RU2300566C2 - RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE - Google Patents
RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300566C2 RU2300566C2 RU2005120603/13A RU2005120603A RU2300566C2 RU 2300566 C2 RU2300566 C2 RU 2300566C2 RU 2005120603/13 A RU2005120603/13 A RU 2005120603/13A RU 2005120603 A RU2005120603 A RU 2005120603A RU 2300566 C2 RU2300566 C2 RU 2300566C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acylase
- gl7aca
- psvh0106
- strain
- plasmid
- Prior art date
Links
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 241001198387 Escherichia coli BL21(DE3) Species 0.000 title claims abstract description 21
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 title claims abstract description 19
- 108010034416 glutarylamidocephalosporanic acid acylase Proteins 0.000 title claims description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 11
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 38
- 241000589539 Brevundimonas diminuta Species 0.000 claims abstract description 11
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 38
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 20
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 claims description 10
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 claims description 10
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 claims description 10
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 claims description 10
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 8
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 108090000626 DNA-directed RNA polymerases Proteins 0.000 claims description 5
- 102000004163 DNA-directed RNA polymerases Human genes 0.000 claims description 4
- 241000701867 Enterobacteria phage T7 Species 0.000 claims description 2
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 claims 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 abstract description 17
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 abstract description 6
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 abstract description 6
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010473 stable expression Effects 0.000 abstract description 2
- 108010062466 Enzyme Precursors Proteins 0.000 abstract 1
- 102000010911 Enzyme Precursors Human genes 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 27
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 13
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 108091026890 Coding region Proteins 0.000 description 9
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 9
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 9
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 9
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 9
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 9
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 9
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 9
- 108700023418 Amidases Proteins 0.000 description 8
- 102000005922 amidase Human genes 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- IXUSDMGLUJZNFO-BXUZGUMPSA-N (7R)-7-(4-carboxybutanamido)cephalosporanic acid Chemical compound S1CC(COC(=O)C)=C(C(O)=O)N2C(=O)[C@@H](NC(=O)CCCC(O)=O)[C@@H]12 IXUSDMGLUJZNFO-BXUZGUMPSA-N 0.000 description 7
- 108090000204 Dipeptidase 1 Proteins 0.000 description 7
- 150000001413 amino acids Chemical group 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 6
- 229960000723 ampicillin Drugs 0.000 description 6
- 102000006635 beta-lactamase Human genes 0.000 description 6
- HOKIDJSKDBPKTQ-GLXFQSAKSA-N cephalosporin C Chemical compound S1CC(COC(=O)C)=C(C(O)=O)N2C(=O)[C@@H](NC(=O)CCC[C@@H](N)C(O)=O)[C@@H]12 HOKIDJSKDBPKTQ-GLXFQSAKSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 6
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 description 6
- 101100094099 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) rsc4 gene Proteins 0.000 description 5
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HSHGZXNAXBPPDL-HZGVNTEJSA-N 7beta-aminocephalosporanic acid Chemical compound S1CC(COC(=O)C)=C(C([O-])=O)N2C(=O)[C@@H]([NH3+])[C@@H]12 HSHGZXNAXBPPDL-HZGVNTEJSA-N 0.000 description 4
- 229930186147 Cephalosporin Natural products 0.000 description 4
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 description 4
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 description 4
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 4
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 4
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 4
- 229940124587 cephalosporin Drugs 0.000 description 4
- 150000001780 cephalosporins Chemical class 0.000 description 4
- 239000013611 chromosomal DNA Substances 0.000 description 4
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M potassium acetate Chemical compound [K+].CC([O-])=O SCVFZCLFOSHCOH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 3
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- BGNGWHSBYQYVRX-UHFFFAOYSA-N 4-(dimethylamino)benzaldehyde Chemical compound CN(C)C1=CC=C(C=O)C=C1 BGNGWHSBYQYVRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000012410 DNA Ligases Human genes 0.000 description 2
- 108010061982 DNA Ligases Proteins 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 2
- 108010073038 Penicillin Amidase Proteins 0.000 description 2
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 2
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000036983 biotransformation Effects 0.000 description 2
- 210000004899 c-terminal region Anatomy 0.000 description 2
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 2
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 235000011056 potassium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 2
- RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 1-methylsulfonylpiperidin-4-one Chemical compound CS(=O)(=O)N1CCC(=O)CC1 RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 1
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 1
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 description 1
- 108020004256 Beta-lactamase Proteins 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 101100263837 Bovine ephemeral fever virus (strain BB7721) beta gene Proteins 0.000 description 1
- 241000131407 Brevundimonas Species 0.000 description 1
- 241000131418 Brevundimonas vesicularis Species 0.000 description 1
- 108010072454 CTGCAG-specific type II deoxyribonucleases Proteins 0.000 description 1
- 241001619326 Cephalosporium Species 0.000 description 1
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical class ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100031780 Endonuclease Human genes 0.000 description 1
- 108010042407 Endonucleases Proteins 0.000 description 1
- 108010067770 Endopeptidase K Proteins 0.000 description 1
- 101100316840 Enterobacteria phage P4 Beta gene Proteins 0.000 description 1
- 108020004206 Gamma-glutamyltransferase Proteins 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- 101100301239 Myxococcus xanthus recA1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000221960 Neurospora Species 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930182555 Penicillin Natural products 0.000 description 1
- 241000228143 Penicillium Species 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 241001609981 Pseudomonas sp. 130 Species 0.000 description 1
- 241000135398 Pseudomonas sp. SY-77-1 Species 0.000 description 1
- 241000632301 Pseudomonas sp. THA1 Species 0.000 description 1
- 108020004511 Recombinant DNA Proteins 0.000 description 1
- 101800001707 Spacer peptide Proteins 0.000 description 1
- 108091081024 Start codon Proteins 0.000 description 1
- 108020005038 Terminator Codon Proteins 0.000 description 1
- 241001480015 Trigonopsis variabilis Species 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N anhydrous glutaric acid Natural products OC(=O)CCCC(O)=O JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000003782 beta lactam antibiotic agent Substances 0.000 description 1
- 230000002210 biocatalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000005018 casein Substances 0.000 description 1
- BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N casein, tech. Chemical compound NCCCCC(C(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CC(C)C)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(C(C)O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=O)N=C(O)C(COP(O)(O)=O)N=C(O)C(CCC(O)=N)N=C(O)C(N)CC1=CC=CC=C1 BECPQYXYKAMYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021240 caseins Nutrition 0.000 description 1
- 230000010307 cell transformation Effects 0.000 description 1
- 108010080434 cephalosporin-C deacetylase Proteins 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000007073 chemical hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 102000006640 gamma-Glutamyltransferase Human genes 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 101150109249 lacI gene Proteins 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M monosodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M 0.000 description 1
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004223 monosodium glutamate Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000006916 nutrient agar Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002960 penicillins Chemical class 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000019419 proteases Nutrition 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 101150116497 sacm1l gene Proteins 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000006152 selective media Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
- 230000014621 translational initiation Effects 0.000 description 1
- 239000001226 triphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011178 triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 125000002264 triphosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])OP(=O)(O[H])OP(=O)(O[H])O* 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012137 tryptone Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002132 β-lactam antibiotic Substances 0.000 description 1
- 229940124586 β-lactam antibiotics Drugs 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, в частности к генетической инженерии, и может быть использовано в микробиологической промышленности при получении полусинтетических бета-лактамных антибиотиков нового поколения.The present invention relates to the field of biotechnology, in particular to genetic engineering, and can be used in the microbiological industry for the production of semi-synthetic beta-lactam antibiotics of a new generation.
