У порівняльному дослідженні промислових штамів E. coli HMS174(DE3) після індукції зупиняв ріст, але зберігав експресійний вектор; натомість BL21(DE3) і RV308(DE3) втрачали плазміди, продовжуючи ріст . Отже, якщо експресія цільового білка сповільнює ріст клітин, що містять правильну плазміду, клітини з нижчою експресією, втраченою плазмідою або корисними мутаціями можуть накопичуватися в культурі. Це є логічним механізмом «поганої повторної індукції», але не обов'язковим спадковим ефектом IPTG .
Токсичність рекомбінантних білків у E. coli є відомою проблемою, яка навіть призвела до створення штамів C41(DE3) та C43(DE3), похідних від BL21, більш придатних для експресії токсичних білків . У певних моделях метаболічної інженерії BL21(DE3) IPTG разом з токсичним субстратом спричиняли значний фізіологічний стрес . Це не означає, що «IPTG завжди токсичний», але ілюструє, що умови індукції можуть посилювати вже напружений стан клітин.
Якщо батьківські клітини після нічної індукції зберегли інтактну, функціональну експресійну плазміду та регуляторні елементи, і якщо в новій культурі вони мають достатньо поколінь для відновлення здорового росту, то нащадки в принципі здатні до повторної IPTG-індукції. Однак такий підхід значно підвищує ймовірність невдалої експресії, зниження виходу та варіабельності між партіями, особливо за умов висококопійних плазмід, сильних промоторів, токсичних білків, тривалої індукції при 37°C або високих концентрацій IPTG .
Mairhofer J, et al. Evaluation of three industrial Escherichia coli strains in fed-batch cultivations during recombinant protein production. Microbial Cell Factories. 2013. — Порівняння росту та втрати плазмід після індукції в різних штамів-хазяїв .
Tripathi NK, et al. Impact of the Expression System on Recombinant Protein Production in Escherichia coli. 2021. — Обговорення метаболічного навантаження транскрипції/трансляції .
Kopp J, et al. Optimizing recombinant protein expression via automated induction profiling in Escherichia coli. 2017. — Вплив концентрації IPTG, температури та метаболічного навантаження на ріст та експресію .
van Loosdrecht MCM, et al. The Impact of IPTG Induction on Plasmid Stability and Heterologous Protein Production. 2020. — Пряме дослідження зв'язку між IPTG-індукцією, виживаністю клітин та стабільністю плазмід .
Baneyx F. Recombinant protein expression in Escherichia coli. Current Opinion in Biotechnology. 1999; та пізніші огляди. — Опис ризиків втрати плазмід для висококопійних плазмід, токсичних генів та високощільних культур .
Mairhofer J, et al. Exacerbation of substrate toxicity by IPTG in Escherichia coli BL21(DE3). Microbial Cell Factories. 2015. — Експериментальний приклад посилення стресу IPTG у певній системі .
Saida F. The toxicity of recombinant proteins in Escherichia coli. Applied Microbiology and Biotechnology. 2004. — Огляд токсичності рекомбінантних білків та стійких штамів-хазяїв .
Експериментально найпереконливішим способом перевірити, чи втратила ваша культура здатність до індукції, є не теоретичні міркування, а висівання окремих колоній зі свіжої культури: підтвердження стійкості до антибіотика, рестрикційний аналіз / секвенування плазміди, а також SDS-PAGE або Вестерн-блот за однакових умов OD, IPTG та з неіндукованим контролем.
У порівняльному дослідженні промислових штамів E. coli HMS174(DE3) після індукції зупиняв ріст, але зберігав експресійний вектор; натомість BL21(DE3) і RV308(DE3) втрачали плазміди, продовжуючи ріст . Отже, якщо експресія цільового білка сповільнює ріст клітин, що містять правильну плазміду, клітини з нижчою експресією, втраченою плазмідою або корисними мутаціями можуть накопичуватися в культурі. Це є логічним механізмом «поганої повторної індукції», але не обов'язковим спадковим ефектом IPTG .
Токсичність рекомбінантних білків у E. coli є відомою проблемою, яка навіть призвела до створення штамів C41(DE3) та C43(DE3), похідних від BL21, більш придатних для експресії токсичних білків . У певних моделях метаболічної інженерії BL21(DE3) IPTG разом з токсичним субстратом спричиняли значний фізіологічний стрес . Це не означає, що «IPTG завжди токсичний», але ілюструє, що умови індукції можуть посилювати вже напружений стан клітин.
Якщо батьківські клітини після нічної індукції зберегли інтактну, функціональну експресійну плазміду та регуляторні елементи, і якщо в новій культурі вони мають достатньо поколінь для відновлення здорового росту, то нащадки в принципі здатні до повторної IPTG-індукції. Однак такий підхід значно підвищує ймовірність невдалої експресії, зниження виходу та варіабельності між партіями, особливо за умов висококопійних плазмід, сильних промоторів, токсичних білків, тривалої індукції при 37°C або високих концентрацій IPTG .
Mairhofer J, et al. Evaluation of three industrial Escherichia coli strains in fed-batch cultivations during recombinant protein production. Microbial Cell Factories. 2013. — Порівняння росту та втрати плазмід після індукції в різних штамів-хазяїв .
Tripathi NK, et al. Impact of the Expression System on Recombinant Protein Production in Escherichia coli. 2021. — Обговорення метаболічного навантаження транскрипції/трансляції .
Kopp J, et al. Optimizing recombinant protein expression via automated induction profiling in Escherichia coli. 2017. — Вплив концентрації IPTG, температури та метаболічного навантаження на ріст та експресію .
van Loosdrecht MCM, et al. The Impact of IPTG Induction on Plasmid Stability and Heterologous Protein Production. 2020. — Пряме дослідження зв'язку між IPTG-індукцією, виживаністю клітин та стабільністю плазмід .
Baneyx F. Recombinant protein expression in Escherichia coli. Current Opinion in Biotechnology. 1999; та пізніші огляди. — Опис ризиків втрати плазмід для висококопійних плазмід, токсичних генів та високощільних культур .
Mairhofer J, et al. Exacerbation of substrate toxicity by IPTG in Escherichia coli BL21(DE3). Microbial Cell Factories. 2015. — Експериментальний приклад посилення стресу IPTG у певній системі .
Saida F. The toxicity of recombinant proteins in Escherichia coli. Applied Microbiology and Biotechnology. 2004. — Огляд токсичності рекомбінантних білків та стійких штамів-хазяїв .
Експериментально найпереконливішим способом перевірити, чи втратила ваша культура здатність до індукції, є не теоретичні міркування, а висівання окремих колоній зі свіжої культури: підтвердження стійкості до антибіотика, рестрикційний аналіз / секвенування плазміди, а також SDS-PAGE або Вестерн-блот за однакових умов OD, IPTG та з неіндукованим контролем.