Upregulation of YciM expression reduces endotoxin contamination of recombinant proteins produced in Escherichia coli cells

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Recombinant proteins produced in Escherichia coli are often contaminated with endotoxins, which can be a serious problem for their further application. One of the possible solutions is the use of modified strains with reduced lipopolysaccharide (LPS) levels. We compared two approaches to engineering such strains. The first commonly known approach was modification of LPS biosynthesis pathway by knocking out seven genes in the E. coli genome. The second approach, which has not been previously used, was to increase expression of E. coli protein YciM. According to the published data, elevated expression of YciM leads to the reduction in the amount of the LpxC enzyme involved in LPS biosynthesis. We investigated the impact of YciM coexpression with eGFP on the content of endotoxins in the purified recombinant eGFP samples. Both approaches provided similar outcomes, i.e., decreased the endotoxin levels in the purified protein samples.

About the authors

P. A Bobrovsky

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency;Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)”

119435 Moscow, Russia;141701 Dolgoprudny, Russia

D. D Kharlampieva

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency

119435 Moscow, Russia

S. A Kirillin

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency

119435 Moscow, Russia

K. A Brovina

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency;Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)”

119435 Moscow, Russia;141701 Dolgoprudny, Russia

E. N Grafskaia

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency

119435 Moscow, Russia

V. N Lazarev

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency;Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)”

119435 Moscow, Russia;141701 Dolgoprudny, Russia

V. A Manuvera

Lopukhin Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological Agency;Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)”

Email: vmanuvera@yandex.ru
119435 Moscow, Russia;141701 Dolgoprudny, Russia

References

  1. Raetz, C. R., and Whitfield, C. (2002) Lipopolysaccharide endotoxins, Annu. Rev. Biochem., 71, 635-700, doi: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135414.
  2. Bos, M. P., Robert, V., and Tommassen, J. (2007) Biogenesis of the gram-negative bacterial outer membrane, Annu. Rev. Microbiol., 61, 191-214, doi: 10.1146/annurev.micro.61.080706.093245.
  3. Yoon, S. H., Jeong, H., Kwon, S. K., and Kim, J. F. (2009) Genomics, Biological Features, and Biotechnological Applications of Escherichia coli B: "Is B for better?!", in Systems Biology and Biotechnology of Escherichia coli (Lee, S. Y., ed), Springer, Dordrecht, doi: 10.1007/978-1-4020-9394-4_1.
  4. Mamat, U., Wilke, K., Bramhill, D., Schromm, A. B., Lindner, B., Kohl, T. A., Corchero, J. L., Villaverde, A., Schaffer, L., Head, S. R., Souvignier, C., Meredith, T. C., and Woodard, R. W. (2015) Detoxifying Escherichia coli for endotoxin-free production of recombinant proteins, Microb. Cell Fact., 14, 1-15, doi: 10.1186/s12934-015-0241-5.
  5. Kayagaki, N., Wong, M. T., Stowe, I. B., Ramani, S. R., Gonzalez, L. C., Akashi-Takamura, S., Miyake, K., Zhang, J., Lee, W. P., Muszyński, A., Forsberg, L. S., Carlson, R. W., and Dixit, V. M. (2013) Noncanonical inflammasome activation by intracellular LPS independent of TLR4, Science, 130, 1246-1249, doi: 10.1126/science.1240248.
  6. Park, B. S., Song, D. H., Kim, H. M., Choi, B. S., Lee, H., and Lee, J.-Oh (2009) The structural basis of lipopolysaccharide recognition by the TLR4-MD-2 complex, Nature, 458, 1191-1195, doi: 10.1038/nature07830.
  7. Mahalakshmi, S., Sunayana, M. R., Saisree, L., and Reddy, M. (2014) YciM is an essential gene required for regulation of lipopolysaccharide synthesis in Escherichia coli, Mol. Microbiol., 91, 145-157, doi: 10.1111/mmi.12452.
  8. Jiang, Y., Chen, B., Duan, C., Sun, B., Yang, J., and Yang, S. (2015) Multigene editing in the Escherichia coli genome via the CRISPR-Cas9 system, Appl. Environ. Microbiol., 81, 2506-2514, doi: 10.1128/AEM.04023-14.
  9. Klock, H. E., and Lesley, S. A. (2009) The Polymerase Incomplete Primer Extension (PIPE) method applied to high-throughput cloning and site-directed mutagenesis, Methods Mol. Biol., 498, 91-103, doi: 10.1007/978-1-59745-196-3_6.
  10. Dower, W. J., Miller, J. F., and Ragsdale, C. W. (1988) High efficiency transformation of E. coli by high voltage electroporation, Nucleic Acids Res., 16, 6127-6145, doi: 10.1093/nar/16.13.6127.
  11. Cormack, B. P., Valdivia, R. H., and Falkow, S. (1996) FACS-optimized mutants of the green fluorescent protein (GFP), Gene, 173, 33-38, doi: 10.1016/0378-1119(95)00685-0.
  12. Mamat, U., Woodard, R. W., Wilke, K., Souvignier, C., Mead, D., Steinmetz, E., Terry, K., Kovacich, Ch., Zegers, A., and Knox, C. (2013) Endotoxin-free protein production - ClearColiTM technology, Nat. Methods, 10, 916, doi: 10.1038/nmeth.f.367.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».