Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-07-25T15:51:49Z No. of bitstreams: 1 2014_MaritzaOcampoBetancur.pdf: 2785011 bytes, checksum: 1e7f6e8c3bda3abce6c1882650617a39 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-07-29T14:39:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_MaritzaOcampoBetancur.pdf: 2785011 bytes, checksum: 1e7f6e8c3bda3abce6c1882650617a39 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-29T14:39:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_MaritzaOcampoBetancur.pdf: 2785011 bytes, checksum: 1e7f6e8c3bda3abce6c1882650617a39 (MD5) / A levedura Pichia pastoris tem sido amplamente utilizada na produção de proteínas recombinantes devido a características como fácil manipulação, rápido crescimento e capacidade de fazer modificações pós-traducionais mais similares às dos mamíferos. Apesar do vasto uso desta levedura como sistema de expressão, há poucas marcas de seleção disponíveis para sua manipulação genética. As marcas existentes podem ser auxotróficas (genes de vias biossintéticas como HIS4, ARG4, URA3, ADE1, dentre outros) ou dominantes (geralmente genes que conferem resistência a drogas). O limitado número de marcas seletivas atualmente disponíveis restringe a construção de cepas de P. pastoris contendo mais de uma modificação genética. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi interromper, pela primeira vez, o gene LEU2 no genoma de P. pastoris com o fim de gerar uma linhagem auxotrófica para o aminoácido leucina que pudesse ser utilizada como hospedeira para vetores contendo este gene como marca de seleção. A ruptura gênica foi obtida pela transformação da levedura com um cassete de expressão contendo os genes kanR (resistência a kanamicina/G418) ou Sh ble (resistência a zeocina) flanqueados por regiões 5´ e 3´ do gene LEU2 para promover a recombinação homóloga neste locus. Para construir esse cassete de deleção o gene clonado LEU2 teve um fragmento de aproximadamente 400 pb excisado após digestão com enzimas de restrição sendo substituído pelo cassete de expressão flanqueado por sequências loxP. Após transformação e seleção de mutantes auxotróficos, a marca dominante foi removida. Para tanto, a levedura foi transformada com um vetor contendo o gene que codifica para a proteína CreA, uma recombinase sítio-específica que catalisa a reação de recombinação entre duas sequências loxP. Finalmente, para testar esta nova linhagem, foi construído um vetor contendo eGFP como gene repórter e o gene LEU2 como marca de seleção. A transformação da linhagem auxotrófica leu2 com esse vetor confirmou a recuperação da prototrofia e a capacidade da levedura para produzir a proteína heteróloga intracelularmente. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The yeast Pichia pastoris has been widely used for the production of recombinant proteins due to several characteristics such as easy genetic manipulation, fast growth and the ability to carry out post-translational modifications similarly to mammals. Despite the wide use of Pichia pastoris as expression system there are few selectable markers available for its genetic manipulation. The existing markers can be auxotrophic (genes of biosynthetic pathways, for example HIS4, ARG4, URA3, ADE1, among others) or dominant (mainly genes that confer drug resistance). The limited number of available selectable markers restricts the construction of strains with more than one recombinant modification. The aim of this study was to interrupt, for the first time, the LEU2 gene in the P. pastoris genome to generate an auxotrophic strain for the amino acid leucine which could be used as host strain for vectors carrying the LEU2 gene as selectable marker. The disruption was achieved transforming the yeast with an expression cassette that contained the kanR (kanamycin/G418 resistance) or Sh ble genes (zeocin resistance) flanked by regions from the LEU2 gene to promote homologous recombination at that locus in the P. pastoris genome. To construct that deletion cassette the cloned LEU2 gene had an excised fragment of approximately 400 bp after digestion with restriction enzymes. That fragment was substituted by the expression cassette flanked by loxP sequences. After transformation and selection of auxotrophic mutants the dominant marker was removed. To accomplish this, the yeast was transformed with a vector carrying the gene that codes for the