Zalety i wady systemu ekspresji Bacillus

Obecnie opracowano różne systemy ekspresyjne, które są bardzo dobrze znane komercyjnie, zwłaszcza do otrzymywania białek rekombinowanych. Stosowane systemy ekspresji obejmują kultury ssaków i owadów, Escherichia coli i bakterie. Ekspresja w Bacillus jest dominującym systemem, który jest używany. Ferdinand Cohn jako pierwszy opisał rodzaj Bacillus w 1872 r. i obejmuje on dużą liczbę Gram-dodatnie gatunki bakterii, takie jak Bacillus subtilis, Bacillus anthracis, Bacillus megaterium i Bakcyl.

Bacillus subtilis to gram-dodatnia bakteria powszechnie występująca w glebie, która zawiera tylko jedną błonę, co czyni ją idealną strukturą do wydzielania cząsteczek organicznych. Bacillus subtilis jest atrakcyjnym gospodarzem do produkcji białka, ponieważ ma zdolność wydzielania enzymów zewnątrzkomórkowych bezpośrednio do pożywki hodowlanej. Ma również dużą pojemność wydalniczą. Bacillus subtilis został wykorzystany do poprawy jakości i ilości wydzielanych białek obcych, takich jak interferon, hormon wzrostu, pepsynogen i naskórkowy czynnik wzrostu. Jednak B. subtilis wytwarza i wydziela wysokie poziomy proteaz zewnątrzkomórkowych, które degradują wydzielane obce białka. Bacillus brakuje również dobrze regulowanych indukowalnych wektorów, co ogranicza szerokie zastosowanie B. system subtilis.

Bacillus anthracis to gram-dodatnie bakterie tworzące przetrwalniki, które bytują w glebie. Po dostaniu się do organizmu człowieka może szybko się rozmnażać i powodować wąglika, chorobę obejmującą tovemię i posocznicę. Przykładem negatywnych skutków Bacillus anthracis było jego potencjalne zastosowanie w wojnie biologicznej, co wykazano w amerykańskim systemie pocztowym w 2001 roku. Gen określający otoczkę i czynniki toksyczne odpowiedzialne za wąglik znajdują się na dwóch plazmidach pXO1 i pXO2 a transkrypcja tych genów jest aktywowana przez regulator AtxA podczas wegetacji mnożenie. Badania Bacillus anthracis koncentrowały się głównie na ekspresji genów związanych z najbardziej uznanym czynnikiem wirulencji, toksyną wąglikową złożoną z antygenów ochronnych (PA). Antygen ochronny Bacillus anthracis jest głównym immunogenem ochronnym w obecnej szczepionce przeciwko wąglikowi.

Bacillus megaterium to jedna z największych pałeczek występujących w glebie. Znajduje się w wielu niszach ekologicznych, ponieważ rośnie w wielu różnych źródłach węgla. B. System ekspresji megaterium zapewnia elastyczne i łatwe w obsłudze narzędzie do stabilnej i wysokowydajnej produkcji białka. Dzieje się tak z kilku powodów; najpierw B. megaterium nie posiada proteaz alkalicznych, dzięki czemu może być dobrym klonowaniem i ekspresją obcych białek bez degradacji. Po drugie, bakteria łatwo wydziela białka do pożywki wzrostowej, a po trzecie, w ścianie komórkowej nie znajdują się endotoksyny. Produkuje różnorodne enzymy, takie jak amylaza stosowana w przemyśle piekarniczym i amidaza penicylinowa wykorzystywana do produkcji antybiotyków.

Bacillus brevis jest z powodzeniem wykorzystywany do produkcji białek heterologicznych (białek różniących się budową). Niewiele badań przeprowadzono na temat Bacillus brevis, ale wiadomo, że wytwarzają rozpuszczalne białka, które są nierozpuszczalne, gdy są wytwarzane przez E. system coli. Jest również bezpiecznym gospodarzem, łatwym do hodowli i sterylizacji. Główną wadą ograniczającą jego stosowanie jest niska wydajność białka.