TAP CHI SINH HOC 2015, 37(1se): 196201<br />
DOI: 10.15625/08667160/v37n1se.<br />
<br />
<br />
<br />
TẠO DÒNG NẤM MEN Saccharomyces cerevisiae MANG DUNG HỢP GEN <br />
NHẰM BIỂU HIỆN REUTERICIN TRÊN BỀ MẶT TẾ BÀO<br />
<br />
Nguyễn Hiếu Nghĩa, Nguyễn Trí Nhân, Đặng Thị Phương Thảo*<br />
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHCM, *thaodp@hcmus.edu.vn<br />
<br />
TÓM TẮT: Reutericin là bacteriocin nhóm II dạng vòng, bền nhiệt có nguồn gốc từ <br />
Lactobacillus reuteri, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm. Các chủng sinh <br />
bacteriocin có nguồn gốc tự nhiên biểu hiện peptide này ở mức độ thấp, do đó có nhiều chiến <br />
lược phát triển nhằm tăng sự biểu hiện bacteriocin mục tiêu thông qua kỹ thuật tái tổ hợp gen. <br />
Trong nhiều chủng chủ biểu hiện protein tái tổ hợp, nấm men Saccharomyces cerevisiae được <br />
biết đến như một chủng chủ có giá trị dinh dưỡng cao, được ứng dụng trong công nghiệp thực <br />
phẩm cũng như probiotic. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một cách tiếp cận mới bằng <br />
chiến lược biểu hiện Reutericin trên bề mặt tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae nhằm <br />
hướng tới phát triển tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae cho chế phẩm probiotic trong <br />
chăn nuôi gia súc và nuôi trồng thuỷ hải sản. Gen mã hoá cho Reutericin được dung hợp với với <br />
gen αagglutinin, mã hoá cho αAgglutinin trên bề mặt tế bào nấm men. Tế bào nấm men <br />
Saccharomyces cerevisiae W303 tái tổ hợp mang dung hợp gen reutericin αagglutinin cho thấy <br />
khả năng sinh trưởng trên môi trường khuyết dưỡng tryptophan. Kết quả quan sát dưới kính <br />
hiển vi huỳnh quang cũng cho thấy Reutericin đã được biểu hiện trên bề mặt tế bào nấm men. <br />
Như vậy, các kết quả thực nghiệm chứng tỏ chúng tôi đã tạo dòng thành công dòng tế bào nấm <br />
men Saccharomyces cerevisiae W303: reutericin mang và biểu hiện Reutericin trên bề mặt tế <br />
bào. <br />
Từ khóa: agglutinin, bacteriocin, bề mặt tế bào, reutericin, nấm men.<br />
<br />
MỞ ĐẦU GRAS (generally regarded as safe); nhi ều <br />
nghiên cứu về sản xuất bacteriocin tái tổ hợp <br />
Bacteriocin là những peptide hay protein <br />
từ Saccharomyces cerevisiae đã thành công <br />
kháng khuẩn, được sinh tổng hợp bởi vi <br />
như Pediocin , Enterocin L50 . Song song đó, <br />
khuẩn Gram âm hoặc Gram dương . Reutericin <br />
những thành công về biểu hiện protein tái tổ <br />
là bacteriocin nhóm IIc, được sinh tổng hợp <br />
hợp trên bề mặt tế bào nấm men bằng dung <br />
bởi Lactobacillus reuteri LA6, có trọng lượng <br />
hợp gen mục tiêu với gen mã hóa cho các <br />
phân tử 5,6kDa, bền nhiệt, tác động vào màng <br />
protein trên màng tế bào đã mở ra một hướng <br />
tế bào của tế bào vi khuẩn mục tiêu như <br />
phát triển mới cho công nghệ protein tái tổ <br />
Lactobacillus bulgaricus. Bacteriocin được sản <br />
hợp. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng protein như <br />
xuất bởi các vi khuẩn lactic (LAB), được công <br />
FLO1, Cwps và a/αagglutinin để dung hợp, <br />
nhận an toàn trong bảo quản thực phẩm . Biểu <br />
biểu hiện protein mục tiêu lên bề mặt tế bào <br />
hiện hàm lượng thấp là nhược điểm của các <br />
nấm men . Trong nghiên cứu này chúng tôi <br />
chủng sinh bacteriocin tự nhiên, do đó nhiều <br />
tiến hành thiết kế tạo dòng tế bào nấm men <br />
nghiên cứu đã hướng đến biểu hiện <br />
