Exposure of Agrobacterium tumefaciens to agroinfiltration medium demonstrates cellular remodelling and may promote enhanced adaptability for molecular pharming

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From: Canadian Journal of Microbiology(Vol. 67, Issue 1)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 8,180 words
Lexile Measure: 1570L

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Abstract :

Agroinfiltration is used to treat plants with modified strains of Agrobacterium tumefaciens for the purpose of transient in planta expression of genes transferred from the bacterium. These genes encode valuable recombinant proteins for therapeutic or industrial applications. Treatment of large quantities of plants for industrial-scale protein production exposes bacteria (harboring genes of interest) to agroinfiltration medium that is devoid of nutrients and carbon sources for prolonged periods of time (possibly upwards of 24 h). Such conditions may negatively influence bacterial viability, infectivity of plant cells, and target protein production. Here, we explored the role of timing in bacterial culture preparation for agroinfiltration using mass spectrometry-based proteomics to define changes in cellular processes. We observed distinct profiles associated with bacterial treatment conditions and exposure timing, including significant changes in proteins involved in pathogenesis, motility, and nutrient acquisition systems as the bacteria adapt to the new environment. These data suggest a progression towards increased cellular remodelling over time. In addition, we described changes in growth--and environment-specific processes over time, underscoring the interconnectivity of pathogenesis and chemotaxis-associated proteins with transport and metabolism. Overall, our results have important implications for the production of transiently expressed target protein products, as prolonged exposure to agroinfiltration medium suggests remodelling of the bacterial proteins towards enhanced infection of plant cells. Key words: Agrobacterium tumefaciens, bioreactor, shake flask, agroinfiltration medium, quantitative proteomics, molecular pharming. L'agro-infiltration est utilisee pour traiter les plantes avec des souches modifiees d'Agrobacterium tumefaciens dans le but d'exprimer de facon transitoire in planta des genes transferes a partir de la bacterie. Ces genes codent des proteines recombinantes utiles a des fins d'applications therapeutiques ou industrielles. Le traitement de grandes quantites de plantes pour la production de proteines a l'echelle industrielle expose les bacteries (abritant des genes interessants) a un milieu d'agro-infiltration depourvu de nutriments et de sources de carbone pendant des periodes prolongees (possiblement plus de 24 h). De telles conditions peuvent influencer negativement la viabilite bacterienne, l'infectivite des cellules vegetales et la production de proteines cibles. Les auteurs ont explore ici le role du facteur temps dans la preparation des cultures bacteriennes pour l'agro-infiltration en utilisant la proteomique basee sur la spectrometrie de masse pour definir les changements dans les processus cellulaires. Ils ont observe des profils distincts associes aux conditions de traitement des bacteries et au moment de l'exposition, y compris des changements significatifs dans les proteines impliquees dans la pathogenese, la motilite et les systemes d'acquisition des nutriments au fur et a mesure de l'adaptation des bacteries au nouvel environnement. Ces donnees suggerent une progression vers un remodelage cellulaire accru en fonction du temps. En outre, les auteurs ont decrit des changements dans les processus specifiques a la croissance et a l'environnement en fonction du temps, soulignant l'interconnectivite des proteines associees a la pathogenese et a la chimiotaxie avec le transport et le metabolisme. Dans l'ensemble, ces resultats ont des implications importantes pour la production de produits proteiques cibles exprimes de facon transitoire, car une exposition prolongee a un milieu d'agro-infiltration suggere un remodelage des proteines bacteriennes vers une infection accrue des cellules vegetales. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : Agrobacterium tumefaciens, bioreacteur, flacon d'agitation, milieu d'agro-infiltration, proteomique quantitative, pharmacologie moleculaire.

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Gale Document Number: GALE|A648001928