$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ekspresja białek rekombinowanych jest powszechnie stosowana do rozwiązywania problemów związanych z naturalnymi źródłami białka, takich jak ograniczone ilości białka i szkodliwe zanieczyszczenie. Co więcej, w badaniach genów i białek chorobotwórczych można wykorzystać alternatywny szczep laboratoryjny, który nie wymaga dodatkowych środków ostrożności. Na przykład Bacillus cereus jest użytecznym modelem do badania Bacillus anthracis ze względu na ich bliskie pokrewieństwo ewolucyjne1.
B. anthracis jest obowiązkowym patogenem, który powoduje śmiertelne wdychanie wąglika u ludzi i zwierząt gospodarskich i może być potencjalnie używany jako broń biologiczna2. W związku z tym badania laboratoryjne nad B. anthracis są ściśle regulowane przez amerykańskie Centra Kontroli Chorób, wymagające praktyk poziomu bezpieczeństwa biologicznego 3 (BSL-3), które nakazują segregację obszaru laboratoryjnego przy ujemnym ciśnieniu w pomieszczeniu. W przeciwieństwie do B. anthracis, B. cereus jest klasyfikowany jako środek BSL-1, a zatem ma minimalne obawy dotyczące bezpieczeństwa. B. cereus jest oportunistycznym patogenem, który po zakażeniu powoduje zatrucie pokarmowe, które można leczyć bez pomocy medycznej. Ponieważ jednak B. cereus dzieli wiele krytycznych genów z B. anthracis, funkcje białek B. anthracis można badać przy użyciu odpowiednich homologów B. cereus1.
Klaster genów ba1554 - ba1558 B. anthracis jest wysoce konserwatywny z klastrem bc1531- bc1535 B. cereus, jak również z klastrem bt1364-bt1368 Bacillus thuringiensis, pod względem organizacji i sekwencji genów. Co więcej, pierwsze geny (ba1554, bc1531 i bt1364) odpowiednich klastrów są absolutnie konserwatywne (tj. 100% identyczność sekwencji nukleotydów), co sugeruje krytyczną rolę produktu genu w gatunkach Bacillus. Ze względu na swoją lokalizację w tych klastrach genów, ba1554 został błędnie zidentyfikowany jako domniemany regulator transkrypcji3. Jednak analiza sekwencji aminokwasów produktu ba1554 wskazuje, że należy on do rodziny MazG, która ma aktywność pirofosfohydrolazy nukleotydowej i nie jest związana z aktywnością czynnika transkrypcyjnego4,5. Chociaż białka należące do rodziny MazG są zróżnicowane pod względem ogólnej sekwencji i długości, mają wspólną domenę MazG o długości ~100 reszt charakteryzującą się motywem EXXE12-28EXXD ("X" oznacza dowolną resztę aminokwasową, a liczba wskazuje liczbę reszt X).
Domena MazG nie zawsze bezpośrednio odpowiada za określoną aktywność katalityczną. Członek MazG z Escherichia coli (EcMazG) posiada dwie domeny MazG, ale tylko C-końcowa domena MazG jest aktywna enzymatycznie 6. Co więcej, specyficzność substratowa enzymów MazG waha się od niespecyficznych trifosforanów nukleozydów (dla EcMazG) do specyficznych dCTP/dATP (dla MazG związanych z integrynami) i dUTP (dla dUTPaz)6,7,8,9. W związku z tym konieczne są analizy biofizykochemiczne białka BA1554 w celu potwierdzenia jego aktywności NTPazy i rozszyfrowania jego specyficzności substratowej.
Tutaj udostępniamy krok po kroku protokół, który większość laboratoriów bez urządzenia BSL-3 może zastosować, aby scharakteryzować produkt białkowy genu B. cereus bc1531, który jest ortologiem B. anthracis ba1554, na poziomie molekularnym. Krótko mówiąc, rekombinowany BC1531 (rBC1531) uległ ekspresji w E. coli i został oczyszczony za pomocą znacznika powinowactwa. W przypadku eksperymentów krystalograficznych rentgenowskich warunki krystalizacji białka rBC1531 zostały przebadane i zoptymalizowane. Aby ocenić aktywność enzymatyczną rBC1531, aktywność NTPazy monitorowano kolorymetrycznie, aby uniknąć radioaktywnie znakowanych nukleotydów, które były tradycyjnie stosowane. Ostatecznie analizy uzyskanych danych biofizykochemicznych pozwoliły na określenie stanu oligomeryzacji i parametrów katalitycznych rBC1531, a także na uzyskanie danych dyfrakcji rentgenowskiej z kryształu rBC1531.