NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ BIỂU HIỆN GENE MÃ HÓA ENZYME PETASE TRONG E. coli

Lê Minh Trí; Đinh Thị Hoa; Lê Thị Thu Hồng; Nguyễn Khánh Hoàng Việt; Lê Duy Khánh; Nguyễn Thị Tâm Thư; Tô Lan Anh

doi:10.34238/tnu-jst.10509

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ BIỂU HIỆN GENE MÃ HÓA ENZYME PETASE TRONG E. coli

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 01/06/24 Ngày hoàn thiện: 11/07/24 Ngày đăng: 17/07/24

Các tác giả

1. Lê Minh Trí, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
2. Đinh Thị Hoa, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
3. Lê Thị Thu Hồng, Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam
4. Nguyễn Khánh Hoàng Việt, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
5. Lê Duy Khánh, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
6. Nguyễn Thị Tâm Thư, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
7. Tô Lan Anh , Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Tóm tắt

Ô nhiễm chất thải nhựa đang ngày một gia tăng trở thành thực trạng đáng báo động trong xã hội hiện đại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường sống. Hiện nay, các giải pháp xử lý nhựa an toàn, bền vững, thân thiện với môi trường nhận được sự quan tâm lớn, điển hình là phương pháp phân hủy sinh học sử dụng vi sinh vật hoặc enzyme có khả năng phân hủy nhựa. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thiết kế và biểu hiện thành công gene mã hóa enzyme PETase có khả năng phân hủy nhựa PET trong hệ biểu hiện E. coli. Chủng E. coli BL21 mang plasmid pET22b(+)-PETase được nuôi cấy biểu hiện trong môi trường LBA, protein ngoại bào được thu nhận sau 48 giờ cảm ứng bởi IPTG 0,1 mM trong điều kiện nhiệt độ 30°C. Kết quả kiểm tra trên màng PVDF bằng phản ứng Western-blot cho thấy PETase được biểu hiện có kích thước 30 kDa tương đương với kích thước theo lý thuyết. Enzyme PETase tái tổ hợp được thu nhận sau khi tủa muối (NH₄)₂SO₄ có hoạt tính 10,38 U/mL khi thực hiện phản ứng phân hủy với cơ chất pNPA. Các kết quả trên cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn của enzyme PETase ứng dụng trong xử lý chất thải nhựa bằng phương pháp sinh học.

Từ khóa

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] O. Bajt, “From plastics to microplastics and organisms,” FEBS Open Bio, vol. 11, no. 4, pp. 954-966, 2021.

[2] J. Ru, Y. Huo, and Y. Yang, “Microbial Degradation and Valorization of Plastic Wastes,” Frontiers in Microbiology, vol. 11, 2020, Art. no. 442.

[3] T. R. Walker and L. Fequet, “Current trends of unsustainable plastic production and micro(nano)plastic pollution,” Trends in Analytical Chemistry, vol. 160, 2023, Art. no. 116984.

[4] T. M. Letcher, “Introduction to plastic waste and recycling,” in Plastic Waste and Recycling - Environmental Impact, Societal Issues, Prevention, and Solutions, Academic Press, 1st ed, 2020, pp. 3-12.

[5] C. J. Rhodes, “Plastic pollution and potential solutions,” Sci. Prog., vol. 101, no. 3, pp. 207-260, 2018.

[6] Ministry of Natural Resources and Environment, “Report on the current state of the national environment,” (in Vietnamese), 2019.

[7] R. Wei and W. Zimmermann, “Microbial enzymes for the recycling of recalcitrant petroleum-based plastics: How far are we?” Microbial Biotechnology, vol. 10, no. 6, pp. 1308-1322, 2017.

[8] M. N. Issac and B. Kandasubramanian, “Effect of microplastics in water and aquatic systems,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 28, no. 16, pp. 19544-19562, 2021.

[9] N. F. S. Khairul Anuar et al., “An Overview into Polyethylene Terephthalate (PET) Hydrolases and Efforts in Tailoring Enzymes for Improved Plastic Degradation,” International Journal of Molecular Sciences, vol. 23, no. 20, 2022, Art. no. 12644.

