DOI: 10.1051/lait:2001110

Lait 81 (2001) 29-35

Use of lac regulatory elements for gene expression in Lactobacillus casei

María José Gosalbes, Isabel Pérez-Arellano, Carlos David Esteban, José Luis GalÁn and Gaspar Pérez-Martínez

Departamento de Biotecnología, Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos, 46100-Burjassot, Valencia, Spain

Abstract
The lactose operon, lacTEGF, of Lactobacillus casei ssp. casei ATCC393 [ pLZ15^-] is encoding an antiterminator protein (LacT), the elements (LacE and LacF) of the lactose-specific phosphotransferase system (PTS) and a phospho--galactosidase (LacG). The lac operon is repressed by glucose and fructose and is induced by lactose, through the PTS/CcpA signal transduction system and an antiterminator mechanism, respectively. Furthermore, the antiterminator activity of LacT is also negatively modulated possibly by a PTS-mediated phosphorylation event. These strong regulatory mechanisms have been used in this work for the design of expression systems. Hence, Bacillus licheniformis -amylase has been efficiently expressed from pIA5lacamy on lactose grown cells. Furthermore, a food-grade mutant, expressing Lactococcus lactis acetohydroxy acid synthase genes (ilvBN), was obtained with an integrative system, developed using lacG and lacF as homologous sequences for recombination. As a result, ilvBN genes were integrated in tandem between lacG and lacF in the chromosome and were co-ordinately expressed with the genes of the lactose operon.

Résumé
Usage des éléments régulateurs de l'opéron lactose pour l'expression de gènes chez Lactobacillus casei . Les gènes du lactose Lactobacillus casei ssp. casei ATCC393 [ pLZ15^-] sont regroupés dans un même opéron, lacTEGF, codant pour un antiterminateur (LacT), pour les éléments spécifiques du transport du lactose par le système phosphotransferase dépendant du phosphoénolpyruvate (PTS) (LacE et LacF) et pour une phospho--galactosidase (LacG). L'opéron lac est soumis à une répression par le glucose et le fructose via le système de transduction de signal PTS/CcpA et à une induction par le lactose au moyen d'un mécanisme d'antiterminaison. De plus, l'activité de l'antiterminateur est aussi négativement modulée possiblement par un événement de phosphorylation étant impliqué le PTS. Dans ce travail, on a utilisé ces mécanismes régulateurs pour la construction de systèmes d'expression. Avec le vecteur pIA5lacamy, on a obtenu l'expression de l'-amylase de Bacillus licheniformis à partir des éléments régulateurs de l'opéron lactose. On a aussi construit un vecteur intégratif utilisant les gènes lacG et lacF comme séquence homologue pour la recombinaison. Les gènes ilvBN qui codent pour l'acétohydroxyacide synthétase de Lactococcus lactis ont été intégrés dans le chromosome de L. casei entre les gènes lacG et lacF et dans les mutants alimentaires obtenus, l'expression des gènes ilvBN est donc coordonnée avec ceux de l'opéron lactose.

Key words: Lactobacillus / lactose expression system / replicative vector / integrative vector

Mots clés : Lactobacillus / système d'expression du lactose / vecteur replicatif / vecteur intégratif

Correspondence and reprints: Gaspar Pérez-Martínez Tel.: (34) 96 3900022; fax: (34) 96 3636301;
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