CreA protein, a site-specific recombinase that catalyzes the recombination reaction between two loxP sequences. Finally, to test the new strain, it was constructed a vector containing eGFP as a reporter gene and the LEU2 gene as a selectable marker. Transformation of P. pastoris leu2 with that vector confirmed the recovery of the prototrophy and the ability of the yeast to produce the intracellular heterologous protein. ______________________________________________________________________________ RESUMEN / La levadura Pichia pastoris ha sido ampliamente utilizada para la producción de proteínas recombinantes debido a características como fácil manipulación, rápido crecimiento y la capacidad de realizar modificaciones postraduccionales similares a las de los eucariotas. A pesar del gran uso de esta levadura como sistema de expresión hay pocas marcas de selección disponibles para su manipulación genética. Las marcas existentes pueden ser auxotróficas (genes de vías biosintéticas como HIS4, ARG4, URA3, ADE1, entre otros) o dominantes (principalmente genes que confieren resistencia a drogas). El limitado número de marcas de selección disponibles actualmente restringe la construcción de cepas de P. pastoris con más de una modificación recombinante. En este contexto, el objetivo de este estudio fue interrumpir, por primera vez, el gen LEU2 en el genoma de P. pastoris con el fin de generar una cepa auxotrófica para el aminoácido leucina que pudiera ser utilizada como hospedera para vectores que tengan el gen LEU2 como marca de selección. La ruptura se logró al transformar la levadura con un casete de expresión que contenía el gen kanR (resistencia a kanamicina/G418) o el gen Sh ble (resistencia a zeocina) flanqueado por regiones del gen LEU2 para promover recombinación homóloga en ese locus del genoma de P. pastoris. Para esto se clonó el gen LEU2 y se digirió con enzimas de restricción para retirar un fragmento de aproximadamente 400 pb el cual se reemplazó por el casete de expresión flanqueado por secuencias loxP. Después de la transformación y selección de mutantes auxotróficos se removió la marca dominante. Para esto se transformó la levadura con un vector que contenía el gen que codifica para la proteína CreA, una recombinasa sitio-específica que cataliza la reacción de recombinación entre dos secuencias loxP. Finalmente para evaluar la nueva cepa se construyó un vector que contenía el gen eGFP como reportero y el gen LEU2 como marca de selección. La transformación de P. pastoris leu2 con este vector confirmó la recuperación de la prototrofía y la capacidad de la levadura para producir la proteína heteróloga intracelularmente.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_sibele_borsuk.pdf: 16306468 bytes, checksum: 4743a54f442368d81ff802d8290c7cfc (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / Mycobacterium bovis BCG has the potential to be an effective live vector for multivalent vaccines. However, there are two problems regarding the utilization of recombinant BCG as vaccine. The first one is that most mycobacterial cloning vectors rely on antibiotic resistance gene as selectable marker, which is used for genetic transformation. The second one is the limited use of BCG in animals because it interferes in the tuberculosis diagnosis by tuberculin skin test, which elicits delayed type hypersensitivity to the purified protein derivative (PPD). In this work we developed and evaluated the use of auxotrophic complementation as a new selectable marker, characterized the proteins that are present in the bovine and avium PPD and developed a knockout BCG strain by homologous recombination. To test the auxotrophic complementation as selectable marker, an auxotrophic BCG strain for the amino acid leucine was constructed by knocking out the leuD gene by homologous recombination. Expression of leuD on a plasmid acted as a selectable marker in the auxotrophic M. bovis BCG leuD and M. smegmatis mc2144. The auxotrophic complementation selection was similar to selection by antibiotic resistance, but with the advantage of promoting stability of the plasmid. The new system was highly stable even during in vivo BCG growth. The identification of proteins from PPD was archived by LC-MS/MS (Liquid Chromatography/Mass Spectrometry/Mass Spectrometry). A total of 147 proteins among five PPD samples (2 bovine PPD and 3 avium PPD) were identified. The