ES2276691T3 - Peptidos señales aislados de lactococcus lactis. - Google Patents
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Abstract
Una molécula de ADN aislada que comprende una secuencia de ADN que codifica para un péptido señal seleccionado a partir del grupo que consiste en SEQ ID NO:42 (310mut1), SEQ ID NO:43 (310mut2), SEQ ID NO:44 (310mut3), SEQ ID NO:45 (310mut4), SEQ ID NO:46 (310mut5), SEQ ID NO:47 (310mut6), SEQ ID NO:48 (310mut7), SEQ ID NO:49 (310mut8), SEQ ID NO:51 (310mut10), SEQ ID NO:52 (310mut11), SEQ ID NO:53 (310mutA), SEQ ID NO:54 (310mutB), SEQ ID NO:55 (310mutC), SEQ ID NO:56 (310mutA1), SEQ ID NO:57 (310mutB1), SEQ ID NO:58 (310mutD2), SEQ ID NO:59 (310mutD7), SEQ ID NO:60 (310mutE2), SEQ ID NO:61 (310mutE11) y SEQ ID NO:62 (310mutF2).
Description
Péptidos señales aislados de Lactococcus
lactis.
La presente invención se refiere al campo de los
sistemas de expresión microbianos, en particular, a medios para
mejorar el nivel de secreción de productos génicos homólogos o
heterólogos en células huésped recombinantes. Específicamente, se
proporcionan nuevos péptidos señal aislados a partir de
Lactococcus spp., y mutantes de tales péptidos señal que
tienen una mayor eficacia.
El grupo de bacterias Gram positivas,
denominadas generalmente bacterias del ácido láctico, incluyendo
Lactococcus spp. tales como Lactococcus lactis,
Lactobacillus spp., Streptococcus spp., Leuconostoc spp. y
Oenococcus spp. se usan comúnmente en la fabricación de
productos de alimentación y alimentos, por ejemplo, como cultivos
de fermentación láctea en la fabricación de productos lácteos
fermentados tales como mantequilla, queso y yogur. La
Lactococcus lactis es un ejemplo típico de una bacteria Gram
positiva usada para la fabricación de un amplio rango de productos
lácteos fermentados.
Además, las bacterias del ácido láctico se usan
actualmente como células huésped recombinantes para la producción
de productos génicos heterólogos y homólogos tales como productos
farmacéuticamente activos o enzimas. Entre las aplicaciones
industriales emergentes para L. lactis, el trabajo reciente
de los inventores se ha enfocado hacia la producción de proteínas
heterólogas con un potencial como vacunas, agentes terapéuticos o
enzimas. El sistema de expresión usado incluye un promotor fuerte
regulado y ha permitido una producción de altos niveles de
\beta-galactosidasa de Leuconostoc
mesenteroides recombinante, LacLM (Madsen et al.,
1999).
Con el desarrollo de microorganismos como
fábricas de células para la producción de proteínas heterólogas, se
han establecido un número de herramientas genéticas para conseguir
una mejor expresión génica. Éstas incluyen a fuertes promotores,
vectores de número de copia altos, el uso de codon optimizado y
mejores cepas de producción, y su uso ha causado un aumento de los
niveles de producción.
Usando estas herramientas optimizadas, la
secreción de proteínas heterólogas en el sobrenadante del cultivo
podría representar una etapa limitante. Por lo tanto, el
conocimiento molecular de la secreción de proteínas también surge
como un objeto de la investigación aplicado. Para facilitar el
procesamiento corriente abajo de proteínas producidas por
recombinación, generalmente se desea la secreción de la proteína.
Para alcanzar una secreción eficiente de productos génicos
heterólogos se requiere que sean usadas construcciones en las
cuales el gen que codifica para el producto génico deseado se una
operativamente a un gen que codifique para un péptido señal eficaz
que pueda ser reconocido por las peptidasas de señal de la célula
huésped.
El proceso de secreción en la bacteria incluye
acontecimientos que ocurren justo después de la traducción del
mRNA, es decir, el reconocimiento subsecuente del péptido señal (SP)
en la cadena de polipéptidos desdoblada naciente por el aparato Sec
y la división por la peptidasa señal en el desplazamiento a través
de la membrana celular.
La ruta dependiente de Sec es el mejor sistema
estudiado para la exportación de proteínas. Aunque se sepa que
prácticamente todas las proteínas exportadas vía este mecanismo
requieren un SP, no se entiende claramente cómo la estructura del
SP interactúa con los diferentes componentes de la maquinaria de
secreción en la célula. La reciente caracterización de una ruta
independiente de Sec que es conservadora entre E. coli y
plantas ilustra el hecho de que las proteínas sean exportadas por
un número de rutas distintas (Settles y Martienssen, 1998; Stephens
1995). Los mecanismos implicados requieren normalmente la presencia
de motivos de secuencia en la proteína exportada.
Los SP son las extensiones del extremo
N-terminal presentes en las proteínas secretadas
dependientes de Sec. La estructura de un SP típico incluye tres
regiones distintas: (i) una región del extremo
N-terminal que contiene un número de aminoácidos
positivamente cargados, lisina y arginina; (ii) un corazón hidrófobo
central y; (iii) un extremo C-terminal hidrófilo
que contiene el motivo de secuencia reconocido por la peptidasa
señal (von Heijne, 1990). A pesar de las semejanzas estructurales,
se observa una gran variación de la secuencia entre los diferentes
SP. Esta variación ha sido asociada recientemente con la selección
específica de las proteínas secretadas (Martoglio y Dobberstein,
1998).
Los estudios de secreción en Escherichia
coli han mostrado la influencia de la región del núcleo
hidrófobo de SP en un procesamiento eficiente. Los SP con regiones
del núcleo altamente hidrófobas soportaron una alta tasa de
transporte incluso cuando se usó una región del extremo
N-terminal cambiada con carga negativa (Izard et
al., 1996). PhoA ha sido usado como una proteína modelo para
estudios de secreción detallados en esta bacteria. El efecto de la
eliminación de restos que rompen hélices (Gly o Pro) puede ser
compensado por una mayor hidrofobia (Izard et al., 1995). En
experimentos competitivos, dos SP idénticos fueron colocados extremo
desde el extremo N-terminal al PhoA y la tasa de
utilización ambos SP se demostró que era dependiente en pequeños
aumentos de la hidrofobia de uno del SP (Chen et al., 1996).
Además, se mostró que una carga negativa reducida en el extremo
amino terminal causaba una afinidad total inferior para la ruta de
transporte (Izard et al., 1996).
La caracterización de numerosas proteínas
extracelulares ha permitido el desarrollo de un método para la
predicción de la presencia y la localización de sitios de división
del péptido señal en secuencias de aminoácidos de diferentes
organismos incluyendo procariotas gram positivo y gram negativo, y
eucariotas (Nielsen et al., 1997). El método implica una
predicción de sitios de división y una predicción del péptido
señal/péptido no señal basada en una combinación de varias redes
neuronales artificiales. El uso de este método permite el diseño
preliminar y el análisis de derivados de SP antes de su construcción
y del ensayo in vivo.
Las proteínas que son seleccionadas para la
secreción incluyen una secuencia señal o péptido señal (SP) en el
extremo N-terminal. Los SP son reconocidos y
divididos por una peptidasa líder o señal, un componente de la
maquinaria de secreción de la célula, durante el desplazamiento a
través de la membrana celular (Martoglio y Dobberstein, 1998). Los
SP tienen normalmente de 25 a más de 35 aminoácidos (aa) en tamaño
en bacterias Gram positivas. Los SP no comparten la homología de
secuencia, pero a menudo están compuestos de un extremo
amino-terminal que incluye uno o varios aa básicos,
un corazón hidrófobo central de siete o más aa, y un extremo
carboxi-terminal hidrófilo que contiene el motivo
que es reconocido por las peptidasas de señal (Martoglio y
Dobberstein, 1998). Una revisión de los SP disponible de L.
lactis sugirió el uso del SP a partir de Usp45, la principal
proteína de lactococos secretada (van Asseldonk et al.,
1990). Este SP, según se comentaba, era funcional en la secreción
de varias proteínas heterólogas en L. lactis (van Asseldonk
et al., 1993).
Estrategias tradicionales para la identificación
de los SP en L. lactis han seguido la construcción de
genotecas genómicas en un vector que llevaba un gen indicador sin
promotor. En general, el trabajo en bacterias Gram positivas ha
implicado el uso de genes indicadores con una funcionalidad
demostrada para la identificación de los SP en bacterias Gram
negativas. Estos indicadores incluyen BlaM, la
\beta-lactamasa de E. coli (Sibakov et
al., 1991; Pérez-Martínez et al., 1992).
El uso de BlaM para la identificación de SP de L. lactis
implicaba una limitación en la posibilidad del rastreo directo en
L. lactis y esto ha sido asumido que es debido a diferencias
del uso del codon y a los requerimientos de plegamiento de la
proteína para BlaM (Pouquet et al., 1998). Por lo tanto, el
rastreo primario de genotecas genómicas de bacterias Gram positivas
ha sido llevado a cabo hasta ahora en E. coli y
consecuentemente han sido analizados clones positivos en L.
lactis (Sibakov et al., 1991;
Pérez-Martínez et al., 1992) imponiéndose así
una tediosa y laboriosa etapa de selección para la funcionalidad en
el huésped primario. Un indicador de secreción más apropiado, la
\beta-amilasa extracelular de Bacillus
licheniformis también se ha usado en el rastreo para los SP de
lactococos, pero siguiendo la misma estrategia de rastreo
(Pérez-Martínez et al., 1992). Estas
estrategias causaron el aislamiento de los SP del tipo I
exclusivamente. Además, algo de la funcionalidad de las secuencias
identificadas fue debida a la presencia de restos de aminoácidos
derivados de sitios de clonación múltiples en el vector. Estos
aminoácidos satisficieron los requerimientos para la región del
extremo C-terminal de estos tipos de SP
(Pérez-Martínez et al., 1992).
En consecuencia, la invención se refiere, en un
primer aspecto, a una molécula de ADN aislada que comprende una
secuencia de ADN que codifica para un péptido señal seleccionado a
partir del grupo que consiste en 310mut1 (SEQ ID NO:42), 310mut2
(SEQ ID NO:43), 310mut3 (SEQ ID NO:44), 310mut4 (SEQ ID NO:45),
310mut5 (SEQ ID NO:46), 310mut6 (SEQ ID NO:47), 310mut7 (SEQ ID
NO:48), 310mut8 (SEQ ID NO:49), 310mut10 (SEQ ID NO:51), 310mut11
(SEQ ID NO:52), 310mutA (SEQ ID NO:53), 310mutB (5EQ ID NO:54),
310mutC (SEQ ID NO:55), 310mutA1 (SEQ ID NO:56), 310mutB1 (SEQ ID
NO:57), 310mutD2 (SEQ ID NO:58), 310mutD7 (SEQ ID NO:59), 310mutE2
(SEQ ID ND:60), 310mutE11 (SEQ ID NO:61) y 310mutF2 (SEQ ID
NO:62).