Предлагается рекомбинантная плазмида pSVH0106, содержащая фрагмент ДНК, который кодирует полную аминокислотную последовательность ацилазы глутарил-7-аминоцефалоспориновой кислоты штамма Brevundimonas diminuta BKM В-1297, и обеспечивающая высокий уровень ее экспрессии в клетках Escherichia coli, и рекомбинантный штамм E.coli BL21(DE3)/pSVH0106- продуцент Gl7АСА-ацилазыA recombinant plasmid pSVH0106 is proposed that contains a DNA fragment that encodes the complete amino acid sequence of the acylase of glutaryl-7-aminocephalosporic acid of the strain Brevundimonas diminuta BKM B-1297, and provides a high level of its expression in Escherichia coli cells, and recombinant strain DE3 (E. 3) / pSVH0106- producer of Gl7ACA acylase
Уровень техникиState of the art
Важнейшим соединением-предшественником для получения антибиотиков из семейства цефалоспоринов является 7-аминоцефалоспориновая кислота (7-АСА) [1]. Конверсия цефалоспорина С в 7-АСА может осуществляться либо путем химического гидролиза, требующего использования крайне токсичных соединений и специальных условий инкубации при сверхнизких температурах, либо за счет энзиматического превращения. Известные процессы энзиматической трансформации могут быть разделены на 2 группы: а) одностадийные с использованием, например, цефалоспорин С-ацилазы из Pseudomonas[2] и б)двустадийные, включающие превращение цефалоспорина С в глутарил-7-АСА (Gl7ACA) с использованием фермента оксидазы D-аминоксилот (DAO; ЕС-1.4.3.3), в частности получаемой из Trigonopsis variabilis, Aspergillus, Penicillium, Neurospora, Pseudomonas, Cephalosporium, и последующий гидролиз глутарил-7-АСА с образованием 7-АСА либо под действием специфической 7-бета-(4-карбоксилбутанамино) ацилазы (Gl7АСА-ацилазы) [3], либо под действием ферментов других классов, относящихся к гамма-глутамил-траснферазам или цефалоспорин-С-деацетилазам [4].The most important precursor compound for the preparation of antibiotics from the cephalosporin family is 7-aminocephalosporic acid (7-ACA) [1]. The conversion of cephalosporin C to 7-ACA can be carried out either by chemical hydrolysis, which requires the use of extremely toxic compounds and special incubation conditions at extremely low temperatures, or by enzymatic conversion. Known enzymatic transformation processes can be divided into 2 groups: a) one-stage using, for example, cephalosporin C-acylase from Pseudomonas [2] and b) two-stage, including the conversion of cephalosporin C to glutaryl-7-ACA (Gl7ACA) using the enzyme oxidase D-aminoxylot (DAO; EC-1.4.3.3), in particular obtained from Trigonopsis variabilis, Aspergillus, Penicillium, Neurospora, Pseudomonas, Cephalosporium, and subsequent hydrolysis of glutaryl-7-ACA to form 7-ACA or under the action of specific 7-beta - (4-carboxylbutanamino) acylases (Gl7ACA-acylases) [3], or under the action of fe other classes of gamma-glutamyl-transferase or cephalosporin-C-deacetylase [4].
Наибольший практический интерес для биокаталитического синтеза 7-АСА представляет фермент Cl7АСА-ацилаза [5], относящийся к обширному семейству пенициллин-амидаз (ЕС 3.5.1.11), способных превращать пенициллины и цефалоспорины в ценные промежуточные соединения, используемые для производства новых антибиотиков [6,7]. Gl7АСА-ацилазы представляют собой гетеротетрамеры, состоящие из 2-х α и 2-х β субьединиц [8] и характеризуются высокой активностью по отношению к Gl7ACA при низкой активности по отношению к цефалоспорину С[3].Of greatest practical interest for the biocatalytic synthesis of 7-ACA is the enzyme Cl7ACA acylase [5], which belongs to the extensive family of penicillin amidases (EC 3.5.1.11), capable of converting penicillins and cephalosporins into valuable intermediates used for the production of new antibiotics [6, 7]. Gl7ACA acylases are heterotetramers consisting of 2 α and 2 β subunits [8] and are characterized by high activity with respect to Gl7ACA with low activity with cephalosporin C [3].
К настоящему времени известны первичные структуры генов бактериальных Gl7АСА-ацилаз из различных штаммов Pseudomonas, описаны рекомбинантные плазмидные ДНК, обеспечивающие синтез этих ферментов в клетках E.coli и Bacillus subtilis, а также способы получения рекомбинантных форм ферментов с их использованием [4, 8-14].To date, the primary structures of the bacterial Gl7ACA acylase genes from various Pseudomonas strains are known, recombinant plasmid DNAs that synthesize these enzymes in E. coli and Bacillus subtilis cells, as well as methods for producing recombinant forms of enzymes using them are described [4, 8-14 ].
Общими недостатками известных методов гетерологичной экспрессии Gl7ACA-ацилаз являются невысокий уровень синтеза рекомбинантного продукта [15] и во многом связанные с этим сложности процессов масштабирования ферментации штаммов [16,17], а также необходимость освобождения полученных препаратов Gl7АСА-ацилаз от примесей неспецифических бета-лактамаз [3]. В связи с этим актуальной остается задача разработки новых средств, обеспечивающих повышение выхода Gl7АСА-ацилазы при получении ее технологией рекомбинантных ДНК и упрощение методов очистки этих ферментов.Common disadvantages of the known methods of heterologous expression of Gl7ACA acylases are the low level of synthesis of the recombinant product [15] and the complexity of the processes for scaling the fermentation of strains [16, 17], which are related to this, as well as the need to release the obtained Gl7ACA acylases from impurities of non-specific beta-lactamases [3]. In this regard, the challenge remains to develop new tools that increase the yield of Gl7ACA acylase when it is produced by recombinant DNA technology and simplifies the purification of these enzymes.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Решение задачи повышения выхода активной рекомбинантной Gl7АСА-ацилазы предполагает идентификацию бактериальных штаммов, эффективно синтезирующих в естественных условиях этот фермент, выделение из них кодирующих фермент генов и создание оптимальных векторных конструкций для их эффективной и стабильной экспрессии в гетерологичной бактериальной клетке. Эти аспекты и составили цель предлагаемого изобретения.The solution to the problem of increasing the yield of active recombinant Gl7ACA acylase involves the identification of bacterial strains that efficiently synthesize this enzyme in vivo, the isolation of genes encoding the enzyme from them, and the creation of optimal vector constructs for their efficient and stable expression in a heterologous bacterial cell. These aspects were the goal of the invention.
Поставленная цель была достигнута за счет того, чтоThe goal was achieved due to the fact that
1) в коллекции микроорганизмов обнаружен штамм (Brevundimonas diminuta BKM В-1297), активно продуцирующий Gl7АСА-ацилазу (BrdGl7ACA);1) a strain (Brevundimonas diminuta BKM B-1297) was found in the collection of microorganisms that actively produces Gl7ACA acylase (BrdGl7ACA);
2) из этого штамма получен ген Gl7АСА-ацилазы и определена последовательность ДНК, кодирующая полную аминокислотную последовательность фермента;2) the gene of Gl7ACA acylase was obtained from this strain and the DNA sequence encoding the complete amino acid sequence of the enzyme was determined;
3) сконструирована рекомбинантная плазмидная ДНК pSVH0106, обеспечивающая синтез BrdGl7ACA в клетках кишечной палочки с высоким выходом;3) a recombinant plasmid DNA pSVH0106 was designed to synthesize BrdGl7ACA in E. coli cells in high yield;
4) в результате трансформации клеток экспрессирующей плазмидой pSVH0106 получен рекомбинантный штамм Escherichia coli BL21(DE3)/ pSVH0106 с высоким уровнем индуцибельного синтеза активной Gl7АСА-ацилазы.4) as a result of cell transformation with the expressing plasmid pSVH0106, a recombinant strain Escherichia coli BL21 (DE3) / pSVH0106 with a high level of inducible synthesis of active Gl7ACA acylase was obtained.
Штамм Brevundimonas diminuta ВКМ В-1297 депонирован ранее во Всероссийской коллекции микроорганизмов и отобран нами как наиболее активный продуцент Gl7ACA-ацилазы (BrdGl7ACA).The strain Brevundimonas diminuta VKM B-1297 was previously deposited in the All-Russian collection of microorganisms and selected by us as the most active producer of Gl7ACA acylase (BrdGl7ACA).
Полная кодирующая последовательность гена BrdGl7ACA получена методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием в качестве матрицы хромосомной ДНК, выделенной из штамма Brevundimonas diminuta ВКМ В-1297, а в качестве праймеров - синтетических олигонуклеотидов с нуклеотидными последовательностями SEQ ID №12 (праймер 7-aca-F) и SEQ ID№13 (праймер 7-aca-R), специфичными по отношению к N- и С-концевым областям кодирующей части (от положения 103 до положения 2265) изолированного фрагмента гена BrdGL7ACA с SEQ ID N06.The complete coding sequence of the BrdGl7ACA gene was obtained by polymerase chain reaction (PCR) using the chromosomal DNA isolated from the Brevundimonas diminuta strain VKM B-1297 as a template, and the synthetic oligonucleotides with nucleotide sequences SEQ ID No. 12 (primer 7-aca) as primers -F) and SEQ ID NO: 13 (primer 7-aca-R), specific for the N- and C-terminal regions of the coding part (from position 103 to position 2265) of the isolated BrdGL7ACA gene fragment with SEQ ID N06.
Данная последовательность кодирует белок размером 74кДа (SEQ ID N0 7), обладающий высокой степенью гомологии с другими известными предшественниками бактериальных Gl7ACA-ацилаз, и включает N-концевую сигнальную последовательность секреции и последовательность, кодирующую две субъединицы фермента, разделенные спейсерным пептидом.This sequence encodes a 74 kDa protein (SEQ ID N0 7), which has a high degree of homology with other known bacterial precursors of Gl7ACA acylases and includes an N-terminal secretion signal sequence and a sequence encoding two enzyme subunits separated by a spacer peptide.
На первом этапе создания рекомбинантной плазмиды для экспрессии фрагмента ДНК, кодирующего Gl7ACA-ацилазу, был сконструирован вектор-носитель рАСТ7, физическая и генетическая карты которого представлены на фиг.3. Данный вектор включает промотор и терминатор РНК-полимеразы фага Т7, разделенные участком полилинкера, репликон p15A и kanR-ген, кодирующий аминогликозид-3-фосфотрансферазу и обеспечивающий устойчивость клеток E.coli, несущих плазмиду, к канамицину. Использование в качестве маркера гена устойчивости к канамицину, а не традиционно применяемого в подобных конструкциях гена устойчивости к ампициллину, освобождает от необходимости последующей сложной очистки целевого белка для удаления примесей бета-лактамаз.At the first stage of creating a recombinant plasmid for expression of a DNA fragment encoding Gl7ACA acylase, a carrier vector pAST7 was constructed, the physical and genetic maps of which are presented in Fig. 3. This vector includes the promoter and terminator of T7 phage RNA polymerase separated by a polylinker site, the replicon p15A and the kanR gene encoding aminoglycoside-3-phosphotransferase and ensuring the resistance of E. coli cells carrying the plasmid to kanamycin. The use of the kanamycin resistance gene as a marker, rather than the ampicillin resistance gene traditionally used in such designs, eliminates the need for subsequent complex purification of the target protein to remove beta-lactamase impurities.
Экспрессирующая рекомбинантная плазмида pSHV0106 получена путем встраивания кодирующей последовательности гена BrdGl7ACA в вектор рАСТ7 по сайтам рестрикции EcoRI и Sac I (фиг.4).The expressing recombinant plasmid pSHV0106 was obtained by inserting the coding sequence of the BrdGl7ACA gene into the pAST7 vector at the EcoRI and Sac I restriction sites (Fig. 4).
Рекомбинантный штамм-продуцент BrdGL7ACA был получен путем трансформации клеток Escherichia coli BL21(DE3) сконструированной плазмидой pSVH0106. Выбор штамма-реципиента обусловлен тем, что он несет ген РНК-полимеразы фага Т7, которая необходима для обеспечения эффективной транскрипции целевых генов, находящихся в векторной конструкции под контролем промотора фага Т7, а также тем, что данный штамм дефектен по синтезу протеаз, что существенно повышает выход синтезируемых гетерологичных белков. Синтез BrdGL7ACA в штамме BL21(DE3)/ pSVH0106 осуществляется при культивировании на обычных селективных средах с добавлением индуктора изопропил-D-тиогалактозида (ИПТГ) или лактозы.The recombinant producer strain BrdGL7ACA was obtained by transformation of Escherichia coli BL21 (DE3) cells with the constructed plasmid pSVH0106. The choice of the recipient strain is due to the fact that it carries the T7 phage RNA polymerase gene, which is necessary to ensure efficient transcription of the target genes in the vector construct under the control of the T7 phage promoter, as well as the fact that this strain is defective in protease synthesis, which is essential increases the yield of synthesized heterologous proteins. The synthesis of BrdGL7ACA in strain BL21 (DE3) / pSVH0106 is carried out by cultivation on conventional selective media with the addition of an isopropyl-D-thiogalactoside inducer (IPTG) or lactose.
Полученный рекомбинантный штамм Escherichia coli BL21(DE3)/ pSVH0106 характеризуется высокой физиологической стабильностью (снижение активности продуцируемого фермента после 50 генераций не превышает 20%) и высоким выходом активного продукта, который не менее чем в 1,5 раза превышает продуктивность известных штаммов.The resulting recombinant strain Escherichia coli BL21 (DE3) / pSVH0106 is characterized by high physiological stability (the decrease in the activity of the enzyme produced after 50 generations does not exceed 20%) and a high yield of the active product, which is no less than 1.5 times the productivity of the known strains.
Таким образом, настоящее изобретение включает два объекта.Thus, the present invention includes two objects.
Первым объектом является рекомбинантная плазмида pSVH0106, обеспечивающая синтез ацилазы глутарил-7-аминоцефалоспориновой кислоты (Gl7ACA-ацилазы) в клетках Escherichia coli, которая характеризуется тем, что содержит фрагмент ДНК с нуклеотидной последовательностью SEQ ID №6 от нуклеотида в положении 103 до нуклеотида в положении 2265, кодирующий полную аминокислотную последовательность Gl7ACA-ацилазы штамма Brevundimonas diminuta ВКМ В-1297, встроенный по сайтам рестрикции EcoRI и SacI в область полилинкера вектора рАСТ7, состоящего из фрагмента модифицированной в области полилинкера плазмиды рЕТ21d, содержащего промотор и терминатор РНК-полимеразы фага Т7, разделенные участком полилинкера, и фрагмента плазмиды рСYC117, содержащего репликон р15А и ген устойчивости к канамицину, объединенных между собой, как показано на фиг 3.The first object is the recombinant plasmid pSVH0106, which provides the synthesis of glutaryl-7-aminocephalosporin acid acylase (Gl7ACA-acylase) in Escherichia coli cells, which is characterized by the fact that it contains a DNA fragment with the nucleotide sequence of
Второй объект изобретения - рекомбинантный штамм Escherichia coli BL21(DE3)/ pSVH0106-продуцент BrdGL7ACA.The second object of the invention is a recombinant strain of Escherichia coli BL21 (DE3) / pSVH0106-producer BrdGL7ACA.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в создании новых средств (вектора экспрессии и рекомбинантного штамма), обеспечивающих повышение количества (выхода) и качества (отсутствие примесей бета-лактамазы) получаемой рекомбинантной Gl7ACA-ацилазы.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to create new tools (expression vector and recombinant strain) that increase the quantity (yield) and quality (absence of beta-lactamase impurities) of the resulting recombinant Gl7ACA acylase.
Особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на фигуры.Features of the present invention are illustrated by the best options for its implementation with reference to the figures.
Краткое описание фигур.A brief description of the figures.
Фиг.1 Сравнение нуклеотидных последовательностей центральной кодирующей части гена Gl7ACA штамма Brevundimonas diminuta ВКМ-1267 (Query) и гомологичного участка гена глутарил ацилазы Pseudomonas SY-77 (Sbjct) с помощью программы BLAST. Степень сходства последовательностей составляет 98%.Figure 1 Comparison of the nucleotide sequences of the Central coding part of the Gl7ACA gene of strain Brevundimonas diminuta VKM-1267 (Query) and homologous region of the gene for glutaryl acylase Pseudomonas SY-77 (Sbjct) using the BLAST program. The degree of sequence similarity is 98%.
Фиг.2а и 2б Сравнение аминокислотных последовательностей известных Gl7ACA ацилаз из Pseudomonas sp.130 (AAC34685), Pseudomonas sp.SY-77 (AAN39264), Pseudomonas sp.THA1 (AAP68796) c последовательностью BrdGl7ACA. Степень сходства последовательностей составляет 98%.Figa and 2b Comparison of the amino acid sequences of known Gl7ACA acylases from Pseudomonas sp.130 (AAC34685), Pseudomonas sp.SY-77 (AAN39264), Pseudomonas sp.THA1 (AAP68796) with the sequence BrdGl7ACA. The degree of sequence similarity is 98%.
Фиг.3 Физическая и генетическая карты вектора pACT7. Обозначены положения индикаторных сайтов рестрикции, участки промотора и терминатора РНК-полимеразы фага Т7 (Т7пром и Т7 терм), область начала репликации (p15Aori), ген устойчивости к канамицину (обозначен KN(R), заполнение черным).Figure 3 Physical and genetic maps of the vector pACT7. The positions of the indicator restriction sites, the regions of the promoter and terminator of the T7 phage RNA polymerase (T7prom and T7 term), the region of the onset of replication (p15Aori), the kanamycin resistance gene (designated KN (R), black) are indicated.
Фиг.4 Физическая и генетическая карты плазмиды pSVH0106. Обозначено положение гена BrdGl7ACA, (заполнение серым), остальные обозначения - как на Фиг.3.Figure 4 Physical and genetic map of plasmid pSVH0106. The position of the BrdGl7ACA gene, (gray filling) is indicated, the remaining designations are as in FIG. 3.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
При осуществлении изобретения помимо методов, подробно раскрытых в нижеследующих примерах, использовали хорошо известные специалистам методики, описанные в руководствах по молекулярной биологии и генетической инженерии [18, 19].When carrying out the invention, in addition to the methods described in detail in the following examples, the methods well-known to those skilled in the art described in the manuals of molecular biology and genetic engineering were used [18, 19].
