اربرد بيوانفورماتيك و مهندسي ژن جهت طراحي كلون بهينه، براي افزايش توليد پروتيين فعال كننده‌ي نوتروفيل هليكوباكترپيلوري در اشريشيا كلي

Application of Bioinformatics and Genetic Engineering for Designing Optimized Cloning and Overexpression of Neutrophil Activating Protein of Helicobacter pylori in Escherichia coli

زمينه و هدف: پروتيين فعال كننده‌ي نوتروفيل درهليكوباكترپيلوري (HP-NAP) از مهم‌ترين فاكتورهاي بيماري‌زاي اين باكتري است كه از اهميت به‌سزايي در ايجاد ايمني حفاظتي برعليه اين پاتوژن برخوردار است. اين آنتي ژن كانديداي بسيار مطرحي به‌عنوان بخشي از واكسن‌هاي چند قسمتي برعليه اين باكتري در مطالعات كلينيكي مي‌باشد. به‌دليل اهميت پروتيين HP-NAP، در اين مطالعه از آن به‌عنوان الگويي براي بهينه كردن ژن‌هاي هترولوگ كه محتواي تيمين و آدنين بالا و ميزان بيان پاييني در باكتري اشريشياكلي دارند، استفاده شد. روش بررسي: با كاربرد علوم بيوانفورماتيك ژن كد كننده‌ي اين پروتيين براي بيان حداكثري در ميزبان مربوطه بهينه و سپس ساخته شد. يافته‌ها: در بهينه كردن ژن HP-NAP عوامل مختلفي تغيير داده شد. كدن‌ها به كدن‌هاي رايج در باكتري اشريشيا كلي تغيير كرد، محتواي G+C از 38 درصد به 45 درصد افزايش يافت و ساختارهاي فضايي نامناسب در ساختمان دوم mRNA شكسته شد، اين تغييرات منجر به طولاني شدن نيمه عمر mRNA و افزايش قابل ملاحظه‌ي بيان پروتيين نوتركيب HP-NAP به‌ميزان حداقل 800 ميلي‌گرم در ليتر گرديد. نتيجه‌گيري: كاربرد ابزار بيوانفورماتيك در افزايش و بهينه‌سازي بيان پروتيين HP-NAPدر باكتري اشريشيا كلي موفق بود. با توجه به نتايج اين مطالعه به نظر مي‌رسد كاربرد اين ابزارها روشي منطقي در بهينه كردن ژن‌هايي با منشا متفاوت جهت بيان در ميزبان‌هاي بياني ديگر باشد. واژگان كليدي: هليكوباكترپيلوري، بيوانفورماتيك، بهينه‌سازي، پروتيين نوتركيب فعال كننده نوتروفيل، كلونوبيان

Background and Objective: As the main virulence factor of Helicobacter pylori, HP-NAP has an important role in immunoprotection against this pathogen. This antigen is a strong candidate as a part of multi-component vaccine in the clinical trial against this bacterium. Due to NAP importance, it was used in this study as a template for optimization of heterologous genes with a low A-T content and low expression in E. coli. Materials and Methods: A synthetic single gene that could reach the highest level of expression in the host was designed by using bioinformatics tools. Results: A number of factors that influence gene expression level were changed for HP-NAP gene optimizing: the codon usage bias in E. coli was changed; the G+C content was upgraded from 38% to 45%; and the stem-loop structure was broken. These could result to prolong of the half-life of the mRNA and overexpression of recombinant of HP-NAP protein up to 800 mg per liter. Conclusion: Applying of bioinformatics tools was appropriated to optimize of HP-NAP overexpression in E. coli. From our results, it appears that combination of In Silico and experimental approach is a logical approach for expression of heterologous genes in another host. Keywords: Helicobacter pylori, Bioinformatics, Optimization, Recombinant HP-NAP, Cloning, Expression.