Production of co-expressed double-stranded RNA and virus-like particle in a novel escherichia coli strain for protection against white spot syndrome virus in shrimp

Abstract

White spot syndrome virus (WSSV) causes significant economic losses to shrimp aquaculture worldwide. In severe cases, WSSV can lead to a 100% shrimp mortality rate within five days. The aquaculture industry requires antiviral strategies. Currently, dsRNA-based platforms are among the promising tools for triggering an antiviral response in shrimp through an RNA interference (RNAi) pathway. The main obstacle to utilizing the RNAi strategy in the shrimp aquaculture industry is the lack of a low-cost, efficient, and practical delivery approach. Recently, virus-like particles (VLPs) have been used as nanocarriers to deliver dsRNA into shrimp tissues. The VLP-based delivery system extends the half-life of the targeted dsRNA, provides broad tissue tropism, and enhances shrimp’s innate immunity. Recombinant proteins and dsRNA are traditionally expressed in two different E. coli strains, a protease-deficient BL21(DE3) strain, and an RNase III-deficient HT115(DE3) strain, respectively. To reduce the production cost of dsRNA-based treatment, VLPs and dsRNA were simultaneously expressed in a novel E. coli strain which is both protease- and RNase III-deficient, constructed via P1 phage transduction. The results revealed that the newly engineered E. coli strain could be harnessed to co-express MrNV-VLP and dsRNA-VP28. Co-expression of VLPs and dsRNA in the same cell is feasible. This platform could serve as a basis for future cost-effective and streamlined production of shrimp antiviral therapeutics.

เชื้อไวรัสตัวแดงดวงขาวก่อให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจในการเพาะเลี้ยงกุ้งทั่วโลก เชื้อไวรัสชนิดนี้ทำให้อัตราการตายของกุ้ง 100% ภายใน 5 วัน อุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงกุ้งจึงต้องการวิธีการป้องกันเชื้อไวรัสนี้ ในปัจจุบันการประยุกต์ใช้ dsRNA (RNA สายคู่) เป็นเครื่องมือหนึ่งที่ใช้ในการกระตุ้นการตอบสนองต่อเชื้อไวรัสโดยกระบวนการ RNA interference (RNAi) อุปสรรคในการใช้วิธี RNAi ในอุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงกุ้งคือความต้องการวิธีขนส่ง dsRNA ที่มีประสิทธิภาพและมีราคาต้นทุนต่ำ อนุภาคคล้ายไวรัส (VLPs) ได้มีการนำไปใช้เป็นตัวขนส่ง dsRNA เข้าไปในเนื้อเยื่อกุ้ง วิธีการขนส่งโดยใช้ VLPs จะช่วยยืดเวลาครึ่งชีวิตของ dsRNA กระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน และสามารถขนส่งไปยังเนื้อเยื่อได้หลายชนิด อย่างไรก็ตาม เชื้ออีโคไลสองชนิด ได้แก่ BL21(DE3) ซึ่งไม่มี protease และ HT115(DE3) ซึ่งไม่มี RNase III ใช้ในการผลิตโปรตีนและ dsRNA ตามลำดับ เพื่อลดต้นทุนและขั้นตอนในการผลิต VLPs และ dsRNA จึงถูกผลิตพร้อมกันในเชื้ออีโคไลสายพันธุ์ใหม่ซึ่งปราศจาก protease และ RNase III เทคนิควิธีการ gene knockout นำมาใช้ในการกำจัดยีน RNase III จากเชื้อ BL21(DE3) ด้วยวิธี P1 phage transduction จากผลการทดลองพบว่าเชื้ออีโคไลสายพันธุ์ใหม่สามารถผลิตทั้ง VLPs และ dsRNA ได้ เพื่อใช้ในการพัฒนาวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพและราคาต้นทุนต่ำ