Wiki/Team:Warsaw/igem project.htm

From 2008.igem.org

(Difference between revisions)
Line 74: Line 74:
   <tr>
   <tr>
-
   <td valign="top" background="https://static.igem.org/mediawiki/2008/3/3b/Igem_project_r2_c1.jpg" class="ods"><h1>Nasze plany</h1>
+
   <td valign="top" background="https://static.igem.org/mediawiki/2008/3/3b/Igem_project_r2_c1.jpg" class="ods"><h1>Our Plans</h1>
-
     <p>Na początku należy uprzedzić że  nasze pierwsze plany w pewnej mierze rozminęły się z tym co w końcu zrobiliśmy. A plany mieliśmy naprawdę niesamowite: chcieliśmy stworzyć układ maszyn  biologicznych, które umożliwiały badanie oddziaływań białek przy jednoczesnej  próbie zmiany sekwencji jednego z nich tak aby znaleźć najsilniejsze możliwe  oddziaływanie. Cały układ miał wyglądać mniej więcej następująco. Sekwencja DNA badanego białka lub cała biblioteka takich sekwencji umieszczona na nisko kopijnym  plazmidzie miała zostać transformowana do szczepu w którym ta sekwencja  ulegałaby stosunkowo częstym mutacjom (nazwijmy ten szczep "jednorękim  bandytą"). Jednocześnie plazmid ten umożliwiałby prezentację tychże białek na  powierzchni komórek bakteryjnych gdzie istniałaby możliwość selekcji komórek  posiadających białko najsilniej oddziałujące z białkiem wprowadzonym do  pożywki. Wyobrażaliśmy sobie że taki układ urządzeń pozwoliłby na znajdowanie  przeciwciał o nowych właściwościach czy przeszukiwanie w zupełnie nowy sposób  bibliotek sekwencji kodujących  różne  białka.</p>
+
     <p>First we want to note that our initial plans were very different from what we actually managed to do. Our plans were really amazing: we wanted to create system of biological machines which would allow to investigate protein interactions and simultaneously change sequence of one of them in order to achieve the strongest possible interaction. To make it work we planned to put the DNA sequence of tested protein on low-copy plasmid and transform it to bacterial strain in which it would be mutated (lets call the strain ‘slot machine’). Parts present on this plasmid would cause the protein to be attached to outer bacterial membrane, where the selection would occur. We planned that such selection system would allow us to search for antibodies with new specificities or screen protein libraries.</p>
-
     <h2>"Jednoręki bandyta"</h2>
+
     <h2>‘The slot machine’</h2>
-
     <p>Naszym  celem jest  zmienianie sekwencji białka  tak aby umożliwić jego silniejsze oddziaływanie z partnerem, jednocześnie  chcieliśmy zastosować presję selekcyjną tak aby w populacji komórek niosących  sekwencję kodującą dane białko przeżywały tylko te które oddziałują najsilniej. Rozwiązaniem pierwszej części problemu jest właśnie szczep "jednoręki bandyta"  którego zadaniem byłoby randomizowanie sekwencji kodującej badane białko - tak  jak automat do gry losowo ustawiałby nukleotydy. Jak się wydaje najprostszym  sposobem byłoby zastosowanie standardowo dostępnych szczepów <em>E. coli</em> z  uszkodzonymi właściwościami korekcyjnymi polimeraz DNA lub szczepów z  uszkodzonymi systemami naprawy DNA. Wysokie ogólne tło mutacyjne pozwoliłoby na  zróżnicowanie naszej sekwencji. Wysoki poziom mutacji w całym genomie może  jednak stać się problemem jeśli weźmiemy pod uwagę stosowanie presji  selekcyjnej (o jej szczegółach będzie mowa w kolejnym paragrafie). Zamiast  korzystnej zmiany poszukiwanej w naszym białku prawdopodobnie moglibyśmy  otrzymywać mutanty w sekwencji genomowego DNA z obniżona wrażliwością na  presję. Zaczęliśmy więc poszukiwać sposobu aby pojawianie się mutacji  ograniczyć jedynie do wybranego fragmentu plazmidu w którym znajdowałaby się  sekwencja naszego białka. Jako że na początku projektu skupialiśmy się głównie  na idei tworzenia nowych przeciwciał to szybko pojawił się pomysł wykorzystania  białka AID (<em>activation-induced deamidase</em>). </p>
+
