Condições ótimas para expressão das fosfolipases de venenos em sistemas procariotos e eucariotos

Abstract

Resumo : As proteínas estão presentes em todas as formas de vidas encontradas até o momento e são componentes moleculares importantes por serem responsáveis por executar quase todas as funções celulares. Existem proteínas especializadas que atuam como toxinas e estas estão presentes em diversos tipos venenos. Um dos fatos mais marcantes para a ciência no século XX foi à descoberta do antibiótico Penicilina por Alexander Fleming, onde a partir de então o ser humano passou a usar as proteínas produzidas pelo fungo que passou a ser cultivado em larga escala para obtenção de grandes quantidades deste composto. Porém, outras proteínas com funções terapêuticas foram sendo descobertas, mas estas não eram produzidas em grande quantidade pelos seres vivos do qual pertenciam, dificultando a produção em larga escala para o uso cientifico. Um grande marco veio anos mais tarde com o surgimento da técnica que passou a ser conhecida como clonagem gênica, pois a humanidade passou a ser capaz de produzir em grande quantidade os compostos que eram produzidos em pequenas quantidades, por meio da utilização das bactérias como cepas de expressão, surgindo as então chamadas proteínas recombinantes. Hoje em dia além das bactérias, existem diversos sistemas para a expressão de proteínas recombinantes como leveduras, fungos filamentosos, mamíferos, plantas ou insetos e mais recentemente até por meio de animais ou plantas transgênicas. Todos estes sistemas possuem suas vantagens e desvantagens características e ao longo dos anos vem sendo continuamente aperfeiçoados para reduzir as desvantagens. Notoriamente dentre todos estes sistemas os mais utilizados são o bacteriano e as leveduras, sendo o primeiro o mais usado devido a várias vantagens, sendo a principal delas o alto rendimento obtido na produção das proteínas recombinantes. A grande quantidade de cepas disponíveis no mercado também é outra vantagem deste sistema de expressão. As fosfolipases fazem parte do imenso número de proteínas que são produzidas de maneira recombinante por cientistas e pesquisadores e muitas destas proteínas são parte integrante de venenos de diversos animais, atuando como toxinas que possuem papéis importantes em cada veneno. Os fosfolipídios são os substratos destas toxinas e estes são clivados pelas fosfolipases de diversas maneiras, que variam com tipo de fosfolipase que está hidrolisando a molécula lipídica. As fosfolipases são divididas em dois grupos, as acil-hidrolases (fosfolipases A1, A2 e B) e as fosfodiesterases (fosfolipases C e D). Nem todas fosfolipases foram relatadas como parte integrante de venenos e mesmo entre aquelas já relatadas ainda nem todos os tipos foram produzidos de maneira recombinante. Fosfolipases atuando como toxinas são encontradas desde venenos de insetos até em venenos de animais como é o caso das serpentes. As condições de obtenção destas toxinas como proteínas recombinantes variam de acordo com o tipo de fosfolipase que se pretende obter, devido às características especificas de cada. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma amostragem panorâmica dos sucessos e problemas enfrentados para a expressão de cada tipo de fosfolipase, levando ao leitor uma visão mais ampla do que já foi realizado para se obter ou pelo menos para tentar obter estas proteínas em sua forma solúvel e ativa quando necessário. A obtenção destas proteínas em suas formas recombinantes tem por muitas vezes a intenção da produção de ferramentas com fins farmacológicos e biotecnológicos para as mais variadas aplicações, tornando-se imprescindível a produção destas proteínas em sua forma solúvel, ativa e principalmente em grande quantidade.

Abstract : Proteins are present in all life forms encountered so far and are important molecular components because are responsible for performing almost all cellular functions. There are specialized proteins that act as toxins and these are present in various types of venoms. One of the most remarkable facts for science in the twentieth century was the discovery of the antibiotic penicillin by Alexander Fleming, when thereafter humans started to use the proteins produced by the fungus that began to be cultivated in large scale to obtain large amounts of this compound. However, other proteins with therapeutic functions had been discovered, but these were not produced in large quantities by the living beings they belonged, hindering the large-scale production for scientific use. A remarkable fact appeared years later with the advent of the technique that became known as gene cloning, as humanity became able to produce large amounts of compounds that were produced in small quantities, by using bacteria as expression strains, originating the so-called recombinant proteins. Nowadays, besides bacteria, there are various systems for the expression of recombinant proteins such as yeast, filamentous fungi, mammalian, insect or plant and more recently by using transgenic animals or plants. All these systems have their characteristic advantages and disadvantages and over the years they have been continually improved to reduce the disadvantages. Notably among all these systems, the most widely used are the bacteria and yeasts, the former being the most used due to several advantages, which the main is the high yield production of recombinant proteins. The large number of available strains on the market is also another advantage of this expression system. The phospholipases are part of the huge number of proteins that are produced in a recombinant manner by scientists and researchers. Many of these proteins are an integral part of venoms of various animals, acting as toxins that have important roles in each venom. Phospholipids are the substrates for these toxins and these are cleaved by phospholipases in several ways that vary with the phospholipase type which is hydrolyzing the lipid molecule. The phospholipases are divided into two groups, the acyl hydrolase (phospholipase A1, A2 and B) and the phosphodiesterase (phospholipase C and D). Not all phospholipases have been reported as part of venoms and even among those previously reported still not all types were produced in a recombinant manner. Phospholipases are found acting as toxins from insect venoms to animal venoms as in the case of the snakes. The conditions for obtaining recombinant proteins such as toxins vary according to the phospholipase type to be achieved due to specific characteristics of each. This paper aims to present an overview of sample successes and problems faced in the expression of each phospholipase type, leading the reader to a broader view of what has been done to obtain or at least tried to obtain these proteins in their soluble forms and active when needed. The attainment of these proteins in their recombinant forms is often the intention of producing tools with pharmacological and biotechnological purposes for a variety of applications, making the production of these proteins in their soluble and active forms, mainly in large quantity, essential.