Bacillus subtilis được sử dụng phổ biến trong sản xuất enzyme công nghiệp nhờ hai đặc điểm nổi bật là an toàn và tiết protein hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng B. subtilis cho sản xuất protein tái tổ hợp chỉ thành công trong các công ty lớn như Noyozymes và rất hạn chế ở các nhóm nghiên cứu nhỏ ít kinh nghiệm, mà nguyên nhân chủ yếu là do không có hệ thống biểu hiện mạnh thích hợp cho chủng vi sinh vật này. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, chúng tôi xây dựng nhóm nghiên cứu phát triển vector biểu hiện. Đây là hướng nghiên cứu cơ bản có tính ứng dụng cao, có khả năng phát triển công nghệ nền định hướng cho sự phát triển ngành công nghiệp protein tái tổ hợp trong nước.
Sự ra đời của promoter Pgrac được dung hợp từ promoter mạnh groESL có nguốn gốc từ B. subtilis với operator lac (lacO) từ Escherichia coli, cảm ứng bằng IPTG đã cho chép biểu hiện protein mục tiêu lên đến 16% protein tổng số trong B. subtilis. Dựa trên cơ sở này, chúng tôi tiến hành tối ưu hóa promoter Pgrac bằng cách thay đổi một hay kết hợp nhiều yếu tố theo hai nhóm chính: (i) cải thiện độ mạnh của promoter và (ii) cải thiện độ bền của mRNA.
Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc dòng hóa gen mục tiêu một cách dễ dàng thì việc giảm biểu hiện nền trên E. coli là vấn đề cốt lõi. Một số chiến lược đã được sử dụng trong nhóm: sử dụng các codon hiếm, các gen Rop (repressor of primer), antisense RNA... Bên cạnh đó, việc thêm vào các đuôi tinh chế nhằm tăng khả năng thu nhận và tinh sạch protein mục tiêu cũng đã được tiến hành với His-tag, Strep-tag. Song song với chiến lược phát triển vector biểu hiện thì việc cải tiến chủng chủ B. subtilis cũng rất cần thiết nhằm tạo ra các chủng mang những đột biến có lợi như B. subtilis WB800N.
Các kết quả thu được đã mở ra xu hướng nghiên cứu cơ bản mới làm kim chỉ nam cho việc phát triển ngành công nghệ protein tái tổ hợp ở nước ta. Hướng nghiên cứu của chúng tôi hứa hẹn sẽ góp phần quan trọng trong việc định hướng và tạo ra các chủng vi sinh vật có chất lượng cao phục vụ cho ngành công nghệ sản xuất protein tái tổ hợp trong nước.
Tài liệu tham khảo:
[1] Nguyen HD, Nguyen QA, Ferreira RC, Ferreira LC, Tran LT, Schumann W. 2005. Construction of plasmid-based expression vectors for Bacillus subtilis exhibiting full structural stability. Plasmid54: 241-248.
[2] Phan TTP, Nguyen HD, Schumann W. 2006. Novel plasmid-based expression vectors for intra- and extracellular production of recombinant proteins in Bacillus subtilis. Protein Expr Purif46: 189-195.
[3] Nguyen HD, Phan TTP, Schumann W. 2007. Expression vectors for the rapid purification of recombinant proteins in Bacillus subtilis. Curr Microbiol55: 89-93.
[4] Phan TT, Nguyen HD, Schumann W. 2010. Establishment of a simple and rapid method to screen for strong promoters in Bacillus subtilis. Protein Expr Purif71: 174-178.
[5] Phan TT, Nguyen HD, Schumann W. 2012. Development of a strong intracellular expression system for Bacillus subtilis by optimizing promoter elements. J Biotechnol157: 167-172.
[6] Phan TTP, Nguyen HD, Wolfgang Schumann. 2013. Construction of a 5'-controllable stabilizing element (CoSE) for over-production of heterologous proteins at high levels in Bacillus subtilis. J Biotechnol. 168(1): 32-39.