Biotechnological Production of the Recombinant Two-Component Lantibiotic Lichenicidin in the Bacterial Expression System

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Lantibiotics are a family of bacterial antimicrobial peptides synthesized by ribosomes that undergo post-translational modification to form lanthionine (Lan) and methyllanthionine (MeLan) residues. Lantibiotics are considered promising agents for combating antibiotic-resistant bacterial infections. This paper presents a biotechnological method for obtaining two components of the lantibiotic lichenicidin from Bacillus licheniformis B-511 – Lchα and Lchβ. A system has been developed that allows co-expression of the lchA1 or lchA2 genes, encoding the precursors of the α- or β-components, respectively, with the lchM1 or lchM2 genes of the modifying enzymes LchM1 and LchM2 in Escherichia coli cells. The developed system of heterologous expression and purification made it possible to obtain, with high yield, post-translationally modified recombinant Lchβ, completely identical to the natural peptide in structure and biological activity.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. V. Antoshina

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences

Email: ovch@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

S. V. Balandin

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: ovch@ibch.ru

Phystech School of Biological and Medical Physics

Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997; Institutskiy per. 9, Dolgoprudny, 141700

A. A. Tagaev

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences

Email: ovch@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

A. A. Potemkina

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: ovch@ibch.ru

Phystech School of Biological and Medical Physics

Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997; Institutskiy per. 9, Dolgoprudny, 141700

T. V. Ovchinnikova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Author for correspondence.
Email: ovch@ibch.ru

Phystech School of Biological and Medical Physics

Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997; Institutskiy per. 9, Dolgoprudny, 141700

