Представлен протокол для производства, очистки и использования упакованных в ферменты внешних мембранных везикул (OMV), обеспечивающий повышенную стабильность ферментов для реализации в различных приложениях.
Method Article
Представлен протокол для производства, очистки и использования упакованных в ферменты внешних мембранных везикул (OMV), обеспечивающий повышенную стабильность ферментов для реализации в различных приложениях.
Увеличивается интерес к применению методик синтеза биологии для программирования везикул наружной мембраны (OMV) приводят к очень интересным и уникальных приложений для OMV, где традиционные наночастицы оказываются слишком трудно синтезировать. На сегодняшний день все грамотрицательные бактерии, как было показано, чтобы произвести OMV, демонстрирующих упаковки разнообразных грузов, который включает небольшие молекулы, пептиды, белки и генетический материал. На основании их разнообразных грузов, OMV, участвуют во многих биологических процессах, начиная от межклеточной связи для переноса генов и доставки факторов вирулентности, в зависимости от которых бактерии производить OMV. Только в последнее время бактериальные OMV становятся доступными для использования в широком диапазоне применений путем разработки методов контроля и прямой упаковки рекомбинантных белков в OMV. Этот протокол описывает способ производства, очистки и использования фермента упаковывают OMV, предусматривающий улучшена Overaпроизводство Л.Л. рекомбинантного фермента, повышенной везикуляцией и повышенной стабильности фермента. Успешное использование этого протокола приведет к созданию бактериального штамма, который одновременно производит рекомбинантный белок и направляет его для OMV капсулирования путем создания синтетической связи между рекомбинантным белком и белком наружной мембраны в анкерной. Этот протокол также подробно методы выделения OMV из бактериальных культур, а также надлежащих методов обработки и вещей, которые следует учитывать при адаптации этого протокола для использования для других уникальных приложений, таких как: фармацевтическая доставки лекарственных средств, медицинской диагностике и восстановлению окружающей среды.
Представленный здесь метод для проектирования, производства и очистки ферментных загруженным бактериальных везикул наружной мембраны (OMV). OMV невелики, в первую очередь однослойными, протеолипосомы , которые варьируются в размерах от 30-200 нм 1,2. Все грамотрицательных и грамположительных бактерий , которые были изучены на сегодняшний день продемонстрировали выпуск либо OMV или внеклеточного везикул (EV) с их поверхности 3,4. Точный механизм, с помощью которого производится OMV, еще не выяснена из-за разнообразных популяций бактерий, которые секретируют их, а также различные функции, которые они обслуживают. OMV было показано для транспортировки широкого спектра грузов из малых молекул, пептидов и белков генетического материала , где подают разнообразные сложные сигнализации, транслокации генов и вирулентности функции 5,6.
Точные механизмы OMV биогенезе не хорошо охарактеризованы, и, по всей видимости различаются между видами бактерий. Несмотря на Тхиs факт, мы разработали метод для повышения эффективности упаковки рекомбинантного белка в OMV, создавая искусственную связь между интересующим белком и весьма распространенный белок эндогенными по отношению к бактериальной внешней мембране и последующей OMV. При отсутствии синтетического связывания, или искусственно включенной сродства между рекомбинантно экспрессировать белок и OMV наблюдаемая эффективность упаковки очень низкая 7. Этот результат следует ожидать, как включение белков внутри OMV либо происходит через случайный шанс инкапсуляцией именно в тот момент формирования OMV на бактериальной поверхности, или с помощью направленной упаковки с помощью механизмов, недостаточно хорошо изучены. Некоторые успехи были отмечены в упаковки белки просто через более чем выражение в периплазматическое пространство, которое опирается на случайный шанс инкапсуляция, но эффективной упаковки очень белков зависит с некоторыми белками упаковка на высокую эффективность по сравнению с другими мна не пакет вообще 8-10. Используя общие методы синтетической биологии мы стремились инженер кишечной палочки (E.coli) , чтобы одновременно производить, упаковки и секретировать активный интерес фермент в OMV , который обходит существующие ограничения знаний относительно того, как формируются OMV и как груз выбирается для бактерий упаковка.
