oxígeno.

1. Un cambio hacia el metabolismo anaeróbico puede producir una acumulación de subproductos como acetato y etanol que tienen un impacto negativo en el rendimiento del proceso. Por ejemplo, el acetato puede limitar la productividad del recombiante E. coli MC1016 que alberga el plásmido para la producción de hGH (Jensen y Carlsen, 1990). Por el contrario, esta anaerobiosis parcial, a menudo denominada "crecimiento microaeróbico", a veces es beneficiosa para la expresión de ciertos genes heterólogos en E. coli (Tseng et al., 1996). Hay varios efectos en condiciones anóxicas:
   • Regulación de la síntesis de aminoácidos por el oxígeno
   • Efectos en el agotamiento de aminoácidos
   • Replicación de plásmidos
   • Expresión de hemoglobina para mejorar la productividad
2. La exposición a presiones parciales de oxígeno elevadas (debido a la limitación de OTR o en grandes biorreactores) puede provocar: (Konz et al, 1998).
   • Un daño oxidativo a proteínas en cinco clases diferentes: oxidación catalizada por metales, formación de disulfuro, formación de sulfóxido de metionina, oxidación de centros de hierro-azufre y glicación y conjugación de PUFA
   • Degradación de proteínas oxidadas
   • Oxidación y mutación del ADN
   • Oxidación de aminoácidos libres
3. Las fluctuaciones de oxígeno también pueden ser perjudiciales para la expresión de proteínas. Si cambiamos al aire enriquecido con oxígeno durante la expresión de nuestro gen heterólogo, la calidad de nuestro producto inicialmente puede disminuir debido a las condiciones oxidativas y luego la calidad puede aumentar a un nuevo estado a medida que se inducen las regulaciones del estrés.

Para concluir: la fluctuación del OD en las fermentaciones microbianas alimentadas por lotes no es un proceso trivial que puede afectar no solo a la amplificación de los plásmidos en E. coli, sino también la calidad de nuestra proteína recombinante final, a veces con consecuencias dramáticas.

BIBLIOGRAFÍA

• Jensen, E. B y S. Carlsen. 1990. Biotechnol. Bioeng. 36: 1-11.
• Tseng, C. P., J. Albretch y L. P. Gunsalus. 1996. J. of Bacteriol. 178: 1094-1098.
• Konz, J. O., J. King y C. L. Cooney. 1998. Biotechnol. Prog. 14: 393-409.

Escrito por Ana Camacho.