Пример 1. Идентификация штамма Brevundimonas с высоким уровнем биосинтеза Gl7ACA-ацилазыExample 1. Identification of a strain of Brevundimonas with a high level of biosynthesis of Gl7ACA acylase
Культуры изолятов различных штаммов лабораторной коллекции выращивали в колбах Эрленмейера объемом 100 мл в 15 мл среды, содержащей 2% гидролизат казеина, 0,5% глутамат натрия, 0,5% дрожжевой экстракт, 0,2% кукурузный экстракт, 0,1% глутаровая кислота (рН 8,2) при 28°С и постоянном перемешивании (150 об/мин) в течение 16 часов. Когда плотность культуры достигала величины 2 ОЕ при длине волны 600 нм, клетки собирали центрифугированием (6000 об/мин; 10 мин; +4°С), промывали в буфере ТЕ (50 мМ Tris pH 8,0 50 mM EDTA), суспендировали в том же буфере (0.1 г влажных клеток на 200 мкл буфера) и хранили до использования в замороженном виде.The isolate cultures of various strains of the laboratory collection were grown in 100 ml Erlenmeyer flasks in 15 ml of medium containing 2% casein hydrolyzate, 0.5% monosodium glutamate, 0.5% yeast extract, 0.2% corn extract, 0.1% glutaric acid (pH 8.2) at 28 ° C with constant stirring (150 rpm) for 16 hours. When the culture density reached 2 OE at a wavelength of 600 nm, the cells were collected by centrifugation (6000 rpm; 10 min; + 4 ° C), washed in TE buffer (50 mM Tris pH 8.0 50 mM EDTA), suspended in the same buffer (0.1 g of wet cells per 200 μl of buffer) and stored frozen until use.
В каждом из полученных образцов определяли глутарил-ацилазную активность, для чего использовали колориметрический метод, аналогичный методу, предложенному для определения 6-аминопенициллиновой кислоты [20]. Для этого 100 мкл 65 mM раствора глутарил-7-АСА в 0.1M фосфатном буфере (рН 7,0) добавляют к 900 мкл суспензии клеток, приготовленной на том же (0.1M фосфатном) буфере, содержащем 3 мг/мл клавулината калия, и инкубируют смесь при 37°С от 30 мин до 4 часов. Через определенные промежутки времени смесь центрифугируют, отбирают 500 мкл супернатанта и смешивают его с 3 мл смеси (2:1) 20% уксусной кислоты и 0,5 М раствора NaOH для остановки реакции. К пробе добавляют 0.5 мл p-диметиламинобензальдегида (PDAB) и после развития окраски измеряют поглощение при 415 нм. За одну единицу активности фермента принимается его количество, необходимое для превращения 1 мкмоль субстрата в указанных условиях в течение 1 мин инкубации.Glutaryl acylase activity was determined in each of the obtained samples. For this, a colorimetric method was used similar to the method proposed for the determination of 6-aminopenicillic acid [20]. For this, 100 μl of a 65 mM solution of glutaryl-7-ACA in 0.1M phosphate buffer (pH 7.0) is added to 900 μl of a cell suspension prepared in the same (0.1M phosphate) buffer containing 3 mg / ml potassium clavulinate, and incubate the mixture at 37 ° C for 30 minutes to 4 hours. At certain time intervals, the mixture is centrifuged, 500 μl of the supernatant are taken and mixed with 3 ml of a mixture (2: 1) of 20% acetic acid and 0.5 M NaOH solution to stop the reaction. 0.5 ml of p-dimethylaminobenzaldehyde (PDAB) was added to the sample, and after color development, absorbance was measured at 415 nm. For one unit of activity of the enzyme, the amount required for the conversion of 1 μmol of the substrate under the indicated conditions for 1 minute of incubation is taken.
Уровень определенной таким образом ацилазной активности в 64 проанализированных штаммах колебался от 0,01ед/л до примерно 4 ед/л культуры. Наиболее высокой активностью обладали штаммы Brevundiminas diminuta ВКМ B-1297 и Brevundimonas vesicularis ВКМ B-974-, полученные из Всероссийской коллекции микроорганизмов. Штамм Brevundimonas diminuta ВКМ B-1297 был отобран для дальнейшей работы.The level of acylase activity determined in this way in 64 analyzed strains ranged from 0.01 U / L to about 4 U / L of culture. The strains Brevundiminas diminuta VKM B-1297 and Brevundimonas vesicularis VKM B-974- obtained from the All-Russian collection of microorganisms were most active. The strain Brevundimonas diminuta VKM B-1297 was selected for further work.
Пример 2. Получение хромосомной ДНК из штамма Brevundimonas diminuta ВКМ B-1297Example 2. Obtaining chromosomal DNA from a strain of Brevundimonas diminuta VKM B-1297
К 200 мкл суспензии клеток штамма B.diminuta ВКМ В-1297, полученной, как описано в примере 1, добавляют 10% SDS до конечной концентрации 2% и 20 мкл протеиназы К (3000 ед /мл) и инкубируют сначала 30 мин при 37°С, а затем 15 мин при 75°С. К суспензии добавляют 200 мкл промытых кислотой стеклянных бус (диаметром 0,1 мм) и подвергают интенсивному встряхиванию на вортексе в течение 5 минут. Затем к суспензии добавляют 300 мкл насыщенного буфером ТЕ раствора фенола и встряхивают на вортексе 30 сек. Смесь центрифугируют, супернатант отбирают и дважды экстрагируют водонасыщенным раствором хлороформа. Водную фазу отбирают и добавляют 5М раствор ацетата калия (рН 6,0) до конечной концентрации 1,5 М. Раствор центрифугируют и отбрасывают осадок калиевой соли SDS. К супернатанту добавляют равный объем изопропанола. Осадок нуклеиновых кислот собирают центрифугированием, растворяют в 300 мкл 0,5 М ацетата калия, повторно осаждают добавлением 3 объемов этанола и растворяют в 100 мкл деионизованной воды при нагревании в течение 30 мин при 65°. Полученную данным способом хромосомную ДНК штамма Brevundiminas diminuta ВКМ B-1297 использовали для получения гена, кодирующего Gl7ACA- ацилазу.To 200 μl of a suspension of cells of B.diminuta strain VKM B-1297 obtained as described in example 1, add 10% SDS to a final concentration of 2% and 20 μl of proteinase K (3000 u / ml) and incubated for 30 min at 37 ° C, and then 15 min at 75 ° C. 200 μl of acid washed glass beads (0.1 mm diameter) were added to the suspension and vortexed vigorously for 5 minutes. Then, 300 μl of a phenol-saturated TE buffer solution was added to the suspension and vortexed for 30 seconds. The mixture was centrifuged, the supernatant was removed and extracted twice with a water-saturated chloroform solution. The aqueous phase was removed and a 5M potassium acetate solution (pH 6.0) was added to a final concentration of 1.5 M. The solution was centrifuged and the SDS potassium salt precipitate was discarded. An equal volume of isopropanol is added to the supernatant. The nucleic acid precipitate was collected by centrifugation, dissolved in 300 μl of 0.5 M potassium acetate, reprecipitated by adding 3 volumes of ethanol and dissolved in 100 μl of deionized water with heating for 30 minutes at 65 ° C. The chromosomal DNA of the strain Brevundiminas diminuta VKM B-1297 obtained by this method was used to obtain a gene encoding Gl7ACA acylase.