Saccharomyces cerevisiae tái tổ hợp dung hợp <br />
bacteriocin tái tổ hợp trong các hệ thống tế <br />
gen bacteriocin với αagglutinin nhằm biểu <br />
bào chủ khác nhau như Escherichia coli, <br />
hiện Reutericin trên bề mặt tế bào nấm men. <br />
Saccharomyces cerevisiae, LAB . <br />
Nấm men Saccharomyces cerevisiae được VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, <br />
nước uống và được công nhận là an toàn Chủng vi sinh vật và plasmid<br />
<br />
<br />
<br />
196<br />
Chủng Escherichia coli DH5α [F, bằng phương pháp SDS kiềm, sau đó kiểm tra <br />
θ80lacZ∆M15, recA1, endA1, hsdR17 (rk, mk+), plasmid tái tổ hợp bằng phản ứng cắt với <br />
phoA, supE44, λ, thi1, gyrA96, relA1] enzyme BglII và XhoI và kiểm tra sự hiện diện <br />
(Takara, Nhật) dùng làm tế bào chủ để nhân của trình tự gen trên palsmid bằng PCR với <br />
bản plasmid. Chủng Saccharomyces cerevisiae cặp mồi BglIIRt và XhoIRt.<br />
W303 [MATa/MATα {leu23,112 trp11 can1 Chương trình PCR thu nhận và kiểm tra <br />
100 ura31 ade21 his311,15}] dùng để biểu gen reutericin: 1 chu kỳ: 95oC5 phút; 30 chu <br />
hiện protein dung hợp lên bề mặt. kỳ: 94oC45 giây, 55oC30giây, 72oC30 giây; 1 <br />
Vector pICAS1 (PTN. Công nghệ sinh học chu kỳ 72oC10 phút. Sản phẩm PCR sau đó <br />
phân tử, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, được kiểm tra bằng điện di trên gel agarose <br />
ĐHQGHCM) được thiết kế để làm vector tái 1%.<br />
tổ hợp mang gen reutericin, có kích thước <br />
6457bp, mang gen kháng ampicilin giúp sàng Tạo dòng tế bào nấm men Saccharomyces <br />
lọc dòng tế bào vi khuẩn mang vector, chứa cerevisiae W303 mang vector tái tổ hợp <br />
promoter GADPH kiểm soát biểu hiện bởi pICASreutericin<br />
glucose, trình tự tiết SSS (secrection signal Vector pICASreutericin được biến nạp <br />
sequence) giúp protein chuyển vị qua màng để vào tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae <br />
gắn lên vách tế bào. W303 bằng phương pháp lithium acetate cải <br />
Gen mã hoá cho Reutericin được thiết kế biên (Gietz and Schiestl, 2007) [6]. Sản phẩm <br />
dựa trên trình tự gen tại ngân hàng peptide biến nạp được sàng lọc trên môi trường <br />
kháng khuẩn (http://bactibase.pfbalab khuyết dưỡng tryptophan (SD : leucin 30mg, <br />
tun.org/BAC168), mã số BAC 168 . Histidin 20mg, Adenin 20mg, Uracin 20mg, <br />
Yeast nitrogen base 6,7g, Glucose 20g, nước <br />
Cấu trúc vector tái tổ hợp pICASreutericin<br />
cất đủ 1lit). Các khuẩn lạc mọc được trên môi <br />
Vector pICAS1 được tách chiết bằng trường khuyết dưỡng tiến hành tách chiết <br />
phương pháp SDS (Sodium dodecyl sulfat) genome (Rose et al., 1990) [9] và PCR kiểm tra <br />
kiềm (Birnboim & Doly, 1979) [2] từ dòng tế với cặp mồi BglIIRt và XhoIRt đặc hiệu cho <br />
bào Escherichia coli DH5α/pICAS1 và được gen reutericin.<br />
cắt mở vòng bằng hai enzyme cắt giới hạn <br />
Vì Reutericin được thiết kế gắn them đuôi <br />
BglII và XhoI. Song theo đó, gen reutericin <br />
dung hợp histinde cho mục đích nhận diện <br />
được đặt tổng hợp được khuếch đại bằng <br />
protein nên trên bề mặt tế bào nên, tế bào <br />
phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu cho gen <br />
Saccharomyces cerevisiae W303 mang vector <br />
BglIIRt (GGA AGA TCT CCA TTT ATT <br />
tái tổ hợp pICASreutericin (Saccharomyces <br />
GGA TTG CTG ATC) và XhoIRt (CCG CTC <br />
cerevisiae W303:reutericin) được kiểm tra sự <br />
