Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid reza Rahmani,Seyed reze Zareie abarghoei
حمیدرضا رحمانی (استاد مشاور) سیدرضا زارعی ابرقویی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Monir Salati
منیر سلاطی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Overexpression and Partial Purification of Pfu DNA Polymerase from Pyrococcus Furiosus
Polymerase Chain Reaction or PCR is a powerful tool for the amplification of selected regions of a DNA molecule. The amplification reaction is particularly dependent on the activity of Polymerase enzymes that are heat resistant. In fact, only after the discovery and application of such polymerase enzymes, PCR started to change into a prevalent and common technique in laboratories all over the world. Polymerase enzymes not only differ in term of hear resistance, but also in their error rates. Pfu, a DNA polymerase from Pyrococcus furiosus , is one of these polymerases that combines a remarkable heat resistance with an integral 3'-5' exonuclease activity (proofreading) resulting in one of the lowest error rates of any known polymerase used in PCR. In this research, optimum Pfu over-expression in Escherichia coli under pET expression systems was investigated. To this end, three different constructs of Pfu coding sequences were prepared. They were: 1) unmodified Pfu, consisting of a free-standing Pfu gene in a pET-21c(+) expression vector; 2) Ubi-Pfu, consisting of a ubiquitin fusion partner upstream of a Pfu gene in a pET-21c(+) expression vector); and 3) pelB-Pfu, consisting of a pelB fusion partner upstream of a Pfu gene in a pET-22b(+). Recombinant vectors were introduced into E. coli strain BL21 that was subsequently grown in liquid TB and induced with IPTG. Expression levels were compared by SDS-PAGE. It was found that expression of Ubi-Pfu is similar to that of unmodified Pfu whereas pel-Pfu expression was four to five folds more than the other two constructs. Furthermore PCR reactions were used to assess the biological activity of the expressed enzymes. It was determined that all three enzymes had the expected biological activity. Comparing the PCR products of the three enzymes, it was found that pel-Pfu resulted in a considerably more biological activity compared to that from unmodified Pfu and Ubi-Pfu, an observation largely attributed to higher expression of pel-Pfu, as judged by SDS-PAGE profiles explained abobe. Since pelB is expected to direct recombinantly expressed proteins to the peripelasmic space, presence of pel-Pfu in this compartment was also investigated. However, neither osmotic shocks nor thermal treatment at 55 o C, that are commonly used to extract periplasmic proteins in E. coli , were successfully used to this end. Nonetheless, this remained to be shown if pelB-Pfu was not altogether secreted into the periplasmic space or it was secreted into the space but couldn’t pass the external bacterial membrane due to its prohibitively large size.
واکنش زنجیره ای پلیمراز که معمولاً به اختصار PCR خوانده می شود، روشی بسیار قدرتمند در تکثیر ردیف منتخبی از نوکلئوتیدهای قطعات DNA است. انجام این واکنش همانندسازی به فعالیت آنزیم های پلیمراز وابسته است که مقاومت به گرما در این آنزیم ها از مهم ترین خصوصیات آنها محسوب می شود. در واقع پس از کشف و کاربرد آنزیم های پلیمراز مقاوم به حرارت بود که PCR به یک روش رایج در آزمایشگاهها تبدیل شد. علاوه بر این خصوصیت، آنزیم های پلیمراز مورد استفاده از نظر نرخ اشتباه نیز با هم متفاوتند. آنزیم Pfu، پلیمراز جدا شده از باکتری گرمادوست Pyrococcus furiosus یکی از مهم ترین آنزیم های مورد استفاده در PCR است که به دلیل داشتن خاصیت اگزونوکلئازی ´5 ?´3 یا پردازشگری، کمترین نرخ خطا را در میان آنزیم های پلیمراز شناخته شده دارد. در تحقیق حاضر امکان افزایش تولید این آنزیم با سیستم بیانی pET در باکتری Escherichia coli مورد مطالعه قرار گرفت. برای رسیدن به این هدف سه ساختار متفاوت از ژن کد کننده ی Pfu پلیمراز به این شرح تهیه گردیدند: 1- Pfu منفرد (آنزیم پلیمراز بدون تغییر، در وکتور بیانی pET-21c(+))، 2- Ubi-Pfu (آنزیم پلیمراز با پروتئین یوبی کوئیتین در بالادست آن به عنوان شریک الحاق، در وکتور بیانی pET-21c(+)) و 3- pelB-Pfu (آنزیم پلیمراز با پپتید pelB در بالادست آن به عنوان شریک الحاق، در وکتور بیانی pET-22b(+)). ساختارهای طراحی شده به نژاد BL21 باکتری E. coli انتقال یافتند که پس از رشد در محیط مایع TB با IPTG تیمار گردیدند. تولید پروتئین های مورد نظر با استفاده از الکـتروفورز روی ژل پلی اکریلامید سـدیم دودسیل سولفات (SDS-PAGE) مورد تأیید قرار گرفت. مقایسه ی بین میزان پروتئین های نوترکیب نشان داد که بیان Ubi-Pfu در حد Pfu منفرد و Pfu-pelB حدود چهار تا پنج برابر Pfu منفرد بوده است. فعالیت بیولوژیکی آنزیم ها نیز با بررسی توانایی آنها در تکثیر قطعات DNA در واکنش های PCR مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید هر سه آنزیم تولید شده دارای فعالیت بیولوژیکی مورد انتظار می باشند. فعالیت آنزیمی Pfu منفرد و Ubi-Pfu مشابه ولی فعالیت pelB-Pfu بطور قابل ملاحظه ای بیش از دو آنزیم دیگر بود. البته بطور معمول وجود پپتید pelB در بالادست پروتئین های تراریختی در کولی باسیل نه تنها موجب افزایش بیان آنها می شود بلکه موجب ترشح آنها به فضای بین غشائی (periplasmic space) نیز می گردد. لذا انتظار می رفت که pelB-Pfu بر خلاف Pfu منفرد و Ubi-Pfu، از سیتوپلاسم باکتری خارج شده و در فضای بین غشائی تجمع یابد. دو روش شوک اسمزی و تیمار حرارتی ?C55 که بطور معمول برای استخراج پروتئین ها از فضای بین غشائی باکتری E. coli بکار می روند در استخراج pelB-Pfu موفقیت آمیز نبودند. البته مشخص نشد که آیا علت این پدیده عدم ترشح pelB-Pfu به فضای بین غشائی است یا آنکه pelB-Pfu به فضای بین غشائی ترشح می گردد اما به علت اندازه ی بزرگ قادر به خروج از غشاء خارجی باکتری نیست.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی