Interferon-alfa: a proteína do sistema imune que combate vírus e ajuda no tratamento do câncer
A biotecnologia moderna tem permitido a produção de proteínas terapêuticas capazes de tratar diversas doenças, desde infecções virais até certos tipos de câncer. Entre essas moléculas, o interferon-alfa se destaca por suas propriedades antivirais, antiproliferativas e imunomoduladoras, sendo amplamente utilizado como biofármaco. No entanto, produzir essas proteínas de forma eficiente ainda representa um desafio tecnológico.
Nesta matéria, apresentamos uma estratégia desenvolvida por pesquisadores que permite produzir interferon recombinante de forma solúvel em Escherichia coli, simplificando etapas do processo biotecnológico e contribuindo para o avanço na produção de biofármacos.
Como os interferons ativam o sistema imunológico e combatem vírus
Quando uma célula humana é infectada por vírus, uma das primeiras respostas do organismo é a produção de interferons. Essas pequenas proteínas fazem parte de uma família de citocinas responsáveis pela comunicação entre células do sistema imunológico e desempenham papel fundamental na defesa do organismo.
Os interferons foram descritos pela primeira vez como um fator solúvel liberado por células infectadas capaz de interferir na replicação viral em outras células, característica que deu origem ao nome da molécula. Além de sua ação antiviral, essas proteínas apresentam efeitos antiproliferativos e imunomoduladores, regulando diversos processos da resposta imune.
Os interferons podem ser produzidos por praticamente todos os tipos celulares humanos e atuar em diferentes tecidos do organismo. Entre eles, os interferons do tipo I incluem os interferons alfa, que se tornaram particularmente relevantes do ponto de vista terapêutico.
Entre as variantes mais conhecidas estão IFN-α2a e IFN-α2b, amplamente utilizadas como biofármacos no tratamento de infecções virais e certos tipos de câncer. Essas proteínas recombinantes fazem parte de diversos medicamentos biotecnológicos empregados na prática clínica moderna.
Os desafios da produção de proteínas recombinantes em bactérias
A bactéria Escherichia coli é um dos sistemas mais utilizados na produção de proteínas recombinantes na indústria biotecnológica. Isso ocorre porque ela apresenta crescimento rápido, facilidade de manipulação genética, alta produtividade e baixo custo de cultivo, além de ser considerada segura do ponto de vista viral.
Por essas razões, E. coli tornou-se uma plataforma amplamente utilizada para produzir biofármacos, incluindo interferons recombinantes.
Apesar das vantagens, a produção de proteínas humanas em bactérias enfrenta um desafio importante. A superexpressão de genes estrangeiros frequentemente leva à formação de agregados proteicos insolúveis chamados corpos de inclusão (inclusion bodies).
Esses agregados são compostos por proteínas mal dobradas e biologicamente inativas. Quando isso acontece, a proteína precisa ser recuperada por meio de processos complexos de solubilização com agentes desnaturantes e posterior renaturação (refolding) para recuperar sua estrutura tridimensional correta.
Esse processo de recuperação pode ser longo, tecnicamente difícil e economicamente oneroso. Além disso, parte das proteínas pode permanecer mal dobrada mesmo após o refolding, levando a perdas de rendimento que podem chegar a cerca de 50% durante a produção.
Por isso, encontrar estratégias capazes de produzir proteínas recombinantes já em sua forma solúvel e funcional continua sendo um dos principais desafios da biotecnologia.
Produção de interferon recombinante solúvel em E. coli: uma nova estratégia
Pesquisadores desenvolveram uma estratégia alternativa para produzir interferon-alfa recombinante diretamente em forma solúvel dentro da bactéria E. coli, evitando a formação de corpos de inclusão.
A abordagem explorou um fenômeno conhecido como expressão basal ou “leaky expression”, no qual pequenas quantidades da proteína são produzidas mesmo na ausência de indutores químicos. Em vez de utilizar compostos como IPTG para induzir fortemente a expressão do gene, os pesquisadores utilizaram essa produção basal para reduzir a velocidade de síntese da proteína.
Outro fator chave foi o controle da temperatura de cultivo. As células foram inicialmente cultivadas a 37 °C, permitindo rápido crescimento bacteriano e formação de biomassa. Em seguida, a temperatura foi reduzida para 16 °C, condição que diminui a velocidade de produção da proteína e favorece seu dobramento correto.
Essa combinação permitiu que a proteína fosse sintetizada mais lentamente, oferecendo tempo suficiente para adquirir sua estrutura tridimensional adequada.
Com essa estratégia, foi possível obter até 75% do interferon em forma solúvel no citoplasma bacteriano, evitando etapas complexas de renaturação e reduzindo custos no processo de produção.
Da bactéria ao biofármaco: como purificar interferon recombinante
Um caminho mais eficiente para produzir biofármacos recombinantes
Após a produção do interferon nas células de E. coli, foi necessário realizar etapas de purificação para obter a proteína em alto grau de pureza. O processo começou com a lise celular, realizada por ciclos de congelamento e descongelamento, que rompem as células bacterianas e liberam o conteúdo intracelular. Dessa forma, foi possível recuperar a fração solúvel que continha o interferon recombinante.
Em seguida, a proteína foi purificada por cromatografia de troca iônica, uma técnica amplamente utilizada em biotecnologia que separa moléculas com base em suas cargas elétricas. Para otimizar o processo, os pesquisadores testaram duas estratégias principais: a precipitação ácida seguida de cromatografia de troca catiônica e, alternativamente, uma etapa inicial de cromatografia de troca aniônica seguida de cromatografia de troca catiônica.
A combinação dessas etapas cromatográficas permitiu refinar o processo de purificação e alcançar níveis de pureza entre 97% e 99%, além de um rendimento de até 23,5 mg de proteína por litro de cultura bacteriana. Esses resultados são considerados competitivos para a produção de biofármacos recombinantes e demonstram a eficiência da estratégia desenvolvida.
Os resultados demonstram que o controle da expressão basal aliado ao cultivo em temperaturas mais baixas pode ser uma estratégia eficiente para produzir proteínas recombinantes solúveis em E. coli.
Essa abordagem reduz a necessidade de processos complexos de refolding e pode representar uma alternativa mais econômica para a fabricação de biofármacos não glicosilados, como interferons terapêuticos.
Além disso, a estratégia abre novas possibilidades para a produção de outras proteínas recombinantes de interesse farmacêutico.
Sobre a pesquisa
Este estudo foi conduzido por pesquisadores da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), da Fundação Ezequiel Dias (Funed) e do Centro de Tecnologia de Vacinas da UFMG, reunindo especialistas em biotecnologia e produção de biofármacos recombinantes.
Referência: Bretas RM et al. Fine-tuning of leaky expression delivers soluble and functional recombinant alphainterferon in the cytoplasm of E. coli. Protein Expression and Purification, 2026.