GAG CGG AGC AGC AGT AGC ACC CAA <br />
biểu hiện Reutericin trên bề mặt tế bào bằng <br />
AG). Sản phẩm cắt được điện di trên gel <br />
nhuộm miễn dịch huỳnh quang (Tang et al., <br />
agarose 1% để kiểm tra.<br />
2008) [11] với kháng thể kháng polyHistidine <br />
Sản phẩm cắt được tinh chế qua cột EZ (GE Healthcare, Việt Nam) (1:1000) trong 1 <br />
10 (Biobasic, Cannada) và nối bằng enzyme giờ ở 25oC, sau đó ủ với kháng thể bậc hai có <br />
T4 ligase, sau đó được hóa biến nạp vào tế gắn chất phát huỳnh quang Alexa 488 <br />
bào Escherichia coli DH5α và được sàng lọc (Invitrogen, Nhật Bản) (1:400) trong 2 giờ ở <br />
trên môi trường LB agar (trypton 1%, NaCl 25oC. Xem kết quả dưới kính hiển vi huỳnh <br />
1%, cao nấm men 0.5%) có chứa kháng sinh quang Olympus BX41 (Olympus, Hoa Kỳ).<br />
ampicilin nồng độ 100 µg/ml. Thể biến nạp <br />
được kiểm tra bằng phản ứng PCR khuẩn lạc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN <br />
với cặp mồi BglIIRt và XhoIRt. Bên cạnh <br />
đó, các khuẩn lạc còn được tách chiết plasmid <br />
<br />
197<br />
Tối ưu và thiết kế dung hợp gen mã hoá mặt tế bào nấm men Saccharomyces <br />
Reutericin trong biểu hiện protein trên bề cerevisiae, và peptide tín hiệu neo GPI <br />
mặt tế bào nấm men (glycosylphosphatidyl inositol) giúp phân tử <br />
protein cố định trên màng (hình 1a). Sau khi <br />
Trong chiến lược biểu hiện và gắn <br />
được sinh tổng hợp trên lưới nội chất nhám, <br />
Reutericin trên bề mặt tế bào nấm men, <br />
toàn bộ dung hợp protein này được điều khiển <br />
peptide này được dung hợp với đoạn peptide <br />
tiết ra bề mặt tế bào nấm nhờ hoạt động của <br />
đầu C của αagglutinin, một protein trên bề <br />
peptide tín hiệu tiết (SSS) (hình 1b).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Chiến lược biểu hiện <br />
trên bề mặt tế bào nấm men <br />
Saccharomyces cerevisiae<br />
<br />
(a): Cấu trúc gen dung hợp <br />
protein;<br />
(b) Con đường tiết protein ra <br />
ngoài màng tế bào nấm men<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Tối ưu gen biểu hiện <br />
Reutericin trên bề mặt tế bào <br />
nấm men S. cerevisiae<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Reutericin là peptide có nguồn gốc từ vi tích độ tương thích với bảng mã di truyền của <br />
khuẩn Lactobacillus reuteri, do vậy, khi phân nấm men Saccharomyces cerevisiae chúng tôi <br />
<br />
<br />
198<br />
nhận thấy 13/57 codon có độ tương thích nhỏ di truyền của hệ thống tế bào chủ nấm <br />
hơn 50% và 19/57 codon có độ tương thích men. <br />
nhỏ hơn 70% (hình 2a). Kết quả phân tích này Cấu trúc vector tái tổ hợp pICAS reutericin <br />
đưa đến nhận định là rất có thể gen mã hoá <br />
biểu hiện trên bề mặt tế bào nấm men <br />
cho reutericin từ Lactobacillus reuteri khó <br />
Saccharomyces cerevisiae <br />
được nhận diện và biẻu hiện trong nấm men <br />
Saccaromyces cerevisiae . Vector pICAS1 có kích thước 6457bp, có <br />
Nhằm tối ưu gen mã hoá cho peptide này dùng trình tự nhận biết của các enzyme cắt giới <br />
trong hệ thống tế bào chủ nấm men, chúng tôi hạn trong vùng MCS (multiple cloning site) (hình <br />
sử dụng phần mềm thiết kế gen Snap Gene 3a) và được thu nhận (hình 3b, giếng 4). Song <br />
2.6.2 với bộ thông số về codon mã hoá của song theo đó, vector pICAS1 được cắt bằng hai <br />
nấm men S. cerevisiae để chuyển đổi các enzyme cắt giới hạn BglII và XhoI cho một vạch <br />