Пример 3. Выделение центрального фрагмента гена BrdGl7ACAExample 3. Isolation of the central fragment of the BrdGl7ACA gene
Предварительно было проведено сравнение аминокислотных и нуклеотидных последовательностей бактериальных Gl7ACA-ацилаз с использованием информации, доступной с помощью Интернет на сайте Национального Центра Биотехнологической Информации США. Были выявлены наиболее консервативные участки GL7ACA-ацилаз бактериального происхождения и синтезированы два синтетических олигонуклеотида brd1 (SEQID N01) и brd2 (SEQ ID N02), ограничивающие центральную кодирующую последовательность гена Gl7ACA-ацилазы:A preliminary comparison was made of the amino acid and nucleotide sequences of bacterial Gl7ACA acylases using information available on the Internet at the National Center for Biotechnological Information of the United States. The most conserved regions of GL7ACA acylases of bacterial origin were identified and two synthetic oligonucleotides brd1 (SEQID N01) and brd2 (SEQ ID N02) were synthesized that bound the central coding sequence of the Gl7ACA acylase gene:
Для осуществления ПЦР хромосомную ДНК Brevundiminas diminuta ВКМ B-1297, выделенную, как описано выше, денататурируют путем нагревания при 100°С в течение 5 минут, помещают в лед, подвергают 30 циклам в 50 мкл смеси следующего состава:For PCR, the chromosomal DNA of Brevundiminas diminuta VKM B-1297, isolated as described above, is denatured by heating at 100 ° C for 5 minutes, placed in ice, subjected to 30 cycles in 50 μl of a mixture of the following composition:
5 мкл 10-кратного Taq-SE ПЦР-буфера (Сибэнзим)5 μl 10-fold Taq-SE PCR buffer (Sibenzyme)
5 мкл геномной ДНК (200 нг/мкл)5 μl of genomic DNA (200 ng / μl)
5 мкл 3 мкМ праймера brd15 μl of 3 μm brd1 primer
5 мкл 3 мкМ праймера brd25 μl 3 μM brd2 primer
5 мкл 2,5 мМ dNTP (смесь всех четырых видов дезоксинуклеотидтрифосфатов)5 μl 2.5 mM dNTP (a mixture of all four types of deoxynucleotide triphosphates)
25 мкл деионизованной воды25 μl deionized water
1 мкл Taq-SE полимеразы (5 ед/мкл, Сибэнзим)1 μl Taq-SE polymerase (5 u / μl, Sibenzyme)
Условия проведения реакции: 94°, 5' (денатурация), 94°, 30'', 50°, 30'', 72°,1' (амплификация). После амплификации 5 мкл ПЦР смеси анализируют электрофорезом в 1% агарозном геле. При разделении в электрофорезе идентифицировали гомогенный фрагмент размером около 1 тпн. Фрагмент выделяли из геля с помощью набора Wizard PCR Preps Kit (Promega, США) (в соответствии с инструкцией производителя) и подвергали автоматическому секвенированию на приборе ABIPrizm 3100 DNA Sequencer с использованием праймеров brd1, brd2 и набора Applera "fluorescent Big dye Cycle sequencing kit".Reaction conditions: 94 °, 5 '(denaturation), 94 °, 30' ', 50 °, 30' ', 72 °, 1' (amplification). After amplification, 5 μl of PCR mixture was analyzed by electrophoresis in 1% agarose gel. Upon separation in electrophoresis, a homogeneous fragment of about 1 kb was identified. The fragment was isolated from the gel using the Wizard PCR Preps Kit (Promega, USA) (according to the manufacturer's instructions) and subjected to automatic sequencing on an ABIPrizm 3100 DNA Sequencer using brd1, brd2 primers and the Applera fluorescent Big dye Cycle sequencing kit .
Сравнение полученной нуклеотидной последовательности с базой данных GenBank с помощью программы BLAST показало, что она обладает высокой степенью гомологии с соответствующими кодирующими последовательностями других бактериальных Gl7ACА-ацилаз (фиг 1). На этом основании был сделан вывод, что полученный фрагмент соответствует центральной части гена Brd Gl7ACA - ацилазы штамма Brevundiminas diminuta ВКМ B-1297.Comparison of the obtained nucleotide sequence with the GenBank database using the BLAST program showed that it has a high degree of homology with the corresponding coding sequences of other bacterial Gl7ACA acylases (Fig. 1). Based on this, it was concluded that the obtained fragment corresponds to the central part of the Brd Gl7ACA gene, the acylase of the strain Brevundiminas diminuta VKM B-1297.
Пример 4. Получение, секвенирование и анализ фрагмента ДНК, включающего полную кодирующую последовательность гена BrdGl7ACAExample 4. Obtaining, sequencing and analysis of a DNA fragment comprising the complete coding sequence of the BrdGl7ACA gene
Фрагмент ДНК, включающий полную кодирующую последовательность, получают с помощью ПЦР-амплификации с праймерами (BrdGl7ACA_F с SEQID N03 и BrdGl7ACA_R с SEQ ID N04), специфичными к консервативным участкам, фланкирующим полные кодирующие последовательности известных генов Gl7ACA-ацилаз псевдомонад.A DNA fragment comprising the complete coding sequence is obtained by PCR amplification with primers (BrdGl7ACA_F with SEQID N03 and BrdGl7ACA_R with SEQ ID N04) specific for conserved regions flanking the complete coding sequences of the known Gl7ACA acylase genes of pseudomonads.
1 мкг геномной ДНК подвергают 25 циклам ПЦР-амплификации с праймерами BrdGl7ACA_F / BrdGl7ACA_R и использованием набора Expand Long Template PCR system ("Roche Diagnostics GmbH", Mannheim, Германия) в соответствии с инструкцией изготовителя.1 μg of genomic DNA was subjected to 25 cycles of PCR amplification with BrdGl7ACA_F / BrdGl7ACA_R primers and using the Expand Long Template PCR system kit (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim, Germany) according to the manufacturer's instructions.
Реакционную смесь разделяют электрофорезом в 1% агарозном геле и выявляют продукт реакции - единичный фрагмент размером около 2, 25 т.п.н. Фрагмент выделяют из геля с помощью набора "Wizard PCR preps Purification System" (Promega, США) и секвенируют с использованием праймеров BrdGl7ACA_F, BrdGl7ACA_R, brd1, brd2 и brd 3 (SEQ ID N05).The reaction mixture was separated by electrophoresis on a 1% agarose gel and the reaction product was revealed — a single fragment of about 2.25 kb in size. The fragment was isolated from the gel using the Wizard PCR preps Purification System kit (Promega, USA) and sequenced using the BrdGl7ACA_F, BrdGl7ACA_R, brd1, brd2 and brd 3 primers (SEQ ID N05).
Установленная таким образом нуклеотидная последовательность гена BrdGl7ACA приведена в перечне под номером SEQ ID N06. Выведенная из нее аминокислотная последовательность белка BrdGl7ACA (SEQ ID N07) имеет 98%-ное сходство с аминокислотными последовательностями других известных бактериальных GL7ACA- ацилаз (фиг 2), при этом имеющиеся отличия локализованы в сайтах, удаленных от участков активного центра фермента и областей межсубъединичных контактов [8]. Эти данные позволяют с высокой степенью вероятности заключить, что фермент BrdGl7ACA соответствует другим бактериальным Gl7ACA-ацилазам и по своим энзиматическим и физико-химическим свойствам.The nucleotide sequence of the BrdGl7ACA gene thus established is listed under SEQ ID N06. The BrdGl7ACA protein amino acid sequence derived from it (SEQ ID N07) is 98% similar to the amino acid sequences of other known bacterial GL7ACA acylases (Fig. 2), while the differences are localized at sites remote from the sites of the active center of the enzyme and the areas of intersubunit contacts [8]. These data make it possible to conclude with a high degree of probability that the BrdGl7ACA enzyme corresponds to other bacterial Gl7ACA acylases both in their enzymatic and physicochemical properties.
Пример 5. Конструирование вектора-носителя pACT7Example 5. Construction of a vector carrier pACT7
Векторы на основе промотора фага Т7 обеспечивают высокую экспрессию гетерологичных генов в штаммах E.coli, синтезирующих T7 полимеразу [21], и коммерчески доступны [22]. В то же время известно, что иммобилизованные препараты Gl7ACA-ацилаз, используемые для биотрансформации цефалоспориновых антибиотиков, не должны содержать примесей бета-лактамаз. Присутствие бета-лактамазы также затрудняет количественный анализ уровней продукции Gl7ACA-ацилаз в рекомбинантных штаммах-продуцентах. Поэтому для экспрессии BrdGl7ACA и других ферментов биотрансформации антибиотиков, свободных от примесей бета-лактамаз, целесообразно использовать векторы, несущие маркеры плазмидной устойчивости, отличные от AmpR. Такие векторы обладают также более высокой сегрегационной стабильностью [22], которая может быть дополнительно повышена за счет использования репликона p15A вместо репликона ColE1[23].Phage T7 promoter vectors provide high expression of heterologous genes in E. coli strains synthesizing T7 polymerase [21] and are commercially available [22]. At the same time, it is known that the immobilized preparations of Gl7ACA-acylases used for biotransformation of cephalosporin antibiotics should not contain beta-lactamase impurities. The presence of beta-lactamase also complicates the quantitative analysis of Gl7ACA acylase production levels in recombinant producer strains. Therefore, for the expression of BrdGl7ACA and other biotransformation enzymes of antibiotics free of beta-lactamase impurities, it is advisable to use vectors carrying plasmid resistance markers other than AmpR. Such vectors also have higher segregation stability [22], which can be further enhanced by using the p15A replicon instead of the ColE1 replicon [23].
Конструирование вектора pACT7, удовлетворяющего указанным условиям, проводили в несколько стадий.The construction of the pACT7 vector satisfying these conditions was carried out in several stages.
А) Конструирование промежуточной плазмиды pET2ldRI.A) Construction of the intermediate plasmid pET2ldRI.
