Park, Wan-Je;Cho, Yang-Je;Ahn, Dong-Ho;Jung, Sang-Bo;Lee, Na-Gyong;Kim, Hyun-Su;Hahm, Kyung-Soo;Kim, Yu-Sam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.7
no.2
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pp.144-150
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1997
We developed a simple and efficient method to prepare a Pseudomonas vaccine of outer membrane (OM) proteins free from lipopolysaccharide (LPS). A three step purification process including extraction, ultrafiltration and ultracentrifugation effectively removed LPS from the OM protein fraction. Approximately 2 mg of the OM proteins was obtained from 1 g of wet cell. LPS contaminant in the vaccine preparation was less than 0.003% (w/w) of protein and protease activity was not detectable. To achieve a wide range of protection, OM proteins prepared from four attenuated P. aeruginosa strains were mixed in equal amounts and used as a vaccine, which elicited in rabbits a high titer of antibody reactive to all of the seven Fisher types. The antisera from the immunized rabbit had a strong reactivity to vaccine proteins larger than 25 kDa. In a burned mouse infection model, immunization with the vaccine significantly enhanced bacterial clearance in the Pseudomonas infected skin. The vaccination also provided mice an excellent protection against Pseudomonas infection (11, 16). Data on antigenicity, mutagenicity, acute, subacute toxicity and pharmacological tests confirmed the safety of the vaccine (1, 3, 10, 12, 17). These data demonstrate that this method can be applied to manufacture a bacterial vaccine of OM proteins with safety and prophylactic efficacy at a practical low cost.
Salmonella spp. are gram-negative flagellated bacteria that cause a variety of diseases in humans and animals, ranging from mild gastroenteritis to severe systemic infection. To explore development of a potent vaccine against Salmonella infections, the gene encoding outer membrane protein L (ompL) was inserted into the swinepox virus (SPV) genome by homologous recombination. PCR, western blot, and immunofluorescence assays were used to verify the recombinant swinepox virus rSPV-OmpL. The immune responses and protection efficacy of rSPV-OmpL were assessed in a mouse model. Forty mice were assigned to four groups, which were immunized with rSPV-OmpL, inactive Salmonella (positive control), wild-type SPV (wtSPV; negative control), or PBS (challenge control), respectively. The OmpL-specific antibody in the rSPV-OmpL-immunized group increased dramatically and continuously over time post-vaccination, and was present at a significantly higher level than in the positive control group (p < 0.05). The concentrations of IFN-γ and IL-4, which represent Th1-type and Th2-type cytokine responses, were significantly higher (p < 0.05) in the rSPV-OmpL-vaccinated group than in the other three groups. After intraperitoneal challenge with a lethal dose of Salmonella typhimurium CVCC542, eight out of ten mice in the rSPV-OmpL-vaccinated group were protected, whereas all the mice in the negative control and challenge control groups died within 3 days. Passive immune protection assays showed that hyperimmune sera against OmpL could provide mice with effective protection against challenge from S. typhimurium. The recombinant swinepox virus rSPV-OmpL might serve as a promising vaccine against Salmonella infection.
New sixteen heat shock proteins (Hsps) and ten ethanol shock proteins were appeared on the analysis with SDS-PAGE when cultivation temperature for the Vibrio vulnifrcus ATCC 27562 strain was shifted-up to $42^{\circ}C$ from $30^{\circ}C$ for 20 mins and treated with of 6% ethanol for 10 mins, respectively. Even the induction of thermotolerance in V. vulnificus was coincided with the induction of Hsps if the pre-shock was adjusted to thermal temperature. Outer membrane proteins (OMPs) that were purified from the membrane of cells after heat shock showed more immunodominant pattern to the immunized rabbit anti-V. vulnificus O serum in enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). On the western immunoblot analysis it was confirmed that both 62 kDa IMP and 69 kDa OMP in the Hsps and 48 kDa IMP a major OMP in the ethanol shock proteins were reacted with rabbit anti-V. vulnificus O sera. Agglutination titer of the heat shocked V. vulnificus with rabbit anti-V. vulnificus O serum was higher than that of the untreated bacteria.