En un aspecto más, la presente invención se
refiere a una molécula de ADN aislada que comprende una secuencia
de ADN que codifica para el péptido señal SP310 (SEQ ID NO:41).
Otros aspectos más de la presente invención se
refieren a un plásmido recombinante y a una bacteria recombinante
que comprende una secuencia de ADN de acuerdo con la invención.
En un aspecto todavía más, la presente invención
se refiere al uso de una bacteria de acuerdo con la invención para
la producción de un producto génico deseado.
Un objetivo principal de la presente invención
es proporcionar un nuevo elemento transponible que permita la
identificación directa, es decir, sin uso de una especie bacteriana
intermedia, en el genoma de una bacteria del ácido láctico de una
secuencia que codifica para un SP. Tal elemento puede ser
proporcionado por un método para construir un derivado de
transposón para identificar en una bacteria del ácido láctico una
secuencia de ADN que codifica para un péptido señal (SP).
En una primera etapa, se selecciona una molécula
de ADN que comprende un transposón, que incluye entre su extremo
izquierdo (EI) y su extremo derecho (ED) una secuencia que comprende
un gen indicador promotor sin promotor y un sitio de unión del
ribosoma (RBS). En el contexto presente, una tal molécula de ADN
útil es una que comprende el transposón Tn917 o un derivado
de éste. Un derivado de Tn917 particularmente útil es el
plásmido pLTV1 que además del transposón Tn917 comprende un
gen lacZ sin promotor y un sitio de unión del ribosoma
(RBS).
A partir de la molécula de ADN transponible
básica seleccionada se suprime una región, localizada entre el EI y
el gen indicador sin promotor, para obtener una molécula de ADN
modificada que conserva su transponibilidad y su RBS, seguido por
la inserción de un sitio de restricción único en la región restante
localizada entre el EI y el gen indicador sin promotor e insertando
en dicho sitio de restricción único una secuencia de ADN que
codifica para una molécula indicadora de la secreción que no incluya
una secuencia que codifique para un SP.
Al suprimir la región localizada entre el EI y
el gen indicador sin promotor se logra que el derivado de transposón
así obtenido esté sin codones de terminación en marco con la
molécula indicadora de la secreción permitiendo, en la
transposición, fusiones translacionales corriente arriba del EI.
Entre los indicadores de la secreción que pueden
ser usados en L. lactis y otras especies bacterianas del
ácido láctico, los genes que codifican para nucleasas se prefieren
en la presente, incluyendo la nucleasa (Nuc) de Staphylococcus
aureus, una proteína extracelular natural que se ha demostrado
que es útil en L. lactis como indicador de la secreción
(Poquet et al., 1998). El Nuc es adecuado para el rastreo de
SP ya que la proteína es inactiva intracelularmente y su estructura
es bastante simple (es un monómero, carece de puentes disulfuro).
Además, el uso del codon en el gen nuc es apropiado por el
alto nivel de expresión en lactococos, y el ensayo de placa para la
detección de secreción no es tóxico, eliminando la necesidad del
replicación en placa.
Las moléculas derivadas del transposón son
útiles para la identificación en una bacteria del ácido láctico de
una secuencia de ADN que codifica para un péptido señal (SP). Tal
molécula comprende un primer elemento en forma de una molécula de
ADN que comprende un elemento transposón incluyendo entre su extremo
izquierdo (EI) y su extremo derecho (ED) una secuencia que
comprende un gen indicador promotor sin promotor y un sitio de
unión del ribosoma. Un ejemplo de un gen indicador promotor útil es
el gen lacZ.
Es una propiedad significativa de este primer
elemento que la molécula de ADN esté sin codones de terminación en
la región corriente arriba del gen indicador del promotor que está
en marco con la molécula indicadora de la secreción del segundo
elemento inferior, lo que permite, en la transposición del derivado
de transposón, la expresión de fusiones translacionales corriente
arriba del EI.
La molécula del derivado de transposón
comprende, como un segundo elemento, una secuencia de ADN que
codifica para una molécula indicadora de la secreción, estando
dicha secuencia de ADN sin una secuencia que codifique para un SP.
En una realización preferida en la presente invención, el gen
indicador de secreción es un gen que codifica para una nucleasa tal
como el gen nuc derivado de Staphylococcus aureus.
En realizaciones útiles, el derivado de
transposón se deriva a partir de Tn917 o su derivado
incluyendo pLTV1. Un derivado del transposón particularmente útil
de acuerdo con la invención es el pTnNuc, cuya construcción
y función se describen detalladamente en los ejemplos siguientes.
Además de los primeros y segundos elementos anteriores, el derivado
del transposón puede comprender además un marcador de selección, por
ejemplo, un gen con resistencia a antibióticos o una mutación que
confiera auxotrofía contra un componente nutritivo esencial.
La identificación, en una bacteria del ácido
láctico, de una secuencia de ADN que codifica para un péptido señal
(SP) puede ser lograda por el método descrito en este documento. El
método comprende las etapas de transformar una bacteria del ácido
láctico con una molécula de derivado de transposón como se describe
anteriormente y seleccionar de la bacteria del ácido láctico
transformada, células en las cuales el gen indicador promotor sin
promotor se exprese y se secrete el producto génico de la secuencia
de ADN que codifica para una molécula indicadora de la
secreción.
Será apreciado que una expresión del gen
indicador del promotor es una indicación de que el elemento
transponible ha sido integrado en un gen de la célula bacteriana de
ácido láctico en una posición en la que se une operativamente a un
promotor en el cromosoma de la célula. El rastreo simultáneo para la
expresión del gen indicador sin promotor y el gen indicador de
secreción en el medio, que son indicativos para el producto de
fusión del gen indicador promotor y el gen indicador de secreción,
permite la identificación directa de clones que comprenden una
secuencia que codifica para un SP funcional.
La bacteria del ácido láctico, que se usa en lo
anterior como una fuente para los SP funcionales, puede ser de
cualquier especie que pertenezca al grupo de bacterias generalmente
conocido como bacterias del ácido láctico. Este grupo incluye
Lactococcus spp., tales como Lactococcus lactis,
Lactobacillus spp. incluyendo como ejemplos Lactobacillus
acidophilus y Lactobacillus plantarum, Leuconostoc spp.
tales como Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus spp. y
Streptococcus spp.
En realizaciones preferidas, el derivado de
transposón es transpuesto al azar o casi al azar.
Será apreciado que cuando los clones, que
comprenden una secuencia que codifica para un SP funcional, han
sido identificados usando el método anterior, tal secuencia puede
ser aislada conforme a técnicas convencionales para aislar
secuencias de nucleótidos. Habiendo aislado tal secuencia, de ser
deseado, puede ser insertada en especies homólogas o heterólogas
con el objetivo de mejorar u optimizar la secreción de los productos
génicos deseados.
Las moléculas de ADN adecuadas incluyen tales
moléculas en las que la secuencia de ADN que codifica para un
péptido señal es el clon SP310 como se describe en los ejemplos
siguientes, y su mutante.
Se ha encontrado que es posible realzar la
eficacia de secreción de un producto génico deseado uniendo
operativamente el gen que codifica para el producto génico a un
mutante de una secuencia que codifica para un SP que se da
naturalmente. Tal mutación puede ser producida por técnicas de
mutagénesis convencionales tales como mutagénesis mediante
irradiación UV o usando mutágenos químicos. Sin embargo, se ha
encontrado que la mutagénesis dirigida es un medio conveniente y
eficaz para producir a mutantes de SP que tienen mejores
características funcionales. Tal mutagénesis puede causar la
sustitución, deleción o adición de uno o varios restos de
aminoácidos. En los ejemplos siguientes, se describe un rango de
tales SP mutados, de los cuales varios muestran una eficacia de
secreción más alta que el SP tipo silvestre correspondiente. Estos
mutantes incluyen los designados en este documento como 310mut1,
310mut2, 310mut3, 310mut4, 310mut5, 310mut6, 310mut7, 310mut8,
310mut10, 310mut11, 310mutA, 310mutB, 310mutC, 310mutA1, 310mutB1,
310mutD2, 310mutD7, 310mutE2, 310mutE11 y 310mutF2,
respectivamente.
La invención también proporciona plásmidos
recombinantes que comprenden una molécula de ADN aislada de la
invención. Un ejemplo de tal plásmido incluye \Delta310::Nuc como
se describe en este documento. En realizaciones útiles, el plásmido
recombinante de acuerdo con la invención comprende a un promotor
regulable operativamente unido al gen indicador de secreción. La
regulación de la actividad del promotor preferiblemente está causada
por factores condicionantes del crecimiento para la célula huésped
que lleva el plásmido tales como la temperatura de crecimiento, el
pH, la fase de crecimiento y los cambios de la composición nutritiva
del medio que ocurren durante el crecimiento de la célula huésped.
En el contexto presente, un promotor útil es el promotor P170 como
se describe a continuación en este documento.
En un aspecto todavía más, la invención se
refiere a una bacteria recombinante que comprende una secuencia de
ADN de la invención. Una tal bacteria recombinante es cualquier
bacteria gram positivo o gram negativo que se use como célula
huésped en la producción de los productos génicos deseados. Los
ejemplos típicos de bacterias gram positivo incluyen las especies
bacterianas del ácido láctico, las especies Bacillus spp. y
Streptomyces y los ejemplos de bacterias Gram negativas
incluyen como un ejemplo típico E. coli.
La invención será ilustrada a continuación en
los siguientes ejemplos no limitantes y los dibujos en los que:
La figura 1A ilustra la construcción de
pTnNuc, una herramienta indicador de secreción en L.
lactis. Los detalles de la construcción de TnNuc son
descritos en el Ejemplo 1. Los plásmidos no son dibujados para
escalar y sólo se muestran las propiedades relevantes. Sitios de
restricción. A: AatII; B: BsmI; E: EcoRV; N:
NsiI; R: RsrII; S: SmaI. Los plásmidos pPRA
contienen el fragmento 3.1 de EcoRV a partir del pLTV1 que
atraviesa de la región de codificación del gen tet (flecha de
tet abierta) a dentro del gen lacZ (flecha de
lacZ rayada) y que incluye la repetición izquierda de
Tn917 (caja de EI rellena). Este fragmento (caja de LTV1
abierta) y la posición del EI (caja de EI rellena) se muestra en
los plásmidos pPRA para su claridad. La región delecionada entre EI
y lacZ es representada como un triángulo abierto en
pPRA4B.
