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A Escherichia coli, ou E. coli para os íntimos, é o exemplo mais clássico e comum nos experimentos de biologia sintética. E não por acaso; hoje, o nível de conhecimento acumulado sobre a bactéria e a facilidade de se trabalhar com ela em laboratórios com recursos limitados tornou-a um organismo modelo para pesquisa em diversas áreas. 

Que vão inclusive para além da biologia sintética e da expressão de proteínas, especialmente nas principais descobertas históricas da biologia molecular.

A E. coli é uma bactéria gram-negativa que se encontra presente no intestino humano, responsável pela digestão e absorção de nutrientes. Entretanto, existem cepas patogênicas que causam infecções no trato gastrointestinal e urinário e podem até levar à morte quando não tratadas. 

Além de uma ferramenta biológica importante, ela também é uma questão de saúde pública emergente devido ao aumento da incidência de infecções por bactérias multirresistentes a antibióticos, afetando principalmente países de baixa e média renda (WHO, 2021).

A bactéria foi originalmente isolada em 1885 por Theodor Escherich, mas foi somente em 1922 que a linhagem K12 foi isolada das fezes de um indivíduo com difteria, dando origem às principais cepas bacterianas utilizadas na clonagem, como a DH5a e a TOP10.

Outra linhagem clássica é a E. coli B, popularizada por Delbrück e Luria nos anos 1940 para estudos com bacteriófagos. Os estudos com essa linhagem deram origem à BL21, uma linhagem bem estabelecida na expressão de proteínas recombinantes, uma vez que apresenta menor atividade proteolítica e capacidade aumentada de transformação plasmidial  (Daegelen et al., 2009; Sambrook, 2001). 

Desde então, foram desenvolvidas novas cepas com mutações interessantes para aplicações específicas, como deleção de genes de proteases, introdução de tRNAs raros para expressão de genes heterólogos (Rosetta e BL21 Codon Plus), redução da atividade de RNases para aumentar a estabilidade do transcrito (BL21 Star), adição de chaperonas para garantir o folding correto durante a expressão (Shuffle T7), capacidade de cultivo em baixas temperaturas (Arctic), controle do caráter redutor do citoplasma (Origami e BL21trxB), entre outros (Casali & Preston, 2003).

 

Linhagem Vantagens
Rosetta introdução de tRNAs raros para expressão de genes heterólogos
BL21 codon plus introdução de tRNAs raros para expressão de genes heterólogos
BL21 Star redução da atividade de RNases para aumentar a estabilidade do transcrito
Shuffle T7 adição de chaperonas para garantir o folding correto durante a expressão
Arctic capacidade de cultivo em baixas temperaturas
Origami controle do caráter redutor do citoplasma
BL21 trxB controle do caráter redutor do citoplasma

 

No desenvolvimento de um projeto com E. coli, é importante considerar as  vantagens e desvantagens das diferentes cepas e a compatibilidade com o vetor e o gene de interesse. Para isso, são recomendadas as listas anotadas do AddGene e da Wolfson Centre for Applied Structural Biology. Bacterial strains for protein expression 

Plasmids 101: E. coli Strains for Protein Expression 

 

Referências:

  1. Daegelen et al. Tracing Ancestors and Relatives of Escherichia coli B,and the Derivation of B Strains REL606 and BL21(DE3). doi:10.1016/j.jmb.2009.09.022
  2. WHO, W. H. O. (2021, November 17). Antimicrobial resistance. World Health Organization: WHO. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antimicrobial-resistance
  3. Sambrook, J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual CSHL Press, 2001 ISBN    0879695773, 9780879695774.
  4. Methods in Molecular Biology, Vol. 235: E. coli Plasmid Vectors. Edited by: N. Casali and A. Preston. Humana Press Inc., Totowa, NJ. 2003. ISBN-13: 978-1588291516, ISBN-10: 1588291510

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