بیان افزایش‌یافته پروتئین نوترکیب اکتیوین A با استفاده از محیط کشت بهینه‌سازی شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی مهندسی علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

چکیده

امروزه پروتئین اکتیوین A به دلیل کاربردهای بالینی فراوان در درمان زخم و بیماری‌های تحلیل عصبی، در میزبان‌های بیانی متفاوتی به ‌صورت نوترکیب تولید شده است. از آنجاکه یکی از راه‌های افزایش تولید، رسیدن به تراکم سلولی بالا می‌باشد، لذا بهینه‌سازی محیط کشت ضروری به نظر می‌رسد. بدین منظور در این پژوهش غلظت عصاره مخمر و گلیسرول به‌ عنوان منابع نیتروژن و کربن محیط کشت با استفاده از روش آماری RSM (روش سطح پاسخ)، برای دست‌یابی به بالاترین تراکم سلولی باکتری (DE3) 21BL E. coli ترانسفورم شده با وکتور Activin A : pET21a بهینه‌سازی شد. همچنین تأثیر نمک کلرید منیزیوم (MgCl2) بر روی میزان رشد باکتری مذکور مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاضر نشان‌دهنده بالاترین تراکم سلولی (رشد) در غلظت 42/5گرم بر لیتر عصاره مخمر، 22/5گرم بر لیتر گلیسرول، ۳۰ میلی‌مولار نمک MgCl2 می‌باشد. به‌علاوه نتایج دات بلات و آنالیز با نرم‌افزار Image J در این مطالعه نشان داد که میزان بیان پروتئین اکتیوین A نوترکیب در شرایط بهینه‌شده نسبت به محیط کشت پایه افزایش قابل ‌توجهی داشته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Increased expression of recombinant activin A using optimized cell culture medium

نویسندگان [English]

  • zahra hajihassan 1
  • Navid Nazari 2

1 Department of Life Science Engineering, Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran

2 Department of Life Science Engineering, Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran

چکیده [English]

Nowadays recombinant activin A has been produced in different expression hosts because of its vast clinical applications. As obtaining the highest cell density is one way to increase the production, optimization of cell culture medium is necessary. So in this study, glycerol and yeast extract concentration as carbon and nitrogen sources of medium was optimized by using RSM (response surface methodology) in order to achieve the highest cell density of E. coli DE3) 21BL) strain transformed with pET21a:activin A vector. Furthermore, the effect of MgCl2 on the growth of mentioned bacterium was studied. The results showed that the highest cell density (growth) was achieved in 42.5 g/L of yeast extract, 22.5 g/L of glycerol and 30 mM of MgCl2. Also, dot blot results and data analysis with Image J in this study showed that the expression level of recombinant activin A in the optimized medium has been increased in comparison to standard cell culture medium.

کلیدواژه‌ها [English]

  • glycerol
  • yeast extract
  • MgCl2
  • activin A

حاجی حسن زهرا، حسینی سید کاظم، زمردی پور علیرضا؛ (۱۳۹۵) "بهینه‌سازی رمزه و مقایسه‌ی بیان فاکتور رشد اکتیوین A به‌صورت نوترکیب در میزبان‌های باکتریاییBL21(DE3) pLysS  ،BL21(DE3)و BL21(DE3) Rosetta gami" زیست‌فناوری دانشگاه تربیت مدرس ۷(۲): ۵۰-۶۰.

جابری انصاری فرشید، حاجی حسن زهرا، جلیلی حسن؛ (۱۳۹۴) "تولید پروتئین نوترکیب β-NGF در باکتری اشریشیاکلی با استفاده از شیره خرما" زیستفناوری دانشگاه تربیت مدرس ۶(۲): ۶۰-۷۰.

Abdipranoto-Cowley, A., Park, J. S., Croucher, D., Daniel, J., Henshall, S., Galbraith, S. & Vissel, B. (2009). Activin A Is Essential for Neurogenesis Following Neurodegeneration. Stem Cells, 27(6), 1330–46.

Antsiferova, M. & Werner, S. (2012). The bright and the dark sides of activin in wound healing and cancer. Journal of Cell Science 125(17): 329-37.

Azaman, S. N. A., Ramakrishnan, N. R., Tan, J. S., Rahim, R. A., Abdullah, M. P., & Ariff, A. B. (2010). Optimization of an induction strategy for improving interferon-α2b production in the periplasm of Escherichia coli using response surface methodology. Biotechnology and Applied Biochemistry 56(4): 141–150.

Cao, J., Zhang, G., Mao, Z., Fang, Z., Yang, C., & Han, B. (2009). Influence of Mg2+ on the growth and activity of sulfate reducing bacteria. Hydrometallurgy 95(1–2): 127–134.

Cao, W., Li, H., Zhang, J., Li, D., Acheampong, D. O., Chen, Z., & Wang, M. (2013). Periplasmic expression optimization of VEGFR2 D3 adopting response surface methodology: Antiangiogenic activity study. Protein Expression and Purification 90(2): 55–66.

Chen, R. (2012). Bacterial expression systems for recombinant protein production: E. coli and beyond. Biotechnology Advances 30(5): 1102–1107.

Gholami Tilko, P., Hajihassan, Z., & Moghimi, H. (2017). Optimization of recombinant β-NGF expression in Escherichia coli using response surface methodology. Preparative Biochemistry and Biotechnology 47(4): 406–413.

Hajihassan, Z. and Biroonro N. (2018). Enhanced Expression of Recombinant Activin A in Escherichia coli by Optimization of Induction Parameters. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 29(2): 105 - 111.