codon khó nhận diện và các codon không dịch có kích thước khoảng 6445bp trên bản điện di <br />
mã trên gen reutericin của Lactobacillus (hình 3b, giếng 5) và đoạn oligonucletotide có <br />
reuteri thành các codon dịch mã cho cùng acid chiều dài 12bp (không phát hiện trên bản điện <br />
amin của nấm men. Kết quả phân tích trình tự di), kích thước này gần bằng kích thước của <br />
gen trên hình 2b cho thấy, sau khi tối ưu của vector pICAS1 sau khi mở vòng (6457bp). Theo <br />
gen mã hoá cho Reutericin có độ tương thích đó, gen reutericin được PCR và cắt bằng hai <br />
100% với bảng mã enzyme BglII và XhoI, cũng cho một vạch có <br />
kích thước khoảng 200bp như đã thiết kế (hình <br />
3b, giếng 3). <br />
Gen reutericin sau khi cắt được nối vào <br />
vector pICAS1, sản phẩm nối được biến nạp <br />
vào Escherichia coli DH5α, các khuẩn lạc mọc <br />
được trên môi trường LB agar ampicilin tiến <br />
hành kiểm tra bằng PCR. Kết quả kiểm tra <br />
cho thấy một số khuẩn lạc E. coli mang gen <br />
mục tiêu (hình 3c, giếng 4, giếng 6, giếng 8). <br />
Các khuẩn lạc này tiếp tục được hoạt hóa, <br />
tách chiết plasmid và PCR với cặp mồi BglII<br />
Rt và XhoIRt đặc hiệu cho gen reutericin. Kết <br />
quả điện di cho thấy chúng tôi đã thu được <br />
plasmid tái tổ hợp mang gen reutericin (hình <br />
3d, giếng 46). Gen reutericin trên các plasmid <br />
tái tổ hợp được giải trình tự và kiểm tra sự <br />
đồng khung dịch mã.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
199<br />
Hình 3. Cấu trúc vector tái tổ hợp <br />
pICASreutericin<br />
(a): Cấu trúc vector pICAS1; (b): Thu <br />
nhận gen reutericin và plasmid pICAS1. <br />
1. Thang DNA 1kbp; 2. Chứng âm phản <br />
ứng PCR; 3. Sản phẩm PCR gen sau khi <br />
cắt; 4. Plasmid tách bằng phương pháp <br />
SDS kiềm; 5. Plasmid sau khi cắt; (c): <br />
PCR khuẩn lạc E.coli DH5α/pICAS<br />
reutericin. 1. Thang DNA 1kbp; 2. Chứng <br />
dương phản ứng PCR; 3. Chứng âm phản <br />
ứng PCR; 48. Sản phẩm PCR khuẩn lạc <br />
E.coli DH5α khác nhau; (d): PCR plasmid <br />
tái tổ hợp E.coli DH5α/pICASreutericin. <br />
1. Thang DNA 1kbp; 2. Chứng dương <br />
phản ứng PCR; 3. Chứng âm phản ứng <br />
PCR; 46. Sản phẩm PCR plasmid khác <br />
nhau.<br />
<br />
Tạo dòng tế bào nấm men Saccharomyces năng mã hóa tryptophan và phát triển trên môi <br />
cerevisiae W303 mang vector tái tổ hợp trường SD (hình 4b). Kết quả kiểm tra sự <br />
pICASreutericin. hiện diện của gen reutericin trên bộ gen của <br />
nấm men tái tổ hợp cũng cho thấy các chủng <br />
Vector tái tổ hợp pICASreutericin <br />
nấm men này mang dung hợp gen mục tiêu <br />
được biến nạp vào nấm men Saccharomyces <br />
(hình 4c, giếng 5). Bên cạnh đó, khi nhuộm <br />
cerevisiae W303. Các dòng nấm men mang <br />
miễn dịch huỳnh quang với kháng thể kháng <br />
vector tái tổ hợp mang dung hợp gen pICAS<br />
polyHistidin trên màng tế bào Saccharomyces <br />
reutericin được chọn lọc dựa trên sự phát triển <br />
cerevisiae W303: reutericin cho tính hiệu <br />
của chúng trên môi trường SD khuyết dưỡng <br />
huỳnh quang trên màng ở pha tối (chiếu ánh <br />
tryptophan (SD) (hình 4a). Saccharomyces <br />
sáng huỳnh quang bước sóng 488 nm) trong <br />
cerevisiae W303 đột biến gen tổng hợp <br />
khi dòng tế bào đối chứng Saccharomyces <br />
tryptophan, không phát triển được trên môi <br />
cerevisiae W303 không cho tính hiệu này (hình <br />