C использованием метода "инвертированной ПЦР" и праймеров pETR1_F (SEQ ID N08) и pETR1_R (SEQ ID N09) на матрице пламиды pET21d [21] с использованием набора Expand Long Template PCR system получают уникальный ПЦР фрагмент размером 5,4 тпн, который выделяют из агарозного геля, как описано в примере 4. 100 нг полученного фрагмента гидролизуют 5 единицами рестриктазы EcoRI (Fermentas) и лигируют с помощью Т4 ДНК лигазы. Полученной лигазной смесью трансформируют компетентные клетки штамма Escherichia coli XL1-Blue recA1 endA1 gyrA96 thi-1 hsdR17 supE44 relA1 lac [F'proAB lacIqZM15 Tn10 (Tetr)] (Stratagene, США), затем из полученных ампициллин-устойчивых трансформантов выделяют препараты плазмидной ДНК с использованием набора Wizard MiniPreps Kit (Promega, США). Полученные образцы ДНК анализируют совместным гидролизом рестриктазами EcoRI/PstI и BamHI/PstI и отбирают "положительные" клоны, содержащие EcoRI/PstI фрагменты размером 1300 и 4100 п.н. При этом за счет делеции сайта BamHI в BamHI/PstI гидролизате ДНК плазмидных клонов присутствует уникальный фрагмент размером 5400 пн, в то время как в препарате плазмидной ДНК pET21d, гидролизованной BamHI/PstI, обнаруживаются фрагменты размером 1300 и 4100 п.н. Несколько "положительных" клонов проверяют секвенированием с использованием праймеров Т7prom (SEQ ID N0 10) и T7term (SEQ ID N0 11) и отбирают клон с модифицированным таким образом участком полилинкера, не содержащий неспецифических мутаций, который обозначают как pET21dR1.Using the inverted PCR method and primers pETR1_F (SEQ ID N08) and pETR1_R (SEQ ID N09) on the plasmid matrix pET21d [21] using the Expand Long Template PCR system, a unique PCR fragment of 5.4 kb is obtained which is isolated from agarose gel, as described in example 4. 100 ng of the obtained fragment is hydrolyzed with 5 units of restriction enzyme EcoRI (Fermentas) and ligated with T4 DNA ligase. The competent ligase mixture was transformed with competent cells of the Escherichia coli strain XL1-Blue recA1 endA1 gyrA96 thi-1 hsdR17 supE44 relA1 lac [F'proAB lacI q Z M15 Tn10 (Tet r )] (Stratagene, USA), then plasmid DNA preparations were isolated from the obtained ampicillin-resistant transformants using the Wizard MiniPreps Kit (Promega, USA). The obtained DNA samples were analyzed by co-hydrolysis with restriction enzymes EcoRI / PstI and BamHI / PstI and "positive" clones containing EcoRI / PstI fragments of 1300 and 4100 bp were selected. Moreover, due to the deletion of the BamHI site in the BamHI / PstI plasmid clone DNA hydrolyzate, a unique fragment of 5400 bp is present, while fragments of 1300 and 4100 bp are detected in the preparation of plasmid DNA pET21d hydrolyzed by BamHI / PstI. Several “positive” clones were verified by sequencing using T7prom primers (SEQ ID N0 10) and T7term (SEQ ID N0 11) and a clone was selected with the polylinker section thus modified without nonspecific mutations, designated pET21dR1.
Б) Конструирование плазмиды pET21dRl/Tet.B) Construction of the plasmid pET21dRl / Tet.
Для удаления гена AmpR из плазмиды pET21dR1 и замены его геном устойчивости к тетрациклину проводили конструирование плазмиды pET21dR1/Tet. Для этого для получения "вставки" несущей ген устойчивости к тетрациклину 2 мкг плазмидной ДНК pKRP12[24] гидролизовали рестриктазой PstI и выделяли из агарозного геля фрагмент размером 1200 п.н. В качестве вектора использовали гидролизованную по сайту PstI плазмиду pET21dR1. Использовали следующие условия лигирования: 1 мкл вектора (20 нг/мкл), 1 мкл фрагмента (50 нг/мкл), 2 мкл 5-кратного лигазного буфера (Gibco-BRL), 5 мкл воды и 1 мкл Т4 ДНК лигазы (1 ед/мкл, Сибэнзим). Смесь инкубировали в течение 14 часов при 12°С, затем прогревали 15 мин при 65°С, охлаждали во льду и 5 мкл смеси использовали для трансформации компетентных клеток штамма E. coli JM109[19]. Отбирали тетрациклин-устойчивые клоны, чувствительные к ампициллину. Дополнительную селекцию нужных клонов проводили с помощью рестриктного анализа препаратов плазмидной ДНК (по образованию фрагментов размером 1200, 1300, 4300 п.н. при гидролизе EcoRI+PstI). Один из отобранных клонов обозначили как pET21dR1/Tet и использовали в дальнейшей работе.To remove the AmpR gene from the plasmid pET21dR1 and replace it with the tetracycline resistance gene, the plasmid pET21dR1 / Tet was constructed. For this, in order to obtain an “insert” that carries the tetracycline resistance gene, 2 μg of plasmid DNA pKRP12 [24] was hydrolyzed with PstI restriction enzyme and a 1200 bp fragment was isolated from the agarose gel. The plasmid pET21dR1 hydrolyzed at the PstI site was used as a vector. The following ligation conditions were used: 1 μl vector (20 ng / μl), 1 μl fragment (50 ng / μl), 2 μl 5x ligase buffer (Gibco-BRL), 5 μl water and 1 μl T4 DNA ligase (1 unit / μl, Sibenzyme). The mixture was incubated for 14 hours at 12 ° C, then heated for 15 min at 65 ° C, cooled in ice, and 5 μl of the mixture was used to transform competent cells of E. coli strain JM109 [19]. Tetracycline resistant ampicillin sensitive clones were selected. Additional selection of the desired clones was carried out using restriction analysis of plasmid DNA preparations (by the formation of fragments of 1200, 1300, 4300 bp in size during EcoRI + PstI hydrolysis). One of the selected clones was designated as pET21dR1 / Tet and used in further work.
В) Конструирование плазмиды pACYCpET.B) Construction of the plasmid pACYCpET.
Для получения производного вектора pET21dRI с репликоном p15A ДНК плазмиды pACYC177 [20] гидролизовали совместно рестриктазами BamHI+PstI и выделяли из агарозного геля фрагмент размером 3000 п.н., включающий область репликона р15А, ген устойчивости к канамицину и С-концевую кодирующую часть гена бета-лактамазы (устойчивости к ампициллину). Плазмиду pET21dR1 гидролизовали совместно BglII+PstI и выделяли из агарозного геля фрагмент размером 1,5 т.п.н., включающий участок полилинкера, промотор и терминатор Т7-фага и N-концевую кодирующую часть гена бета-лактамазы. Два фрагмента лигировали, полученной лигазной смесью трансформировали штамм E. Coli Xl1Blue и отбирали трансформанты, устойчивые одновременно к ампициллину и канамицину.To obtain a derivative of pET21dRI vector with replicon p15A, plasmid DNA pACYC177 [20] was hydrolyzed together with BamHI + PstI restriction enzymes and a 3000 bp fragment was included from the agarose gel, including the p15A replicon region, the kanamycin resistance gene and the C-terminal coding part of the beta gene -lactamases (resistance to ampicillin). The plasmid pET21dR1 was hydrolyzed together with BglII + PstI and a 1.5 kb fragment was isolated from the agarose gel, including the polylinker site, the T7 phage promoter and terminator, and the N-terminal coding part of the beta-lactamase gene. Two fragments were ligated; the E. coli Xl1Blue strain was transformed with the obtained ligase mixture and transformants resistant to ampicillin and kanamycin were selected.
Выделенные из культур полученных клонов плазмидные ДНК анализировали путем рестрикции эндонуклеазой SmaI и отбирали клоны, образующие фрагменты размером 3,2 и 1,2 тпн. Один из отобранных клонов обозначили как pACYCpET.Plasmid DNAs isolated from cultures of the obtained clones were analyzed by restriction with SmaI endonuclease and clones were selected to form 3.2 and 1.2 kb fragments. One of the selected clones was designated as pACYCpET.
Г) Конструирование вектора pACT7.D) Construction of the vector pACT7.
Для удаления гена бета-лактамазы из вектора pACYCpET препарат плазмидной ДНК гидролизуют совместно рестриктазами NaeI/FspI, выделяют из агарозного геля фрагмент размером 3,4 тпн, лигируют "сам на себя" по "тупым концам" и лигазной смесью трансформируют компетентные клетки штамма E. coli JM109. Из отобранных канамицин-устойчивых и ампициллин-чувствительных трансформантов выделяют плазмидную ДНК и идентифицируют нужный клон по данным рестриктного анализа (наличие фрагментов размером 1.2 и 2,2 тпн в SmaI-гидролизатах препаратов плазмидной ДНК).To remove the beta-lactamase gene from the pACYCpET vector, the plasmid DNA preparation is hydrolyzed together with NaeI / FspI restriction enzymes, a 3.4 kb fragment is isolated from the agarose gel, ligated "onto itself" at the "blunt ends" and the competent cells of strain E are transformed with the ligase mixture. coli JM109. Plasmid DNA is isolated from the selected kanamycin-resistant and ampicillin-sensitive transformants and the desired clone is identified by restriction analysis (the presence of fragments of 1.2 and 2.2 bp in SmaI-hydrolysates of plasmid DNA preparations).
