Получение терминально n-деацетилированных олигомеров хитозана с помощью рекомбинантной хитоолигосахариддеацетилазы NodB Mesorhizobium loti, продуцируемой Escherichia coli
Автор: Леппянен И.В., Долгих В.В., Артамонова Т.О., Лопатин С.А., Ходорковский М.А., Тихонович И.А., Долгих Е.А.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Биоинженерия, биотехнологии
Статья в выпуске: 1 т.53, 2018 года.
Бесплатный доступ
Олигомеры хитина и хитозана влияют на рост и развитие растений и способны индуцировать их устойчивость к заражению фитопатогенами, что определяет интерес к получению и использованию этих соединений. Влияние олигомеров хитозана на растение непосредственно зависит от степени их деацетилирования, но при гидролизе полимера или химическом синтезе трудно получить соединения необходимой структуры. Такие задачи могут быть решены в процессе биосинтеза хитоолигосахаридов, когда используются ферменты с определенной специфичностью. Избирательная способность хитоолигосахариддеацетилазы (КФ 3.5.1.-) почвенных ризобий осуществлять монодеацетилирование хитоолигосахаридов по терминальному положению обусловливает интерес к изучению возможности использования этого фермента для получения таких соединений. В настоящей работе нами предложены подходы для синтеза монодеацетилированной хитопентаозы (тетра-N-ацетилхитопентаозы) с помощью фермента хитоолигосахариддеацетилазы бактерий Mesorhizobium loti. При гетерологичной экспрессии гена nodB, кодирующего хитоолигосахариддеацетилазу M. loti CIAM1803, в штаммах Escherichia coli XL1-Blue-MRF' и SHuffle express с помощью модифицированного вектора pOPE101mod -nodB с удаленной последовательностью pelB нам удалось получить фермент в растворимом состоянии. При этом количество растворимого фермента было выше в случае штамма SHuffle express, специально разработанного для обеспечения правильного формирования дисульфидных связей в синтезируемых белках. Изучение свойств фермента, очищенного на Ni-NTA агарозе, показало его способность деацетилировать пента-N-ацетилхитопентаозу по терминальному положению. Масс-спектрометрический анализ подтвердил использование практически всего субстрата для получения деацетилированной тетра-N-ацетилхитопентаозы. Были разработаны методы разделения и очистки деацетилированных хитоолигосахаридов с помощью ионообменной хроматографии с последующим обессоливанием. Синтез терминально N-деацетилированных олигомеров хитозана может быть необходимым этапом при получении их конъюгатов с биологически активными соединениями.
Олигомеры хитина и хитозана, хитоолигосахариддеацетилаза mesorhizobium loti, векторы pope101-215(yol) и prsetb, биосинтез, escherichia coli shuffle express и xl1-blue mrf'
Короткий адрес: https://sciup.org/142214118
IDR: 142214118 | DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.189rus
Список литературы Получение терминально n-деацетилированных олигомеров хитозана с помощью рекомбинантной хитоолигосахариддеацетилазы NodB Mesorhizobium loti, продуцируемой Escherichia coli
- Abu-Muriefah S.S. Effect of chitosan on common bean (Phaseolus vulgaris L.) plants grown under water stress conditions. Int. Res. J. Agric. Sci. Soil Sci., 2013, 3: 192-199.
- Chatelain P.G., Pintado M.E., Vasconcelos M.W. Evaluation of chitooligosaccharide application on mineral accumulation and plant growth in Phaseolus vulgaris. Plant Sci., 2014, 215-216: 134-140 ( ) DOI: 10.1016/j.plantsci.2013.11.009
- Khan W., Prithiviraj B., Smith D.L. Chitosan and chitin oligomers increase phenylalanine ammonia-lyase and tyrosine ammonia-lyase activities in soybean leaves. J. Plant Physiol., 2003, 160: 859-863 ( ) DOI: 10.1078/0176-1617-00905
- Aziz A., Trotel-Aziz P., Dhuicq L., Jeandet P., Couderchet M., Vernet G. Chitosan oligomers and copper sulfate induce grapevine defense reactions and resistance to gray mold and downy mildew. Disease Control and Pest Management, 2006, 96(11): 1188-1194 ( ) DOI: 10.1094/PHYTO-96-1188
- Gayoso G., Pomar F., Novo-Uzal E., Merino M., de Ilarduya O.M. The Ve-mediated resistance response of the tomato to Verticillium dahliae involves H2O2, peroxidase and lignins and drives PAL gene expression. Plant Biology, 2010, 10(232): 1471-2229 ( ) DOI: 10.1186/1471-2229-10-232
- Kaku H., Nishizawa Y., Ishii-Minami N., Akimoto-Tomiyama C., Dohmae N., Takio K., Minami E., Shibuya N. Plant cells recognize chitin fragments for defense signaling through a plasma membrane receptor. PNAS USA, 2006, 103: 11086-11091 ( ) DOI: 10.1073/pnas.0508882103
- Cabrera J.C., Messiaen J., Cambier P., Van Cutsem P. Size, acetylation and concentration of chitooligosaccharide elicitors determine the switch from defense involving PAL activation to cell death and water peroxide production in Arabidopsis cell suspensions. Physiologia Plantarum, 2006, 127: 44-56 ( ) DOI: 10.1111/j.1399-3054.2006.00677.x
