Expresión heteróloga y caracterización de una superóxido dismutasa proveniente del arqueón Thermoplasma acidophilum

Abstract

"Las superóxido dismutasas (SODs) de arqueas termoacidófilas tienen relevancia industrial debido a sus propiedades bioquímicas únicas en comparación a sus homólogas bacterianas. El objetivo de este trabajo fue clonar y expresar el ORF de la SOD (Ta0013) del arqueón termoacidófilo Thermoplasma acidophilum y caracterizar su producto estructural y funcionalmente. La producción de la enzima recombinante fue de 43.51 mg/L y se le identificó como una Fe-SOD con un contenido de 2.18 moles de metal/mol de proteína. El análisis electroforético desnaturalizante mostró una banda de 25 kDa que corresponde al peso monomérico calculado. Por otro lado, el análisis de electroforesis nativa evidenció que su estado conformacional es homotetramérico. La proteína fue activa en un amplio intervalo de temperatura (15-60°C) y pH (2-10, valor óptimo 6), su actividad específica fue de 118.5 U/mg a 23°C, fue termorresistente a temperaturas ≤60°C, tuvo un t1/2 ~35 min a 70°C y su actividad se vio afectada únicamente por FeCl2 10 mM y SDS 10 mM. Este trabajo constituye la primera caracterización en detalle que se hace de una SOD recombinante expresada en E. coli proveniente de un organismo del orden Thermoplasmatales. Los resultados obtenidos podrían ser útiles para la producción de la enzima recombinante así como para el desarrollo de cosméticos para la reducción del daño fotooxidante, suplementos para la salud, preservación de alimentos, tratamiento de enfermedades humanas y animales, así como cualquier otra aplicación potencial asociada con la disminución del daño inducido por O2 dentro de los intervalos de temperatura y pH descritos."

"Superoxide dismutases (SODs) from thermoacidophilic Archaea have industrial relevance due to their unique biochemical properties when compared against their bacterial homologs. The aim of this work was to clone and express the SOD ORF Ta0013 from the thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum and to characterize its product structurally and functionally. The yield of the recombinant enzyme was 43.51 mg/L and it was identified as an iron-containing protein (Fe-SOD) with a metal content of 2.18 moles/mole of protein. SDS-PAGE analysis showed a band of 25 kDa which corresponds to the theoretic monomeric weight. In addition to this, the native form of the enzyme was determined as a homotetramer by native PAGE. The protein was active in a wide range of temperature (15-60°C) and pH (2-10, optimum 6), it had a specific activity of 118.5 U/mg at 23°C, showed thermal stability (≤60°C), had a t1/2 ~35 min at 70°C, and its activity was only affected by 10 mM FeCl2 and 10 mM SDS. This work represents the first detailed characterization of a recombinant SOD from a member of the order Thermoplasmatales expressed in E. coli. These results could be useful for the production of the recombinant enzyme and it could be applied for the development of cosmetics for the reduction of photo-oxidant damage, health promoting supplements, food preservation, treatment of human and animal diseases and any other potential application related with the reduction of superoxide-induced damage inside the described temperature and pH ranges."