Bacillus anthracis 는 치명적인 흡입 탄저의 병원성 물질이기 때문에 유전자와 단백질에 대한 연구가 엄격히 규제됩니다. 또 다른 접근법은 orthologous 유전자를 연구하는 것이다. B. cereus 의 B. anthracis ortholog (bc1531)에 대한 생물학적 물리 화학적 연구는 최소한의 실험 장비를 필요로하며 심각한 안전 문제가 없다고 설명합니다.
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Bacillus anthracis 는 치명적인 흡입 탄저의 병원성 물질이기 때문에 유전자와 단백질에 대한 연구가 엄격히 규제됩니다. 또 다른 접근법은 orthologous 유전자를 연구하는 것이다. B. cereus 의 B. anthracis ortholog (bc1531)에 대한 생물학적 물리 화학적 연구는 최소한의 실험 장비를 필요로하며 심각한 안전 문제가 없다고 설명합니다.
진정한 병원체에서 유전자와 단백질을 연구 할 때 안전 제한과 규제를 극복하기 위해 동질성을 연구 할 수 있습니다. Bacillus anthracis 는 치명적인 흡입 탄저병을 일으키는 절대 병원균입니다. Bacillus cereus 는 B. anthracis 를 가까운 진화 관계로 연구하는 데 유용한 모델로 간주됩니다. B. anthracis 의 유전자 클러스터 ba1554 - ba1558 은 Bacillus thuringiensis 의 bt1364 - bt1368 클러스터뿐만 아니라 B. cereus 의 bc1531 - bc1535 클러스터와 잘 보존되어 있으며 Bacillus 속의 관련 유전자의 중요한 역할을 나타낸다. 이 원고는 B. cereus , bc1531 에서 ortholog의 재조합 단백질을 사용하여 B. anthracis 의 유전자 클러스터에서 첫 번째 유전자 ( ba1554 )의 단백질 생성물을 준비하고 특성화하는 방법을 설명합니다.
재조합 단백질 발현은 제한된 단백질 양 및 유해한 오염과 같은 천연 단백질 공급원과 관련된 문제점을 극복하기 위해 널리 사용됩니다. 또한 병원성 유전자와 단백질 연구에서 추가적인 안전 예방 조치가 필요없는 대체 실험실 균주를 이용할 수 있습니다. 예를 들어, Bacillus cereus 는 Bacillus anthracis 를 가까운 진화 적 관계 로 연구하는데 유용한 모델이다.
B. 탄저균은 사람과 가축에서 치명적인 흡입 탄저병을 일으키는 필수 병원체이며 잠재적으로 생물 표지 2 로 사용될 수 있습니다. 따라서 B. anthracis 에 대한 실험실 연구는 BSL-3 (생물 안전성 수준 3) 관행을 요구하는 미국 질병 통제 센터 (Centers for Disease Control)에 의해 엄격히 규제되며 실험실 구역을 음의 실내 압력으로 격리하도록 요구합니다. B. anthracis 와는 대조적으로 B. cereus 는 BSL-1 약제로 분류되어 안전에 대한 염려가 거의 없다. B. cereus 는 감염시 식중독을 일으키는 기회 주의적 병원균으로 의료 지원없이 치료할 수 있습니다. 그러나 B. cereus 는 B. anthracis 와 많은 중요한 유전자를 공유하기 때문에 B. cereus 1의 동족체를 사용하여 B. anthracis 단백질의 기능을 연구 할 수 있습니다.
B. anthracis 의 ba1554 - ba1558 유전자 클러스터는 bc1531 - bc1535 클러스터와 잘 보존되어있다. Bacillus thuringiensis 의 bt1364-bt1368 클러스터뿐만 아니라 B. cereus 의 유전자 조직 및 염기 서열에 관한 것이다. 또한, 각 클러스터의 첫 번째 유전자 ( ba1554 , bc1531 및 bt1364 )는 절대적으로 보존되어 있습니다 ( 예 : 100 % 염기 서열 동일성). implyiBacillus 종에서 유전자 산물의 결정적인 역할. 이러한 유전자 클러스터에서의 위치 때문에, ba1554 는 추정 전사 조절 자로 오인되었다. 그러나 ba1554 산물의 아미노산 서열 분석은 MazG family에 속하는 것으로 나타 났는데, 이는 nucleotide pyrophosphohydrolase 활성을 가지고 있으며 전사 인자 활성과 관련이 없다 4 , 5 . MazG 계열에 속하는 단백질은 전체 서열과 길이가 다양하지만 EXXE 12-28 EXXD 모티프로 특징 지워지는 ~ 100 잔기의 MazG 도메인을 공유합니다 ( "X"는 아미노산 잔기를 의미하고 번호 X 잔기의 수를 나타낸다).
