فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی

با همکاری مشترک دانشگاه پیام نور و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

ارزیابی گیاه تراریخت کلزای بیان‌کننده پروتئین نوترکیب از زیر واحد B سم‌های STX2 و CTX باکتری‌های اشریشیا کلای و ویبریوکلرا

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

3 دانشیار، مرکز تحقیقات میکروبیولوژی کاربردی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)، تهران، ایران

4 استاد، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری، تهران، ایران

چکیده

بیماری‌های اسهالی یکی از مهمترین معضلات بهداشت جهانی، در تمامی رده‎های سنی مطرح می‌باشند. از میان عوامل ایجاد کننده این بیماری‌ها می-توان به Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) وVibrio cholerae اشاره کرد. در گروه EHEC سروتایپ O157:H7، شایع‌ترین عامل ایجاد اسهال، از طریق سم STX2 ایجاد بیماری می‌کند. در ویبریوکلرا نیز توکسین CTX منجر به بروز بیماری می‌گردد. هر دوی این سموم دارای ساختار AB5 هستند. با توجه به غیر سمی بودن زیرواحد B و ایمنی‌زایی ذاتی این زیرواحد، می‌توان آن را کاندیدای مناسبی برای ایجاد ایمنی علیه این سموم معرفی کرد. بذور گیاهان رآکتور زیستی مناسبی برای تولید ایمونوژن‌های نوترکیب محسوب شده و پروتئین‌های بیگانه‌ای که در گیاه بیان می‌شوند می توانند ساختار اصلی خود را حفظ می‌کنند. در این تحقیق بیان پروتئین نوترکیب متشکل از زیرواحد اتصالی دو سم کلرا و STX2 با ترجیح کدونی گیاه به‌عنوان کاندیدای یک ایمونوژن خوراکی در بذر بررسی شد. بدین منظور قطعه ژنی sc (stx2B و ctxB) به ناقل بیانی گیاهی تحت کنترل پیش‌برنده اختصاصی بذر کلزا FAE (Fatty Acid Elongase) منتقل و پس از تائید حضور سازه ژنی با روش‌های مولکولی، به اگروباکتریوم تومی فاشینس جهت تراریختی گیاه انتقال و جهت بیان پروتئین به گیاه کلزا منتقل شد. پس از تأیید تراریختی، میزان بیان گیاهی پروتئین نوترکیب در بذر به روش الایزا ارزیابی و میزان پروتئین حدود 40 میلی‌گرم در یک گرم بذر تخمین زده شد. نتایج این تحقیق بیانگر کارایی بالای استفاده از بذر برای تولید پروتئین نوترکیب می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Molecular analysis of transgenic canola plant containing chimeric B subunit of bacterial toxin STX2 and CTX from Escherichia coli and Vibrio cholerae

نویسندگان [English]

  • Atena Mozafari 1
  • Rouhollah Kazemi 2
  • Jafar Amani 3
  • Mahyat Jafari 1
  • Ali Hatef Salmanian 4

1 M.Sc., Department of Agricultural Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran, Iran.

2 Ph.D student, Department of Agricultural Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran, Iran.

3 Associate Professor, Applied Microbiology Research Center, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran

4 Professor, Department of Agricultural Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran, Iran.

چکیده [English]

