Agave salmiana syrup improves the production of recombinant human interleukin-2 in Escherichia coli

Abstract

"The expression of heterologous proteins in Escherichia coli is strongly affected by the type of carbon source used. In this work, the expression of a synthetic codon-optimized gene of human interleukin-2 in E. coli BL21-SI, carrying plasmid pET12a-hIL2 is presented. Glucose, fructose or Agave syrup from Agave salmiana, were used as carbon sources for production of recombinant human IL-2 (rhIL-2) in 1.5-L bioreactor aerobic cultures using mineral medium. Codon optimization of the native hIL-2 gene eliminated the presence of 35 rare codons for E. coli, and improved the codon usage up to 76% compared with the native gene sequence. Cultures using 10 g/L glucose showed the lowest production of rhIL-2, and in contrast, cultures using fructose improved the production of rhIL-2 1.9-times. The utilization of fructose from Agave syrup enhanced the rhIL-2 production 3.9-times, reaching 103.42±6.61 mgIL-2/L. The specific rhIL-2 production rate (5.52±0.33 mgIL-2/gDCW·h) using Agave syrup was also the highest. These results indicate that Agave syrup stimulates the production of rhIL-2 and it is an inexpensive alternative carbon source. This research abilities the potential use the Agaves to produce alternative and valuable biotechnological products instead the alcoholic beverages."

"La expresión de proteínas heterólogas en Escherichia coli es afectada fuertemente por el tipo de fuente de carbono utilizada. En este trabajo se presenta la expresión de un gen sintético con codones optimizados de la interleucina-2 humana en E. coli BL21-SI, que porta el plásmido pET12a-hIL2. Se emplearon glucosa, fructosa y jarabe de Agave de Agave salmiana como fuentes de carbono para la producción de IL-2 humana recombinante (rhIL-2) en cultivos aerobios en biorreactores de 1.5 L, utilizando medio mineral. La optimización de codones del gen nativo hIL-2 eliminó la presencia de 35 codones raros para E. coli, y mejoró la utilización de codones hasta en un 76% en comparación con la secuencia nativa del gen. Los cultivos con 10 g/L de glucosa mostraron la producción más baja de rhIL-2 y en contraste los cultivos que usaron fructosa la producción de rhIL-2 mejoró 1.9-veces. El uso de fructosa jarabe de Agave incrementó hasta 3.9-veces la producción de rhIL-2 en comparación con los cultivos utilizando glucosa, alcanzando 103.42 6.61 mgIL-2/L. Además, la velocidad específica de producción de rhIL-2 (5.52 0.33 mgpeso seco IL-2/g·h) y la producción de biomasa (3.09 0.04 gpeso seco/L) usando jarabe de Agave fueron las más altas observadas. Estos resultados indican que el jarabe de Agave es una fuente de carbono eficiente para estimular la producción de rhIL-2 y biomasa. Este trabajo demuestra el uso potencial de los Agaves para generar productos biotecnológicos alternativos y valiosos además de la producción de bebidas alcohólicas."