Оценка биосинтетической активности цитокинов IL-10 и IL-22 в рекомбинантном Lactobacillus spp. при их кодонной оптимизации

Разработка рекомбинантных пробиотических штаммов, способных к направленной доставке иммуномодулирующих белков в желудочно-кишечный тракт, представляет собой перспективную стратегию снижения применения антибиотиков в животноводстве. В данном исследовании описан процесс создания и характеристика рекомбинантного штамма Lactobacillus spp., обеспечивающего стабильную коэкспрессию ключевых цитокинов — интерлейкина-10 (IL-10) и интерлейкина-22 (IL-22). В работе использовали штамм Lactobacillus spp. из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов НИЦ «Курчатовский институт». На основе вектора pLacDual с репликоном pWV01 (5,2 тыс. п.н.) сконструирована плазмида pLacDualIL10/IL22 (12,5 тыс. п.н.), содержащая две независимые экспрессионные кассеты под контролем промотора lacUV5 с кодон-оптимизированными генами IL-10 (534 п.н.) и IL-22 (501 п.н.). Оптимизация повысила индекс адаптации кодонов (CAI) с 0,65 до 0,92 для IL-10 и с 0,58 до 0,89 для IL-22. Трансформацию проводили методом электропорации с селекцией на средах с эритромицином (5 мкг/мл) и хлорамфениколом (10 мкг/мл). Экспрессию белков оценивали методом ELISA, биологическую активность — в пролиферативном тесте на PBMC. Стабильность плазмиды определяли в течение 50 пассажей. Получен рекомбинантный штамм с эффективностью трансформации 2,3×10³ КОЕ/мкг ДНК; 95% клонов подтверждены методом колониевой ПЦР. Верифицированный штамм демонстрировал стабильную продукцию биологически активных IL-10 (85±12 нг/мл) и IL-22 (72±9 нг/мл) без взаимного подавления синтеза. Плазмидная конструкция показала исключительную стабильность — частота потерь составила менее 1.2% за 50 генераций. Полученный штамм представляет собой перспективную основу для создания средств, направленных на усиление местного иммунитета и снижение использования антибиотиков в животноводстве за счёт локальной доставки иммуномодулирующих цитокинов.

1. He Y., Li F., Xu M. и др. Probiotic potential of lactic acid bacteria isolated from yaks. Animal Diseases. 2024;4. Art. 17. DOI: 10.1186/s44149-024-00124-z

2. Markowiak P, Śliżewska K. The role of probiotics, prebiotics and synbiotics in animal nutrition. Gut Pathog. 2018 Jun 6;10:21. doi: 10.1186/s13099-018-0250-0. PMID: 29930711; PMCID: PMC5989473.

3. Mathipa-Mdakane M. G., Thantsha M. S. Lacticaseibacillus rhamnosus: a suitable candidate for the construction of novel bioengineered probiotic strains for targeted pathogen control. Foods. 2022;11(6). Art. 785. DOI: 10.3390/foods11060785

4. Nguyen T.T., Nguyen H.M., Geiger B. и др. Heterologous expression of a recombinant lactobacillal β-galactosidase in Lactobacillus plantarum: effect of different parameters on the sakacin P-based expression system. Microbial Cell Factories. 2015;14. Art. 30. DOI: 10.1186/s12934-015-0214-8

5. Wang X., Zhang P., Zhang X. Probiotics regulate gut microbiota: an effective method to improve immunity. Molecules. 2021;26(19). Art. 6076. DOI: 10.3390/molecules26196076

6. Wei H.X., Wang B., Li B. IL-10 and IL-22 in mucosal immunity: driving protection and pathology. Frontiers in Immunology. 2020;11. Art. 1315. DOI: 10.3389/fimmu.2020.01315

7. Wu J., Xin Y., Kong J., Guo T. Genetic tools for the development of recombinant lactic acid bacteria. Microbial Cell Factories. 2021; 20(1). Art. 118. DOI: 10.1186/s12934-021-01607-1

8. Wu Z., Yang K., Zhang A. и др. Effects of Lactobacillus acidophilus on the growth performance, immune response, and intestinal barrier function of broiler chickens challenged with Escherichia coli O157. Poultry Science. 2021;100(9). Art. 101323. DOI: 10.1016/j.psj.2021.101323

9. Yang Y., Yu P., Huang Y. и др. Metabolic engineering of Lactobacilli spp. for disease treatment. Microbial Cell Factories. 2025;24(1). Art. 53. DOI: 10.1186/s12934-025-02682-4

10. Zhang J., McWhorter A. R., Khan S. и др. Characterization of Lactobacillus spp. isolated from layer hens as probiotic candidates. BMC Veterinary Research. 2025;21. Art. 416. DOI: 10.1186/s12917-025-04847-0

11. Zheng J., Wittouck S., Salvetti E. и др. A taxonomic note on the genus Lactobacillus: description of 23 novel genera, emended description of the genus Lactobacillus Beijerinck 1901, and union of Lactobacillaceae and Leuconostocaceae // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2020;70(4): 2782–2858. DOI: 10.1099/ijsem.0.004107