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:
- 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
- WHO, W. H. O. (2021, November 17). Antimicrobial resistance. World Health Organization: WHO. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antimicrobial-resistance
- Sambrook, J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual CSHL Press, 2001 ISBN 0879695773, 9780879695774.
- 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
