Biologia de los microorganismos (535)

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350 G E N Ó M I C A , G E N É T I C A Y V I R O L O G Í A
Vectores de expresión
Los organismos tienen sistemas reguladores complejos, y a 
menudo los genes clonados se expresan poco o nada en una célula 
hospedadora extraña. Este problema se aborda utilizando vectores
de expresión, diseñados para permitir al investigador controlar la 
expresión (transcripción y traducción) de los genes clonados. Gene-
ralmente, el objetivo es obtener altos niveles de expresión, especial-
mente en las aplicaciones biotecnológicas. No obstante, cuando 
se trata con productos génicos que pueden ser tóxicos puede ser 
más apropiado obtener un nivel de expresión bajo pero controlado 
estrictamente. Los vectores de expresión contienen secuencias 
reguladoras que permiten la manipulación de la expresión génica. 
Normalmente, el control es transcripcional, porque para obtener 
altos niveles de expresión es esencial producir gran cantidad de 
mRNA. En la práctica, los niveles de transcripción altos requieren 
promotores fuertes que unan la RNA-polimerasa de manera eficaz 
(  Sección 4.7). Sin embargo, el promotor nativo de un gen clo-
nado puede funcionar mal en el nuevo hospedador. Por ejemplo, 
los promotores de eucariotas o incluso de otras bacterias funcio-
nan mal o no funcionan en absoluto en E. coli. De hecho, incluso 
algunos promotores de E. coli funcionan a bajos niveles en E. coli 
porque sus secuencias se ajustan poco a la secuencia consenso 
del promotor y la RNA-polimerasa se une de manera poco eficaz 
(  Sección 4.7).
Por esta razón, los vectores de expresión deben contener un 
promotor que funcione eficazmente en el hospedador y que esté 
correctamente situado para dirigir la transcripción del gen clo-
nado. Entre promotores de E. coli que se usan en los vectores de 
expresión están lac (el promotor del operón lac), trp (el promo-
tor del operón trp), tac y trc (híbridos sintéticos de los promo-
tores trp y lac). Todos ellos son promotores «fuertes» de E. coli 
y pueden regularse de manera específica.
MINIRREVISIÓN
 ¿Por qué es necesario un hospedador para la clonación 
molecular?
 ¿Cuándo resulta ventajoso emplear un hospedador eucariótico 
para la clonación molecular?
11.9 Vectores lanzadera y vectores 
de expresión
Los genes clonados se pueden utilizar para muchas finalidades. 
Se han diseñado vectores especializados para su uso en las apli-
caciones más frecuentes, como transferir genes entre organismos 
de especies diferentes o para optimizar la expresión de un gen clo-
nado en un hospedador determinado. Estos vectores se denomi-
nan vectores lanzadera y vectores de expresión respectivamente.
Vectores lanzadera
Los vectores que pueden replicarse y mantenerse estables en 
dos (o más) organismos hospedadores no relacionados entre sí 
se llaman vectores lanzadera. Así pues, los genes que contiene 
un vector lanzadera se desplazan entre organismos no rela-
cionados. Se han desarrollado vectores lanzadera que pueden 
replicarse en Escherichia coli y en Bacillus subtilis, en E. coli y 
levadura, y en E. coli y células de mamífero, así como en otros 
muchos pares de organismos. La importancia de un vector lan-
zadera es que permite que el DNA sea clonado fácilmente en 
un organismo manipulable genéticamente y se obtiene un vec-
tor recombinante que se puede replicar en un segundo hospe-
dador sin ninguna modificación del vector.
Se han diseñado muchos vectores lanzadera para desplazar 
genes entre E. coli y la levadura. Los vectores de plásmidos bacte-
rianos fueron el punto de inicio, y se modificaron para funcionar 
también en levaduras. Como los orígenes de replicación bacte-
rianos no funcionan en los eucariotas, es necesario aportar un 
origen de replicación propio de levaduras. Una ventaja es que los 
orígenes de las secuencias de replicación del DNA son similares 
en diferentes eucariotas, de modo que el origen de las levaduras 
funciona también en organismos superiores. Cuando se dividen 
las células eucariotas, los cromosomas duplicados son separa-
dos por los microtúbulos (fibras del huso acromático) unidos a 
sus centrómeros (  Sección 2.20). Por consiguiente, los vecto-
res lanzadera de eucariotas deben contener un segmento de DNA 
del centrómero para poder distribuirse correctamente en la divi-
sión celular (Figura 11.17). Por suerte, en la levadura la secuencia 
de reconocimiento del centrómero, la secuencia CEN, es relativa-
mente corta y fácil de insertar en los vectores lanzadera.
Otro requisito es la presencia de un marcador práctico para 
seleccionar el plásmido en levaduras. Lamentablemente, las 
levaduras no son sensibles a la mayoría de los antibióticos que 
son eficaces contra las bacterias. En la práctica se utilizan las 
cepas hospedadoras de levaduras que son defectivas en la sín-
tesis de algún aminoácido o alguna base purínica o pirimidínica 
concretos. En el vector lanzadera se inserta una copia funcio-
nal del gen biosintético defectivo en el hospedador. Por ejemplo, 
si se utiliza el gen URA3, necesario para la síntesis de uracilo, 
la levadura no crecerá en ausencia de uracilo, a menos que 
adquiera una copia del vector lanzadera.
Resistencia
a la ampicilina
oriY
oriC
t/pa
ESM
CEN
MCS
Promotor
t/pa
Promotor
Figura 11.17 Mapa genético de un vector lanzadera utilizado en 
levadura. El vector contiene componentes que le permiten desplazarse entre 
Escherichia coli y la levadura y ser seleccionado en cada organismo: oriC, origen 
de replicación en E. coli; oriY, origen de replicación en levadura; MCS, sitio de 
clonación múltiple; ESM, marcador seleccionable en eucariotas; CEN, secuencia 
centromérica de levaduras; promotor; t/pa, señales de terminación de la 
transcripción/poliadenilación. Las flechas indican la dirección de la transcripción.
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