Kim Younghwan;Hwang Heon;Lee Sukchan;Park Eun-Seok;Yoo Sun-Dong;Lee Jeongmin;Yang Joo-Sung;Kwon MooSik
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.33
no.4
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pp.274-280
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2005
Pasteurella multocida is known to cause widespread infections in husbandry. To induce homologous and heterologous immunity against the infections, outer membrane proteins (OMPs) in the envelope of P. multocida are thought to be attractive vaccine candidates. Outer membrane protein H is considered as the major component of OMPs. In this study, a gene for OmpH was isolated from pathogenic P. multocida serogroup A. The gene was composed of 1,047 nucleotides coding 348 amino acids with signal peptide of 20 amino acids. The amino acid composition showed about 80 to 98 per cent sequence homologies among other 10 strains of P. multocida serogroup A, reported so far. A recombinant ompH, from which signal peptide was truncated, was generated using pRSET A to name 'pRSET A/OmpH-F2'. The pRSET A/OmpH-F2 was well expressed in E. coli BL21(DE3). The truncated OmpH was purified using nickel-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) affinity column chromatography. Its molecular weight was registered to be 40 kDa on SDS-PAGE gel. In order to generate immunesera against the OmpH, 50 ug of the protein was intraperitoneally injected into mice three times. The anti-OmpH immuneserum recognized about $5{\times}10^{-2}$ng quantity of the purified OmpH. It can be used for an effective vaccine production to prevent fowl cholera caused by pathogenic P. multocida (Serogroup A).
Complementary DNA encoding chloroplast outer envelope membrane protein (OEP) from the halophyte Salicornia herbacea has been cloned and sequenced. The full length cDNA is 596 bp and encodes a polypeptide of 91 amino acid residues with a molecular mass of 8.9 kDa. The expression level of ShOEP increased by salt, drought and ABA treatments. ShOEP expression was largely induced in roots and shoots by high salts. The biological function of ShOEP was examined by yeast complementation. ShOEP can suppress Na$^{+}$ sensitivity of yeast mutant (cnb$\Delta$) in the presence of salt. These results suggest that ShOEP is a salt inducible gene and may have functions in the regulation of plant salt stress.ant salt stress.
The outer membrane of Gram-negative bacteria is the outermost layer of cellular environment in which numerous biophysical and biochemical processes are in action sustaining viability. Advances in cell engineering enable modification of bacterial genetic information that subsequently alters membrane physiology to adapt bacteria to specific purposes. Surface display of a functional molecule on the outer membranes is one of strategies that directs host cells to respond to a specific extracellular matter or stimulus. While intracellular expression of a functional peptide or protein fused to a membrane-anchoring motif is commonly practiced for surface display, the method is not readily applicable to exogenous or large proteins inexpressible in bacteria. Chemical conjugation at reactive groups naturally occurring on the membrane might be an alternative, but often compromises fitness due to non-specific modification of essential components. Herein, we demonstrated two distinct approaches that enable site-specific decoration of the outer membrane with a fluorescent agent in Escherichia coli. An unnatural amino acid genetically incorporated in a surface-exposed peptide could act as a chemoselective handle for bioorthogonal dye labeling. A surface-displayed α-helical domain originating from a part of a selected heterodimeric coiled-coil complex could recruit and anchor a green fluorescent protein tagged with a complementary α-helical domain to the membrane surface in a site- and hetero-specific manner. These methods hold a promise as on-demand tools to confer new functionalities on the bacterial membranes.
An outer membrane-associated 2-furaldehyde dehydrogenase, catalyzing the oxidation of 2-furaldehyde to 2-furoic acid from Klebsiella pneumoniae was purified to homogeneity and characterized. The enzyme showed its highly specific dependency on $\beta$-$NAD^{+}$. Enzyme activity was monitored during purification by using substrate 2-furaldehyde and coenzyme $\beta$-$NAD^{+}$ by means of high performance liquid chromatography. The outer membrane was successfully collected by the methods of Percoll density gradient ultracentrifugation and ultracentrifugation after preferential solubilization of the membrane with $Mg^{2+}$ and Triton X-100. The enzyme was purified by the series of procedures including extraction of outer membrane protein with EDTA and lysozume, and fractionation by column chromatography on QAE-Sephades Q-50, and subsequently Sephadex G-100. The enzume showed its optimal activity at $85^{\circ}C$, pH 9.5, and in the presence of 1.5% (vol/vol) Triton X-100. The enzyme exhibited a native molecular size of 88,000 by nondenaturing polyacrylamide gel electrophoresis and had an apparent Km of 4.72mM for 2-furaldehyde.