La figura 1B ilustra los detalles de las
posiciones nt usadas en el análisis de deleción del derivado
Tn917 en pLTV1 y son indicados junto con la funcionalidad de
los diferentes derivados pPRA5 en la transposición;
La figura 2 resume un análisis de la eficacia de
secreción para los SP de L. lactis seleccionados. Fueron
corridos sobrenadantes concentrados (20 veces) de cepa PRA 157
(columna 1), PRA 158 (columna 2) y PRA159 (columna 3) en un gel de
Tricina del 16% y tinción de Coomasie. El volumen cargado representa
el contenido de proteína total de 100 \mul (PRA157 y PRA158) o 50
\mul (PRA159) de sobrenadante de cultivo. Se muestra la migración
de marcadores de peso molecular en kDa a la izquierda. Se muestra a
la derecha la posición de NucA y la proteína de longitud completa
correspondiente (\Delta13::Nuc, \DeltaNuc::307 y
\DeltaNuc::310). Una banda más débil con migración similar a
\Delta13::Nuc y presente
en todas las cepas corresponde a Usp45, la principal proteína secretada de L. lactis (van Asseldonk et al., 1990);
en todas las cepas corresponde a Usp45, la principal proteína secretada de L. lactis (van Asseldonk et al., 1990);
La figura 3 es una descripción de la estrategia
de mutagénesis dirigida para SP310 y la secreción de Nucleasa. Se
muestra más arriba el perfil obtenido a partir del análisis de SP310
(SP310) tipo silvestre utilizando SignalP. Los valores C, S e Y son
los tres parámetros usados en SignalP para la identificación de un
SP. La flecha indica el sitio de procesamiento principal sugerido
entre los restos Ala34-Ala35, las alteraciones de
la secuencia son subrayadas; y
La figura 4 muestra el rendimiento de nucleasa
secretado en cepas de L. lactis que contienen un SP310
cambiado. Los sobrenadantes de cultivos de una noche fueron
concentrados aproximadamente 50 veces por
TCA-precipitación. Un volumen correspondiente a 0,5
ml de sobrenadante de cultivo fue corrido en 14% de SDS PAGE
(Novex). Columna 1: cepa PRA76 (Usp45SP-Nuc);
columna 2: cepa PRA159 (construcción original con 60 aa a partir de
la secuencia de SP310 fusionada al Nuc maduro); columna 3: cepa
PRA162 (sólo los 35 aa de SP310 fusionados a Nuc); columna 4: cepa
PRA164 (310mut2-Nuc); columna 5: cepa PRA170
(310mutB-Nuc); columna 6: cepa PRA250
(310mut6-Nuc); La migración de marcadores de peso
molecular es indicada a la izquierda en kDa.
Abreviaturas: aa: aminoácido(s); B.:
Bacillus; bp: pares de bases; E.: Escherichia coli,
Em: Eritromicina; L.: Lactococcus; EI: repetición izquierda;
nuc: gen que codifica la Nucleasa; Nuc: proteína de nucleasa;
nt: nucleótido; S.: Staphylococcus; SP: péptido(s)
señal o señal de secreción; St.: Streptococcus.
Se describe la construcción de un nuevo derivado
de Tn917-transposón, llamado TnNuc, que incluye el
gen de nucleasa (nuc) de Staphylococcus aureus como un
indicador para la secreción. La transposición de TnNuc en el
cromosoma de L. lactis permite la generación de fusiones en
marco con el gen nuc. El TnNuc también incluye
LacZ, un indicador usado para la identificación de clones
relevantes de la genoteca, es decir, clones con el fenotipo
Lac^{+} que es el resultado de la transposición de TnNuc en
un gen funcional en el cromosoma de L. lactis. La presencia
de una secuencia señal funcional en la región flanqueante corriente
arriba de la repetición izquierda del elemento transpuesto
proporciona la detección de la actividad de la nucleasa usando un
ensayo de placa sensible. El TnNuc fue usado para la
identificación de nuevas señales de secreción de L. lactis.
Las secuencias identificadas incluían proteínas secretadas de
lactococos conocidas y desconocidas que contenían una secuencia
señal de reconocimiento de peptidasa-I o una
secuencia de reconocimiento de peptidasa-II. En un
caso, el gen identificado codifica para una proteína transmembrana.
Las secuencias identificadas fueron usadas para estudiar la
funcionalidad cuando se localiza en un plásmido bajo el control del
pH y el promotor dependiente de la fase de crecimiento P170 (Madsen
et al. 1999). En todos los casos la secreción simultánea de
nucleasa fue observada durante la inducción de P170 en un
quemoestato.
La cepa K-12 de Escherichia
coli DH10B (Grant et al., 1990) cultivada en LB
suplementado, si era apropiado, con 100 \mug/ml de ampicilina o
200 \mug/ml de eritromicina (Em), a 37ºC fue usada con objetivos
de clonación, rescate de ADN de plásmido y propagación de ADN de
plásmido. La cepa de Lactococcus lactis cremoris MG1614
(Gasson 1983) fue usada en experimentos que implicaban la
construcción de inserciones de transposón, rastreo, análisis de
inserciones de transposón y rescate de plásmido del ADN adyacente al
sitio de inserción. La cepa de L. lactis subsp.
cremoris MG1614 (Gasson 1983) fue usada para el análisis de
señales de translocación aisladas. Las cepas de L. lactis
fueron cultivadas en GM17 o ArgM17 (Israelsen et al., 1995) a
30ºC suplementado, si era apropiado, con 1 \mug/ml de
eritromicina (GM17Em o ArgM17Em). En los experimentos del
fermentador, un medio definido, 3 x SAIV (Jensen y Hammer, 1993)
fue usado y el pH fue mantenido usando KOH.
La transformación de la bacteria fue realizada
por electroporación, de acuerdo con procedimientos publicados para
E. coli (Sambrook et al., 1989) y para L.
lactis (Holo y N 1959), respectivamente.
La estrategia para la construcción y el análisis
de los derivados de deleción de Tn917-LTV1 (Camilli et
al., 1990) se ilustra en la figura 1. El fragmento de
EcoRV de 3,1 kb de pLTV1, que atraviesa del extremo 3' del
gen lacZ a la región de codificación del gen tet
(posiciones de 12208 a 15335) fue subclonado en pBluescript
SK-EcoRV - digerido (Stratagene), dando como resultado pPRA2.
El ADN del plásmido de pPRA2 fue usado como una plantilla para la
PCR usando el cebador PSS1b (5'-CGATGAATGC
CGGACCGAAT TGATACACTA ATGCTTTTAT
ATAGGG-3' (SEQ ID NO:1) que contenía el sitio de
restricción para BsmI (subrayado) y RsrII (letras
cursivas), respectivamente; posición 13374-13348 en
pLTV1) y el cebador PSS14 (5'-GTGTAGTCGG
TTTATGCAGC-3' (SEQ ID NO:2); posición
12672-12691 en el gen lacZ). El fragmento de
720-bp amplificado fue digerido con BsmI y
AatII (sitio único en el fragmento de pLTV1 de 3,1 kb en
pPRA2, figura 1) y fue clonado en pPRA2 BsmI y
AatII-digerido, dando como resultado pPRA3.
Los cuatro productos de la PCR diferentes (designados de 2A a 2D)
fueron amplificados usando el ADN de pPRA2 como plantilla. La PCR
fue llevada a cabo usando el cebador PSS3
(5'-CACACATACC AATA
CATGC-3' (SEQ ID NO:3); la posición 14391-14373 en pLTV1, véase la figura 1) en combinación con los cebadores siguientes que contenían un sitio de RsrII único (letras cursivas): (i) para 2A, cebador PSS4 (5'-GCATCGGTCC GTAGGCGCTC GGGACCCC-3' (SEQ ID NO:4). posición de 13665 a 13647 en pLTV1); (ii) para 2B, cebador PSS6 (5'-GCATCGGTCC GJJCTTATCG ATACAAATTC CTCG-3' (SEQ ID NO:5), posición de 13648 a 13626 en pLTV1); (iii) para 2C, cebador PSS8 (5'-GCATCGGTCC GAAATTTTRA AATCTATTTC TTATC-3' (SEQ ID NO:6), posición de 13633 a 13608 en pLTV1) y (iv) para 2D, cebador PSS10 (5'-GCATCGGTCC GTAAATGTAC AAAATAACAG CGAAAT-3' (SEQ ID NO:7), posición de 13613 a 13589 en pLTV1).
CATGC-3' (SEQ ID NO:3); la posición 14391-14373 en pLTV1, véase la figura 1) en combinación con los cebadores siguientes que contenían un sitio de RsrII único (letras cursivas): (i) para 2A, cebador PSS4 (5'-GCATCGGTCC GTAGGCGCTC GGGACCCC-3' (SEQ ID NO:4). posición de 13665 a 13647 en pLTV1); (ii) para 2B, cebador PSS6 (5'-GCATCGGTCC GJJCTTATCG ATACAAATTC CTCG-3' (SEQ ID NO:5), posición de 13648 a 13626 en pLTV1); (iii) para 2C, cebador PSS8 (5'-GCATCGGTCC GAAATTTTRA AATCTATTTC TTATC-3' (SEQ ID NO:6), posición de 13633 a 13608 en pLTV1) y (iv) para 2D, cebador PSS10 (5'-GCATCGGTCC GTAAATGTAC AAAATAACAG CGAAAT-3' (SEQ ID NO:7), posición de 13613 a 13589 en pLTV1).
Los fragmentos de 2A a 2D fueron digeridos con
RsrII y NsiI (un sitio único de NsiI en el
fragmento de EcoRV de 3,1 kb de pLTV1, véase la figura 1) y
fueron clonados en pPRA3 digerido de la misma manera, dando como
resultado de pPRA4A a pPRA4D, respectivamente. De PPRA4A a pPRA4D
fueron digeridos con EcoRV y los insertos de
2,8-2,9 kb fueron clonados en pLTV1 EcoRV -
digerido para sustituir el fragmento original de 3,1 kb, dando como
resultado los plásmidos de pPRA5A a pPRA5D (figura 1).
El pPRA5B fue escogido para construir el
TnNuc. Utilizando pBS::Nuc (Le Loir et al., 1997) como
plantilla de ADN y los cebadores PSSnuc1
(5'-GCATCGGACC GTCACAAACA
GATAACGGCG-3' (SEQ ID NO:8), sitio de RswrII
en letras cursivas y PSSnuc2 (GCATCGGTCC GCATTATTGA
CCTGAATCAG-3' (SEQ ID NO:9), sitio de RsrII
en letras cursivas), fue obtenido un fragmento de 531 bp. La
digestión con RsrII y la ligadura subsecuente en pPRA5B
tratado de la misma manera fue llevada a cabo y originó el
pTnNuc. El fragmento de nuc codifica para la forma de
NucB de la proteína (Poquet et al., 1998).
\newpage
Las inserciones del transposón fueron hechas
transformando L. lactis con el vector que llevaba el derivado
de Tn917 y cultivando estos con la selección de
eritromicina. Las placas con transformantes fueron puestas en
placas de replicación en X-gal como se describe por
Israelsen et al. (1995) seguido por ensayos de placa de
Nucleasa (Nuc) de LacZ^{+}-clones o fue generada
una genoteca de inserciones de transposón poniendo en placas L.
lactis transformado con alta densidad en placas petri de 140 mm
cada una con 200 ml de agar SGM17 suplementado con 1 \mug/ml de
Em. Las placas fueron incubadas 4 días a 30ºC y los clones fueron
reunidos resuspendiendo las colonias en GM17Em y glicerol del 17%.
La genoteca construida fue congelada en pequeñas alícuotas. Una
alícuota posteriormente fue puesta en placa a una densidad de aprox.
