Nierode, Gregory;Kwon, Paul S.;Dordick, Jonathan S.;Kwon, Seok-Joon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.2
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pp.213-225
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2016
To reduce attrition in drug development, it is crucial to consider the development and implementation of translational phenotypic assays as well as decipher diverse molecular mechanisms of action for new molecular entities. High-throughput fluorescence and confocal microscopes with advanced analysis software have simplified the simultaneous identification and quantification of various cellular processes through what is now referred to as high-content screening (HCS). HCS permits automated identification of modifiers of accessible and biologically relevant targets and can thus be used to detect gene interactions or identify toxic pathways of drug candidates to improve drug discovery and development processes. In this review, we summarize several HCS-compatible, biochemical, and molecular biology-driven assays, including immunohistochemistry, RNAi, reporter gene assay, CRISPR-Cas9 system, and protein-protein interactions to assess a variety of cellular processes, including proliferation, morphological changes, protein expression, localization, post-translational modifications, and protein-protein interactions. These cell-based assay methods can be applied to not only 2D cell culture but also 3D cell culture systems in a high-throughput manner.
Bacteriophages infecting Acidovorax citrulli, the causal agent of bacterial fruit blotch, have been proven to be effective for the prevention and control of this disease. However, the occurrence of bacteriophage-resistant bacteria is one of hurdles in phage biocontrol and the understanding of phage resistance in this bacterium is an essential step. In this study, we aim to investigate possible phage resistance of A. citrulli and relationship between phage resistance and pathogenicity, and to isolate and characterize the genes involved in these phenomena. A phage-resistant and less-virulent mutant named as AC-17-G1 was isolated among 3,264 A. citrulli Tn5 mutants through serial spot assays and plaque assays followed by pathogenicity test using seed coating method. The mutant has the integrated Tn5 in the middle of a cupin protein gene. This mutant recovered its pathogenicity and phage sensitivity by complementation with corresponding wild-type gene. Site-directed mutation of this gene from wild-type by CRISPR/Cas9 system resulted in the loss of pathogenicity and acquisition of phage resistance. The growth of AC-17-G1 in King's B medium was much less than the wild-type, but the growth turned into normal in the medium supplemented with D-mannose 6-phosphate or D-fructose 6-phosphate indicating the cupin protein functions as a phosphomannos isomerase. Sodium dodecyl sulfa analysis of lipopolysaccharide (LPS) extracted from the mutant was smaller than that from wild-type. All these data suggest that the cupin protein is a phosphomannos isomerase involved in LPS synthesis, and LPS is an important determinant of pathogenicity and phage susceptibility of A. citrulli.
The synergistic activation mediator (SAM) system can robustly activate endogenous gene expression by a single-guide RNA. This transcriptional modulation has been shown to enhance gene promoter activity and leads to epigenetic changes. Human $interferon-{\gamma}$ is a common natural glycoprotein involved in antiviral effects and inhibition of cancer cell growth. Large quantities of high-purity $interferon-{\gamma}$ are important for medical research and clinical therapy. To investigate the possibility of employing the SAM system to enhance endogenous human $interferon-{\gamma}$ with normal function in innate immunity, we designed 10 single-guide RNAs that target 200 bp upstream of the transcription start sites of the $interferon-{\gamma}$ genome, which could significantly activate the $interferon-{\gamma}$ promoter reporter. We confirmed that the system can effectively and highly activate $interferon-{\gamma}$ expression in several humanized cell lines. Moreover, we found that the $interferon-{\gamma}$ induced by the SAM system could inhibit tumorigenesis. Taken together, our results reveal that the SAM system can modulate epigenetic traits of non-immune cells through activating $interferon-{\gamma}$ expression and triggering JAK-STAT signaling pathways. Thus, this strategy could offer a novel approach to inhibit tumorigenesis without using exogenous $interferon-{\gamma}$.
Ji Sun Park;Young-Woo Kim;Hyungdong Kim;Sun-Ki Kim;Kyeongsoon Park
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.11
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pp.1506-1512
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2023
Quantitative analysis of adenosine triphosphate (ATP) has been widely used as a diagnostic tool in the food and medical industries. Particularly, the pathogenesis of a few diseases including inflammatory bowel disease (IBD) is closely related to high ATP concentrations. A bioluminescent D-luciferin/luciferase system, which includes a luciferase (FLuc) from the firefly Photinus pyralis as a key component, is the most commonly used method for the detection and quantification of ATP. Here, instead of isolating FLuc produced in recombinant Escherichia coli, we aimed to develop a whole-cell biocatalyst system that does not require extraction and purification of FLuc. To this end, the gene coding for FLuc was introduced into the genome of probiotic Saccharomyces boulardii using the CRISPR/Cas9-based genome editing system. The linear relationship (r2 = 0.9561) between ATP levels and bioluminescence generated from the engineered S. boulardii expressing FLuc was observed in vitro. To explore the feasibility of using the engineered S. boulardii expressing FLuc as a whole-cell biosensor to detect inflammation biomarker (i.e., ATP) in the gut, a colitis mouse model was established using dextran sodium sulfate as a colitogenic compound. Our findings demonstrated that the whole-cell biosensor can detect elevated ATP levels during gut inflammation in mice. Therefore, the simple and powerful method developed herein could be applied for non-invasive IBD diagnosis.
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