Effects of adding poly-histidine tag on stability, antimicrobial activity and safety of recombinant buforin I expressed in periplasmic space of Escherichia coli

Abstract

The lack of cost-effective methods for producing antimicrobial peptides has made it impossible to use their high potential as a new and powerful class of antimicrobial agents. In recent years, extensive research has been conducted to decrease the cost of recombinant proteins production through microorganisms, transgenic animals, and plants. Well-known genetic and physiological characteristics, short-term proliferation, and ease of manipulation make E. coli expression system a valuable host for recombinant proteins production. Expression in periplasmic space is recommended to reduce the inherently destructive behavior of antimicrobial peptides against the expressing microorganism and to decline susceptibility to proteolytic degradation. In this study, a pET-based expression system was used to express buforin I at E. coli periplasmic space, and its antimicrobial, hemolytic, and cell toxicity activities as well as structural stability were evaluated. The hemolysis activity and cytotoxicity of His-tagged buforin I were negligible and its antimicrobial activity did not show a significant difference compared to synthetic buforin I. In addition, in silico investigating of stability of native and His-tagged buforin I showed that RMSF, RMSD and Rg curves had followed a similar trend during 150 ns simulation. Furthermore, evaluating the modelled structures, FTIR and X-ray methods of both peptides indicated an insignificant structural difference. It was concluded that the recombinant buforin I could be a viable alternative to some currently used antibiotics by successfully expressing it in the pET-based expression system.

Antibacterial activity of a short de novo designed peptide against fish bacterial pathogens

“…GRAVY score of our peptide is – 2.50. Peptides with a more negative GRAVY score are considered to be hydrophilic in nature hence good solubility and better bioavailability (Roshanak et al 2023 ).…”

Rapid Antibacterial Activity Assessment of Chimeric Lysins

“…We confirmed that the commercial recombinant lysostaphin was not detected by the anti-His-tag antibody in Western blotting. To date, most chimeric lysins have been expressed with a His-tag, and the His-tag is known to be neutral to the antibacterial activity [24,46]. On the contrary, the added His-tag for the detection of chimeric lysins may decrease the antibacterial activity.…”

Antimikrobiyal Peptitlere Yönelik Güncel Eğilimler; Nanotaşıyıcı Sistemeler ve Farmasötik Uygulamalar

“…Ek olarak, E. coli hücreleri, rekombinant AMP ekstraksiyonu ve saflaştırma sürecini engelleyen çözünmeyen protein agregatları tarafından oluşturulan inklüzyon cisimcikleri üretebilir (Pouresmaeil vd., 2023). Tasarlanmış E. coli sitoplazmada veya periplazma rekombinant peptidi ihraç ederek peri-plazmik disülfid bağı izomerazını (DsbC) eksprese etmesine rağmen (Karyolaimos vd., 2021), bu bakteri diğer karmaşık translasyon sonrası modifikasyonları gerçekleştirmez (Roshanak vd., 2023). Bu nedenle, post-translasyonel modifikasyonlara ihtiyaç duyulan durumlarda, bu amaç için tasarlanmış mayalar veya bakteri suşları gibi başka sistemler seçilmelidir.…”

“…Genel olarak, birkaç mikroorganizmaya karşı aktivite gösterirler ve bazı durumlarda, bir immünomodülatör veya antitümör olarak hareket etme dahil olmak üzere birden fazla işlevi yerine getirebilirler, bu nedenle rastgele moleküller olarak kabul edilirler (Kiki, 2023). Yeni AMP bazlı ilaçların geliştirilmesi, biyoteknolojik çalışmalar ve farmasötik değerlendirme için bu moleküllerin büyük miktarlarda elde edilmesini gerektirir (Roshanak vd., 2023). Son birkaç yılda, birkaç yeni teknoloji nedeniyle AMP'lerin endüstriyel ölçekte üretilmesinde dikkate değer gelişmeler olmuştur (Chaudhary vd., 2023).…”

“…Hücre hattının seçimi ve geliştirilmesi, hücre kültürü parametrelerinin optimizasyonu ve besleme stratejilerinin kullanımı gibi akış yukarı biyoişleme adımlarındaki yenilikler, büyük ölçekli üretimin nihai hedefine sahiptir (Xu vd., 2022;Park vd., 2021). Hücre hattı yapımında rekombinant sistemlerin uygulanması, AMP üretimi için verimli ve maliyetler açısından uygundur (Roshanak vd., 2023). Bu rekombinant sistemler arasında, mikroorganizma konakçıları genellikle en çok kullanılanlardır, çünkü bunlar yüksek düzeyde sentez, modifikasyon ve heterolog AMP'lerin salgılanmasını sağlayan özelliklere sahiptir.…”