Hanlon, G. W., Hodges, N. A. & Russell, A. D. (1982). The Influence of Glucose, Ammonium and Magnesium Availability on the Production of Protease and Bacitracin by Bacillus lichenf’formis. Journal of General Microbiology 128: 845–851.

Larentis, A. L., Argondizzo, A. P. C., Esteves, G. dos S., Jessouron, E., Galler, R., & Medeiros, M. A. (2011). Cloning and optimization of induction conditions for mature PsaA (pneumococcal surface adhesin A) expression in Escherichia coli and recombinant protein stability during long-term storage. Protein Expression and Purification 78(1): 38–47.

Lee, C., Sun, W.-J., Burgess, B. W., Junker, B. H., Reddy, J., Buckland, B. C., & Greasham, R. L. (1997). Process optimization for large-scale production of TGF-alfa-PE40 in recombinant Escherichia coli : effect of medium composition and induction timing on protein expression. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 18(4): 260–266.

Lin, E. C. C. (1976). Glycerol Dissimilation and its Regulation in Bacteria. Annual Review of Microbiology 30(1): 535–578.

Litwack, G. (2011). Activins and inhibins. Vol. 85, Academic Press, pp: 349.

Liu, J., Dietz, K., DeLoyht, J. M., Pedre, X., Kelkar, D., Kaur, J. & Casaccia, P. (2012). Impaired adult myelination in the prefrontal cortex of socially isolated mice. Nature Neuroscience 15(12): 1621–23.

Lusk, J. E., Williams, R. J. P., & Kennedy, E. P. (1968). Magnesium and the Growth of Escherichia coli. The Journal of Biological Bichemistry 243(10): 2618-24.

Nierhaus, K. H. (2014). Mg2+, K+, and the ribosome. Journal of Bacteriology 196(22): 3817–9.

Papakonstantinou, T., Harris, S. J., Fredericks, D., Harrison, C., Wallace, E. M., & Hearn, M. T. W. (2009). Synthesis, purification and bioactivity of recombinant human activin A expressed in the yeast Pichia pastoris. Protein Expression and Purification 64(2): 131–138.

Papaneophytou, C. P. & Kontopidis, G. A. (2012). Optimization of TNF-α overexpression in Escherichia coli using response surface methodology: Purification of the protein and oligomerization studies. Protein Expression and Purification 86(1): 35–44.

Papaneophytou, C. P., Rinotas, V., Douni, E., & Kontopidis, G. (2013). A statistical approach for optimization of RANKL overexpression in Escherichia coli: Purification and characterization of the protein. Protein Expression and Purification 90(1): 9–19.

Sambrook, J. and Russell, D. W. & Russell, D. W. (2001). Molecular cloning : a laboratory manual. Vol. 1, Cold Spring Harbor Laboratory Press, pp: 2100.

Savari, M., Zarkesh Esfahani, S. H., Edalati, M., & Biria, D. (2015). Optimizing conditions for production of high levels of soluble recombinant human growth hormone using Taguchi method. Protein Expression and Purification 114: 128–135.

Shidaifat, F., Khamas, W., & Hailat, N. (2001). Activin-A differentially regulates steroidogenesis by sheep granulosa cells. Research in Veterinary Science 71(1): 23–25.

Shin, C. S., Hong, M. S., Bae, C. S., & Lee, J. (1997). Enhanced Production of Human Mini‐Proinsulin in Fed‐Batch Cultures at High Cell Density of Escherichia coli BL21(DE3) [pET‐3aT2M2]. Biotechnology Progress 13(3): 249–57.

Silva, A. W. B., Bezerra, F. T. G., Costa, J. J. N., Rossi, R. O. D. S., Passos, M. J., Vasconcelos, G. L. & Silva, J. R. V. (2014). Differential effects of activin-A and FSH on growth, viability and messenger RNA expression in cultured bovine preantral follicles. Livestock Science 160: 199–207.

Stewart, A., Milborrow, H., Ring, J., & Crowther, C. (1986). Human inhibin genes: genomic characterisation and sequencing. FEBS Letters 206(2): 329-34.

Tsuchida, K., Nakatani, M., Hitachi, K., Uezumi, A., Sunada, Y., Ageta, H., & Thomson, J. (2009). Activin signaling as an emerging target for therapeutic interventions. Cell Communication and Signaling 7(1): 15.

Volontè, F., Marinelli, F., Gastaldo, L., Sacchi, S., Pilone, M. S., Pollegioni, L., & Molla, G. (2008). Optimization of glutaryl-7-aminocephalosporanic acid acylase expression in E. coli. Protein Expression and Purification 61(2): 131–137.

Vuillemin, M., Malbert, Y., Laguerre, S., Remaud-Siméon, M., & Moulis, C. (2014). Optimizing the production of an α-(1→2) branching sucrase in Escherichia coli using statistical design. Applied Microbiology and Biotechnology 98(11): 5173–84.

Walker, G. M. (1994). The Roles of Magnesium in Biotechnology. Critical Reviews in Biotechnology 14(4): 311–354.

Xia, Y. and Schneyer, A. L. (2009). The biology of activin: recent advances in structure, regulation and function. The Journal of Endocrinology 202(1): 1–12.

Yam, K., Yu, K., & Ge, W. (1999). Cloning and characterization of goldfish activin β A subunit. Molecular and Cellular Endocrinology 154(1-2): 45-54.

Yang, Y., Zhang, D., Liu, S., Jia, D., Du, G., & Chen, J. (2012). Expression and fermentation optimization of oxidized polyvinyl alcohol hydrolase in E. coli. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 39(1): 99–104.

 


دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 60
تابستان 1398
صفحه 186-202