Effect of lon protease overexpression on endotoxin production and stress resistance in Bacillus thuringiensis

Abstract

Bir hücre içi proteaz olan Lon proteaz, bakterilerde hücre homeostazında anahtar bir rol oynar ve çok sayıda fizyolojik süreçte yer alır. Bu çalışmada, Bacillus thuringiensis'de Lon'un toksik kimyasallar için önemli bir biyoinsektisit alternatifi olan endotoksinlerin üretimine ve stres cevabına etkisini çalışmayı amaçladık. Bu amaçla, lon geni orjinal promotorü ve transkripsiyonel terminatörü ile birlikte hem çok kopyalı bir vektöre hem de integratif bir vektöre klonlandı ve B. thuringiensis serovar israelensis ATCC 35646'de ifade edildi. Sonuçlarımız rekombinant lon geninin verimli bir şekilde ifade edildiğini ve üretilen proteinin aktif olduğunu gösterdi. Rekombinant suşun sporulasyon etkinliğinde ve hareketliliğinde azalma tespit edilmesine rağmen, lon geninin aşırı ekspresyonunun endotoksin üretimini tetiklediği görüldü. Artan biyofilm üretimi ile birlikte rekombinant suş, ozmotik ve ısı şoku stresleri ile UV stresine yaban tip ve boş plazmit içeren kontrol şusuna kıyasla daha iyi adapte oldu. Bildiğimiz kadarıyla bu çalışma, B. thuringiensis'te Lon proteaz ile böcek ilacı üretimi ve stres cevabı arasındaki olası bağlantıyı anlamaya odaklanan ilk çalışmadır

Lon protease, an intracellular protease, plays a key role in cell homeostasis in bacteria and is involved in numerous physiological processes. In this work, we aimed to study the impact of Lon on the production of endotoxins and stress response in Bacillus thuringiensis, which is an important bioinsecticide alternative for toxic chemicals. For this purpose, lon gene was cloned both into a multi-copy vector and into an integrative vector with its original promoter and transcriptional terminator and expressed in B. thuringiensis serovar israelensis ATCC 35646. Our results showed that the recombinant lon gene transcribed and translated efficiently and the resulting protein was active. Although the sporulation efficiency of the recombinant strain was found to be reduced and its mobility impaired, overexpression of the lon gene triggered the production of endotoxin. Together with increased biofilm formation, recombinant strain exhibited significantly better adaptation to osmotic and heat shock stresses and UV exposure compared to wild type and the control strain with empty plasmid. To our knowledge, this is the first study focused on understanding the possible link between Lon protease and the production of insecticide and stress response in B. thuringiensis.