     <p>Our goal is to change protein sequence in order to maximize its interaction with a given partner. Additionally we want to apply selection pressure on bacteria population so that only cells coding strongest interacting proteins survive. The solution of the first part of the problem is ‘the slot machine’ strain, which will randomize target protein sequence – nucleotides would be shuffled randomly in the same way it happens in popular hazard game. The simplest ‘slot machine’ strain is one of standard mutator E. coli strains without polymerase error correction activity or strain without DNA repair systems. It’s not optimal though - high mutation frequency in the whole bacterial genome would introduce some variance into our sequence, but would also cause problems with selection. Instead screening for protein interactions we would most likely obtain selection-resistant strain. So we wanted to narrow scope of mutations to a small well defined DNA fragment preferably carried on plasmid. Since at the beginning of our project we focused on antibodies the idea of using AID (Activation Induced Deaminase) protein came right away. </p>
-
     <p>       Białko to jest aktywne w  limfocytach ssaków gdzie umożliwia zachodzenie somatycznych hipermutacji -  zwiększenie poziomu mutacji w sekwencjach kodujących przeciwciała tak aby  wyselekcjonować linie limfocytów o przeciwciałach o jak najwyższej  specyficzności. Co więcej istniała publikacja [ref1] która wskazywała na pewną  aktywność tego biała po wprowadzeniu sekwencji go kodującej do komórek <em>E. coli</em>. To jednak też nie było do końca to o co nam chodziło - dalej potrzebny był nam  sposób na ograniczenie mutacji do określonego rejonu plazmidu. AID działa  preferencyjnie na jednoniciowe DNA pojawiające się w wysoko transkrybowanych  rejonach. Najprościej więc byłoby sprawić żeby nasza sekwencja była bardzo  wysoko transkrybowana (najsilniej w całej komórce). Idealnym rozwiązaniem  wydaje się umieszczenie naszej sekwencji pod kontrolę promotora np.  pochodzącego z faga T7 i wprowadzenie do komórki genu kodującego ta polimerazę  pod kontrola innego indukowanego promotora. Trzeba jednak pamiętać że wiele  istotnych dla przeżycia komórki genów jest także wysoko transkrybowanych i  zmiany w ich sekwencji najłatwiej mogą się przyczynić do ograniczenia presji  selekcyjnej. Dlatego spróbowaliśmy pójść o krok dalej - stworzyć białko fuzyjne  złożone z AID i polimerazy faga T7. Polimeraza T7 przemieszczała by się po  fragmęcie DNA znajdującym się za promotorem T7 i  "ciągnęła" za sobą AID wprowadzający mutacje  w tym rejonie. AID jest małym białkiem, którego najbliższe homologii występują  w postaci oligomerów. Informacje na temat występowania samego AIDu w postaci  homokompleksów są sprzeczne jednak musieliśmy wziąć taka ewentualność pod  uwagę. Dlatego stworzyliśmy układ który zawiera sam AID i AID połączony z  polimerazą faga T7. Wyobrażamy sobie że AID-T7 będzie rekrutował do genu  znajdującego się pod kontrolą promotora faga T7 wolne cząsteczki AIDu. Reasumując stworzyliśmy cztery różne układy znajdujące się pod kontrola  promotora indukowanego arabinozą (plazmid pMPMT5omega):</p>
+
     <p>The AID protein is active in mammal lymphocytes, where it causes the somatic hypermutation – an increase of mutation level in antibody coding sequences. Moreover there was publication [reference!] which proved AID activity in E. coli cells. But than wasn’t yet what we wanted because AID mutated all highly-transcribed E. coli genes. We needed to find a way to target it to a specific DNA region. AID prefers single-stranded DNA that appears in highly-transcribed loci. So we needed to make our DNA sequence a highly transcribed one (preferably achieve the highest transcription level in the cell). Adding T7 promoter to our sequence seemed to be the perfect solution. Unfortunately many genes that can make cells selection-resistant are highly transcribed. So we went a step forward and created fusion between AID and T7 phage polymerase. T7 polymerase traverses the DNA fragment containing T7 promoter and carries AID, which introduces mutations. </p>