trường SD. Tuy nhiên, khi chủng chủ chủ <br />
4d). Kết quả này đã khẳng định Reutericin có <br />
nấm men tiếp nhận dung hợp gen cấu trúc <br />
thể biểu hiện được trên bề mặt tế bào nấm <br />
vector pICASreutericin sẽ trở nên có khả <br />
men.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
200<br />
Hình 4. Sàng lọc dòng tế bào nấm men mang vector tái tổ hợp pICASreutericin<br />
(a): Nguyên tắc sàng lọc trên môi trường khuyết dưỡng; (b): Kết quả biến nạp vector pICAS reutericin <br />
vào tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae W303; (c): Kiểm tra sự hiện diện của dung hợp gen trong <br />
tế bào nấm men. 1. Thang DNA 100bp; 2. Dung hợp gen; 3. Kết quả phản ứng PCR với khuôn là DNA bộ <br />
gen của nấm men; 49. Kết quả phản ứng PCR với khuôn là DNA bộ gen từ các khuẩn lạc nấm men tái tổ <br />
hợp sàng lọc được trên môi trường SD; (d): Kiểm tra biểu hiện gen reutericin trên bề mặt tế bào bằng <br />
nhuộm miễn dịch huỳnh quang với kháng thể kháng polyHistidin. Pha sáng là ánh sáng trắng và pha tối <br />
ánh sáng huỳnh quang bước sóng 488 nm.<br />
<br />
KẾT LUẬN dòng tế bào nấm men Saccharomyces <br />
cerevisiae W303 mang vector pICAS<br />
Chúng tôi đã cấu trúc thành công vector tái <br />
reutericin. Dòng nấm men tái tổ hợp này là <br />
tổ hợp pICASreutericin nhằm biểu hiện <br />
nguyên liệu cơ bản trong các nghiên cứu sâu <br />
Reutericin dung hợp 3’αagglutinin trên bề <br />
hơn về con đường biểu hiện tiết Reutericin <br />
mặt tế bào nấm men Saccharomyces <br />
trên bề mặt tế bào.<br />
cerevisiae. Đồng thời bước đầu sàng lọc được TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
<br />
<br />
ESTABLISHMENT OF Saccharomyces cerevisiae BEARING FUSION GENE <br />
FOR REUTERICIN EXPRESSION ON CELL SURFACE<br />
<br />
<br />
201<br />
Nguyen Hieu Nghia, Nguyen Tri Nhan, Dang Thi Phuong Thao<br />
University of Science, VNU, Ho Chi Minh city<br />
<br />
SUMMARY<br />
<br />
Reutericin is group IIc bacteriocin, heatlabile bacteriocin which is produced by Lactobacillus reuteri <br />
LA6 and applied in many food industries. The seminarians bacteriocin derived naturally in low levels. <br />
Therefore, several different researches have been carried out in order to increase Reutericin expression level <br />
by recombinant techniques. One among of many host cells for recombinant protein expression, <br />
Saccharomyces cerevisiae has been used as a useful host cell which has high nutritional value, applicable in <br />
food industry and probiotic. Here, we show a new strategy in which we aim to express Reutericin on <br />
Saccharomyces cerevisiae cell surface towards developing probiotic for animal and seafood farming. <br />
Reutericin gene was fused to αagglutinin, coding for αAgglutinin on yeast cell surface. The recombinant <br />
Saccharomyces cerevisiae W303 bearing reutericin αagglutinin fusion gene owns the growing capacity on <br />
minus tryptophan medium. Data of observation under fluorescent microscopy also demonstrate that the <br />
recombinant yeast bearing Reutericin on its cell surface. Taken together, our data strongly showed that we <br />
success on construction a line of Saccharomyces cerevisiae W303: reutericin which bears Reutericin on its <br />
cell surface.<br />
Keywords: agglutinin, bacteriocin, cell surface, reutericin, yeast. <br />
<br />
Ngày nhận bài 22102014<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
202<br />