Для целей настоящего приложения сплит-системы белка биоконъюгации была выбрана в качестве синтетического увязка выбора для облегчения направленного упаковки в OMV. Как следует из названия сплит-системы белка биоконъюгации состоит из двух дополняющих друг друга областей субъединиц, которые взаимодействуют друг с другом. Раскол белковые домены , выбранные для целей настоящего протокола упоминаются как SpyCatcher (SC) и SpyTag (ST) области и являются производными от Streptococcus Пирролидонилпептидаза фибронектин-связывающего белка (FbaB) 11. Эта система сплит белок является необычным в том, что WКурица двух субъединиц находятся в пределах досягаемости isopeptide связь спонтанно образует между проксимальным аспарагиновой кислоты и лизина аминокислотных остатков, создающих ковалентной связи. Формирование Isopeptide связь не требует добавления белков - шаперонов, каталитические ферменты или кофакторов , и может легко происходить при комнатной температуре (RT) и в широком диапазоне физиологически соответствующих условий 12.
Как доказательство концепции, была выбрана phosphotriesterase (PTE) (EC 3.1.8.1) от Brevundimonas diminuta быть упакованы в E.coli , полученный OMV 13. PTE содержит двухъядерный активный сайт Zn / Zn и обладает способностью расщеплять органофосфаты посредством реакции гидролиза конвертерной aryldialkylphosphates в dialkylphosphates и арильных спиртов 14. Воздействие органофосфатам ослабляет надлежащую функцию медиатора через ингибирования гидролиза ацетилхолина ацетилхолинэстеразы в нервно-мышечных синапсах Макинг фосфорорганические соединения , полученные чрезвычайно опасные 15. Длительное или значительное воздействие органофосфатам обычно приводит к неконтролируемым судорогам и обычно приводит к смерти через асфиксию. В то время как ПТЭ демонстрирует самую высокую каталитическую активность по отношению к параоксон, очень мощный инсектицид, он также способен гидролизовать широкий спектр других пестицидов и V / тип G химические нервно - паралитических веществ 16. Для облегчения OMV упаковки, бактериальной плазмиды была разработана, который кодирует ген конструкцию, содержащую индуцируемый промотор, периплазматического последовательность локализации и короткий сайт множественного клонирования выше последовательности гена СК. Введение гена PTE между лидерной последовательностью и последовательностью SC позволило для создания генетического переключателя, мишенью которого слитый белок ПТЭ-SC в периплазматическое пространство для OMV упаковки. Хотя усилия, описанные здесь, сосредоточены на ПТЭ, ген фермента является взаимозаменяемым и может быть легко заменена другой последовательностью гена к FACilitate упаковка альтернативного фермента или белка.
В качестве второй части синтетической связи, обильное белок наружной мембраны (OmpA) выбирают так, чтобы представить пептидную последовательность ST. В то время как выбор анкерной белка может варьироваться, важно, что белок имеет разрешающий домен, который представляет в периплазматическом пространстве, переносит слитой конструкции без индукции цитотоксичности, как известно, присутствует в OMV, и не агрегирует, когда она является рекомбинантным производится. OmpA является 37,2 кДа трансмембранный порин белок , который , как известно, высоко выражена в бактериальной внешней мембране и последующего OMV 17. Он участвует в транспорте малых молекул, <2 нм в размере, по всей бактериальной мембраны 18. Родной OmpA имеет два структурно уникальные домены, трансмембранный бета ствол мотив и periplasmically растворимый С-концевой части , как известно, взаимодействуют с пептидогликана 19. В мутантного OmpA-ST слитого Designed здесь С-концевую часть OmpA был удален, а ST был слит с periplasmically обращенной N- или С-концами. Удаление периплазматическому часть OmpA уменьшает количество взаимодействий между наружной мембраной и пептидогликана , что приводит к дестабилизации мембраны , приводящей к гипер- везикуляцией 7. Геномные OmpA поддерживалось в дополнение к рекомбинантно экспрессировать OmpA-ST конструкции для смягчения грубой мембранной дестабилизацию.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Получение плазмид