 +
<p>AID is a small protein and its closest homologues form oligomers. The information about AID’s ability to form complexes is inconsistent, so we needed to consider such possibility and we created molecular device containing both free AID and AID-T7 fusion. We hope that AID-T7 fusion will recruit free AID to DNA sequence containing T7 promoter. To sum up we have created following molecular devices on pMPMT5omega plasmid under arabinose promoter:</p>
     <ol>
     <ol>
       <li>
       <li>
Line 86: Line 87:
       <li>
       <li>
-
         <p>AID w fuzji transkrypcyjnej z polimerazą faga T7</p>
+
         <p>AID in translation fusion with T7 phage polymerase</p>
       </li>
       </li>
       <li>
       <li>
-
         <p>AID w fuzji translacyjnej z polimerazą faga T7</p>
+
         <p>AID in transcription fusion with T7 phage polymerase</p>
       </li>
       </li>
       <li>
       <li>
-
         <p>AID w fuzji transkrypcyjnej z fuzją translacyjną  AID-T7</p>
+
         <p>AID in transcription fusion with AID-T7 translation fusion</p>
       </li>
       </li>
     </ol>
     </ol>
-
     <p>Do testowania tych różnych wariantów AIDu trzeba  było stworzyć dodatkowo układ reporterowy. W tym celu wykorzystaliśmy alfa  komplentujacy fragment beta galaktozydazy znajdujący się pod kontrolą promotora  faga T7 umieszczony na plazmidzie jednokopijnym pZC320. Po zaindukowaniu  spodziewaliśmy się zobaczyć białe kolonie na szalkach z X-gal tam gdzie  nastąpiły mutacje. Jednocześnie konieczne byłoby sprawdzenie poziomu mutacji w  cały genomie. Chcieliśmy w tym celu wykorzystać test na pojawienia się  spontanicznej oporności na antybiotyk rifampicynę. Doświadczenie wyglądało  następująco: w hodowli płynnej przy pomocy arabinozy indukujemy aktywność  różnych wariantów AIDu i wysiewamy te hodowle odpowiednio rozcięczone na szalki  z X-gal oraz na szalki z rifampicyna i po prostu liczymy kolonie.</p>
+
     <p>To test various variants of AID we needed proper reporter system. We have used alpha-complementing beta-galactosidase fragment under control of T7 promoter. It was cloned to one-copy plasmid pZC30 (minireplicon of plasmid F). After obtaining cotransformants carrying one of AID devices and reporter plasmid and induction hoped to get some white colonies on X-gal plates indicating mutated clones. Simultaneously we carried out the rifampicin test (plated liquid cultures of tested strains on plates containing 300 ug/ml antibiotic rifampicin) to check mutation level in whole genome of tested strains. </p>
<div align="center"><img src="https://static.igem.org/mediawiki/2008/1/19/Test_rifampicin.gif" >
<div align="center"><img src="https://static.igem.org/mediawiki/2008/1/19/Test_rifampicin.gif" >
       </div>
       </div>
<h3>Fig. 1. JAKI TU MA BYĆ PODPIS?  
<h3>Fig. 1. JAKI TU MA BYĆ PODPIS?  
       </h3>
       </h3>
-
<p>       Takie były nasze plany do momentu ich zderzenia z  rzeczywistością - rzeczywistość jest mocno przereklamowana. Udało się nam  uzyskać różna liczbę białych kolonii w różnych konstruktach, ale okazało się że  znakomita większość uzyskiwanych białych kolonii mimo ze jest biała to niesie  niezmieniony gen kodujący alfa fragment beta galaktozydazy. Wykazało to wadę  naszego systemu repoterowego - nikt nie wie dlaczego te kolonie są białe. Testy  jak dotąd przeprowadzono na dwóch szczepach: TOP10 i GM, te drugie maja  uszkodzony system naprawy oparty o metylazę Dcm, co powinno powodować mniejszy  poziom naprawy mutacji powodowanych przez AID. Wstępne uzyskane wyniki z szalek  z X-gal oraz szalek z rifampicyną znajda się w tabeli...</p>
+
<p>In theory everything works nice but when we carried out the experiment reality was merciless. We obtained various numbers of white clones using different AID encoding devices but sequencing of beta-galactosidase gene from those clones revealed no mutations. It has to be a flaw in our reporter system. It seems that expression beta-galactosidase fragment encoded on pZC30 plasmid is somehow switched off – nobody knows why or how (we have sequenced large fragments of many white clones of pZC30 – no mutations, no clues). The test was carried out in two E. coli strains: Top10 and GM2163. The latter has damaged Dam and Dcm methyltransferases so DNA repair systems relying on their activity are unable to repair mismatches created by AID. The results obtained so far are presented in table below:</p>
 +
<table><tr><td>result 1</td><td>result 2</td></tr><tr><td>result 1</td><td>result 2</td></tr></table>
-
     <p>Nasze dalsze plany to szybkie stworzenie innego  układu reporterowego oraz sprawdzenie naszych konstruktów w innych szczepach z  uszkodzonymi systemami naprawy DNA.</p>
+
     <p>We are currently trying to create another reporter construct preferably based on different reporter gene (gfp or xyl) because it turned out that many strains have intact beta-galactosidase gene on chromosome. Until it’s ready our ‘slot machine’ will be one of E. coli strains with elevated total mutation level – most likely the mutD5 strain.</p>
-
    <p>Do momentu rozwiązania tych problemów naszym "jednorękim  bandyta" będzie któryś z wspomnianych szczepów o podniesionym ogólnym poziomie  mutacji - najprawdopodobniej szczep mutD5.</p>
+
     <h2>‘Hunter’ and ‘prey’</h2>
-
     <h2>"Myśliwy" i "ofiara"</h2>
+
     <p>In former paragraphs we described our plans of introducing variation to protein coding sequence (lets call the protein ‘hunter’). Now it’s time to tell how we’ll be screening created population of ‘hunter’ proteins. At a first glance the most elegant solution is something similar to two hybrid system. But that requires putting both ‘hunter’ and ‘prey’ in the same cell of ‘slot machine’, which creates risk of changing ‘prey’ sequence - something we don’t want to happen. So the ‘prey’ protein must be supplied from outside and allow only best ‘hunters’ to survive. </p>
-
     <p>W  poprzednim akapicie opisaliśmy nasze plany zróżnicowania wyjściowych sekwencji  kodujących białko (nazwijmy je "myśliwym"), teraz nadszedł moment na opisanie  jak będziemy przeszukiwać tak wytworzona pulę "myśliwych". Na pierwszy rzut oka  najlepszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie czegoś bardzo podobnego do testu  dwuhybrydowego. Jednak tak nie jest gdyż wymagałoby to umieszczenia obu  sekwencji ("myśliwego" i "ofiary") w tej samej komórce "jednorękiego bandyty" -  zawsze istniałoby niebezpieczeństwo zmiany obu sekwencji, a nie tylko jednej z  nich. Tak więc białko "ofiary" musi być w jakiś sposób dostarczane z zewnątrz i  umożliwiać przeżycie tylko tych komórek które niosą najlepszych "myśliwych". </p>
+
     <p>This forces ‘hunter’ protein to be attached to cell surface. To achieve that all hunter constructs have fragment of OmpA (outer membrane protein) fused with ‘hunter’ protein. In this way ‘hunter’ is presented on E. coli cell surface, which allows it to interact with ‘prey’ added to liquid culture medium.</p>
-
     <p>       Podstawą jest to aby"myśliwy" był  obecny na powierzchni komórki E. coli dlatego wszystkie konstrukty je  zawierające posiadają także fragment białka błony zewnętrznej -OmpA. W ten  sposób "myśliwy" jest prezentowany na powierzchni komórki i ma kontakt z płynna  pożywką do której dodawane jest białko "ofiara". </p>
+
<img src="https://static.igem.org/mediawiki/2008/2/24/Selekcja_ang.png" width="500" height="500" >
<img src="https://static.igem.org/mediawiki/2008/2/24/Selekcja_ang.png" width="500" height="500" >
<h3>Fig. 3. PODPIS </h3>
<h3>Fig. 3. PODPIS </h3>
-
     <p>       To jednak jeszcze nie zapewnia  przeżycia jedynie najlepszym "myśliwym". Konieczne jest zastosowanie  odpowiedniej presji selekcyjnej tak aby przeżyli jedynie "najlepiej  przystosowani". Skorzystaliśmy tutaj z możliwości podzielenia TEM-1 beta laktamazy (białka dającego oporność na niektóre antybiotyki beta-laktamowe m.  in. ampicylinę) na dwa komplementujące fragmenty: alfa i omega. Fragmenty te  nie łączą się spontanicznie, chyba że znajdą się przez pewien czas w bardzo  niewielkiej odległości- dzieje się tak gdy są one połączone z oddziaływującymi  silnie ze sobą białkami. Po połączeniu fragmentów odtwarzany jest aktywny  enzym, który daje pewną oporność na ampicylinę znajdującą się w pożywce. Tak  więc "myśliwy" połączony z jednym z fragmentów beta laktamazy, który będzie  najwydajniej chwytał "ofiary" połączone z drugim fragmentem beta laktamazy  zapewni przeżycie komórce go niosącej. Stopniowo ta linia będzie uzyskiwała  przewagę w hodowli aż do kolejnej mutacji polepszającej właściwości  "myśliwego".</p>
+
     <p> This is still not enough to ensure that only the best ‘hunters’ survive. Some selection pressure is needed to make only the best adapted survive. We have used TEM-1 beta-lactamase (protein responsible for resistance to beta-lactam antibiotics such as ampicillin) split into two complementing fragments: alpha and omega. Those fragments do not form active complexes spontaneously. Antibiotic resistance is achieved only when alpha and omega are in close proximity – i.e. when they are connected to two strongly interacting proteins. So ‘hunter’ protein connected with one beta-lactamase fragment will catch ‘prey’ protein connected to another and will allow survival of the cell in ampicillin containing medium. Cell line carrying the best hunter protein will have selection advantage over others.</p>
-
     <p>       Na początku trzeba było  potwierdzić działanie sytemu i znaleźć najbardziej optymalna konfigurację  fragmentów beta laktamazy. W tym celu wybraliśmy parę niewielkich białek o  potwierdzonych i silnych oddziaływaniach: białko A i białko Z. Białko A jest  tym słynnym białkiem <em>S. aureus</em> wiążącym fragmenty stałe przeciwciał IgG i  mającym liczne zastosowania w biologii molekularnej. Białko Z jest jego bliskim  krewnym stworzonym sztucznie [ref 2] i silnie oddziałującym zarówno z swoim  krewnym jak i tworzącym homooligomery (oddziaływanie to jest jednak znacznie  słabsze niż oddziaływanie z białkiem A). Stworzyliśmy cała pule konstruktów  opartych o plazmid pACYC177 (niskokopijny: ok. 10 kopi na komórkę) ze  wstawionym promotorem indukowanym IPTG. Zawierają one fragment białka OmpA, białko A i Z oraz fragmenty alfa i omega beta-laktamzy w różnych kombinacjach. Białko A składa się z dwóch niemal idealnych powtórzeń (każde z nich może  niezależnie oddziaływać z białkiem Z), część konstruktów zawiera skrócona  wersję biała A (A delta), która oddziałuje z białkiem Z. Konstrukty na  pACYC177:</p>
+
     <p>In order to confirm that this system works we have chosen two small strongly interacting proteins A and Z. The A protein is the famous protein from Staphylococcus aureus which binds to constant fragments of IgG antibodies and has many uses in molecular biology. The Z protein is it’s artificially created close relative [reference!]. Apart from interacting with the A protein the Z protein has ability to form oligomers (this interaction is much weaker than with A though). We have created many variants of construct based on pACYC177 vector (low copy – 10 copies per cell) with IPTG-induced promoter. They contain OmpA fragment, A and Z proteins and beta-lactamase fragments in various combinations. The A protein consists of two nearly identical repeats (each one may interact with Z protein) so part of constructs contains truncated version of A protein (A delta). Lists of pACYC177 constructs:</p>
     <ol>
     <ol>
       <li>
       <li>