500 cfu/placa en GM17Em o en ArgM 17Em. Los ensayos de Nuc entonces
fueron realizados en colonias para identificar los clones que
secretaban Nuc.
Para el análisis de la funcionalidad de los SP
aislados en plásmido, fue usado pAMJ206. El pAMJ206 contiene el
promotor de L. lactis regulado P170 (Madsen et al.,
1999) localizado corriente arriba del sitio de unión del ribosoma
(RBS) de pAK80 (Israelsen et al., 1995). Los sitios únicos de
BgIII y SalI están localizados convenientemente justo
corriente abajo del RBS. Un fragmento de PCR fue obtenido a partir
de pBS:Nuc (Le Loir et al., 1997) utilizando los cebadores
Nuc1 y Nuc2 (respectivamente, 5'-GGAAGATCTT
CACAAACAGA TAACGGC-3' (SEQ ID NO:10) y
5'-ACGCGTCGAC GAATTCGATC TAAAATTAT
AAAAGTGCC-3' (SEQ ID NO:11) sitios de restricción
en letras cursivas), digerido con BgIII y SalI y
ligado en pAMJ206, dando como resultado p\DeltaSPNuc. Este
plásmido fue usado para la construcción del plásmido pPRA157,
pPRA158 y pPRA159 como sigue. En pPRA157, un fragmento de PCR fue
amplificado a partir del ADN cromosómico de MG1614 de L.
lactis usando el cebador PSScluA-A y
PSScluA-B (respectivamente,
5'-GCATCCCGGGG TCTAGATTAG GGTAACTTTG
AAAGGATATT CCTatgAAA AAAACATTGA
GAGACCAGTTACTTG-3' (SEQ ID NO:12) y
5'-GCATAGATCT ACTCCAACTA TCACCTGTTG
CATTTGCTC-3' (SEQ ID NO:13), sitios de restricción,
SmaI y BgIII en letras cursivas, la secuencia del
vector de expresión pAMJ203 está subrayada y se muestra el codon de
inicio ATG del gen cluA en el caso más bajo). Este fragmento
atraviesa desde el codon de inicio del gen cluA a una
posición de 1200 bp corriente abajo. En esta posición, fue
observada la inserción de TnNuc en el clon SP13. Este
fragmento fue clonado en p\DeltaSPNuc SmaI-BgIII
digerido dando como resultado una proteína de fusión en marco
CluA::Nuc que contenía solamente dos diferencias de aa
(Arg-Ser, derivados de los sitios de clonación)
respecto a la proteína producida en SP13.
La construcción de pPRA158 y pPRA159 fue llevada
a cabo de la misma manera, pero clonando un fragmento de PCR
correspondiente a los 120 primeros bp de la región de codificación
para los genes inactivados por la inserción de TnNuc en el
clon SP307 (fragmento amplificado usando los cebadores
PSS307-A, 5'-GCATCCCGGG
TCTAGATTAG GGTAACTTTG AAAGGATATT CCTCATGAAT AAATCAAAAA TTATTGCTTT
CTCTGC-3' (SEQ ID NO:14) y PSS307-B,
5'-GCATAGATCT ATCAATGGAA TTAACATCAG
CTGCCATGC-3' (SEQ ID NO:15), respectivamente, sitios
de SmaI y BgIII en letras cursivas) y SP310
(fragmento amplificado usando los cebadores
PSS310-A, 5'-GCATCCCGGG
TCTAGATTAG GGTAACTTTG AAAGGATATT CCTCATGAAA TTTTATAAAAA AAAGAGTTGC
AATAGCC-3' (SEQ ID NO:16) y
PSS310-B, 5'-GCATAGATCT
GTTATCATTA AAATCACTCC GATTAAGAG-3' (SEQ ID NO:17),
respectivamente, sitios SmaI y BgIII en letras
cursivas), respectivamente en p\DeltaSPNuc.
Además, la cepa AMJ627 fue construida clonando
un fragmento de PCR que contenía el extremo
N-terminal de 29 aa que incluía el SP de Usp45
(SP_{usp}, amplificado usando los cebadores Usp1
(5'-TAGTAGGATC CCGGGTCTAG ATTAGGGTAA
CTTTGAAAGG ATATTCCTCatg AAAAAAAA GATTATCTCAGC-3'
(SEQ ID NO:18), sitio de SmaI en letras cursivas, el codon
de inicio ATG de usp45 en el caso más bajo) y Usp2
(5'-ACGCGTCGAC CTGCAGAGAT CTTGTGTCAG
CGTAAACACC-3' (SEQ ID NO:19), el sitio de
BgIII en letras cursivas) en p\DeltaSPNuc
SmaI-BgII-digerido. Todas las
construcciones de plásmido fueron confirmadas secuenciando las
regiones relevantes.
El ensayo de nucleasa en placas fue realizado
por el método de recubrimiento de colonias como se describe en
Lachica et al., (1971), con las modificaciones siguientes:
fueron usados ADN de esperma de arenque sonicado del 0,1% y
CaCl_{2} 40 \muM en el recubrimiento y el agar del 1% fue
sustituido con agarosa del 0,6%. Las colonias fueron cultivadas en
placas de GM17Em, ArgM17Em o LBEM con glucosa del 0,3%. Las placas
fueron incubadas de 30 minutos a 6 h a 37ºC después de la
solidificación del recubrimiento. Las colonias que secretaban
nucleasa se desarrollaban como una zona naranja clara sobre un
fondo azul verde.
Los experimentos de inserción de transposón
fueron realizados transformando L. lactis con el vector que
llevaba el derivado de Tn917 y cultivando estos con la
selección de eritromicina. Los transformantes primarios fueron
puestas en placas de replicación X-gal como se
describe por Israelsen et al., (1995) seguido de los ensayos
de placa de Nucleasa de LacZ^{+}-clones. De forma
alternativa, una genoteca de inserciones de transposón fue generada
poniendo en placas L. lactis transformado con alta densidad
en placas petri de 140 mm cada una con 200 ml de SGM17 suplementado
con 1 \mug/ml de Em. Las placas fueron incubadas 4 días a 30ºC y
los clones fueron reunidos resuspendiendo las colonias en GM17Em y
glicerol del 17%. La genoteca construida fue congelada en pequeñas
alícuotas. Las alícuotas posteriormente fueron descongeladas y
colocadas en placas a una densidad de aprox. 500 cfu/placa en GM17
o en ArgM17 suplementado con Em. El ensayo de placa fue realizado
entonces en colonias para identificar a los clones que secretaban
la nucleasa.
La PFGE del ADN cromosómico SmaI -
digerido de clones de L. lactis con transposones integrados
fue llevada a cabo como se describe (Israelsen y Hansen, 1993) para
analizar la distribución aleatoria de TnNuc.
El ADN de regiones que flanqueaban el transposón
de Tnnuc integrado fue caracterizado como sigue. Para la
región de ADN flanqueaba la EI de transposón, fue digerido ADN
cromosómico (2 \mug) con EcoRI, fue ligado de nuevo en un
volumen grande (200 \mul) para favorecer la ligadura
intramolecular y fue transformado en DH10B de E. coli. Para
la región de ADN adyacente al ED, el ADN cromosómico fue digerido
con MluI o con BsiWI antes de la nueva ligadura y la
transformación de DH10B de E. coli.
Los sobrenadantes de cultivo alternativos fueron
concentrados de 20 a 30 veces usando el procedimiento de fenol-éter
(Sauvé et al., 1995). Las muestras fueron corridas en geles
de Tricina (Novex) del 16%, de acuerdo con el fabricante. Los geles
fueron teñidos de la noche a la mañana usando el kit de tinción de
Coomasie coloidal (Novex). El estándar "Mark 12 Wide Range
Standard" fue usado para estimar los tamaños moleculares.
Las construcciones de plásmido y el ADN de
plásmido rescatado fueron secuenciados usando un kit de
secuenciación de ciclo de cebador marcado fluorescente Thermo
Sequenase (Amersham), cebadores Cy5-marcados y un
Secuenciador de ADN ALFexpress (Pharmacia Biotech). Los datos de la
secuencia de ADN fueron analizados usando el paquete de Wisconsin
de Genetics Computer Group, Inc. Las posibles señales de secreción
fueron analizadas usando el servidor WWW SignalP (Nielsen et
al. 1997).
Los experimentos de fermentación fueron llevados
a cabo usando fermentadores experimentales (Applikon) que contenían
1 litro de medio y fueron puestos para funcionar a 30ºC y para
mantener el pH superior a 5,2.
La transposición del derivado de Tn917
incluido en pLTV1 fue demostrada durante la búsqueda de promotores
regulados en L. lactis (Israelsen et al., 1995). Este
derivado contiene un gen lacZ sin promotor en el extremo
izquierdo del transposón y un sitio de unión del ribosoma derivado
del gen spoVG de Bacillus subtilis. La secuencia de
SpoVG::lacZ es insertada 278 bp a partir del extremo de
Tn917, en una posición donde esta inserción no suprima la
transposición (Youngman, 1987). Para desarrollar una herramienta de
selección basada en el transposón para la identificación de señales
de secreción de L. lactis, un gen indicador que codifique
para una proteína secretada debe ser insertado en el extremo
izquierdo del elemento, para permitir la generación de fusiones en
marco con genes que codifiquen proteínas secretadas en la
transposición. Esto requiere una distancia corta desde el extremo
izquierdo de Tn917 junto con la anulación de los codones de
terminación que prevendrían fusiones en marco con el gen indicador.
Los plásmidos de pPRA5A a pPRA5D fueron construidos como derivados
de pLTV1, conteniendo cada uno una pequeña deleción que atravesaba
una posición dentro de (pPRA5A) o adyacente a (de pPRA5B a pPRA5D)
el EI de Tn917 a la región justo corriente arriba de
spoVG::lacZ (figura 1). Un sitio de RsrII único fue
introducido en todos los derivados en la deleción. El MG1614 de
L. lactis fue transformado usando pLTV1 y
pPRA5A-D. Los transformantes fueron cultivados para
cuatro rondas de replicación en placas de GM17EM. Un número grande
de los transformantes iniciales dejó de crecer durante la
replicación en placa. Estos correspondieron por lo visto a aislados
que contenían un plásmido replicante reducidamente libre que fue
perdido durante el crecimiento subsecuente sobre las placas,
produciéndolos Em-sensibles. Los clones resistentes
a Em estables representan la transposición del derivado de
Tn917 en el cromosoma de L. lactis, aunque la
posibilidad de integración del plásmido que lleva el transposón no
pueda ser excluida en una fracción de los clones (Israelsen et
al., 1995). La transformación de MG1614 de L. lactis con
pLTV1, pPRA5B, pPRA5D, y pPRA5D causó una frecuencia similar de
transformantes estables. Sin embargo, no fue obtenido ningún
transformante estable usando pPRA5A. El derivado de Tn917 en
pPRA5A contiene una deleción parcial del EI del elemento. La
alteración de esta propiedad estructural puede ser responsable de
la carencia observada de transposición en L. lactis. Se
requiere integridad de secuencia en esta región para delimitar las
fronteras del elemento y se observa una alta homología de secuencia
entre los elementos Tn3-relacionados como
Tn917 (Sherrat et al., 1989).