Пример 6. Конструирование плазмид для экспрессии BrdGL7ACA в E.coli.Example 6. Construction of plasmids for the expression of BrdGL7ACA in E. coli.
Сначала методом ПЦР получают фрагмент ДНК штамма Brevundiminas diminuta ВКМ B-1297, содержащий полную кодирующую последовательность BrdGl7ACA (без прилежащих не кодирующих последовательностей) и фланкированный уникальными сайтами рестрикции.First, a DNA fragment of the strain Brevundiminas diminuta VKM B-1297 containing the complete coding sequence of BrdGl7ACA (without adjacent non-coding sequences) and flanked by unique restriction sites is obtained by PCR.
Для этого 1 мкг геномной ДНК штамма ВКМ B-1297 подвергают 25 циклам ПЦР-амплификации с праймерами 7-aca_F/7aca_R (SEQ ID N012,13) с использованием набора Expand Long Template PCR system ("Roche Diagnostics GmbH", Mannheim, Германия) в соответствии с инструкцией изготовителя. Использованные праймеры ограничивают фрагмент гена BrdGL7ACA, включающий инициаторный кодон трансляции, расположенного в положении (+103) последовательности SEQID N06, и терминаторный кодон TGA, расположенный в положении+2265 той же последовательности и несут сайты для рестриктаз EcoRI и SacI, отсутствующие в кодирующей последовательности гена BrdGl7АСА.For this, 1 μg of genomic DNA of VKM strain B-1297 was subjected to 25 cycles of PCR amplification with 7-aca_F / 7aca_R primers (SEQ ID N012,13) using the Expand Long Template PCR system kit ("Roche Diagnostics GmbH", Mannheim, Germany) according to the manufacturer's instructions. The primers used limit the BrdGL7ACA gene fragment, including the translation initiation codon located at position (+103) of SEQID N06, and the TGA termination codon located at position + 2265 of the same sequence and carry EcoRI and SacI restriction enzyme sites that are not in the gene coding sequence BrdGl7ACA.
Реакционную смесь разделяют электрофорезом в 1% агарозном геле и выявляют продукт реакции - единичный фрагмент размером около 2,16 т.п.н. Выделенный из агарозного геля фрагмент гидролизуют рестриктазами EcoRI/SacI и клонируют в EcoRI/SacI вектор pET21dR1/Tet (см. пример 5 "Б"). Отбирают тетрациклин-устойчивые трансформанты штамма E.coli JM109 по критерию образования фрагментов размером 2,2 и 6,5 тпн в EcoRI/SacI гидролизатах полученных препаратов плазмидной ДНК.The reaction mixture was separated by electrophoresis on a 1% agarose gel and the reaction product was revealed — a single fragment of about 2.16 kbp. The fragment isolated from the agarose gel was digested with EcoRI / SacI restriction enzymes and the vector pET21dR1 / Tet was cloned into EcoRI / SacI (see Example 5 “B”). Tetracycline-resistant transformants of E. coli strain JM109 were selected according to the criterion for the formation of fragments of 2.2 and 6.5 kb in EcoRI / SacI hydrolysates of the obtained plasmid DNA preparations.
С целью выявления клона, несущего вставку с интактным геном BrdGL7ACA без возможных мутаций, привнесенных за счет ПЦР-амплификации, проверяют способность отобранных плазмид направлять синтез функционально-активной BrdGL7ACA при их переносе в штамм E.coli BL21(DE3) [22].In order to identify a clone carrying an insert with the intact BrdGL7ACA gene without possible mutations introduced by PCR amplification, the ability of the selected plasmids to direct the synthesis of functionally active BrdGL7ACA when transferred to E. coli strain BL21 (DE3) is tested [22].
Для этого индивидуальные трансформанты штамма E.coli BL21(DE3), несущие полученные плазмиды, выращивают на LB-среде, содержащей 10 мкг/мл тетрациклина в объеме 5 мл до ОП600~ 1,0. После этого в культуры вносят ИПТГ до конечной концентрации 1 мкМ для индукции промотора фага Т7 и продолжают культивирование в течение 18 часов при температуре 25-30°С. Клетки собирают центрифугированием и проводят определение активности Gl7ACA-ацилазы, как описано в примере 1. Отобранные "положительные клоны" секвенируют с использованием праймеров T7prom, T7term, brd1, brd2, brd3 и идентифицируют клон, несущий вставку с интактным геном BrdGl7ACA, кодирующая последовательность которого идентична последовательности фрагмента ДНК от положения+103 до положения+2265 определенной кодирующей последовательности гена BrdGl7ACA, приведенной в перечне последовательностей под номером SEQ ID N07. Плазмиду, выделенную из отобранного клона, обозначают pSVH18.For this, individual transformants of E. coli strain BL21 (DE3) carrying the obtained plasmids are grown on LB medium containing 10 μg / ml tetracycline in a volume of 5 ml to an OD600 ~ 1.0. After that, IPTG is added to the cultures to a final concentration of 1 μM to induce the T7 phage promoter and cultivation is continued for 18 hours at a temperature of 25-30 ° C. Cells are harvested by centrifugation and Gl7ACA acylase activity is determined as described in Example 1. Selected “positive clones” are sequenced using T7prom, T7term, brd1, brd2, brd3 primers and a clone carrying the insert with the intact BrdGl7ACA gene is identified, the coding sequence of which is identical the sequence of the DNA fragment from position + 103 to position + 2265 of the specific coding sequence of the BrdGl7ACA gene shown in the sequence list under the number SEQ ID N07. The plasmid isolated from the selected clone is designated pSVH18.
Для получения экспрессирующей BrdGl7ACA плазмиды c репликоном p15A EcoR1/Sac1 фрагмент с геном BrdGl7ACA из плазмиды pSVH18 клонируют в вектор pACТ7 с образованием плазмиды pSVH0106.To obtain a BrdGl7ACA-expressing plasmid with p15A EcoR1 / Sac1 replicon, a fragment with the BrdGl7ACA gene from plasmid pSVH18 is cloned into pACT7 vector to form plasmid pSVH0106.
Пример 7 Получение рекомбинантных штаммов E. coli с использованием плазмид pSVH18 и pSVH0106.Example 7 Obtaining recombinant E. coli strains using plasmids pSVH18 and pSVH0106.
Для получения штаммов-продуцентов рекомбинатной BrdGl7ACA с использованием стандартных методов [18] проводят трансформацию реципиентного штамма E.coli BL21(DE3) [22] полученными рекомбинантными плазмидными ДНК. На чашках с LB средой, содержащей 10 мг/л тетрациклина, отбирают индивидуальные тетрациклин-устойчивые трансформанты, полученные с использованием плазмидной ДНК pSVH18. Первичные трансформанты культивируют в жидкой среде LB, содержащей 10 мг/л тетрациклина, проводят индукцию синтеза BrdGl7ACA с использованием ИПТГ, как описано в примере 6. Один из отобранных клонов обозначают как E.coli BL21(DE3)/pSVH18, выращивают его в 5 мл жидкой среды LB, содержащей 10 мг/л тетрациклина до ОП600~ 5,0, добавляют к культуре равный объем стерильного 30% глицерина, разливают по 500 мкл в стерильные 2 мл пробирки, замораживают и хранят при - 70°С.To obtain producer strains of recombinant BrdGl7ACA using standard methods [18], the recipient strain of E. coli BL21 (DE3) [22] is transformed with the obtained recombinant plasmid DNA. On plates with LB medium containing 10 mg / L tetracycline, individual tetracycline-resistant transformants obtained using pSVH18 plasmid DNA were selected. Primary transformants were cultured in LB liquid medium containing 10 mg / l of tetracycline, BrdGl7ACA synthesis was induced using IPTG as described in Example 6. One of the selected clones was designated as E. coli BL21 (DE3) / pSVH18, grown in 5 ml liquid LB medium containing 10 mg / l tetracycline to OD600 ~ 5.0, add an equal volume of sterile 30% glycerol to the culture, pour 500 μl into sterile 2 ml tubes, freeze and store at -70 ° C.
Аналогичным образом получают первичные трансформанты штамма E.coli BL21(DE3) плазмидой pSVH0106. Индивидуальные канамицин-устойчивые трансформанты выращивают в жидкой среде LB с добавлением 30 мг/л канамицина, проверяют на способность к синтезу функционально активной BrdGl7ACA, отбирают отдельный клон E.coli BL21(DE3)/ pSVH0106 и хранят при - 70°С.In a similar manner, primary transformants of E. coli strain BL21 (DE3) are obtained with plasmid pSVH0106. Individual kanamycin-resistant transformants are grown in LB liquid medium with the addition of 30 mg / L kanamycin, tested for the ability to synthesize functionally active BrdGl7ACA, a separate clone of E. coli BL21 (DE3) / pSVH0106 is selected and stored at - 70 ° C.