Recent genome comparisons of E. coli B and K-12 strains have indicated that the makeup of the cell envelopes in these two strains is quite different. Therefore, we analyzed and compared the envelope proteomes of E. coli BL21(DE3) and MG1655. A total of 165 protein spots, including 62 nonredundant proteins, were unambiguously identified by two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry. Of these, 43 proteins were conserved between the two strains, whereas 4 and 16 strain-specific proteins were identified only in E. coli BL21(DE3) and MG1655, respectively. Additionally, 24 proteins showed more than 2-fold differences in intensities between the B and K-12 strains. The reference envelope proteome maps showed that E. coli envelope mainly contained channel proteins and lipoproteins. Interesting proteomic observations between the two strains were as follows: (i) B produced more OmpF porin with a larger pore size than K-12, indicating an increase in the membrane permeability; (ii) B produced higher amounts of lipoproteins, which facilitates the assembly of outer membrane ${\beta}$-barrel proteins; and (iii) motility- (FliC) and chemotaxis-related proteins (CheA and CheW) were detected only in K-12, which showed that E. coli B is restricted with regard to migration under unfavorable conditions. These differences may influence the permeability and integrity of the cell envelope, showing that E. coli B may be more susceptible than K-12 to certain stress conditions. Thus, these findings suggest that E. coli K-12 and its derivatives will be more favorable strains in certain biotechnological applications, such as cell surface display or membrane engineering studies.
To develop low endotoxic and multi-immunogenic outer membrane vesicles (OMVs), a deletion mutant of the msbB gene in Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium) was used as a source of low endotoxic OMV, and an expression vector of the canine parvovirus (CPV) VP2 epitope fused to the bacterial OmpA protein was constructed and transformed into the Salmonella ${\Delta}msbB$ mutant. In a lethality test, BALB/c mice injected intraperitoneally with the Salmonella ${\Delta}msbB$ mutant survived for 7 days, whereas mice injected intraperitoneally with the wild type survived for 3 days. Moreover, all mice inoculated orally with the ${\Delta}msbB$ mutant survived for 30 days, but 80% of mice inoculated orally with the wild type survived. The OmpA::CPV VP2 epitope fusion protein was expressed successfully and associated with the outer membrane and OMV fractions from the mutant S. Typhimurium transformed with the fusion protein-expressing vector. In immunogenicity tests, sera obtained from the mice immunized with either the Salmonella msbB mutant or its OMVs containing the OmpA::CPV VP2 epitope showed bactericidal activities against wild-type S. Typhimurium and contained specific antibodies to the CPV VP2 epitope. In the hemagglutination inhibition (HI) assay as a measurement of CPV-neutralizing activity in the immune sera, there was an 8-fold increase of HI titer in the OMV-immunized group compared with the control. These results suggested that the CPV-neutralizing antibody response was raised by immunization with OMV containing the OmpA::CPV VP2 epitope, as well as the protective immune response against S. Typhimurium in BALB/c mice.
Live bacterial vector vaccines are one of the most promising vaccine types and have the advantages of low cost, flexibility, and good safety. Meanwhile, protein secretion systems have been reported as useful tools to facilitate the release of heterologous antigen proteins from bacterial vectors. The twin-arginine translocation (Tat) system is an important protein export system that transports fully folded proteins in a signal peptide-dependent manner. In this study, we constructed a live vector vaccine using an engineered commensal Escherichia coli strain in which amiA and amiC genes were deleted, resulting in a leaky outer membrane that allows the release of periplasmic proteins to the extracellular environment. The protective antigen proteins SLY, enolase, and Sbp against Streptococcus suis were targeted to the Tat pathway by fusing a Tat signal peptide. Our results showed that by exploiting the Tat pathway and the outer membrane-defective E. coli strain, the antigen proteins were successfully secreted. The strains secreting the antigen proteins were used to vaccinate mice. After S. suis challenge, the vaccinated group showed significantly higher survival and milder clinical symptoms compared with the vector group. Further analysis showed that the mice in the vaccinated group had lower burdens of bacteria load and slighter pathological changes. Our study reports a novel live bacterial vector vaccine that uses the Tat system and provides a new alternative for developing S. suis vaccine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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