[10] S. Yoshida et al., “A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate),” Science, vol. 351, no. 6278, pp. 1196-1199, 2016.

[11] A. K. Urbanek, K. E. Kosiorowska, and A. M. Mirończuk, “Current Knowledge on Polyethylene Terephthalate Degradation by Genetically Modified Microorganisms,” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, vol. 9, 2021, Art. no. 771133.

[12] X. Qi, W. Yan, Z. Cao, M. Ding, and Y. Yuan, “Current advances in the biodegradation and bioconversion of polyethylene terephthalate,” Microorganisms, vol. 10, 2022, Art. no. 39.

[13] H. Seo, S. Kim, H. F. S. H.-Y. Sagong, S. Joo, and K.-J. Kim, “Production of extracellular PETase from Ideonella sakaiensis using secdependent signal peptides in E. coli,” Biochem. Biophys. Res. Commun., vol. 508, no. 1, pp. 250-255, 2019.

[14] T. L. A. Pham and T. B. T. Le, “Cloning, expression, and PET plastic degradation assessment of recombinant PETase in E. coli,” in National Conference on Biotechnology, 2023, pp. 204-209.

[15] T. N. M. Pham, D. H. Tran, H. T. Tran, and H. T. T. Phung, “Expression, purification and preliminary evaluation of PET degradation activity of PETase,” J. Sci. Technol., vol. 6, no. 2, pp. 24-35, 2023.

[16] A. Froger and J. E. Hall, “Transformation of Plasmid DNA into E. coli using the heat shock method,” J. Vis. Exp., vol. 6, no. 253, 2007, PMID: 18997900.

[17] U. K. Laemmli, “Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4,” Nature, vol. 227, pp. 680-685, 1970.

[18] R. A. Daniel, E. J. Harry, and J. Errington, “Role of penicillin-binding protein PBP 2B in assembly and functioning of the division machinery of Bacillus subtilis,” Mol. Microbiol., vol. 35, no. 2, pp.299-311, 2000.

[19] B. Zhu, Q. Ye, Y. Seo, and N. Wei, “Enzymatic Degradation of Polyethylene Terephthalate Plastics by Bacterial Curli Display PETase,” Environ. Sci. Technol. Lett., vol. 9, no. 7, pp. 650-657, 2022.

[20] N. Puspitasari, S. L. Tsai, and C. K. Lee, “Fungal Hydrophobin RolA Enhanced PETase Hydrolysis of Polyethylene Terephthalate,” Appl. Biochem. Biotechnol., vol. 193, pp. 1284-1295, 2021.

[21] S. Joo et al., “Structural insight into molecular mechanism of poly(ethylene terephthalate) degradation,” Nat. Commun., vol. 9, 2018, Art. no. 382.

[22] X. Han et al., “Structural insight into catalytic mechanism of PET hydrolase,” Nat. Commun., vol. 8, 2017, Art. no. 2106.

[23] A. Karyolaimos et al., “Enhancing Recombinant Protein Yields in the E. coli Periplasm by Combining Signal Peptide and Production Rate Screening,” Front. Microbiol., vol. 10, 2019, Art. no. 1511.

[24] Q. T. Nguyen, T. H. Duong, N. G. Le, T. T. H. Le, T. H. Do, and N. H. Truong, “Designing recombinant Escherichia coli strain for expression of Interleukin-3 and Interleukin-11 in fusion form with PelB,” Academia Journal of Biology, vol. 35, no. 3se, pp. 94-99, 2013.

[25] L. Shi, H. Liu, S. Gao, Y. Weng, and L. Zhu, “Enhanced extracellular production of IsPETase in Escherichia coli via engineering of the pelB signal peptide,” J. Agric. Food Chem., vol. 69, no. 7, pp. 2245-2252, 2021.

[26] L. Cui et al., “Excretory expression of IsPETase in E. coli by an enhancer of signal peptides and enhanced PET hydrolysis,” Int. J. Biol. Macromol., vol. 188, pp. 568-575, 2021.

[27] B. Deng et al., “Improving the activity and thermostability of PETase from Ideonella sakaiensis through modulating its post-translational glycan modification,” Commun. Biol., vol. 6, 2023, Art. no. 39.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.10509

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