MazG 도메인은 특정 촉매 활동을 직접적으로 설명하지는 않습니다. Escherichia coli (EcMazG)의 MazG 구성원은 2 개의 MazG 도메인을 보유하고 있지만C 말단 MazG 도메인은 효소 적으로 활성이다 6 . 또한, MazG 효소의 기질 특이성은 비특이적 뉴 클레오 시드 트리 포스페이트 (EcMazG의 경우)에서 특정 dCTP / dATP (인테그린 관련 MazG의 경우) 및 dUTP (dUTPases의 경우) 6 , 7 , 8 , 9로 다양합니다. 따라서 BA1554 단백질의 생물 물리 화학적 분석은 NTPase 활성을 확인하고 기질 특이성을 해독하기 위해 필요하다.
여기에 BSL-3 시설이없는 대부분의 실험실이 분자 수준에서 B. anthracis ba1554 의 ortholog 인 B. cereus bc1531 유전자의 단백질 생성물을 특성화하기 위해 따라갈 수있는 단계별 프로토콜이 제공됩니다. 간단히, 재조합 BC1531 (rBC1531)을 대장균 에서 발현 시키고 친 화성 태그를 사용하여 정제 하였다. X 선 결정학 실험에서 결정rBC1531 단백질의 zation 조건을 스크리닝하고 최적화 하였다. rBC1531의 효소 활성을 평가하기 위해, NTPase 활성을 비색계로 모니터링하여 통상적으로 사용 된 방사성 표지 된 뉴클레오타이드를 회피 하였다. 마지막으로, 얻어진 생 물리 화학적 데이터의 분석은 rBC1531 결정으로부터 X- 선 회절 데이터를 얻는 것뿐만 아니라 rBC1531의 올리고머 화 상태 및 촉매 매개 변수를 결정할 수있게했다.
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1. rBC1531의 재조합 단백질 생산 및 정제
2. 결정화 스크리닝 및 rBC1531의 최적화
3. rBC1531의 뉴 클레오 시드 트리 포스파타제 (NTPase) 활성의 특성 규명
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본 연구에서 목적 단백질의 특성화는 충분한 양의 재조합 B. cereus bc1531 (rBC1531) 단백질을, 바람직하게는 수 밀리그램 이상으로 제조함으로써 시작되었다. BC1531 단백질을 코딩하는 DNA 단편은 B. cereus 의 게놈 DNA를 주형으로 사용하는 PCR 법으로 ba1554와 동일한 orthologous gene을 포함하고 있으므로 준비 하였다. rBC1531은 대장균 에서 가용성 단백질로 과발현되었다. rBC1531 단백질은 6x- 히스티딘 태그 및 그의 N- 말단 12 에서 트롬빈 절단 부위로 발현되었다. 정제의 첫 번째 단계로서 rBC1531을 니켈 친 화성 크로마토 그래피 ( 그림 1A )로 정제했습니다. 다음으로 트롬빈 소화 시험을 수행하여 rBC1531 ( 도 1A )로...
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실제 병원체에 대한 연구는 안전 제한 및 규정으로 인해 제한적입니다. 대안적으로, 진화적으로 관련된 비병원체 또는 덜 병원성 종을 사용하여 병원체를 연구할 수 있습니다. ba1554 유전자는 B. anthracis에서 중요한 유전자로 간주됩니다. 다행스럽게도 비임상 B. cereus 에는 동일한 유전자가 존재합니다.따라서 심각한 안전성 문제 없이 재조합 BC1531 단백질을 생물물리학 및 효소학적 특성화에 사용할 수 있습니다. 여기에서는 유전자에서 정제된 재조합 단백질로 이동하는 자세한 절차를 설명했습니다. 재조합 단백질을 사용하여 생물물리학적 특성 분석을 수행하여 사량체 rBC1531이 NTP 가수분해를 NMP 및 PPi로 촉매한다는 것을 밝혔습니다.
SEC는 rBC1531과 크기가 다른 세포 용해물에서 파생된 단백질 오염 물질을 제거하기 위해 단백질 정제의 마지막 단계로 사용되었습니다. 사량체인 rBC1531의 올리고머화 상...