References

  1. Drider D., Rebuffat S. Prokaryotic Antimicrobial Peptides. From Genes to Applications / Springer. 2011. P. 1–451.
  2. Antoshina D.V., Balandin S.V., Ovchinnikova T.V. // Biochemistry (Moscow). 2022. V. 87. P. 1387–1403. https://doi.org/10.1134/S0006297922110165
  3. Zimina M., Babich O., Prosekov A., Sukhikh S., Ivanova S., Shevchenko M., Noskova S. // Antibiotics (Basel). 2020. V. 9. P. 553–574. https://doi.org/10.3390/antibiotics9090553
  4. Field D., Cotter P.D., Hill C., Ross R.P. // Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 1–8. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01363
  5. Repka L.M., Chekan J.R., Nair S.K., van der Donk W.A. // Chem. Rev. 2017. V. 11. P. 5457–5520. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00591
  6. Ryan M.P., Rea M.C., Hill C., Ross R.P. // Appl. Environ. Microbiol. 1996. V. 62. P. 612–619. https://doi.org/10.1128/aem.62.2.612-619.1996
  7. Navaratna M.A., Sahl H.G., Tagg J.R. // Infect. Immun. 1999. V. 67. P. 4268–4271. https://doi.org/10.1128/iai.67.8.4268-4271.1999
  8. Holo H., Jeknic Z., Daeschel M., Stevanovic S., Nes I.F. // Microbiology (Reading). 2001. V. 147. P. 643–651. https://doi.org/10.1099/00221287-147-3-643
  9. Hyink O., Balakrishnan M., Tagg J.R. // FEMS Microbiol. Lett. 2005. V. 252. P. 235–241. https://doi.org/10.1016/j.femsle.2005.09.003
  10. Yonezawa H., Kuramitsu H.K. // Antimicrob. Agents Chemother. 2005. V. 49. P. 541–548. https://doi.org/10.1128%2FAAC.49.2.541-548.2005
  11. Begley M., Cotter P.D., Hill C., Ross R.P. // Appl. Environ. Microbiol. 2009. V. 75. P. 5451–5460. https://doi.org/10.1128/aem.00730-09
  12. Shenkarev Z.O., Finkina E.I., Nurmukhamedova E.K., Balandin S.V., Mineev K.S., Nadezhdin K.D., Yakimenko Z.A., Tagaev A.A., Temirov Y.V., Arseniev A.S., Ovchinnikova T.V. // Biochem. 2010. V. 49. P. 6462– 6472. https://doi.org/10.1021/bi100871b
  13. Barbosa J.C., Gonçalves S., Makowski M., Silva Í.C., Caetano T., Schneider T., Mösker E., Süssmuth R.D., Santos N.C., Mendo S. // Coll. Surf. B Biointerfaces. 2022. V. 211. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.112308
  14. Panina I.S., Balandin S.V., Tsarev A.V., Chugunov A.O., Tagaev A.A., Finkina E.I., Antoshina D.V., Sheremeteva E.V., Paramonov A.S., Rickmeyer J., Bierbaum G., Efremov R.G., Shenkarev Z.O., Ovchinnikova T.V. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 1332. https://doi.org/10.3390/ijms24021332
  15. McClerren A.L., Cooper L.E., Quan C., Thomas P.M., Kelleher N.L., van der Donk W.A. // Proc. Natl. Acad. Sci USA. 2006. V. 103. P. 17243–17248. https://doi.org/10.1073/pnas.0606088103
  16. Sawa N., Wilaipun P., Kinoshita S., Zendo T., Leelawatcharamas V., Nakayama J., Sonomoto K. // Appl. Environ. Microbiol. 2012. V. 78. P. 900–903. https://doi.org/10.1128/aem.06497-11
  17. Zhao X., van der Donk W.A. // Cell Chem. Biol. 2016. V. 23. P. 246–256. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2015.11.014
  18. Huo L., van der Donk W.A. // J. Am. Chem. Soc. 2016. V. 138. P. 5254–5257. https://doi.org/10.1021/jacs.6b02513
  19. Xin B., Zheng J., Liu H., Li J., Ruan L., Peng D., Sajid M., Sun M. // Front Microbiol. 2016. V. 7. P. 1–12. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01115
  20. Collins F.W.J., O’Connor P.M., O’Sullivan O., Rea M.C., Hill C., Ross R.P. // Microbiology (Reading). 2016. V. 162. P. 1662–1671. https://doi.org/10.1099/mic.0.000340
  21. Singh M., Chaudhary S., Sareen D. // Mol. Microbiol. 2020. V. 113. P. 326–337. https://doi.org/10.1111/mmi.14419
  22. Caetano T., Krawczyk J.M., Mösker E., Süssmuth R.D., Mendo S. // Chem. Biol. 2011. V. 18. P. 90–100. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2010.11.010
  23. Caetano T., Barbosa J., Möesker E., Süssmuth R.D., Mendo S. // Res Microbiol. 2014. V. 165. P. 600–604. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2014.07.006
  24. Jones D.H., Howard B.H. // BioTechniques. 1991. V. 10. P. 62–66.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. (a) Scheme of biosynthesis and modification of lichenicidin components [4]; (b) structural organization of the lichenicidin biosynthesis cluster from B. licheniformis VK21 [12].

Download (427KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic representation of expression plasmids for the production of recombinant lichenicidin components.

Download (162KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Chromatograms of purification of the obtained recombinant lichenicidin components using reversed-phase HPLC. (a) – Lchα and other immature forms of LchA1, (b) – Lchβ and other immature forms of LchA2.

Download (343KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. MALDI mass spectrometric analysis of the obtained recombinant components of lichenicidin. (a) – LchA1, (b) – LchA2. (a) – Lchα and other immature forms of LchA1; (b) – Lchβ and other immature forms of LchA2.

Download (537KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Chromatogram of purification of natural lichenicidin using reversed-phase HPLC and MALDI mass spectrometric analysis of isolated natural components of lichenicidin.

Download (183KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Synergistic effect of an equimolar mixture of natural Lchα (Nα) and recombinant Lchβ (Rβ) against L. monocytogenes EGD (total concentration of peptide mixture – 1.0 μg; concentration of Nα or Rβ – 1.0 μg; (+) control – tetracycline at a concentration of 1.0 μg; (–) control – 5% acetonitrile, 0.1% trifluoroacetic acid.

Download (236KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».