- Conrath U., Domard A., Kauss H. Chitosan-elicited synthesis of callose and of coumarin derivatives in parsley cell suspension cultures. Plant Cell Rep., 1989, 8(3): 152-155 ( ) DOI: 10.1007/BF00716829
- Dzung N.A., Khanh V.T.P., Dzung T.T. Research on impact of chitosan oligomers on biophysical characteristics, growth, development and drought resistance of coffee. Carbohyd. Polym., 2011, 84: 751-755 ( ) DOI: 10.1016/j.carbpol.2010.07.066
- Spaink H., Sheeley D. M., van Brussel A.A.N., Glushka J., York W.S., Tak T., Geiger O., Kennedy E., Reinhold N., Lugtenberg B.J.J. A novel highly unsaturated fatty acid moiety of lipooligosaccharide signals determines host specificity of Rhizobium. Nature, 1991, 354: 125-130 ( ) DOI: 10.1038/354125a0
- Mergaert P., D'Haeze W., Geelen D., Promé D., Van Montagu M., Geremia R., Promé J.C., Holsters M. Biosynthesis of Azorhizobium caulinodans nod factors. J. Biol. Chem., 1995, 270(49): 29217-29223 ( ) DOI: 10.1074/jbc.270.49.29217
- Roche P., Maillet F., Plazanet C., Debelle F., Ferro M., Truchet G., Prome J.-C., Denarie J. The common nodABC genes of Rhizobium meliloti are host-range determinants. PNAS USA, 1996, 93: 15305-15310 ( ) DOI: 10.1073/pnas.93.26.15305
- Southwick A.M., Wang L.X., Long S.R., Lee Y.C. Activity of Sinorhizobium meliloti NodAB and NodH enzymes on thiochitooligosaccharides. J. Bacteriol., 2002, 184(14): 4039-4043 ( ) DOI: 10.1128/JB.184.14.4039-4043.2002
- John M., Rohrig H., Schmidt J., Wieneke U., Schell J. Rhizobium NodB protein involved in nodulation signal synthesis is a chitooligosaccharide deacetylase. PNAS USA, 1993, 90: 625-629 ( ) DOI: 10.1073/pnas.90.2.625
- Leppyanen I.V., Artamonova T.O., Lopatin S.A., Varlamov V.P., Tikhonovich I.A., Dolgikh E.A. Biosynthesis of hexa and pentameric chitooligosaccharides using N-acetyl-glucoseaminyl transferase from rhizobial bacteria. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2014, 4(5): 368-381 ( ) DOI: 10.1134/S2079059714050098
- Schmiedl A., Breitling F., Winter C., Queitsch I. Dübel S. Effect of unpaired cysteines on yield, solubility and activity in various recombinant antibody formats expressed in E. coli. J. Immunol. Methods, 2000, 242(1-2): 101-114 ( ) DOI: 10.1016/S0022-1759(00)00243-X
- Hamer S.N., Cord-Landwehr S., Biarnes X., Planas A., Waegeman H., Moerschbacher B.M., Kolkenbrock S. Enzymatic production of defined chitosan oligomers with a specific pattern of acetylation using a combination of chitin oligosaccharide deacetylases. Sci. Rep., 2015, 5: 8716 ( ) DOI: 10.1038/srep08716
- Miroux B., Walker J.E. Over-production of proteins in Escherichia coli: mutant hosts that allow synthesis of some membrane proteins and globular proteins at high levels. J. Mol. Biol., 1996, 260: 289-298 ( ) DOI: 10.1006/jmbi.1996.0399
- Bertani G. Studies on lysogenesis. I. The mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli. J. Bacteriol., 1951, 62: 293-300.
- Inoue H., Nojima H., Okayama H. High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Gene, 1990, 96: 23-28 ( ) DOI: 10.1016/0378-1119(90)90336-P
- Dower W.J., Miller J.F., Ragsdale C.W. High efficiency transformation of E. coli by high voltage electroporation. Nucleic Acids Res., 1988, 16: 6127-6145.
- Birnboim H.C., Doly J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res., 1979, 7: 1513-1523.
- Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 1970, 227: 680-685.
- Lobstein J., Emrich C.A., Jeans C., Faulkner M., Riggs P., Berkmen M. SHuffle, a novel Escherichia coli protein expression strain capable of correctly folding disulfide bonded proteins in its cytoplasm. Microb. Cell Fact., 2012, 11: 753 ( ) DOI: 10.1186/1475-2859-11-56
- Caspeta L., Flores N., Pérez N.O., Bolívar F., Ramírez O.T. The effect of heating rate on Escherichia coli metabolism, physiological stress, transcriptional response, and production of temperature induced recombinant protein: a scale-down study. Biotechnol. Bioeng., 2009, 102(2): 468-482 ( ) DOI: 10.1002/bit.22084
- Lopatin S.A., Ilyin M.M., Pustobaev V.N., Bezchetnikova Zh.A., Varlamov V.P., Davankov V.A. Mass-spectrometric analysis of N-acetylchitooligosaccharides prepared through enzymatic hydrolysis of chitosan. Anal. Biochem., 1995, 227, 285-288 ( ) DOI: 10.1006/abio.1995.1282
- Schmidt J., Wingender R., John M., Wieneke U., Schell J. Rhizobium meliloti nodA and nodB genes are involved in generating compounds that stimulate mitosis of plant cells. PNAS USA, 1988, 85(22): 8578-8582.