2. Генерация OMV Packaging кишечной палочки культуры
3. OMV Производство
4. OMV Очистка
5. Характеристика OMV
6. Проверка ферментного упаковки
7. OMV хранения
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Одновременная экспрессия двух рекомбинантных белков, как это требуется для упаковочной стратегии OMV, рассмотренное в данном протоколе, может быть достигнуто с помощью ряда различных путей. Здесь два вектора система была использована с совместимыми начала репликации и отдельных индуцируемых генов кассет. Для экспрессии PTE-SC построить коммерческую плазмиды основу (pACY184) был разработан, чтобы включать арабинозы индуцируемый ген кассету и двойник аргинином периплазмической лидерной лок...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Этот протокол функционирует с целью подтверждения представителя направленной упаковочной техники , в которой фермент интерес производится и упаковывается в OMV кишечной палочки. Как и в случае многих сложных методов существует множество областей, в которых протокол может быть изменен, чтобы приспособить для использования в различных уникальных приложений, некоторые из которых подробно описаны ниже. В то время как механизм OMV упаковки и фермента инкапсулирования могут быть адаптированы к конкретным потребностям...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Это исследование было профинансировано Управлением военно-морских исследований за счет основных средств, предоставленных Военно-морской исследовательской лаборатории.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| IPTG | Any Всегда | готовьте свежие или аликвотные и замораживайте. | |
| L-арабинозу | Any | можно приготовить заранее и хранить при температуре 4°C. | |
| Ampicillin | Any | Добавляйте непосредственно перед использованием после того, как среда достаточно остынет после автоклавирования. | |
| Хлорамфеникол | Любое | добавление непосредственно перед использованием после того, как среда достаточно остынет после автоклавирования. | |
| TB/LB Питательные среды | Любые | другие среды роста, скорее всего, будут работать аналогично. | |
| Triton X-100 | Любой | из многих потенциально подходящих поверхностно-активных веществ. | |
| Колбы для культуры с перегородками | Любые | Перегородки способствуют повышению уровня аэрации. | |
| CHES | Fisher Bioreagents | BP318-100 | Оптимальный буфер, используемый для дегредации параоксона (pH > 8). |
| Paraoxon | Chem Service | N-12816 | Очень токсичное вещество, с которым следует обращаться осторожно и правильно утилизировать. |
| Шприцевой фильтр 0,45 & микро; m | Thermo Scientific | 60183-221 (30 мм) | Диаметр фильтра зависит от объема образца. Мембрана с низким уровнем связывания с белками имеет решающее значение. |
| Шейкер инкубатор | Нью-Брансуик | Excella E24 | Точная температура и перемешивание необходимы для воспроизводимого роста бактерий. |
| Центрифуга для культуры Sorvall | Thermo Scientific | RC 5B PLUS | Центрифуга для культур большого объема (500 мл), способная производить 7 000 г. |
| Ультрацентрифуга Sorvall | Thermo Scientific | WX Ultra 90 | Способный выдерживать центробежные силы & 150 000 x g. |
| Ротор ультрацентрифуги | Thermo Scientific | AH-629 | Убедитесь, что ротор и трубки используются правильно, а также что все правильно сбалансировано. |
| Ультрапрозрачные ультрацентрифужные пробирки (25 x 89 мм) | Beckman Coulter | 344058 | Перед использованием убедитесь, что нет стрессовых переломов и что пробирки точно сбалансированы. |
| Спектрофотометр | Tecan | Infinite M1000 | Необходим для ферментативных кинетических анализов. |
| DLS/отслеживание частиц | NanoSight | LM10 | необходим для определения распределения по размерам и концентрации OMV. |
| BL21(DE3) | NEB | Подходящий штамм экспрессии бактерий. | |
| pET22 | EMD Millipore | 69744-3 | Вместо них можно использовать другие плазмиды. |
| pACYC184 | NEB | Вместо них можно использовать другие плазмиды. | |
| Набор для экстракции геля | Qiagen | 28704 | Пример набора. |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission