Biopolym. Cell. 2019; 35(5):340-348.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000A11
Молекулярна та клітинна біотехнології
Nicotiana cavicola як господар для виробництва біофармацевтичних препаратів у рослинах шляхом Agrobacterium-опосередкованої транзієнтної експресії генів
1Сіндаровська Я. Р., 2Олевинська З. М., 2Демченко О. А., 2Співак М. Я., 1Кучук М. В.
  1. Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
    вул. Академіка Заболотного, 148, Київ, Україна, 03143
  2. Інститут мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України
    вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, Україна, 03143

Abstract

Мета. Аналізувати новий вид рослин як господаря для отримання рекомбінантних білків шляхом транзієнтної експресії генів. Методи. Agrobacterium-опосередкована транзієнтна експресія генів, аналіз білків, статистична обробка даних. Результати. Рослини N. cavicola демонструють гарні біотехнологічні характеристики, і вони сприйнятливі до агробактеріальної інфекції та до рослинних вірусів. В результаті транзієнтної експресії генів з використанням двох різних векторних систем в N. cavicola напрацьовувався зелений флуоресцентний білок (GFP) і людський інтерферон альфа. Рівень рекомбінантних білків залежав від використаного гена і системи. Вміст GFP сягав 6,0 % і 12,6 % СРБ (0,44 мг/г СВ). Противірусна активність інтерферону з екстрактів листя становила 840 МО/г СВ і 1710 МО/г СВ. Висновки. У даній статті ми пропонуємо вид N. cavicola в якості нового господаря для отримання рекомбінантних білків, який може бути використаний як альтернатива господарю N. benthamiana.
Keywords: Nicotiana cavicola, Agrobacterium-опосередкована транзієнтна експресія, рекомбінантні білки, людський інтерферон альфа, GFP
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Sainsbury F, Lomonossoff GP. Transient expressions of synthetic biology in plants. Curr Opin Plant Biol. 2014;19:1-7.
[2] Sheludko YV. Agrobacterium-mediated transient expression as an approach to production of recombinant proteins in plants. Recent Pat Biotechnol. 2008;2(3):198-208.
[3] Yamamoto T, Hoshikawa K, Ezura K, Okazawa R, Fujita S, Takaoka M, Mason HS, Ezura H, Miura K. Improvement of the transient expression system for production of recombinant proteins in plants. Sci Rep. 2018;8(1):4755.
[4] Komarova TV, Baschieri S, Donini M, Marusic C, Benvenuto E, Dorokhov YL. Transient expression systems for plant-derived biopharmaceuticals. Expert Rev Vaccines. 2010;9(8):859-76.
[5] Paul M, Ma JK. Plant-made pharmaceuticals: leading products and production platforms. Biotechnol Appl Biochem. 2011;58(1):58-67.
[6] Thuenemann EC, Lenzi P, Love AJ, Taliansky M, Bécares M, Zuñiga S, Enjuanes L, Zahmanova GG, Minkov IN, Matić S, Noris E, Meyers A, Hattingh A, Rybicki EP, Kiselev OI, Ravin NV, Eldarov MA, Skryabin KG, Lomonossoff GP. The use of transient expression systems for the rapid production of virus-like particles in plants. Curr Pharm Des. 2013;19(31):5564-73.
[7] Nandi S, Kwong AT, Holtz BR, Erwin RL, Marcel S, McDonald KA. Techno-economic analysis of a transient plant-based platform for monoclonal antibody production. MAbs. 2016 Nov/Dec;8(8):1456-1466.
[8] Marillonnet S, Giritch A, Gils M, Kandzia R, Klimyuk V, Gleba Y. In planta engineering of viral RNA replicons: efficient assembly by recombination of DNA modules delivered by Agrobacterium. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(18):6852-7.
[9] Yang SJ, Carter SA, Cole AB, Cheng NH, Nelson RS. A natural variant of a host RNA-dependent RNA polymerase is associated with increased susceptibility to viruses by Nicotiana benthamiana. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(16):6297-302.
[10] Goodin MM, Zaitlin D, Naidu RA, Lommel SA. Nicotiana benthamiana: its history and future as a model for plant-pathogen interactions. Mol Plant Microbe Interact. 2008;21(8):1015-26.
[11] Sheludko YV, Sindarovska YR, Gerasymenko IM, Bannikova MA, Kuchuk NV. Comparison of several Nicotiana species as hosts for high-scale Agrobacterium-mediated transient expression. Biotechnol Bioeng. 2007;96(3):608-14.
[12] Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiol Plantarum. 1962; 15(3):473–97.
[13] Sindarovska YR, Gerasymenko IM, Sheludko YV, Komarnytskyy IK, Bannikova MA, Kuchuk NV. Transgenic plants regenerated from hairy roots of Nicotiana benthamiana: a promising host for transient expression of foreign proteins. Tsitol Genet. 2005;39(6):9-14.
[14] Marillonnet S, Thoeringer C, Kandzia R, Klimyuk V, Gleba Y. Systemic Agrobacterium tumefaciens-mediated transfection of viral replicons for efficient transient expression in plants. Nat Biotechnol. 2005;23(6):718-23.
[15] Sindarovska YR, Gerasymenko IM, Sheludko YV, Olevinskaja ZM, Spivak NY, Kuchuk NV. Production of human interferon alfa 2b in plants of Nicotiana excelsior by Agrobacterium-mediated transient expression. Cytol Genet. 2010; 44(5):313–6.
[16] Gerasymenko IM, Lypova NM, Sakhno LA, Shcherbak NL, Sindarovska YR, Bannikova MA, Kuchuk NV. Obtain-ing and analysis of tobacco, lettuce and rape plants transformed with human interferon alfa 2b gene. Factors of experimental evolution of organisms. 2009; 7:274–9.
[17] Schöb H, Kunz C, Meins F Jr. Silencing of transgenes introduced into leaves by agroinfiltration: a simple, rapid method for investigating sequence requirements for gene silencing. Mol Gen Genet. 1997;256(5):581-5.
[18] Buyel JF, Fischer R. Predictive models for transient protein expression in tobacco (Nicotiana tabacum L.) can optimize process time, yield, and downstream costs. Biotechnol Bioeng. 2012;109(10):2575-88.
[19] Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976;72:248-54.
[20] Lakin FG. Biometry. Moscow: “Vysshaya Shkola”, 1990; 350p.
[21] Van Dijk P, van der Meer FA, Piron PG. Accession of Australian Nicotiana species suitable as indicator hosts in the diagnosis of plant virus diseases. Nether J Plant Pathol. 1987; 93(2):73–85.
[22] Wylie SJ, Zhang C, Long V, Roossinck MJ, Koh SH, Jones MG, Iqbal S, Li H. Differential responses to virus challenge of laboratory and wild accessions of australian species of nicotiana, and comparative analysis of RDR1 gene sequences. PLoS One. 2015;10(3):e0121787.
[23] Conley AJ, Zhu H, Le LC, Jevnikar AM, Lee BH, Brandle JE, Menassa R. Recombinant protein production in a variety of Nicotiana hosts: a comparative analysis. Plant Biotechnol J. 2011;9(4):434-44.
[24] Shamloul M, Trusa J, Mett V, Yusibov V. Optimization and utilization of Agrobacterium-mediated transient protein production in Nicotiana. J Vis Exp. 2014;(86).
[25] Dhillon T, Chiera JM, Lindbo JA, Finer JJ. Quantitative evaluation of six different viral suppressors of silencing using image analysis of transient GFP expression. Plant Cell Rep. 2009;28(4):639-47.
[26] Voinnet O, Rivas S, Mestre P, Baulcombe D. An enhanced transient expression system in plants based on sup-pression of gene silencing by the p19 protein of tomato bushy stunt virus. Plant J. 2003; 33(5):949–56.
[27] Cubitt AB, Heim R, Adams SR, Boyd AE, Gross LA, Tsien RY. Understanding, improving and using green fluorescent proteins. Trends Biochem Sci. 1995;20(11):448-55.