Published April 25, 2019
| Version v1
Publication
Open
Constitutive expression and cell-surface display of a bacterial β-mannanase in Lactobacillus plantarum
Creators
- 1. University of Da Nang
- 2. University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna
- 3. Norwegian University of Life Sciences
Description
Lactic acid bacteria (LAB) are important microorganisms in the food and beverage industry. Due to their food-grade status and probiotic characteristics, several LAB are considered as safe and effective cell-factories for food-application purposes. In this present study, we aimed at constitutive expression of a mannanase from Bacillus licheniformis DSM13, which was subsequently displayed on the cell surface of Lactobacillus plantarum WCFS1, for use as whole-cell biocatalyst in oligosaccharide production. Two strong constitutive promoters, Pgm and SlpA, from L. acidophilus NCFM and L. acidophilus ATCC4356, respectively, were used to replace the inducible promoter in the lactobacillal pSIP expression system for the construction of constitutive pSIP vectors. The mannanase-encoding gene (manB) was fused to the N-terminal lipoprotein anchor (Lp_1261) from L. plantarum and the resulting fusion protein was cloned into constitutive pSIP vectors and expressed in L. plantarum WCFS1. The localization of the protein on the bacterial cell surface was confirmed by flow cytometry and immunofluorescence microscopy. The mannanase activity and the reusability of the constructed L. plantarum displaying cells were evaluated. The highest mannanase activities on the surface of L. plantarum cells obtained under the control of the Pgm and SlpA promoters were 1200 and 3500 U/g dry cell weight, respectively, which were 2.6- and 7.8-fold higher compared to the activity obtained from inducible pSIP anchoring vectors. Surface-displayed mannanase was shown to be able to degrade galactomannan into manno-oligosaccharides (MOS). This work demonstrated successful displaying of ManB on the cell surface of L. plantarum WCFS1 using constitutive promoter-based anchoring vectors for use in the production of manno-oligosaccharides, which are potentially prebiotic compounds with health-promoting effects. Our approach, where the enzyme of interest is displayed on the cell surface of a food-grade organism with the use of strong constitutive promoters, which continuously drive synthesis of the recombinant protein without the need to add an inducer or change the growth conditions of the host strain, should result in the availability of safe, stable food-grade biocatalysts.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) هي كائنات دقيقة مهمة في صناعة الأغذية والمشروبات. نظرًا لحالة درجة الغذاء وخصائص البروبيوتيك، تعتبر العديد من المختبرات مصانع خلايا آمنة وفعالة لأغراض تطبيق الطعام. في هذه الدراسة، استهدفنا التعبير التأسيسي للمناناز من Bacillus licheniformis DSM13، والذي تم عرضه لاحقًا على سطح خلية Lactobacillus plantarum WCFS1، لاستخدامه كحفاز حيوي كامل الخلية في إنتاج السكريات القليلة. تم استخدام اثنين من المعززات التأسيسية القوية، Pgm و SlpA، من L. acidophilus NCFM و L. acidophilus ATCC4356، على التوالي، لاستبدال المعزز القابل للحث في نظام تعبير pSIP اللبني لبناء ناقلات pSIP التأسيسية. تم دمج جين ترميز الماناناز (MANB) في مثبت البروتين الدهني الطرفي N (Lp _1261) من L. plantarum وتم استنساخ بروتين الاندماج الناتج في ناقلات pSIP التأسيسية وتم التعبير عنه في L. plantarum WCFS1. تم تأكيد توطين البروتين على سطح الخلية البكتيرية عن طريق قياس التدفق الخلوي والفحص المجهري للتألق المناعي. تم تقييم نشاط المناناز وقابلية إعادة استخدام خلايا عرض L. plantarum المبنية. كانت أعلى أنشطة إنزيم المناناز على سطح خلايا L. plantarum التي تم الحصول عليها تحت سيطرة معززات PGM و SlpA هي 1200 و 3500 وحدة/جم من وزن الخلايا الجافة، على التوالي، والتي كانت أعلى بمقدار 2.6 و 7.8 مرة مقارنة بالنشاط الذي تم الحصول عليه من متجهات تثبيت pSIP القابلة للحث. تبين أن المناناز المعروض على السطح قادر على تحلل الجالاكتومانان إلى سكاريد مانو أوليجوساكاريد (MOS). أظهر هذا العمل عرضًا ناجحًا لـ ManB على سطح خلية L. plantarum WCFS1 باستخدام ناقلات الإرساء القائمة على المعزز التأسيسي للاستخدام في إنتاج السكاريد مانو أوليجو، والتي من المحتمل أن تكون مركبات سابقة للحيوية ذات تأثيرات معززة للصحة. يجب أن يؤدي نهجنا، حيث يتم عرض الإنزيم محل الاهتمام على سطح خلية كائن حي من الدرجة الغذائية باستخدام محفزات تأسيسية قوية، والتي تدفع باستمرار تخليق البروتين المؤتلف دون الحاجة إلى إضافة محفز أو تغيير ظروف نمو السلالة المضيفة، إلى توفر محفزات حيوية آمنة ومستقرة من الدرجة الغذائية.Translated Description (French)
