Ogataea polymorpha

Ogataea polymorpha es una levadura metilotrófica con características inusuales. Se utiliza como fábrica de proteínas para la industria farmacéutica .

Ogataea polymorpha pertenece a un número limitado de especies de levaduras metilotróficas, es decir, levaduras que pueden crecer en metanol . El grupo de levaduras metilotróficas incluye Candida boidinii , Pichia methanolica , Pichia pastoris y Ogataea polymorpha . Taxonómicamente, O. polymorpha es una especie de la familia Saccharomycetaceae .

Se conocen tres cepas de O. polymorpha , identificadas en la década de 1950. Sus relaciones no están claras y son de origen independiente. Se encuentran en muestras de suelo, en el intestino de insectos o en zumo de naranja concentrado en mal estado. Presentan características diferentes y se utilizan en investigación básica y para la producción de proteínas recombinantes : ^{[ 2 ]}

• cepa CBS4732 (CCY38-22-2; ATCC34438, NRRL-Y-5445)
• cepa DL-1 (NRRL-Y-7560; ATCC26012)
• cepa NCYC495 (CBS1976; ATAA14754, NRLL-Y-1798)

Las cepas CBS4732 y NCYY495 pueden cruzarse, mientras que la cepa DL-1 no puede cruzarse con las otras dos. Las cepas CBS4732 y DL-1 se emplean para la producción de proteínas recombinantes, mientras que la cepa NCYY495 se utiliza principalmente para el estudio de la asimilación de nitratos. El genoma completo de la cepa CBS4732 ha sido secuenciado por completo.

Ogataea polymorpha es un microorganismo termotolerante, con algunas cepas que crecen a temperaturas superiores a 50 °C (122 °F) . Este organismo es capaz de asimilar nitrato y puede crecer en diversas fuentes de carbono, además de metanol . Las células que crecen a temperaturas elevadas acumulan un azúcar llamado trehalosa (este azúcar se encuentra habitualmente en insectos) como compuesto termoprotector. Se ha demostrado que la síntesis de trehalosa no es necesaria para el crecimiento en estas condiciones, sino para la adquisición de termotolerancia. Se han detallado los pasos sintéticos para la síntesis de trehalosa en O. polymorpha , y se ha aislado y caracterizado el gen TPS1 , la enzima clave de esta vía metabólica.  

Todas las levaduras metilotróficas comparten una vía metabólica idéntica para la utilización del metanol (Fig. 1). El crecimiento en metanol se acompaña de una proliferación masiva de orgánulos celulares llamados peroxisomas, en los que tienen lugar los pasos enzimáticos iniciales de esta vía. O. polymorpha es un organismo modelo para estudiar todos los aspectos de las funciones peroxisomales y la biología molecular subyacente. Durante el crecimiento en metanol, las enzimas clave del metabolismo del metanol están presentes en altas cantidades. Se observa una abundancia especialmente alta de las enzimas MOX (metanol oxidasa), FMDH ( formato deshidrogenasa ) y DHAS (dihidroxiacetona sintasa). Su presencia está regulada a nivel transcripcional de los genes correspondientes. En las especies relacionadas C. boidinii , P. methanolica y P. pastoris, la expresión de estos genes depende estrictamente de la presencia de metanol o derivados del metanol, mientras que en O. polymorpha se induce una fuerte expresión con niveles adecuados de glicerol o en condiciones de privación de glucosa. O. polymorpha produce glicoproteínas con dos tipos de cadenas de azúcares, glicanos unidos a proteínas mediante enlaces N y O. Los estudios sobre la estructura de las cadenas unidas a N han revelado una cierta longitud media (Man8-12GlcNAc2) con residuos de manosa terminales unidos mediante enlaces alfa-1,2, y no con residuos de manosa terminales alergénicos unidos mediante enlaces alfa-1,3 como se encuentra en otras levaduras, especialmente en la levadura de panadería Saccharomyces cerevisiae .

Ogataea polymorpha, con sus características inusuales, constituye una excelente plataforma para la producción de proteínas mediante tecnología genética, especialmente de fármacos como la insulina para el tratamiento de la diabetes , las vacunas contra la hepatitis B o el IFNα-2a para el tratamiento de la hepatitis C. En la producción de estos compuestos recombinantes se emplean derivados de CBS4732 y DL-1. Otras levaduras utilizadas para esta aplicación son Pichia pastoris , Arxula adeninivorans y Saccharomyces cerevisiae, entre otras.

Al igual que otras levaduras, O. polymorpha es un microorganismo que puede cultivarse en grandes fermentadores hasta alcanzar altas densidades celulares en poco tiempo. Es un organismo seguro, ya que no contiene pirógenos , patógenos ni inclusiones virales. Puede liberar compuestos en el medio de cultivo, puesto que posee todos los componentes necesarios para la secreción (a diferencia de bacterias como Escherichia coli, por ejemplo ). Además, puede proporcionar componentes genéticos valiosos para una producción eficiente de proteínas.

En la figura 2 se muestra el diseño general de un vector (un vehículo genético para transformar una cepa de levadura en una productora de proteínas modificada genéticamente). Debe contener varios elementos genéticos: 1. Un marcador de selección, necesario para seleccionar una cepa transformada de un fondo no transformado (esto puede hacerse si, por ejemplo, dicho elemento permite que una cepa deficiente crezca en condiciones de cultivo sin un compuesto determinado, como un aminoácido específico que la cepa deficiente no puede producir). 2. Ciertos elementos para propagar y dirigir el ADN extraño al cromosoma de la levadura (secuencia ARS y/o ADNr). 3. Un segmento responsable de la producción del compuesto proteico deseado, denominado casete de expresión. Dicho casete está compuesto por una secuencia de elementos reguladores, un promotor que controla la cantidad y las circunstancias en que se transcribe una secuencia génica posterior y, en consecuencia, la cantidad de proteína que se produce finalmente. Esto significa que el segmento que sigue al promotor es variable según el producto deseado; podría ser una secuencia que determine los aminoácidos para la insulina, para la vacuna contra la hepatitis B o para el interferón. El casete de expresión finaliza con una secuencia terminadora que detiene la transcripción. Los elementos promotores del sistema de O. polymorpha derivan de genes de alta expresión, como el gen MOX, el gen FMD o el gen TPS1 , mencionados anteriormente. Estos genes no solo son muy potentes, sino que también pueden regularse mediante la adición de fuentes de carbono como azúcar, metanol o glicerol.

En el año 2000 se fundó una sociedad informal de científicos llamada HPWN ( Hansenula polymorpha worldwide network), fundada por Marten Veenhuis, de Groningen, y Gerd Gellissen, de Düsseldorf. Cada dos años se celebran reuniones.

El atractivo de la plataforma O. polymorpha está siendo explotado comercialmente por varias empresas de biotecnología para el desarrollo de procesos de producción, entre ellas PharmedArtis, ubicada en Aquisgrán, Alemania, y el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Cultivos (IPK).

• http://www.pharmedartis.de
• http://www.ipk-gatersleben.de/Internet/Forschung/MolekulareZellbiologie/ Archivado el 12 de junio de 2007 en Wayback Machine