Diarrheal diseases have been considered as one of the most major world health problems in all age categories. Among all the pathogens caused to diarrhea, entrohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) and Vibrio cholerae are the most important agents. E. coli O157:H7 as the most important serotype of EHEC bacteria caused diarrhea by producing STX2 toxin. In vibrio cholerae the cholera toxin (CTX) also is the main virulence factor that leads to diarrhea. Both of these toxins are belong to AB5 family and due to non-toxicity and natural immunogenic characteristic of B subunit, it could be introduced as an appropriate candidate for immunogenicity against these toxins. Plant seeds are an effective biological bioreactor for production of recombinant immunogenic antigens and also foreign proteins can be expressed in plants with the native structure. In this research, the production of recombinant protein composed of binding subunits of STX2 and cholera toxin was evaluated in canola seed as an oral vaccine candidate. The SC construct composed of (stx2B and ctxB) was subcloned to plant vector under the control of canola seed specific promoter (fae) and transformed to Agrobacterium tumefaciens. Then the recombinant vector was transformed to plant host via Agrobacterium mediated transformation. Transgenic plants was evaluated and the amount of chimeric protein expressed in transgenic canola seed was determined by semi quantitative ELISA and subsequently the amount of chimeric proteins was estimated 40 milligram per 1 gram seed. The results showed that the canola seed can efficiently produce recombinant protein.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transgenic canola plant
  • EHEC
  • Vibrio cholerae
  • Edible immunogen
مراجع
Amani J, Mousavi SL, Rafati S, Salmanian AH (2011) Immunogenicity of a plant-derived edible chimeric EspA, Intimin and Tir of Escherichia coli O157:H7 in mice. Plant Science. 180: 620-627.
Arun K, Sharma A, Manoj K (2009) Plants as bioreactors: Recent developments and emerging opportunities. Biotechnology Advances. 27: 811-832.
Batlan F (2007) Law in the time of cholera: disease, state power, and quarantines past and future. Temple Law Review. 80: 50-53.
Beddoe T, Paton AW, Nours JL, Rossjohn J, Paton JC (2010) Structure, Biological Functions and Applications of the AB5 Toxins. Trends in Biochemical Sciences. 35(7): 411-418.
Clemens J, Shin S, Sur D, Nair GB and Holmgren J (2011) New-generation vaccines against cholera. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 8: 701-710
Ding SH, Huang LY, Wang YD, Sun HC, Xiang ZH (2006) High-level expression of basic fibroblast growth factor in transgenic soybean seeds and characterization of its biological activity. Biotechnology Letters .28 (12):869-875.
Frigerio L, Pastres A, Vitale A (2001) Influence of KDEL on the Fate of Trimeric or Assembly-Defective Phaseolin: Selective Use of an Alternative Route to Vacuoles. The Plant Cell. 13: 1109-1126.
Garcia-Angulo VA, Kalita A, Torres AG. (2013) Advances in the development of enterohemorrhagic Escherichia coli vaccines using murine models of infection. Vaccine . 31 (32):3229-3235.
Huy NX, Yang MS, Kim TG (2011) Expression of a cholera toxin B subunit-neutralizing epitope of the porcine epidemic diarrhea virus fusion gene in transgenic lettuce (Lactuca sativa L.). Molecular Biotechnology. 48:201–209.
Jafari F, Hamidian M, Rezadehbashi M, Doyle M, Salmanzadeh-ahrabi S, Derakhshan F, Zali MR (2009) Prevalence and antimicrobial resistance of diarrheagenic Escherichia coli and Shigella species associated with acute diarrhea in Tehran, Iran. The Canadian Journal of Infectious Diseases & Medical Microbiology. 20 (3): 56-62.
Jawets, EA (2004) Medical Microbiology, 23 edn. The McGraw-Hill Companies.
Kang, T. J., Han, S. C., Jang, M. O., Kang, K. H., Jang, Y. S., & Yang, M. S. (2004). Enhanced expression of B-subunit of Escherichia coli heat-labile enterotoxin in tobacco by optimization of coding sequence. Applied Biochemistry and Biotechnology. 117 (3): 175-187.
Karaman S, Cunnick J, Wang K (2012) Expression of the cholera toxin B subunit (CT-B) in maize seeds and a combined mucosal treatment against cholera and traveler’s diarrhea. Plant cell reports. 31 (3): 527-537.
Kim TG, Galloway DR, Langridge WH (2004) Synthesis and assembly of anthrax lethal factor-cholera toxin B-subunit fusion protein in transgenic potato. Molecular Biotechnology. 28: 175-183.