Les bactéries lactiques (LAB) sont des micro-organismes importants dans l'industrie alimentaire et des boissons. En raison de leur statut de qualité alimentaire et de leurs caractéristiques probiotiques, plusieurs LABORATOIRES sont considérés comme des usines cellulaires sûres et efficaces à des fins d'application alimentaire. Dans cette étude, nous avons visé l'expression constitutive d'une mannanase de Bacillus licheniformis DSM13, qui a ensuite été affichée sur la surface cellulaire de Lactobacillus plantarum WCFS1, pour une utilisation comme biocatalyseur de cellules entières dans la production d'oligosaccharides. Deux promoteurs constitutifs forts, Pgm et SlpA, de L. acidophilus NCFM et L. acidophilus ATCC4356, respectivement, ont été utilisés pour remplacer le promoteur inductible dans le système d'expression pSIP lactobacillaire pour la construction de vecteurs pSIP constitutifs. Le gène codant pour la mannanase (manB) a été fusionné à l'ancre de lipoprotéine N-terminale (Lp_1261) de L. plantarum et la protéine de fusion résultante a été clonée dans des vecteurs pSIP constitutifs et exprimée dans L. plantarum WCFS1. La localisation de la protéine à la surface des cellules bactériennes a été confirmée par cytométrie de flux et microscopie à immunofluorescence. L'activité de la mannanase et la réutilisabilité des cellules de L. plantarum construites ont été évaluées. Les activités de mannanase les plus élevées à la surface des cellules de L. plantarum obtenues sous le contrôle des promoteurs Pgm et SlpA étaient respectivement de 1200 et 3500 U/g de poids des cellules sèches, qui étaient 2,6 et 7,8 fois plus élevées par rapport à l'activité obtenue à partir des vecteurs d'ancrage pSIP inductibles. Il a été démontré que la mannanase affichée en surface était capable de dégrader le galactomannane en manno-oligosaccharides (MOS). Ce travail a démontré l'affichage réussi de ManB sur la surface cellulaire de L. plantarum WCFS1 en utilisant des vecteurs d'ancrage à base de promoteurs constitutifs pour une utilisation dans la production de manno-oligosaccharides, qui sont des composés potentiellement prébiotiques ayant des effets bénéfiques pour la santé. Notre approche, où l'enzyme d'intérêt est affichée sur la surface cellulaire d'un organisme de qualité alimentaire avec l'utilisation de promoteurs constitutifs forts, qui entraînent en permanence la synthèse de la protéine recombinante sans avoir besoin d'ajouter un inducteur ou de modifier les conditions de croissance de la souche hôte, devrait aboutir à la disponibilité de biocatalyseurs de qualité alimentaire sûrs et stables.Translated Description (Spanish)
Las bacterias del ácido láctico (LAB) son microorganismos importantes en la industria de alimentos y bebidas. Debido a su estado de calidad alimentaria y características probióticas, varios LABORATORIOS se consideran fábricas de células seguras y eficaces para la aplicación de alimentos. En este presente estudio, nuestro objetivo fue la expresión constitutiva de una mananasa de Bacillus licheniformis DSM13, que posteriormente se mostró en la superficie celular de Lactobacillus plantarum WCFS1, para su uso como biocatalizador de células enteras en la producción de oligosacáridos. Se utilizaron dos promotores constitutivos fuertes, Pgm y SlpA, de L. acidophilus NCFM y L. acidophilus ATCC4356, respectivamente, para reemplazar el promotor