En MG1614 de L. lactis, la transformación
con pLTV1 causó aproximadamente el 15% de colonias azules entre los
clones resistentes a Em estables en placas que contenían
X-gal (Israelsen et al., 1995). Las colonias
azules son el resultado de la transposición de Tn917
corriente abajo de un promotor en el cromosoma de L. lactis.
No fueron observadas ningunas diferencias significativas de la
frecuencia de clones azules con pPRA5B, pPRA5D, o pPRA5D, comparado
con pLTV1 (datos no mostrados) indicando que estos derivados eran
funcionales en L. lactis.
Ya que pPRA5B incluía la deleción más grande y
conservaba la funcionalidad, fue escogido para clonar un indicador
de la secreción, el gen nuc de S. aureus.
Un fragmento de PCR que incluía el nuc
entero que codifica la región corriente abajo del SP (véase la
sección 2.2) fue clonado en el sitio de RsrII único de
pPRA5B, dando como resultado el pTnNuc (figura 1). En esta
construcción, los codones de terminación en marco con el gen
nuc son evitados permitiendo fusiones de translación
corriente arriba del EI. El nuevo transposón, denominado
TnNuc, fue usado para la construcción de una colección de
mutantes en MG1614 de L. lactis. El TnNuc conserva la
región codificante de lacZ original y el sitio de unión del
ribosoma. Esta propiedad adicional de TnNuc proporciona un
rasgo fenotípico (Lac^{+}) para revelar la presencia de actividad
del promotor de secuencias corriente arriba del EI en la
transposición, independientemente de la función génica. Así, la
selección primaria para las colonias azules identifica a los clones
de L. lactis cuando ocurre la transposición verdadera y
cuando ocurre la transcripción en el TnNuc. Entre ellas, se
espera que una proporción de clones contenga el TnNuc
adyacente al extremo 5' de un gen que codifica para una proteína
secretada.
Fueron llevados a cabo dos experimentos de
transformación independientes de MG1614 de L. lactis con
pTnNuc. Ya que la identificación de un péptido señal
funcional requiere tanto a un promotor activo como a un gen que
codifique una proteína secretada, el rastreo inicial se dirigió a
acontecimientos de transposición que conducen a la expresión de
lacZ, excluyendo a los acontecimientos de integración que no
causan una fusión con un promotor en la orientación correcta. En el
primer experimento, los clones de 147 Lac^{+} fueron aislados y
analizados respecto a la secreción de nucleasa usando el ensayo de
recubrimiento de placa. Un número de clones que formaban colonias
azules oscuras en placas X-gal mostraron una débil
actividad de Nuc en las placas. Estos clones representaron la
transposición de TnNuc en un gen fuertemente expresado, y el
bajo nivel de Nuc en las placas podía ser el resultado de lisis
celular limitada y no de una secreción real. Doce clones que
mostraban un fenotipo de Lac^{+} débil y un nivel bajo de Nuc
fueron seleccionados simultáneamente para posteriores análisis, ya
que en estos casos la secreción verdadera de Nuc era más
concebible.
En el segundo tipo de experimentos, fue
inventado un procedimiento mejorado para reducir el rastreo
elaborado y secuencial mencionado anteriormente y para tener en
cuenta la recuperación de los clones que serían perdidos durante la
replicación en placa de integrantes primarios debido a la actividad
del promotor limitante dando lugar a colonias blancas en placas de
X-gal. En este procedimiento, fueron puestos en
placas transformantes primarios en placas de SGM15EM y fueron
incubadas durante 4 días. Esta larga incubación sirvió para el
objetivo de selección de integrantes resistentes a Em verdaderos y
estables. Las colonias fueron reunidas y almacenadas como una
genoteca que contenía aproximadamente 10^{4} transposantes
independientes. Un análisis subsecuente de la genoteca fue llevado
a cabo usando el ensayo de Nuc en las placas. Los clones de
Nuc^{+} entonces fueron analizados con respecto a la actividad de
LacZ. De 108 clones de Nuc^{+} obtenidos, 20 clones que mostraban
(i) un fenotipo Nuc^{+} fuerte o (ii) un Nuc^{+} débil junto con
un fenotipo Lac^{+} débil fueron seleccionados para análisis
posteriores. Fue asumido que estos clones últimos incluían una
integración de TnNuc en un gen de L. lactis
funcional.
Para estudiar la distribución de TnNuc en
el cromosoma de L. lactis, fue llevado a cabo PFGE en ADN
cromosómico SmaI - digerido a partir de 49 clones de
LacZ^{+} independientes. La presencia de TnNuc introduce
dos sitios SmaI adyacentes, incluidos en la secuencia de
TnNuc (figura 1), en el cromosoma de L. lactis. Así,
la desaparición de un fragmento de SmaI solo a partir del
perfil de PFGE de MG1363 de L. lactis y la presencia de dos
bandas de SmaI nuevas demuestra la presencia de TnNuc.
Entre los clones examinados, 35 mostraron la presencia de
TnNuc en fragmento cromosómico de SmaI más grande de
600 kb. Esta frecuencia (71%) es compatible con la frecuencia de
transposición antes mencionada (60%) de un sistema similar de
Tn917, TV32, en la misma región cromosómica en MG1614 de
L. lactis (Israelsen y Hansen, 1993). Dos clones tenían una
o dos copias de TnNuc, respectivamente, en el fragmento
cromosómico de SmaI de 310 kb. La transposición de
TnNuc en los fragmentos cromosómicos de SmaI de 280
kb, 140 kb y 120 kb fue observada para 3, 2 y 2 clones,
respectivamente. Para los 6 clones restantes, no fue detectado
ningún cambio aparente en el perfil de PFGE. La inserción de
TnNuc en uno de los fragmentos de SmaI más pequeños es
asumida ya que el cambio de tamaño para estos fragmentos no sería
detectado en las condiciones usadas para el PFGE (Israelsen y
Hansen, 1993). Estos resultados confirmaron la distribución
quasi-aleatoria de la transposición de TnNuc
en L. lactis.
Todos los 32 clones obtenidos que mostraban un
fenotipo Nuc^{+}/Lac^{+} positivo fueron usados en experimentos
de rescate de plásmido para caracterizar los genes afectados por la
transposición de TnNuc. En dos casos, el rescate de plásmido
en E. coli no proporcionó ninguna transformante y los clones
correspondientes no fueron analizados más. El ADN cromosómico (de
300 a 400 bp) que flanqueaba el EI de TnNuc fue secuenciado
en plásmidos rescatados. En dos casos, la secuencia obtenida
correspondió al pTnNuc. La integración de pTnNuc pero
no la transposición puede haber ocurrido en estos clones de L.
lactis. Para los 28 clones restantes, una secuencia del
cromosoma de L. lactis fue identificada adyacente al EI de
TnNuc, representando acontecimientos de transposición
verdaderos. El análisis de ADN reveló la presencia de codones de
terminación en la secuencia justo corriente arriba de la inserción
de TnNuc, en marco con el gen nuc en 10 clones. Entre
los 18 clones restantes, SP13 y SP36 incluyeron una inserción de
TnNuc en el gen cluA. CluA es una proteína
transmembrana implicada en la agregación de células entre bacterias
donantes y receptoras durante la conjugación lactocócica (Godon
et al., 1994). CluA tiene de hecho un péptido señal típico,
objetivo para la peptidasa I de señal (Tabla 1). Nueve clones
fueron identificados que contenían una inserción de TnNuc en
5 posiciones diferentes dentro del mismo gen. Este gen codifica
para una supuesta proteína que contiene un péptido señal. Un clon
representativo de este grupo, SP310, mostró una fuerte actividad de
Nuc y una baja actividad de LacZ, indicando una secuencia señal
eficaz responsable del Nuc secretado.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{ ^{1} \begin{minipage}[t]{150mm} Se muestra el número de clones independientes con una inserción de Tn Nuc en el mismo locus . También se da el número de localizaciones diferentes dentro del gen objetivo entre paréntesis.\end{minipage} \cr ^{2} La actividad de Nuc fue registrada en placas usando el ensayo de recubrimiento (véase la sección 2.3).\cr ^{3} La actividad de LacZ fue registrada en placas que contenían X - gal.\cr ^{4} \begin{minipage}[t]{150mm} El análisis del péptido señal usando la red neuronal de SignalP (Nielsen et al ., 1997); I: péptido señal tipo I; II: péptido señal tipo II (lipoproteína).\end{minipage} \cr ^{5} Gen idéntico interrumpido que en el integrante de transposón antes aislado PA243 (Israelsen et al ., 1995)\cr ^{6} \begin{minipage}[t]{150mm} dexB de Streptococcus mutans , codifica una exoglicosilasa implicaba n el metabolismo de almidón extracelular (Whiting et al ., 1993).\end{minipage} \cr ^{7} Hialuronano sintasa (HAS) de Streptococcus equilisimus (Ashbaugh et al ., 1998).\cr ^{8} Homología frente a proteínas transportadoras de catión de E. coli .\cr ND: Secuencia no disponible para el extremo 5' del gen relevante.\cr}
Los clones SP10 contenían la inserción de
TnNuc en un locus cromosómico adyacente al operon
thr que fue identificado previamente durante la búsqueda de
promotores lactocócicos regulados usando pLTV1 (Madsen et
al., 1996). SP10 mostró una fuerte actividad del promotor
(LacZ), como fue mencionado para el integrante pLTV1 en el mismo
locus, PA234 (Madsen et al., 1996). La proteína
codificada contenía un supuesto péptido señal (Tabla 1).
El clon SP307 abrigaron una inserción de
TnNuc en un gen que codificaba un homólogo de la hialuronasa
sintasa estreptocócica (HAS), implicado en la síntesis de cápsula
(Ashbaugh et al., 1998). Un péptido señal de lipoproteína
(von Hejne, 1989)) está presente en el extremo
N-terminal de la proteína codificada (Tabla 1).
El análisis de los clones SP11 y SP25 reveló una
inserción de TnNuc en dos posiciones diferentes, 103 y 49
bp, respectivamente a partir del codon de inicio de ATG del gen
interrumpido. Para SP25, la secuencia corta no es suficientemente
larga para conformar un SP. Sin embargo, una relación favorable
entre la actividad de Nuc y LacZ fue observada tanto a partir de
SP11 como de SP25 (Tabla 1). La actividad de nucleasa observada
puede ser debida al procesamiento parcial y a la secreción de la
proteína de fusión de Nuc. De forma alternativa, el gen inactivado
puede ser responsable de un componente de la maquinaria de secreción
o de la membrana celular, conduciendo a una mayor secreción o
salida de la proteína.
En dos clones, SP240 y SP330, no fue
identificado ningún SP en el gen modificado. Para SP240, una
búsqueda en la base de datos identificó una homología significativa
respecto al gen dexB de St. mutans. dexB codifica una
exoglicosilasa implicada en la degradación del almidón extracelular
(Whiting et al., 1993). De modo interesante, ningún SP fue
encontrado en DexB (Tabla 1). El mecanismo que es la base de la
secreción de Nuc observada en SP240 y SP330 todavía es confuso.
Finalmente un gen que codifica una proteína de
membrana fue el objetivo de inserción en el clon SP323. La supuesta
proteína mostró homología frente a transportadores de Mg^{2+} de
E. coli (Tabla 1).
Cuatro SP que representan secuencias a partir de
genes conocidos (SP13) y desconocidos previamente (SP10, SP307 y
SP310) y que pertenecían a SP reconocidos por la peptidasa señal I o
II, fueron escogidos para posteriores análisis. Para analizar la
eficacia de secreción para las parejas de fusión identificadas con
TnNuc en el hábitat natural, fueron llevadas a cabo
construcciones del plásmido para clonar la región mínima (es decir,
la posición más cercana de inserción al codon de inicio ATG
correspondiente, véase la sección 2.2). Los resultados preliminares
mostraron que una fusión de proteína CluA-Nuc que
llevaba una región CluA del extremo N-terminal
incluyendo los primeros 60-150 aa no proporcionó
cantidades detectables de Nuc secretado (datos no mostrados). Por
lo tanto, fue usada una región que incluía 400 aa del extremo
N-terminal de CluA correspondientes a la posición
más cercana de inserción de TnNuc respecto al extremo 5' de
cluA identificado en este documento para su comparación
(SP13).
Para todos los otros SP, fue introducida una
región del extremo N-terminal de 60 aa de la
proteína (SP10, SP307 y SP310) como una fusión de proteína con Nuc
(en adelante en este documento denominado \Delta10::Nuc,
\Delta13::Nuc, \DeltaNuc::307 y \DeltaNuc::310,
respectivamente), dando como resultado la cepa PRA156
(\Delta10::Nuc), PRA157 (\Delta13::Nuc), PRA158
(\Delta307::Nuc) y PRA159 (\Delta310::Nuc). El fragmento de Nuc
usado en este estudio corresponde a la forma de NucB de la
proteína. Esta forma es procesada además en una forma de 19 a 21 aa
más corta, NucA (Pouquet et al., 1998). Las cepas de PRA156
a PRA159 incluyen un promotor dependiente del pH y de la fase de
crecimiento, P170, para la expresión regulada (Madsen et
al., 1999). La expresión conducida por P170 ocurre durante la
transición a la fase estacionaria, cuando el medio de crecimiento es
mantenido a pH\sim6,5. Los experimentos del fermentador fueron
llevados a cabo usando las cepas anteriores, y fueron tomadas
muestras al inicio de la fase estacionaria cuando fueron obtenidos
los niveles de producción máximos (Madsen et al., 1999). Las
medidas iniciales mostraron sólo niveles de actividad de Nuc de base
en los sobrenadantes de cultivo de PRA156. Esta cepa por lo tanto
no fue analizada posteriormente.
Fueron usados sobrenadantes de cultivo
concentrados de PRA157, PRA158 y PRA159 para correr la
SDS-PAGE. Como se muestra, fue observada secreción
de NucA en las tres cepas (una banda de 19-kDa en
las columnas 1-3, figura 2). Una banda adicional
que correspondió en tamaño a la proteína de fusión de longitud
entera fue identificada en PRA157 (una banda de
42-kDa) y PRA158 (una banda de
22-kDa; figura 2). En la cepa PRA159, fueron
detectados dos productos adicionales de tamaño similar
(aproximadamente 23 kDa), sugiriendo sitios de procesamiento
alternativos del SP en SP310). Esta posibilidad fue apoyada por la
identificación de dos supuestos sitios de procesamiento de la
secuencia de aa primaria, en las posiciones 27 y 34 del Met inicial,
utilizando SignalP (disponible en
http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP, datos no mostrados).
En general, la eficacia de secreción fue la más alta para PRA159
(\Delta310::Nuc) y la más baja para PRA157 (\DeltaCluA:; Nuc).
Las muestras fueron usadas para la medida de la actividad de Nuc
(Tabla 2).
Como comparación, fue usada la cepa AMJ627.
AMJ627 abriga una construcción similar a lo anterior, y esto incluye
el SP completo de Usp45 fusionado al Nuc (SP_{Usp}::Nuc; véase la
sección 2.2). Los valores obtenidos confirmaron la eficacia de SP
de Usp45 en la secreción. El SP usado en PRA159 (\Delta310::Nuc)
secretó 67 mg/L de Nuc, o aproximadamente el 60% comparado con
SP_{Usp}. Los niveles de actividad fueron inferiores para PRA158
(31%) y PRA157 (6%).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Entre los péptidos señal (SP) identificados en
el Ejemplo 1, SP310 mostró el nivel más alto de secreción. Sin
embargo, los niveles obtenidos fueron inferiores a los obtenidos
usando el péptido señal de Usp45 (SP_{Usp}), la principal
proteína lactocócica secretada. En este ejemplo se describe un
enfoque de mutagénesis dirigida para SP310 diseñado para mejorar
los niveles de secreción y estudiar los requerimientos para la
secreción dependiente de Sec en L. lactis. Uno de los
mutantes analizados, SP310mut2, mostró un nivel de secreción similar
a SP_{Usp}, proporcionando más de 150 mg/L de nucleasa (Nuc) de
Staphylococcus aureus en el fermentador. Esto representa una
mejora del 45% con respecto a la secuencia de SP310 tipo silvestre.
El análisis de secreción de Nuc en los mutantes permitió el
establecimiento de algunos de los requerimientos para la secreción
eficiente en L. lactis. Las propiedades comunes para la ruta
de secreción dependiente de Sec de L. lactis difieren de las
propiedades mencionadas para Escherichia coli.
La cepa DH10B de K-12 de
Escherichia coli cultivada en LB o TB suplementado, si era
apropiado, con 100 \mug/ml de ampicilina o 200 \mug/ml de
eritromicina (Em) a 37ºC fue usada con objetivos de clonación,
rescate de ADN de plásmido y propagación de ADN de plásmido. La
cepa MG1363 de Lactococcus lactis cremoris (Gasson 1983) fue
usada para el análisis de SP. Las cepas de L. lactis fueron
cultivadas en GM17 (Israelsen et al., 1995) a 30ºC
suplementado, si era apropiado, con 1 \mug/ml de eritromicina
(GM17Em o ArgM17Em). En los experimentos del fermentador fue usado
SAIV, un medio definido, (Jensen y Hammer, 1993) y el pH fue
mantenido usando HCl o NaOH. La transformación de la bacteria fue
realizada por electroporación, de acuerdo con procedimientos
publicados (Sambrook et al., 1989) para E. coli y
L. lactis (Holo y Nes 1989), respectivamente.
Fueron usados los cebadores
PSS310-A (5'-GCATCCCGGG
TCTAGATTAG GGTAACTTTG AAAGGATATT CCTCATGAAA TTTTAATAAAA AAAGAGTTGC
AATAGCC-3' (SEQ ID NO:20), sitio de SmaI en
letras cursivas) y PSS310-B0
(5'-CTATTGGTTT GATTACGTCG GCTTTCTAGA
TACG-3' (SEQ ID NO:21), sitio de BgIII en
letras cursivas) para amplificar la secuencia de SP310 tipo
silvestre (en adelante en este documento denominado SP310) usando el
ADN de pPRA159 como plantilla. El fragmento amplificado fue digerido
con SmaI y BgIII, fue purificado con geles de agarosa
y clonado.
Para la construcción de 310mut1, fueron usados
PSS310-A y PSS310-B1
(5'-GGTTCTATTG GTTCGATTAC GTCGGCTTTC
TAGATACG-3' (SEQ ID NO:22), sitio de
BgIII en letras cursivas, mutación subrayada).
PSS310-A y PSS310-B2
(5'-GTTATAGTAG TTAGGTTCTA CGAGTT - - -
CGTCGGCTTTCTAGATACG-3' (SEQ ID NO:23), sitio
de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción
mostrada como guiones) fueron usados para obtener 310mut2.
Fue producido 310mut3 usando
PSS310-A y PSS310B3 (5'-CTATAAACAT
TCAAAAAAAT GTTAT - - - TAGG
GT - - - TTGTGACGAG TTCGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:24), sitio BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
GT - - - TTGTGACGAG TTCGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:24), sitio BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Fue construido 310mut4 usando
PSS310-A y PSS310-B4
(5'-CTATAAACAT TCAAAAAAT GTTAT - - - TAGGT
T - - - TTGGTTIGAT TACGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:25), sitio BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
T - - - TTGGTTIGAT TACGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:25), sitio BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Fue obtenido 310mut5 usando
PSS310-A y PSS310-B5
(5'-CTATAAACAT TCAAAAAAAT GTTAT - - - TAGGT
T - - - TTGGTTCGAT TACGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:26), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
T - - - TTGGTTCGAT TACGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:26), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Fue construido 310mut6 usando el cebador
PSS310-A y PSS310-B6
(5'-GTTATAGTAG TTAGGTTCTA CGAGTT - - -
CGTCTATG A TCTAGATAC G-3' (SEQ
ID NO:27), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones
subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Fue obtenido 310mut7 usando los cebadores
PSS310-A y PSS310-B2\DeltaQ
(5'-GTTATAGTAG TTAG - - - CTA CGAGTT - - -
CGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:28),
sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y
deleción mostrada como guiones).
Fue producido 310mut8 usando el cebador
PSS310-A y PSS310-B2\DeltaD
(5'-GTTATAGTAG TTAGGTT - - - CGAGTT - - -
CGTCGGCT TTCTAGATAC G-3' (SEQ ID NO:29),
sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y
deleción mostrada como guiones).
Fue construido 310mut10 usando el cebador
PSS310-A y PSS310-B21F
(5'-CGTTATCGGT GCAAATAAAA AAACTATAAA CATTCAAAAA
AATGTTATAG TAGTTAGGTT CTACGAGTT - - - CGTCG GCTTTCTAGA
TAC
G-3' (SEQ ID NO:30), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
G-3' (SEQ ID NO:30), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Fue obtenido 310mut11 usando el cebador
PSS310-A y PSS310-B22F
(5'-CGTTATCGGT GCAAATAAAA AAA
CTATAAA CATAAAAAAA AATGTTATAG TAGTTAGGTT CTACGAGTT - - - CGTCG GCTTTCTAGA TACG-3' (SEQ ID NO:31), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
CTATAAA CATAAAAAAA AATGTTATAG TAGTTAGGTT CTACGAGTT - - - CGTCG GCTTTCTAGA TACG-3' (SEQ ID NO:31), sitio de BgIII en letras cursivas, mutaciones subrayadas y deleción mostrada como guiones).
Para la construcción de 310mutA, fueron usados
el cebador PSS310-AA
(5'-CCTCCCGGGT CTAGATTAGG GTAACTTTGA
AAGGATATTC CTCatgAAAT TTAATAAAAA AAGAGTTGCA ATAGCCTTGT
TTATTGCTTT GATATTTGTA CTTTTTTTTC
TTATATCATC-3' (SEQ ID NO:32), el sitio de
SmaI en letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso
más bajo y mutaciones subrayadas) y PSS310-B0.
Fue obtenido 310mutB usando el cebador
PSS310-AB (5'-CCTCCCGGGT
CTAGATTAGGG TAACTTTGAAA GGATATTCCTC atgAAATTTTA ATAAAAAAAG
AGTTCTTATA CTTTTGTTTA TTCTTTTGAT
ATTTGTACTT TTTTTTCTTA TATCATC-3' (SEQ
ID NO:33), el sitio de SmaI en letras cursivas, el codon de
inicio ATG en el caso más bajo y mutaciones subrayadas) y
PSS310-BO. 310mutC fue obtenido usando el cebador
PSS310-AC (5'-CCTCCCGGGT
CTAGATFAGG GTAACTTTGA AAGGATATTC CTCatgAAAT TTAATAAAAA
AAGACTTTTG CTTTTGCTTT TGCTTTTGCT TTTACTTCTT
TTG-3' (SEQ ID NO:34), el sitio de SmaI en letras
cursivas, el codon de inicio ATG en el caso más bajo y mutaciones
subrayadas) y PSS310-AC (5'-GAAAATGAAG
AAAACGAAAA CGAATATAGT AGTTAGGTTC TATTGGTTTG ATTACGTCGG
CTTTCTAGAT ACG-3' (SEQ ID NO:35), sitio BgIII
en letras cursivas y mutaciones subrayadas).
Fue construido 310mutA1 usando el cebador
PSS310-AA y PSS310-B1
(5'-GGTTCTATTG GTTCGATTAC GTCGGCTTTC
TAGATACG-3' (SEQ ID NO:36), sitio de
BgIII en letras cursivas y mutación subrayada).
Fue obtenido 310mutB1 usando el cebador
PSS310-AB (5'-CCTCCCGGGT
CTAGATTAGG GTAACTTTGA AAGGATATTC CTCatgAAAT TTAATAAAA
AAAGAGTTCT TATACTTTTTG TTTATTCTTT
TGATATTTGT AC
TTTTTTTTT CTTATATCAT C-3' (SEQ ID NO:37), el sitio de SmaI en letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso más bajo y mutaciones subrayadas) y PSS310-B1.
TTTTTTTTT CTTATATCAT C-3' (SEQ ID NO:37), el sitio de SmaI en letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso más bajo y mutaciones subrayadas) y PSS310-B1.
La construcción de 310mutD2 fue realizada usando
el cebador PSS310-A\DeltaF
(5'-GCATCCCGGG TCTAGATTAG GGTAACTTTG
AAAGGATATT CCTCatgAAA - - - AATAAAA AAAGAGTTGC
AATAGCC-3' (SEQ ID NO:38), el sitio de SmaI
en letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso más bajo,
mutaciones subrayadas y deleciones mostradas como guiones) y
PSS310B2.
Fue construido 310mutD7 usando el cebador
PSS310-A\DeltaF y
PSS310-B2\DeltaQ. 310mut E2 fue obtenido usando el
cebador PSS310-A\DeltaN
(5'-GCATCCCGGG TCTAGATTAG GGTAACTTTG
AAAGGATATT CCTCatgAAA TTT-AAAA AAAGAGTTGC
AATAGCC-3' (SEQ ID NO:39), sitio de SmaI en
letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso más bajo y
deleciones mostradas como guiones) y PSS310-B2.
La construcción de 310mutE11 fue realizada
usando el cebador PSS310-A\DeltaF y
PSS310-B22F.
\newpage
Fue construido 310mutF2 usando el cebador
PSS310-AK (5'-GCATCCCGGG
TCTAGATTAG GGTAACTTTG AAAGGATATT CCTCatgAAA TTTAAAAAAA
AAAGAGTTGC AATAGCC-3' (SEQ ID NO:40), sitio de
SmaI en letras cursivas, el codon de inicio ATG en el caso
más bajo y mutaciones subrayadas) y PSS310-2.
En todos los casos, los clones fueron
introducidos en E. coli por electroporación, y se confirmó la
presencia de mutaciones en la secuencia 310 secuenciando ambas
cadenas usando un kit de secuenciación de ciclo de cebador
fluorescentemente marcado Thermo Sequenase (Amersham), cebadores
Cy5-marcados y un Secuenciador de ADN ALFexpress
(Pharmacia Biotech). El ADN del plásmido fue introducido
posteriormente en MG1363 de L. lactis.
Fueron concentrados sobrenadantes de cultivo de
20 a 30 veces usando el procedimiento de fenol-éter (Sauvé et
al., 1995). Las muestras fueron corridas en geles de Tricina del
16% (Novex), de acuerdo con el fabricante. Los geles fueron teñidos
de la noche a la mañana usando el kit de tinción de Coomassie
Coloidal (Novex). Fue usado el estándar "Mark 12 Wide Range
Standard" (Novex) para estimar tamaños moleculares.
Fueron analizados derivados de SP310 usando el
servidor WWW de SignalP disponible en
http://www.cbs.dtu.dk/
services/SignalP/index.html (Nielsen et al. 1997) para predecir su conveniencia como SP.
services/SignalP/index.html (Nielsen et al. 1997) para predecir su conveniencia como SP.
Fueron llevados a cabo experimentos de
fermentación usando fermentadores experimentales (Applikon),
conteniendo 1 litro de medio y puestos a funcionar a 30ºC y
manteniendo el pH superior a 5,2.
En el Ejemplo 1, un número de nuevos SP fue
construido usando mutagénesis de inserción con un derivado de
Tn917 que contenía el gen nuc. Entre estos, fue
seleccionado SP310 para su posterior trabajo ya que su uso
proporcionó los rendimientos de secreción más altos de Nucleasa
(Nuc), cuando la expresión de la fusión génica de SP310-nuc
fue conducida por el promotor P170 en un plásmido multicopia.
Comparado con el SP de Usp45 (SPUSP), la principal proteína
lactocócica secretada, el rendimiento de secreción de Nuc obtenido
usando SP310 fue considerablemente inferior.
Para mejorar el nivel de secreción de SP310 y
permitir la identificación fácil de mutantes con mayor secreción de
Nuc, fueron comparados los niveles de Nuc en sobrenadantes de
cultivo a partir de cultivos de una noche cultivados en GM17 con el
nivel obtenido durante el crecimiento en el fermentador en medio
SAIV. Como se muestra, el uso de la secuencia tipo silvestre de 35
aa de SP mínima incluyendo la Ala en la posición +1 (Ala^{+1}, el
aa del extremo N-terminal de la proteína procesada)
proporcionó un nivel de secreción de 5,67 mg/L de Nuc. Esto
representa aproximadamente el 78% del nivel observado usando
SP_{Usp} (cepa PRA76) después del crecimiento de una noche en
GM17 (Tabla 3). Los valores totales de Nuc secretados fueron
inferiores que los niveles de Nuc obtenidos en el fermentador, pero
la eficacia relativa de SP310 fue del mismo orden de magnitud
comparado con SP_{Usp}, es decir, más del 58% (106 frente a 182
mg/L respectivamente). Así, se decidió para medir la secreción de
Nuc en los sobrenadantes de cultivo de una noche cultivados en GM17
para el rastreo inicial de mutantes SP310.
En general, fue obtenida aproximadamente una
disminución de 20 veces en la cantidad total de secreción de Nuc en
cultivos de una noche de GM17 comparado con los fermentadores. Esto
es debido principalmente a la diferente regulación del promotor de
P170, las desiguales condiciones fisiológicas y el medio usado. Para
SP310, fueron medidos 5,67 mg/L en sobrenadantes del cultivo de
GM17 y 106 mg/L en el fermentador. Los resultados de los cultivos
de GM17 se resumen en la tabla 3.
\newpage
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{ \cr}
\newpage
El análisis inicial de la secuencia de aa de
SP310 primaria fue llevado a cabo usando SignalP. Los SP bacterianos
eficientes muestran un Ala en la posición -3, -1 y +1. La secuencia
de SP310 incluía un Thr, un aa relativamente infrecuente, en la
posición -3 (Thr^{-3}). Como se muestra, la sustitución del resto
Thr^{-3} por Ala^{-3} (en la cepa 310mut1) causó un aumento
significativo de la secreción de Nuc (Tabla 3). Era evidente que la
región del extremo C-terminal de SP310 (figura 3),
era excepcionalmente larga y que incluía un número de restos
(posición de -10 a -2; Ser^{-9}, Ser^{-10}, Asn^{-5},
Gln^{-4}, Gln^{-7}, Asp^{-6} y Thr^{-3}) normalmente no
presentes en este dominio de SP gram positivo. La deleción de
Thr^{-3} y Asn^{-2} y la sustitución de Asn^{-5} por
Ala^{-3} fue incorporada por lo tanto en 310mut2. Este mutante
conserva Ala en la posición -3, -1 y +1 (figura 3). El análisis de
secreción de Nuc en 310mut2 mostró un aumento de hasta el 24%
comparado con el SP310 tipo silvestre y también un aumento con
respecto a los niveles observados con 310mut1 en cultivos de una
noche cultivados en GM17 (Tabla 3). Estos resultados confirmaron que
el acortamiento de la región del extremo C-terminal
y el mantenimiento de los restos Ala en el sitio de división
causaban una mejora considerable de la secreción de Nuc en L.
lactis.
El análisis de SP de bacterias Gram positivas
usando el SignalP predijo que una vuelta que favorece a los aa (por
ejemplo, Gly o Pro) es localizada a menudo en la posición entre el
corazón hidrófobo y el dominio del extremo
C-terminal. En SP310, dos restos Ser (Ser^{-10} y
Ser^{-9}) se localizan en esta región. Los inventores
construyeron a un mutante que carecía de estos dos restos y
Asp^{-6} (310mut4). Estas alteraciones causaron una reducción
considerable del nivel de Nuc comparado con SP310 (Tabla 3),
sugiriendo que la presencia de Ser y/o Asp en la región del extremo
C-terminal de SP310 era una exigencia para la
secreción eficaz en L. lactis. Una sustitución sencilla en
310mut4 para incorporar un resto Ala en la posición -3 (en 310mut5)
no afectó a la eficacia de secreción (Tabla 3), indicando el fuerte
papel esencial de estos restos. Sin embargo, la sustitución de
Asn^{-2}, Gln^{-4} con aa más frecuentes encontrados en estas
posiciones (Gln^{-2} y Thr^{-4}), junto con una sustitución de
Gln^{-6} a Pro^{-6} en 310mut3 causó un nivel más alto de
secreción comparado con SP310, pero más bajo que 310mut2. Pro
también se encuentra en esta región en el SP de las dos principales
proteínas de L. lactis extracelulares, PrtP y Usp45 (Tabla 4
debajo) y los resultados obtenidos con 310mut3 apoyan el papel de
este aa en la secreción. De modo interesante, una doble Ser está
también presente en esta región en Exp2, otra proteína extracelular
de L. lactis cuyo SP fue identificado recientemente (Poquet
et al., 1998).
