A produção em massa de proteínas recombinantes usando “fábricas” de células de levedura precisa de metanol, um composto que requer manuseio seguro, apresenta o risco de pegar fogo e às vezes produz subprodutos prejudiciais. Pesquisadores do Departamento de Bioquímica (BC), Instituto Indiano de Ciência (IISc), desenvolveram agora um processo alternativo mais seguro que, em vez disso, depende de um aditivo alimentar comum chamado glutamato monossódico (MSG).



Proteínas recombinantes, como antígenos de vacinas, insulina e anticorpos monoclonais, são produzidas em massa pelo cultivo de células bacterianas, virais ou de mamíferos modificadas em grandes biorreatores. O organismo mais utilizado é a levedura Pichia pastoris (agora chamada Komagataella phaffii). Ele contém um promotor único – uma região genética específica que pode ser ativada pelo metanol. Este promotor codifica uma enzima chamada álcool oxidase (AOX).

Para produzir em massa uma proteína recombinante, o gene que codifica essa proteína é inserido no genoma da levedura logo ao lado do promotor AOX. As células de levedura são então alimentadas com glicerol ou glicose como fonte de carbono. Uma vez formadas células suficientes, é adicionado metanol, que então ativa o promotor AOX, e as células começam a produzir a proteína recombinante em grandes quantidades.

A maioria das indústrias utiliza este processo induzido por metanol para a produção de proteínas recombinantes. No entanto, o metanol é altamente inflamável e perigoso, exigindo precauções de segurança rigorosas, salienta PN Rangarajan, professor da BC e autor correspondente do estudo publicado na Microbial Cell Factories. . O metanol também é metabolizado para formar peróxido de hidrogênio, que pode induzir estresse oxidativo nas células de levedura ou danificar as proteínas recombinantes.

Para resolver este problema, Trishna Dey, ex-Ph.D. estudante do BC, começou a buscar alternativas. Após uma extensa pesquisa, a equipe descobriu que o glutamato monossódico (MSG), um aditivo alimentar aprovado pela USFDA, pode ativar um promotor diferente no genoma da levedura que codifica uma enzima chamada fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK). A ativação deste promotor com MSG levou à produção de proteínas semelhante à ativação do metanol do promotor AOX.

Otimizar o meio de cultura celular para este processo novo e não testado foi um desafio, diz Neetu Rajak, primeiro autor e Ph.D. estudante em BC. Durante muito tempo, as células de levedura cresceram mal em frascos agitados e produziram muito pouca proteína recombinante. “Houve um momento em que quase desistimos porque pensamos que não iria funcionar”, lembra Rangarajan.

O grupo finalmente descobriu que usar apenas MSG não era suficiente. Vedanth Bellad e Yash Sharma, assistentes de projeto no BC e coautores, explicam que tentaram suplementar a cultura com vários outros compostos, até que um finalmente funcionou:o etanol.

A adição de etanol ajudou as células a crescerem mais rapidamente, o que aumentou a biomassa e a quantidade de proteína recombinante produzida. O etanol também é mais seguro para as células de levedura em comparação ao metanol, pois não produz subprodutos tóxicos quando decomposto.

Para testar o seu processo, a equipa tentou produzir o domínio de ligação ao receptor SARS-CoV-2 – um antigénio de vacina amplamente utilizado que foi expresso com sucesso em leveduras e células de mamíferos. Eles descobriram que seu novo sistema de expressão produzia o dobro da quantidade de antígeno em comparação com o processo induzido por metanol.

Os investigadores esperam que este sistema de expressão novo e indígena possa ser utilizado nas indústrias biotecnológicas para produzir em massa proteínas valiosas, incluindo proteínas do leite e do ovo, suplementos alimentares para bebés e nutracêuticos, para além de moléculas terapêuticas.