inducible en el sistema de expresión de pSIP lactobacilar para la construcción de vectores constitutivos de pSIP. El gen que codifica la mananasa (manB) se fusionó con el anclaje de lipoproteína N-terminal (Lp_1261) de L. plantarum y la proteína de fusión resultante se clonó en vectores pSIP constitutivos y se expresó en L. plantarum WCFS1. La localización de la proteína en la superficie de la célula bacteriana se confirmó mediante citometría de flujo y microscopía de inmunofluorescencia. Se evaluó la actividad mananasa y la reutilización de las células que presentan L. plantarum construidas. Las actividades de mananasa más altas en la superficie de las células de L. plantarum obtenidas bajo el control de los promotores Pgm y SlpA fueron 1200 y 3500 U/g de peso celular seco, respectivamente, que fueron 2.6 y 7.8 veces más altas en comparación con la actividad obtenida de los vectores de anclaje pSIP inducibles. Se demostró que la mananasa de superficie puede degradar el galactomanano en manos-oligosacáridos (mos). Este trabajo demostró la visualización exitosa de ManB en la superficie celular de L. plantarum WCFS1 utilizando vectores de anclaje constitutivos basados en promotores para su uso en la producción de manos-oligosacáridos, que son compuestos potencialmente prebióticos con efectos promotores de la salud. Nuestro enfoque, donde la enzima de interés se muestra en la superficie celular de un organismo de grado alimentario con el uso de promotores constitutivos fuertes, que impulsan continuamente la síntesis de la proteína recombinante sin la necesidad de agregar un inductor o cambiar las condiciones de crecimiento de la cepa huésped, debería resultar en la disponibilidad de biocatalizadores de grado alimentario seguros y estables.Files
s12934-019-1124-y.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:09197fceef553c36222192cfec456cb1
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعبير التأسيسي وعرض سطح الخلية لإنزيم β - mannanase البكتيري في الملبنة الأخمصية
- Translated title (French)
- Expression constitutive et présentation à la surface cellulaire d'une β-mannanase bactérienne chez Lactobacillus plantarum
- Translated title (Spanish)
- Expresión constitutiva y expresión en la superficie celular de una β-mananasa bacteriana en Lactobacillus plantarum
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2946608204
- DOI
- 10.1186/s12934-019-1124-y
References
- https://openalex.org/W1832138672
- https://openalex.org/W1832887102
- https://openalex.org/W1970079859
- https://openalex.org/W1971744445
- https://openalex.org/W1980422631
- https://openalex.org/W2008569554
- https://openalex.org/W2010581670
- https://openalex.org/W2015224932
- https://openalex.org/W2020178921
- https://openalex.org/W2029272253
- https://openalex.org/W2034661577
- https://openalex.org/W2038846905
- https://openalex.org/W2050466522
- https://openalex.org/W2057632176
- https://openalex.org/W2065829656
- https://openalex.org/W2068678078
- https://openalex.org/W2073126580
- https://openalex.org/W2077712087
- https://openalex.org/W2085140200
- https://openalex.org/W2098880961
- https://openalex.org/W2102672175
- https://openalex.org/W2104791694
- https://openalex.org/W2107839262
- https://openalex.org/W2111382437
- https://openalex.org/W2111985355
- https://openalex.org/W2116229733
- https://openalex.org/W2120203907
- https://openalex.org/W2124394465
- https://openalex.org/W2135079846
- https://openalex.org/W2145977155
- https://openalex.org/W2150261636
- https://openalex.org/W2154661457
- https://openalex.org/W2154904669
- https://openalex.org/W2156025408
- https://openalex.org/W2156312412
- https://openalex.org/W2164682311
- https://openalex.org/W2173959489
- https://openalex.org/W2283789353
- https://openalex.org/W2318155488
- https://openalex.org/W2346574936
- https://openalex.org/W2370716603
- https://openalex.org/W2415206052
- https://openalex.org/W2528220421
- https://openalex.org/W4211072623