Expression of synthetic Phytochelatin EC20 in E. Coli increases its biosorption capacity and cadmium resistance / Expressão de Fitoquelatina EC20 sintética em E. Coli aumenta sua capacidade de biossorção e resistência ao cádmio

ABSTRACT

In this study E. coli recombinant clones that express the EC20 synthetic phytochelatin intracellularly were constructed. The increasement of Cd2+ biosorption capacity, and, also, the increasement of resistance to this toxic metal were analyzed. A gene that encodes the synthetic phytochelatin EC20 wassynthesized in vitro. The EC20 synthetic gene was amplified by PCR, inserted into the DNA cloning vectors pBluescript®KS+ and pGEM®-TEasy, and also into the expression vectors pTE [pET-28(a)® derivative] and pGEX-T4-2®. The obtained recombinant plasmids were employed for genetic transformation of E. coli pBsKS-EC20 and pGEM-EC20, they were introduced into DH10B and DH5α strains, similarly to pTE-EC20 and pGEX-EC20 that were introduced into BL21 strain. The EC20 expression was confirmed by SDS-PAGE analysis. The recombinant clones' resistances to Cd2+ were determined by MIC analyses. The MIC for Cd2+ of DH10B/pBKS-EC20 and DH10B/pGEM-EC20 were 2.5 mM (EC20 induced), and 0.312 mM (EC20 repressed);respectively, 16 and 2 times higher than the control DH10B/pBsKS (0.156 mM). The MIC for Cd2+of BL21/pTE-EC20 was 10.0 mM (EC20 induced) and 2.5 mM (EC20 repressed), compared with the control BL21/pTE which was only 1.25 mM. Analysis of ICP-AES showed that BL21/pGEX-EC20, after growth on the condition of EC20 expression, absorbed 37.5% of Cd2+, and even when cultured into the non-induction condition of EC20 expression, it absorbed 11.5%.These results allow the conclusion thatrecombinant E. coli clonesexpressing the synthetic phytochelatin EC20 show increased capacity for Cd2+ biosorption and enhanced resistance to this toxic ion.

RESUMO

Foram construídos clones recombinantes de E. coli que expressam intracelularmente a fitoquelatina sintética EC20. Foi analisado o aumento na capacidade de biossorção de Cd2+ e o aumento da resistência a este metal tóxico.Foi sintetizado in vitro um gene codificante da fitoquelatina sintética EC20. O gene EC20 sintético foi amplificado por PCR, inserido nos vetores de clonagem pBluescript®KS+ e pGEM®-TEasy, e nos vetores de expressão pTE [derivado de pET-28(a)®] e pGEX-T4-2®. Os plasmídeos recombinantes foram empregados na transformação genética de E. coli pBsKS-EC20 e pGEM-EC20 foram introduzidos nas linhagens DH10B e DH5α; e, pTE-EC20 e pGEX-EC20 na linhagem BL21-DE3. A expressão EC20 foi analisada por SDS-PAGE. As resistências a Cd2+ dos clones recombinantes foram determinadas por análises de MIC.A MIC para Cd2+ de DH10B/pBsKS-EC20 e de DH10B/pGEM-EC20 foi 2,5 mM (EC20induzido) e 0,312 mM (EC20 reprimido); respectivamente, 16 e 2 vezes superiores às do controle DH10B/pBsKS (0,156 mM). A MIC para Cd2+ de BL21/pTE-EC20 foi 10,0 mM (EC20 induzido) e 2,5 mM (EC20 reprimido), comparado a do controle BL21/pTE que foi apenas 1,25 mM. A análise de ICP-AES mostrou que BL21/pGEX-EC20, após crescimento na condição de expressão de EC20, absorveu 37,5% de Cd2+e, mesmo quando cultivado na condição de não-indução de expressão EC20, absorveu 11,5% de Cd2+. Estes resultados permitem a conclusão de que os clones recombinantes de E. coli que expressam a fitoquelatina sintética EC20 apresentam aumento da capacidade de biossorção de Cd2+ e de resistência a este íon tóxico.