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저자는 공개 할 것이 없습니다.
X 선 회절 데이터 세트는 포항 가속기 연구소 (한국)의 빔라인 7A에서 수집되었다. 이 연구는 과학 기술부, ICT 및 미래 계획 (2015R1A1A01057574, MH)이 자금을 지원하는 국립 과학 재단 (NRF)을 통해 관리되는 기초 과학 연구 프로그램의 지원을 받았다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Bacillus cereus ATCC14579 | Korean Collection for Tissue Culture | 3624 | |
| 게놈 DNA 준비 키트 | GeneAll | 106-101 | 게놈 DNA 준비 |
| Forward primer | Macrogen | GAAGGATCCGGAAGCAAAAA CGATGAAAGATATGCA | BamHI site에 밑줄이 그어짐 |
| Reverse primer | Macrogen | CTTGTCGACTTATTCTTTCTCT CCCTCATCAATACGTG | SalI 사이트에 밑줄이 그어져 있습니다. |
| nPfu-Forte | Enzynomics | P410 | PCR polymerase |
| BamHI | Enzynomics | R003S | |
| SalI | Enzynomics | R009S | |
| pET49b 발현 벡터 | Novagen | 71463 | 친화력 태그와 BamHI/SalI sites10 |
| T4 DNA ligase | Enzynomics | M001S | |
| Dialysis memebrane | Thermofisher | 18265017 | |
| Dry block heater | JSR | JSBL-02T | |
| LB broth (Luria-Bertani) | LPS solution | LB-05 | |
| LB Agar, Miller (Luria-Bertani)를 | Becton, Dickinson and Company | ||
| Kanamycin | LPS 솔루션 | KAN025 | |
| Mini-prep kit | Favorgen | FAPDE300 Plasmid DNA preparation | |
| BL21(DE3) Competent cell | Novagen | 69450-3CN | |
| Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) | Fisher BioReagents | 50-213-378 | |
| 염화나트륨 | 대정 | 7548-4100 | PBS 재료 |
| 염화칼 | 대정 | 6566-4405 | PBS 재료 |
| 인산칼 | Bio Basic Inc | PB0445 | PBS 재료 |
| 인산나트륨 | Bio Basic Inc | S0404 | PBS 재료 |
| Imidazole | Bio Basic Inc | IB0277 | |
| Sonicator | Sonics | VCX 130 | |
| Ni-NTA agaros | Qiagen | 30210 | 니켈 비드 |
| 로테이터 | Finepcr | AG | |
| Precision Plus 단백질 이중 색상 표준 | Bio-rad | 1610374 | SDS-PAGE 단백질 표준 |
| Coonmassie Brilliant Blue R-250 | Fisher BioReagents | BP101-25 | Coomassie 염색 용액 |
| 메틸 알코올 | 삼천 화학 물질 | M0585 | Coomassie 염색 용액 |
| 아세트산 | Daejung | 1002-4105 | Coomassie 염색 용액 |
| 투석 memebrane | Thermofisher | 68035 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-aldrich | M6250 | |
| Thrombin | Merckmillipore | 605157-1KUCN | 20 &mu의 부분 표본을 준비합니다. L (&mu 당 1 단위; L) 70°C에서 보관합니다. 사용 전 C 및 해동 |
| Superdex 200 16/600 | General Electric | 28989335 | 크기 제외 크로마토그래 |
| 겔 여과 표준 | Bio-rad | 151-1901 | |
| 원심 필터 | Amicon | UFC800396 | |
| Crystralization plates | Hampton research | HR3-083 | 96-well sitting drop plate |
| JCSG 코어 스위트 I-IV | Qiagen | 130924-130927 | 결정화 secreening 용액 |
| 현미경 | Nikon | SMZ745T | |
| Cryschem 플레이트 | Hampton Research | HR3-158 | 24-well sitting drop plate |
| 무기 피로포스파타제 | 시그마 | 10108987001 | |
| 암모늄 몰리브덴산염 용액 | 시그마 | 13106-76-8 | |
| L-아스코르브산 | Sigma | 50-81-7 | |
| NTP 기판 | Startagene | 200415-51 | |
| 분광 광도계 | Biotek | SynergyH1 | 마이크로 플레이트 리더 |
| GraphPad 프리즘 5 | GraphPad 프리즘 5 창 |
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