El análisis de cambios adicionales diseñados
para acortar la región del extremo C-terminal
eliminando tanto Gln^{-7} (cepa 310mut7) como Asp^{-6} (cepa
310mut8) causó una disminución significativa de la secreción (Tabla
3). Permanece confuso si el cambio de longitud o la alteración en la
carga en la región del extremo C-terminal son
responsables de la disminución en la eficacia de la secreción.
Los restos del extremo
N-terminal de la proteína madura también pueden ser
importantes para el procesamiento eficaz por la maquinaria de
secreción. En Usp45 y Exp2 de L. lactis, Asp y Thr son los
dos primeros aa en la proteína procesada (Tabla 4). Así, fue
estudiado un mutante que incluía estos dos aa en la posición +1 y
+2, conservando la secuencia de 310mut2 en el SP. Como se muestra,
este mutante, 310mut6 secretaba una cantidad ligeramente inferior
de Nuc comparado con 310mut2, aunque los niveles obtenidos fueran
más altos comparados con SP310 (Tabla 3).
Una serie de mutantes fueron construidos y
caracterizados para estudiar el papel del corazón hidrófobo en la
secreción en L. lactis. En E. coli, el corazón
hidrófobo parece efectuar un papel esencial en la secreción, y el
aumento de la hidrofobia de esta región compensa los defectos en el
extremo N-terminal o en la región de procesamiento
(REF). Por lo tanto, fue analizada la sustitución de Ala^{-20}
solo (en 310mut10) o en combinación con Ser^{-15} (cepa 310mut11)
a Phe. Como se muestra, fue observada una correlación entre la
disminución en la eficacia de secreción y el número de Phe
introducidos. La secreción de Nuc en la cepa 310mut11 fue muy
inferior a la de 310mut2 y ligeramente menor que SP310 (Tabla
3).
En E. coli la presencia de Leu en la
región hidrófoba también se ha probado como potenciadora de la
secreción. Una serie de mutantes fue construido por lo tanto que
incluían tres, seis o catorce restos Leu además del Leu^{-19}
presente en SP310. En 310mutA, 310mutB y 310mutC, fue introducido
Leu en posiciones diferentes en la región hidrófoba que mantiene la
secuencia de tipo silvestre en la región del extremo
C-terminal (Tabla 3). Una gran reducción de la
eficacia (del 46% comparado con SP310) fue observada en 310mutA, y
fueron obtenidos rendimientos aún inferiores en 310mutB (41%) y
310mutC (35%), indicando que cantidades crecientes de Leu causan
una disminución gradual en el nivel de secreción. Una versión
modificada de 310mutA y 310mutB que incorporaba también un Ala en
la posición -3 (correspondiente a la región del extremo
C-terminal de 310mut1) fue estudiada. En uno de
estos mutantes, 310mutA1, el nivel de secreción fue algo más alto
(63% comparado con SP310) indicando que las posiciones Ala
conservadas en la región de procesamiento compensan parcialmente la
presencia de un exceso moderado de Leu en el corazón hidrófobo en
L. lactis. Sin embargo, cuando seis Leu estaban presentes
(cepa 310mut1), el rendimiento obtenido fue similar a 310mutB,
indicando que el contenido de Leu más alto en el corazón hidrófobo
no puede ser compensado por la presencia de Ala^{-3} (Tabla
3).
Una serie de mutantes fue construida para
investigar la influencia de la región del extremo
N-terminal en la secreción. En esta serie, fue
usada la región del extremo C-terminal de 310mut2 (o
310mut7) y fue llevada a cabo la eliminación de Phe o Asn de la
región del extremo N-terminal, para aumentar la
carga total positiva. En 310mutD2, la eliminación de Phe^{-33}
causó niveles de secreción más altos que en SP310, pero más bajos
que en 310mut2 (Tabla 3). Cuando fue usada la región del extremo
C-terminal de 310mut7 fue obtenido un rendimiento
aún inferior, proporcionando pruebas adicionales de que la carencia
de Gln^{-7} es atenuada en un SP que lleva una región más corta o
más polar del extremo N-terminal. La eliminación de
Asn^{-32} (cepa 310mutE2) causó niveles máximos de secreción
idénticos a 310mut (Tabla 3), sugiriendo un papel mínimo de este
resto en la eficacia. Una disminución drástica fue observada cuando
la región hidrófoba y del extremo C-terminal de 310
mut11 fueron combinadas con la región del extremo
N-terminal de 310mutD2 en la cepa 310mutE11,
confirmando el fuerte papel principal del corazón hidrófobo en el
funcionamiento total durante la secreción (Tabla 3). En la cepa 310
mutF2, la región del extremo N-terminal fue
modificada por la sustitución de Asn^{-32} en Lys, para aumentar
la carga neta positiva. Esta alteración causó un nivel más bajo de
secreción de Nuc observado entre todos los mutantes analizados
(Tabla 3). Así, la carga neta de la región del extremo
N-terminal de SP310 podría representar el máximo
permitido para una secreción eficiente
en L. lactis.
en L. lactis.
Fueron analizados 310mutB y 310mutB en
SDS-PAGE a partir de sobrenadantes de cultivos de
una noche de AMJ627, PRA159 y mutantes PRA164. En AMJ627, fue
observada una banda fuerte que corresponde en tamaño a la proteína
de Nuc procesada, además de la proteína principal de Usp45 de 45 kDa
(figura 4, columna 1). Para PRA159, la fusión génica incluye el
SP310 de longitud completa y 25 codones adicionales correspondientes
al extremo N-terminal de la proteína procesada
(Ejemplo 1). Una banda principal de 19 kD fue observada que es el
tamaño esperado de un Nuc de longitud completa con una extensión de
25 aa del extremo N-terminal. Las bandas menores en
esta preparación podrían corresponder a un procesamiento posterior
de la proteína de fusión en el Nuc de cadena completa (fue
detectada una banda de 16 kDa; figura 4, columna 2). En la cepa
PRA164, la presencia de dos bandas de Nuc principales apoyó el
sitio de procesamiento alternativo sugerido por el análisis de
secuencia usando SignalP (figura 3). Una sola banda de Nuc fue
detectada en PRA164, 310mutB y 310mut6, indicando que solo se usa
un sitio de procesamiento en estos mutantes. Las cantidades
relativas de Nuc eran consistentes con los niveles de actividad
medidos en estas cepas (Tabla 3).
Como se menciona anteriormente, los niveles de
producción usando el sistema de expresión
P170-dependiente de L. lactis son al menos
20 veces más altos durante el crecimiento controlado en el medio
definido en el fermentador comparado con los niveles obtenidos en
los cultivos de una noche cultivados en medio rico en GM17. Por lo
tanto, el SP310 tipo silvestre y los tres mutantes que representan
la eficacia de secreción máxima (310mut2), media (310mut6) o baja
(310mutB) fueron usados en comparación con AMJ627 (SPUSP). Como se
muestra, 310mut2 proporcionó más de 150 mg/L de Nuc representando
una mejora del 45% con respecto a SP310 (Tabla 5 debajo). Para
310mut6, los valores obtenidos confirmaron un mejor funcionamiento
(una mejora del 25% comparado con SP310) y 310mutB proporcionó el
50% de la cantidad secretada usando SP310 simulando los resultados
del rastreo inicial en GM17. De modo interesante, el rendimiento de
310mut2 en el fermentador es comparable con SP_{Usp}, alcanzando
el 85% de la cantidad de Nuc secretado por éste.
Las cepas fueron cultivadas en SAIV en un
fermentador puesto a 30ºC, pH 5,2.
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SECRECIÓN EN BACTERIAS DEL ÁCIDO LÁCTICO Y NUEVAS SEÑALES DE
SECRECIÓN AISLADAS DE LACTOCOCCUS LACTIS
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<130> 21813PC1
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<160> 62
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<170> FastSEQ para la Versión 3.0 de
Windows
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<210> 1
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<210> 1
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 34
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<212> PRT
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 59
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Met Lys Asn Lys Lys Arg Val Ala Ile Ala Thr
Phe Ile Ala Leu Ile}
\sac{Phe Val Ser Phe Phe Thr Ile Ser Ser Ile
Asp Ala Gln Ala Ala Glu}
\sac{Arg Ser}
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<210> 60
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 35
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<212> PRT
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<213> Secuencia artificial
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<400> 60
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Met Lys Phe Lys Lys Arg Val Ala Ile Ala Thr
Phe Ile Ala Leu Ile}
\sac{Phe Val Ser Phe Phe Thr Ile Ser Ser Ile
Gln Asp Ala Gln Ala Ala}
\sac{Glu Arg Ser}
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<210> 61
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<211> 35
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<212> PRT
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<213> Secuencia artificial
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<400> 61
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\sa{Met Lys Asn Lys Lys Arg Val Ala Ile Ala Thr
Phe Ile Phe Leu Ile}
\sac{Phe Val Phe Phe Phe Thr Ile Ser Ser Ile
Gln Asp Ala Gln Ala Ala}
\sac{Glu Arg Ser}
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<213> Secuencia artificial
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<400> 62
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Met Lys Phe Lys Lys Lys Arg Val Ala Ile Ala
Thr Phe Ile Ala Leu}
\sac{Ile Phe Val Ser Phe Phe Thr Ile Ser Ser
Ile Gln Asp Ala Gln Ala}
\sac{Ala Glu Arg Ser}
Claims (8)
1. Una molécula de ADN aislada que comprende una
secuencia de ADN que codifica para un péptido señal seleccionado a
partir del grupo que consiste en SEQ ID NO:42 (310mut1), SEQ ID
NO:43 (310mut2), SEQ ID NO:44 (310mut3), SEQ ID NO:45 (310mut4), SEQ
ID NO:46 (310mut5), SEQ ID NO:47 (310mut6), SEQ ID NO:48 (310mut7),
SEQ ID NO:49 (310mut8), SEQ ID NO:51 (310mut10), SEQ ID NO:52
(310mut11), SEQ ID NO:53 (310mutA), SEQ ID NO:54 (310mutB), SEQ ID
NO:55 (310mutC), SEQ ID NO:56 (310mutA1), SEQ ID NO:57 (310mutB1),
SEQ ID NO:58 (310mutD2), SEQ ID NO:59 (310mutD7), SEQ ID NO:60
(310mutE2), SEQ ID NO:61 (310mutE11) y SEQ ID NO:62 (310mutF2).
2. Una molécula de ADN aislada que comprende una
secuencia de ADN que codifica para la SEQ ID NO:41 del péptido señal
(SP310).
3. Un plásmido recombinante que comprende la
secuencia de ADN de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2.
4. El plásmido de acuerdo con la reivindicación
3 que comprende además a un promotor regulable operativamente unido
a una fusión de dicho péptido señal y el gen nuc.
5. Una bacteria recombinante que comprende la
secuencia de ADN de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2.
6. La bacteria de acuerdo con la reivindicación
5, en la que la secuencia de ADN se une operativamente a un gen que
expresa un producto génico deseado por el cual el producto génico es
secretado.
7. La bacteria de acuerdo con la reivindicación
5 ó 6 que es una bacteria del ácido láctico.
8. El uso de una bacteria de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 5-7 para la
producción de un producto génico deseado.
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