Revision as of 19:19, 9 September 2008

igem_project.jpg

Our Plans

First we want to note that our initial plans were very different from what we actually managed to do. Our plans were really amazing: we wanted to create system of biological machines which would allow to investigate protein interactions and simultaneously change sequence of one of them in order to achieve the strongest possible interaction. To make it work we planned to put the DNA sequence of tested protein on low-copy plasmid and transform it to bacterial strain in which it would be mutated (lets call the strain ‘slot machine’). Parts present on this plasmid would cause the protein to be attached to outer bacterial membrane, where the selection would occur. We planned that such selection system would allow us to search for antibodies with new specificities or screen protein libraries.

‘The slot machine’

Our goal is to change protein sequence in order to maximize its interaction with a given partner. Additionally we want to apply selection pressure on bacteria population so that only cells coding strongest interacting proteins survive. The solution of the first part of the problem is ‘the slot machine’ strain, which will randomize target protein sequence – nucleotides would be shuffled randomly in the same way it happens in popular hazard game. The simplest ‘slot machine’ strain is one of standard mutator E. coli strains without polymerase error correction activity or strain without DNA repair systems. It’s not optimal though - high mutation frequency in the whole bacterial genome would introduce some variance into our sequence, but would also cause problems with selection. Instead screening for protein interactions we would most likely obtain selection-resistant strain. So we wanted to narrow scope of mutations to a small well defined DNA fragment preferably carried on plasmid. Since at the beginning of our project we focused on antibodies the idea of using AID (Activation Induced Deaminase) protein came right away.

The AID protein is active in mammal lymphocytes, where it causes the somatic hypermutation – an increase of mutation level in antibody coding sequences. Moreover there was publication [reference!] which proved AID activity in E. coli cells. But than wasn’t yet what we wanted because AID mutated all highly-transcribed E. coli genes. We needed to find a way to target it to a specific DNA region. AID prefers single-stranded DNA that appears in highly-transcribed loci. So we needed to make our DNA sequence a highly transcribed one (preferably achieve the highest transcription level in the cell). Adding T7 promoter to our sequence seemed to be the perfect solution. Unfortunately many genes that can make cells selection-resistant are highly transcribed. So we went a step forward and created fusion between AID and T7 phage polymerase. T7 polymerase traverses the DNA fragment containing T7 promoter and carries AID, which introduces mutations.

AID is a small protein and its closest homologues form oligomers. The information about AID’s ability to form complexes is inconsistent, so we needed to consider such possibility and we created molecular device containing both free AID and AID-T7 fusion. We hope that AID-T7 fusion will recruit free AID to DNA sequence containing T7 promoter. To sum up we have created following molecular devices on pMPMT5omega plasmid under arabinose promoter:

  1. AID

  2. AID in translation fusion with T7 phage polymerase

  3. AID in transcription fusion with T7 phage polymerase

  4. AID in transcription fusion with AID-T7 translation fusion

To test various variants of AID we needed proper reporter system. We have used alpha-complementing beta-galactosidase fragment under control of T7 promoter. It was cloned to one-copy plasmid pZC30 (minireplicon of plasmid F). After obtaining cotransformants carrying one of AID devices and reporter plasmid and induction hoped to get some white colonies on X-gal plates indicating mutated clones. Simultaneously we carried out the rifampicin test (plated liquid cultures of tested strains on plates containing 300 ug/ml antibiotic rifampicin) to check mutation level in whole genome of tested strains.

Fig. 1. JAKI TU MA BYĆ PODPIS?

In theory everything works nice but when we carried out the experiment reality was merciless. We obtained various numbers of white clones using different AID encoding devices but sequencing of beta-galactosidase gene from those clones revealed no mutations. It has to be a flaw in our reporter system. It seems that expression beta-galactosidase fragment encoded on pZC30 plasmid is somehow switched off – nobody knows why or how (we have sequenced large fragments of many white clones of pZC30 – no mutations, no clues). The test was carried out in two E. coli strains: Top10 and GM2163. The latter has damaged Dam and Dcm methyltransferases so DNA repair systems relying on their activity are unable to repair mismatches created by AID. The results obtained so far are presented in table below:

result 1result 2
result 1result 2

We are currently trying to create another reporter construct preferably based on different reporter gene (gfp or xyl) because it turned out that many strains have intact beta-galactosidase gene on chromosome. Until it’s ready our ‘slot machine’ will be one of E. coli strains with elevated total mutation level – most likely the mutD5 strain.

‘Hunter’ and ‘prey’

In former paragraphs we described our plans of introducing variation to protein coding sequence (lets call the protein ‘hunter’). Now it’s time to tell how we’ll be screening created population of ‘hunter’ proteins. At a first glance the most elegant solution is something similar to two hybrid system. But that requires putting both ‘hunter’ and ‘prey’ in the same cell of ‘slot machine’, which creates risk of changing ‘prey’ sequence - something we don’t want to happen. So the ‘prey’ protein must be supplied from outside and allow only best ‘hunters’ to survive.

This forces ‘hunter’ protein to be attached to cell surface. To achieve that all hunter constructs have fragment of OmpA (outer membrane protein) fused with ‘hunter’ protein. In this way ‘hunter’ is presented on E. coli cell surface, which allows it to interact with ‘prey’ added to liquid culture medium.

Fig. 3. PODPIS

This is still not enough to ensure that only the best ‘hunters’ survive. Some selection pressure is needed to make only the best adapted survive. We have used TEM-1 beta-lactamase (protein responsible for resistance to beta-lactam antibiotics such as ampicillin) split into two complementing fragments: alpha and omega. Those fragments do not form active complexes spontaneously. Antibiotic resistance is achieved only when alpha and omega are in close proximity – i.e. when they are connected to two strongly interacting proteins. So ‘hunter’ protein connected with one beta-lactamase fragment will catch ‘prey’ protein connected to another and will allow survival of the cell in ampicillin containing medium. Cell line carrying the best hunter protein will have selection advantage over others.

In order to confirm that this system works we have chosen two small strongly interacting proteins A and Z. The A protein is the famous protein from Staphylococcus aureus which binds to constant fragments of IgG antibodies and has many uses in molecular biology. The Z protein is it’s artificially created close relative [reference!]. Apart from interacting with the A protein the Z protein has ability to form oligomers (this interaction is much weaker than with A though). We have created many variants of construct based on pACYC177 vector (low copy – 10 copies per cell) with IPTG-induced promoter. They contain OmpA fragment, A and Z proteins and beta-lactamase fragments in various combinations. The A protein consists of two nearly identical repeats (each one may interact with Z protein) so part of constructs contains truncated version of A protein (A delta). Lists of pACYC177 constructs:

  1. OmpA_alfa

  2. OmpA_omega

  3. OmpA_A_alfa

  4. OmpA_Z_alfa

  5. OmpA_A_omega

  6. OmpA_Z_omega

  7. OmpA_omega_Adelta_alfa

  8. OmpA_omega_Adelta

  9. OmpA_Adelta_alfa

  10. OmpA_Adelta_omega

Równolegle z ich testowaniem, trwają prace nad stworzeniem kolejnych konstruktów z tej grupy.

Drugą grupę konstruktów stanowią te służące do nadprodukcji i oczyszczania białka dodawanego następnie do pożywki. Te które powstały do tej pory znajdują się na plazmidzie pET15b i posiadają N-końcowy His-tag:

  1. His_Z_omega

  2. His_Z_alfa

  3. His_A_alfa

  4. W przypadku dwóch pierwszych udało się przeprowadzić nadprodukcje i oczyszczenie białka. Użycie His-taga okazało się niepotrzebne gdyż agregat białka Z znajduje się w osadzie po sonikacji (ponad 90% osadu). Prace nad kolejnymi konstruktami trwają, jednak już do tej pory udało się uzyskać kilka ciekawych wyników. Tabela i jej wyjaśnienie.

Naszym długoterminowym celem jest zastąpienie białka A i Z fragmentem przeciwciała (lub ich biblioteką) oraz antygenem. Jednak na krótka metą musimy jeszcze sprawdzić czy to w ogóle będzie działać. Dlatego do sekwencji białek A wprowadzimy mutacje uniemożliwiające oddziaływanie z bialkiem Z a uzyskane konstrukty transformujemy do "jednorękiego bandyty" - chcemy zobaczyć czy i jak szybko w mieszaninie mutantów nastąpi powrót do prawidłowych właściwości białka. Najprostszy wariant tego doświadczenia polegający na mieszaniu istniejących już szczepów, izolacji plazmidu i ocenie proporcji komórek różnych szczepów przy pomocy trawienia restrykcyjnego dały bardzo zachęcające wyniki. Po zmieszaniu w równym stosunku szczepów niosących OmpA_alfa i OmpA_A_alfa, a następnie zastosowaniu naszego systemu selekcji wyizolowaliśmy z wyrosłych bakterii jedynie plazmid niosący OmpA_A_alfa (analogiczne doświadczenie udało się dla zmieszanych szczepów OmpA_omega i OmpA_A_omega).

Kolejne wyniki i powstające konstrukty będą wprowadzane w czasie rzeczywistym ;) zostańcie na bieżąco..