bovine PPD had a considerable higher number of proteins comparing to the avium PPD. We identifying a group of 28 proteins present only in bovine PPD and a group of five proteins deleted in M. bovis BCG vaccinal strain. These two groups are of special interest as they can be used in tests with improved specificity, and potentially able to differentiate vaccinated and infected individuals. A mutant BCG strain with the DPPD antigen deleted was constructed. The Mb0092 coding sequence was knocked out by homologous recombination. The 11 sequences flanking the target gene were cloned into a suicide vector. Double crossovers were selected using sacB. The knockout genotype was determined by PCR and by Southern blot. This mutant BCG strain can be useful in animal vaccination as it will not interfere in the tuberculosis diagnostic test, when performed using recombinant DPPD. The results show alternatives for the problems related to the use of M. bovis BCG as a recombinant vaccine. The auxotrophic complementation system was highly stable, efficient and it is suitable for expressing heterologous antigens in BCG. The identification of proteins present in PPD preparations and the mutant BCG obtained provide the possibility for the development of differential diagnostic test, thus allowing the use of BCG as vaccine also in animals. / Mycobacterium bovis BCG tem o potencial para ser um vetor efetivo para vacinas recombinantes multivalentes. No entanto, existem dois problemas quanto a sua utilização como vetor vacinal. O primeiro é a presença de genes que conferem resistência a antibióticos nos vetores utilizados para transformação genética. O segundo é a limitação de uso de BCG em animais, principalmente por comprometer o teste de tuberculina, utilizado como diagnóstico de tuberculose, o qual se baseia em reação de hipersensibilidade ao PPD (Derivado Protéico Purificado). Neste trabalho desenvolvemos e avaliamos a complementação auxotrófica como novo marcador de seleção, fizemos a caracterização das proteínas componentes de amostras de PPD aviário e bovino e desenvolvemos um mutante de BCG por recombinação homóloga. Para o uso de complementação auxotrófica como marcador de seleção, uma cepa de BCG auxotrófica para o aminoácido leucina foi construída por knockout do gene leuD por recombinação homóloga. A expressão do gene leuD em um plasmídio atuou como marcador de seleção nas cepas auxotróficas de M. bovis BCG leuD e M. smegmatis mc2144. A seleção por complementação de BCG auxotrófica se mostrou equivalente à seleção por resistência a antibiótico, com a vantagem adicional de proporcionar maior estabilidade do vetor plasmidial, já que a pressão seletiva é mantida mesmo durante multiplicação da bactéria in vivo. A identificação das proteínas que compõem o PPD foi feita por espectrometria de massa utilizando-se LCMS/ MS (cromatografia líquida associada à espectrometria de massa em tandem). Foram identificadas 147 proteínas entre 5 amostras de PPD (2 PPD bovino e 3 PPD aviário). O PPD bovino teve um número maior de proteínas comparado ao PPD aviário. Foi identificado um grupo de 28 proteínas presentes em PPD bovino, mas ausentes em PPD aviário. Além disso, 5 proteínas encontradas no PPD estão ausentes em M. bovis BCG. Estes são de 9 especial interesse, pois poderão vir a contribuir para o desenvolvimento de um teste de diagnóstico mais específico, e possivelmente capaz de diferenciar indivíduo vacinado com BCG e infectado com o bacilo da tuberculose. Um mutante de M. bovis BCG Pasteur foi construído. O gene Mb0092 (dppd) foi alvo de inativação gênica por recombinação homóloga. Seqüências que flanqueiam o gene alvo foram clonadas em um vetor suicida. Duplo crossover foi selecionado utilizando sacB. O genótipo mutante foi determinado por PCR e por Southern blot. Esta cepa poderá ser utilizada como vacina em animais, quando o diagnóstico for feito com DPPD recombinante. Os resultados obtidos apresentam alternativas para os problemas envolvidos quanto à utilização de M. bovis BCG como vacina recombinante. O sistema de seleção por complementação auxotrófica foi estável, e pode ser empregado na expressão de antígenos heterólogos em BCG. A identificação dos principais componentes protéicos do PPD e o desenvolvimento da cepa mutante de BCG possibilitam o desenvolvimento de testes diagnósticos diferencias, permitindo a utilização de BCG como vacina também em animas.