Cloning of novel sericin like proteins and optimization of their expression

Abstract

Sericin is a protein that helps fibroin fibers link together to create the cocoon, and it forms silk with fibroin. Fibroin is used in textile production as well as in biomaterial applications. Sericin has essential biocompatibility, biodegradability, cryoprotection, antioxidant properties, and a multi-component structure. Thanks to these properties, its use in biomaterial and biomedical fields is expanding and also used in cosmetic research and wound healing, and drug delivery thanks to its high fiber structure. Sericin can be obtained from silkworm cocoons by degumming method but changes the structure of the obtained protein since the protein is exposed to high temperatures. Sericin produced in different batches is obtained in different quantities and these create inconsistencies in the quality of the biomaterials obtained from the sericin, limiting the use of the sericin as a biomaterial. Besides, obtaining protein by recombinant production provides the advantage that the repetitive chain length can adjust as desired and the protein can be standardized. In this thesis, recombinantly generated and optimized a novel sericin-like protein (Ser-12mer) with the native sericin sequence encoding twelve repeats of recombinantly conserved 38 amino acid motifs in Escherichia coli and characterized its structural properties. In addition, the effects of induction cell density and cell culture media on the expression of the previously produced sericin-like protein (Ser-4mer) was investigated and its expression and concentration were increased by optimization. Recombinant production of a sericin-like protein will provide an understanding of the sequence-structure relationships and significantly expand their applications as biomaterials.

Serisin, fibroin liflerinin koza oluşturmak için birbirine bağlanmasına yardımcı olan bir proteindir ve fibroin ile birlikte ipeği oluşturur. Fibroin, tekstil üretiminde ve biyomateryal uygulamalarında kullanılmaktadır. Serisin, temel biyouyumluluk, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve antioksidan özelliklere ve çok bileşenli bir yapıya sahiptir. Bu özellikleri sayesinde biyomateryal ve biyomedikal alanlarda kullanımı yaygınlaşmakta ve ayrıca yüksek lif yapısı sayesinde kozmetik araştırmalarda ve yara iyileşmesinde, ilaç dağıtımında da kullanılmaktadır. Serisin ipekböceği kozalarından zamk giderme yöntemiyle elde edilebilir ancak bu metodlar proteinin yüksek sıcaklıklara maruz kalması sebebiyle elde edilen proteinin yapısında değişiklikler oluşmasına yol açar. Farklı partilerde üretilen serisinin farklı miktarlarda ve öngörülemeyen özelliklerde elde edilmesi, serisinden elde edilen biyomateryallerin kalitesinde tutarsızlıklar yaratarak serisinin biyomateryal olarak kullanımını sınırlandırmaktadır. Ayrıca rekombinant üretim ile protein elde edilmesi, tekrarlayan zincir uzunluğunun istenildiği gibi ayarlanabilmesi ve proteinin standardize edilebilmesi avantajını sağlar. Bu tez çalışmasında, doğal serisinin tekrar eden 38 amino asit dizisinin on iki tekrarını içeren yeni bir serisin benzeri protein (Ser-12mer) klonlanmış ve Escherichia coli bakterisinde ilk olarak üretilerek optimize edilmiş ve yapısal özellikleri karakterize edilmiştir. Ayrıca indüksiyondaki farklı hücre yoğunluğu ve farklı hücre kültürü ortamının daha önce üretilmiş serisin benzeri proteininin (Ser-4mer) ekspresyonu üzerindeki etkileri araştırılmış ve optimize edilerek ekspresyonunun arttırılması başarılmıştır. Serisin benzeri bir proteinin rekombinant üretimi, dizi-yapı ilişkilerinin anlaşılmasını sağlayarak literatüre katkı sağlayacak ve biyomalzemeler olarak uygulamalarını önemli ölçüde genişletecektir.