Kisung K (2014) Expression of Recombinant vaccines and Antibodies in plants. Monoclonal Antibadies in Immunodiagnosis and Immunotherapy. 33(3): 192-198.
Ku. Sahu P, Patel T, Sahu P, Singh S, Tirkey P, Sharma D (2014) Molecular Farming: A biotechnological approach in agriculture for production of useful metabolites. International Biotechnology and Biochemistry. 4(2): 23-30.
Kühne SA, Hawes WS, La Ragione RM, Woodward MJ, Whitelam GC, Gough KC (2004) Isolation of recombinant antibodies against EspA and intimin of Escherichia coli O157: H7. Clinical Microbiology. 42(7): 2966-2976.
Kwon K, Verma D, Singh ND, Herzog R, Daniell H (2013) Oral delivery of human biopharmaceuticals, autoantigens and vaccine antigens bioencapsulated in plant cells. Advanced Drug Delivery Reviews. 65: 782-799.
Li D, O’Leary J, Huang Y, Huner NP, Jevnikar AM, Ma S (2006) Expression of cholera toxin B subunit and the B chain of human insulin as a fusion protein in transgenic tobacco plants. Plant Cell Reports. 25 (5): 417-424.
Loc NH, Van Song N, Tien NQD, Minh TT, Nga PTQ, Kim TG, Yang MS (2011) Expression of the Escherichia coli heat-labile enterotoxin B subunit in transgenic watercress (Nasturtium officinale L.). Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 105(1): 39-45.
Maheshwari M, Nelapati K, Kiranmayi B (2011) Vibrio cholerae A Review.Veterinary World. 4(9): 423-428.
Matsui T, Asao H, Ki M, Sawada K, Kato K (2009) Transgenic lettuce producing a candidate protein for vaccine against edema disease. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 73 (7): 1628-1634.
Matthew A, Croxen B, Finlay B (2010) Molecular mechanisms of Escherichia coli pathogenicity.Nature. Reviews Microbiology. 8: 26-38.
Mellies JL, Barron AM, Carmona AM (2007) Enteropathogenic and Enterohemorrhagic Escherichia coli Virulence Gene Regulation. American Society for Microbiology. 75(9): 4199–4210
Melton-Celsa A, Mohawk K, Teel L, O’Brien A (2012) Pathogenesis of Shiga-toxin producing Escherichia coli. Current Topics in Microbiology and Immunology. 357: 67-103.
Moravec T, Schmidt MA, Herman EM, Woodford-Thomas T (2007) Production of Escherichia coli heat labile toxin (LT) B subunit in soybean seed and analysis of its immunogenicity as an oral vaccine. Vaccine. 25 (9):1647-1657.
Nguyen Y, Sperandio V (2012) Enterohemorrhagic E.coli (EHEC) pathogenesis: Mini Review Article, Cellular and Infection Microbiology. 2: 1-7.
Odumosu O, Nicholas D, Yano H, Langridge W (2010) AB Toxins: A Paradigm Switch from Deadly to Desirable. Toxins. 2: 1612-1645.
Orellana-Escobedo L, S. Korban S, Rosales-Mendoza S (2014) Seed-Based Expression Strategies. Springer Science Business Media. New York.
Petruccelli S, Otegui MS, Lareu F, Dinh OT, Fitchette AC, Circosta A, Rumbo M, Bardor M, Carcamo R, Gomord V, Beachy RN (2006) A KDEL-tagged monoclonal anti body is efficiently retained in the endoplasmic reticulum in leaves both partially secreted and sorted to protein storage vacuoles in seed. Plant Biotechnology. 4(5): 511-527.
Qadri F, Svennerholm AM, Faruque A, Sack RB (2005) Enterotoxigenic Escherichia coli in developing countries: epidemiology, microbiology, clinical features, treatment, and prevention. Clinical Microbiology Reviews .18 (3):465-483.
Rossi L, Giancamillo AD, Reggi S, Domeneghini C, Baldi A, Sala V, Dell'Orto V, Coddens A, Cox E, Fogher C (2013) Expression of verocytotoxic Escherichia coli antigens in tobacco seeds and evaluation of gut immunity after oral administration in mouse model. Journal of Veterinary Science. 14(3):263-270.
Salmanian AH and Kahrizi D (2007) Study on Effect of Genotype and Explant Type on Shoot Regeneration in Rapeseed (Brassica napus L). Iranian Journal of Biology. 2 (3): 1-10
Sambrook J, Russell D.W (2004) Molecular cloning A laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press. Fourth edition.
Sanchez J, Holmgren J (2005) Virulence factors pathogenesis and vaccine production in cholera and EHEC diarrhea. Current opinion in immunology. 17(4): 388-398.
Sizemore DR, Roland KL, Ryan US (2004) Enterotoxigenic Escherichia coli virulence factors and vaccine approaches. Expert review of vaccines. 3 (5):585-595.
WHO (2014) World health statistics.World Health Organization (WHO). www.who.int.
Zebarjadi AR, Jalali Javaran M, Salmanian AH, Karimzadeh G (2011) Cloning and Characterization of Responsible Gene for Erucic Acid Biosynthesis in Brassica napus. Iranian Journal of Biology. 24 (1390): 1-15.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 4، شماره 3 - شماره پیاپی 11
آذر 1394
صفحه 1-13
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار