Sistema de expresión T7

El sistema de expresión T7 se utiliza en el campo de la microbiología para clonar ADN recombinante utilizando cepas de E. coli . ^{[ 1 ]} Es el sistema más popular para expresar proteínas recombinantes en E. coli . ^{[ 2 ]}

Para 2021, este sistema había sido descrito en más de 220.000 publicaciones de investigación. ^{[ 3 ]}

La secuenciación y anotación del genoma del bacteriófago T7 tuvo lugar en la década de 1980 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos , bajo la dirección del biofísico principal F. William Studier . Pronto, el laboratorio logró clonar la ARN polimerasa T7 y utilizarla, junto con el potente promotor T7, para transcribir grandes cantidades de casi cualquier gen. ^{[ 4 ]} El desarrollo del sistema de expresión T7 se considera la biotecnología más exitosa desarrollada en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, con más de 900 empresas que lo han licenciado, lo que ha generado más de 55 millones de dólares para el laboratorio. ^{[ 5 ]}

Un vector de expresión, generalmente el vector de expresión pET, se diseña para integrar dos componentes esenciales: un promotor T7 y un gen de interés situado aguas abajo del promotor y bajo su control. El vector de expresión se transforma en una de varias cepas relevantes de E. coli , con mayor frecuencia BL21(DE3). La célula de E. coli también posee su propio genoma, que contiene un gen que se expresa para producir la ARN polimerasa T7 . (Esta polimerasa proviene del fago T7 , un bacteriófago estrictamente lítico que infecta a E. coli y secuestra su maquinaria celular para replicarse y lisar la célula huésped. En BL21(DE3), el gen de la ARN polimerasa T7 se encuentra en un profago λDE3, un fago lambda modificado, integrado en el cromosoma de E. coli bajo el control del promotor lacUV5). La ARN polimerasa T7 es responsable de iniciar la transcripción en el promotor T7 del vector transformado. El gen T7 está bajo el control de un promotor lac. Normalmente, tanto el promotor lac como el promotor T7 están reprimidos en la célula de E. coli por el represor Lac . Para iniciar la transcripción, un inductor debe unirse al represor lac e impedir que este inhiba la expresión del gen T7. Una vez que esto ocurre, el gen puede transcribirse normalmente para producir la ARN polimerasa T7. La ARN polimerasa T7, a su vez, puede unirse al promotor T7 en el vector de expresión y comenzar a transcribir el gen de interés situado corriente abajo. Para estimular este proceso, se puede añadir el inductor IPTG al sistema. El IPTG es un reactivo que imita la estructura de la alolactosa y, por lo tanto, puede unirse al represor lac e impedir que este inhiba la expresión génica. Una vez añadido suficiente IPTG, el gen T7 se transcribe normalmente, y así comienza también la transcripción del gen de interés situado corriente abajo del promotor T7. ^{[ 6 ]} Las estrategias alternativas incluyen medios de autoinducción ^{[ 7 ]} con otras cepas bacterianas que pueden inducir la expresión de proteínas sin agregar IPTG al medio. La expresión de una proteína recombinante bajo el control del promotor T7 es 8 veces más rápida que la expresión de proteínas bajo el control de la ARN polimerasa de E. coli . ^{[ 8 ]} Los niveles basales de expresión de la ARN polimerasa T7 en la célula también son inhibidos por la lisozima del bacteriófago T7, lo que resulta en un retraso de la acumulación de la ARN polimerasa T7 hasta que la actividad de la lisozima se satura. ^{[ 9 ]}

Durante la pandemia de COVID-19 , Moderna y Pfizer desarrollaron vacunas de ARNm para combatir la propagación del virus. Ambas compañías recurrieron al sistema de expresión T7 para generar las grandes cantidades de ARNm necesarias para la fabricación de las vacunas. ^{[ 10 ] [ 4 ]}