Пример 8 Определение уровней продукции рекомбинантной BrdGl7ACA и физиологической стабильности продуцирующей способности рекомбинантных штаммов.Example 8 Determination of production levels of recombinant BrdGl7ACA and physiological stability of the producing ability of recombinant strains.
Для сравнительного количественного определения уровня экспрессии BrdGl7ACA в полученных рекомбинантных штаммах E.coli BL21(DE3)/ pSVH18 и E.coli BL21(DE3)/ pSVH0106 клетки выращивают в колбах Эрленмейера объемом 300 мл в 50 мл LB среды с добавлением соответствующего антибиотика при температуре 25°С до А600 1,0 ОЕ. Далее вносят индуктор - ИПТГ до концентрации 0,2mM и проводят инкубацию в течение 22 часов. Периодически отбирают аликвоты суспензии клеток и используют их для определения роста культуры и активности фермента, как описано в примере 1.For comparative quantitative determination of the BrdGl7ACA expression level in the obtained recombinant E. coli BL21 (DE3) / pSVH18 and E.coli BL21 (DE3) / pSVH0106 recombinant strains, cells are grown in 300 ml Erlenmeyer flasks with the addition of an appropriate antibiotic at a temperature of 25 ° C to A 600 1.0 OE. Next, make the inductor IPTG to a concentration of 0.2mM and incubate for 22 hours. Aliquots of cell suspensions are periodically taken and used to determine culture growth and enzyme activity, as described in Example 1.
Как видно из представленных данных (Таблица 1), активность фермента достигает максимума через 20 часов инкубации; при этом в штамме E.coli BL21(DE3)/ pSVH0106 она существенно выше (максимальное значение составляет 1200 мЕ/мл культуры), чем в штамме E.coli BL21(DE3)/ pSVH18.As can be seen from the data presented (table 1), the enzyme activity reaches a maximum after 20 hours of incubation; while in E. coli strain BL21 (DE3) / pSVH0106 it is significantly higher (the maximum value is 1200 mU / ml culture) than in E. coli strain BL21 (DE3) / pSVH18.
Динамика накопления BrdGl7ACA при культивировании рекомбинантных штаммов E.coli BL21(DE3)/pSVH18 и E.coli BL21(DE3)/pSVH0106Table 1
The dynamics of accumulation of BrdGl7ACA during the cultivation of recombinant strains of E. coli BL21 (DE3) / pSVH18 and E. coli BL21 (DE3) / pSVH0106
5
10
200
5
10
twenty
200
450
800one hundred
200
450
800
150
400
120070
150
400
1200
1,5
2,1
4,81,0
1,5
2.1
4.8
1,7
2,5
5,61,0
1.7
2.5
5,6
Проверку физиологической стабильности продуцирующей активности рекомбинантных штаммов в условиях продолжительного культивирования осуществляют следующим образом.Verification of the physiological stability of the producing activity of recombinant strains under continuous cultivation is as follows.
1. Проводят первый цикл культивирования на среде LB так, как это описано выше, и в конце культивирования определяют активность ацилазы (1-й цикл культивирования, соответствует примерно 30 генерациям).1. The first culture cycle is carried out on LB medium as described above, and at the end of the culture, the acylase activity is determined (the first culture cycle corresponds to about 30 generations).
2. 1 мл культуры, полученной после первого цикла, используют в качестве посевного материала, который вносят в 50 мл свежей среды LB и повторяют весь цикл еше раз (2-й цикл культивирования, примерно 5 генераций).2. 1 ml of the culture obtained after the first cycle is used as seed, which is added to 50 ml of fresh LB medium and the whole cycle is repeated once more (2nd cultivation cycle, approximately 5 generations).
3. Повторяют процедуру еще 4 раза - до 50 генераций.3. Repeat the procedure 4 more times - up to 50 generations.
Как следует из приведенных в Таблице 2 данных, штамм BL21(DE3)/ pSVH0106 обладает более высокой физиологической стабильностью по сравнению со штаммом BL21(DE3)/ pSVH18.As follows from the data in Table 2, strain BL21 (DE3) / pSVH0106 has a higher physiological stability compared to strain BL21 (DE3) / pSVH18.
Физиологическая стабильность продукции BrdGl7ACA в клетках рекомбинантных штаммов E.coli BL21(DE3)/pSVH18 и E.coli BL21(DE3)/pSVH0106table 2
Physiological stability of BrdGl7ACA production in cells of recombinant E. coli BL21 (DE3) / pSVH18 and E. coli BL21 (DE3) / pSVH0106 strains
Пример 9. Характеристика рекомбинантного штамма E.coli BL21(DE3)/pSVH0106Example 9. Characterization of the recombinant E. coli strain BL21 (DE3) / pSVH0106
С учетом того, что удельная активность ацилаз, гомологичных BrdGL7ACA, в среднем составляет около 10000 мЕ/мг белка, выход рекомбинатной BrdGL7ACA в штамме BL21(DE3)/pSVH0106 равен примерно 100 мг белка на литр культуры продуцента. Сопоставление полученных данных с известными ранее литературными сведениями о характеристиках рекомбинантных штаммов E.coli, продуцирующих бактериальные Gl7ACA_ацилазы, позволяют утверждать, что уровень продукции рекомбинантной Gl7ACA_ацилазы в штамме BL21(DE3)/ pSVH0106 не менее чем в 1,5 раза превышает продуктивность известных штаммов [9,12].Given that the specific activity of acylases homologous to BrdGL7ACA is on average about 10,000 mU / mg protein, the yield of recombinant BrdGL7ACA in strain BL21 (DE3) / pSVH0106 is approximately 100 mg of protein per liter of producer culture. A comparison of the obtained data with the previously known literature on the characteristics of recombinant E. coli strains producing bacterial Gl7ACA acylases suggests that the production level of recombinant Gl7ACA acylase in strain BL21 (DE3) / pSVH0106 is at least 1.5 times higher than the productivity of known strains [9 ,12].
Морфологические признакиMorphological features
Клетки имеют продолговатую палочковидную форму, при делении не почкуются.Cells are elongated, rod-shaped, do not bud when dividing.
Культуральные признакиCultural signs
Клетки хорошо растут на обычно используемых питательных средах. Время генерации около 30 мин в жидкой LB-среде. На 2-2,5% питательном агаре "Difco" образуются круглые, гладкие, желтоватые колонии с ровными краями. При выращивании на жидких LB- и YT-средах образуется интенсивная ровная мутность.Cells grow well on commonly used culture media. The generation time is about 30 minutes in a liquid LB medium. On 2-2.5% nutrient agar "Difco" round, smooth, yellowish colonies with smooth edges are formed. When grown on liquid LB and YT media, intense even turbidity forms.
Физиолого-биохимические признакиPhysiological and biochemical characteristics
Оптимальная температура культивирования - от 25 до 30°C, оптимум рН - 7,6. Источником азота служат органические соединения (в виде триптона, дрожжевого экстракта).The optimum cultivation temperature is from 25 to 30 ° C, the optimum pH is 7.6. The source of nitrogen is organic compounds (in the form of tryptone, yeast extract).
Уровень синтеза BrdGL7ACA (по данным определения активности в образцах биомассы штамма-продуцента) составляет около 100 мг/л при титре культуры 1×109 кл/мл.The level of synthesis of BrdGL7ACA (according to the determination of activity in samples of the biomass of the producer strain) is about 100 mg / L with a culture titer of 1 × 10 9 cells / ml.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120603/13A RU2300566C2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120603/13A RU2300566C2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005120603A RU2005120603A (en) | 2007-02-27 |
| RU2300566C2 true RU2300566C2 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=37990177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005120603/13A RU2300566C2 (en) | 2005-07-04 | 2005-07-04 | RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2300566C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642323C2 (en) * | 2016-06-09 | 2018-01-24 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | RECOMBINANT PRODUCER OF HUMAN OMEGA-AMIDASE Nit2 BASED ON ESCHERICHIA COLI |
-
2005
- 2005-07-04 RU RU2005120603/13A patent/RU2300566C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ISHIYE М., NIWA M., Biochim. Biophys. Acta, 1132, 233-239,1992. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2642323C2 (en) * | 2016-06-09 | 2018-01-24 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) | RECOMBINANT PRODUCER OF HUMAN OMEGA-AMIDASE Nit2 BASED ON ESCHERICHIA COLI |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005120603A (en) | 2007-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2178808C2 (en) | Method of 7-aminodesacetoxycephalosporanic acid (7-adca) producing | |
| FI106965B (en) | New biological processes for the preparation of 7-ACA and 7-ADAC | |
| KR20010025039A (en) | Improved in vivo production of cephalosporins | |
| EP0711348B1 (en) | Process for the efficient production of 7-adca via 3-(carboxyethylthio)propionyl-7-adca | |
| WO2005116206A1 (en) | Improved nitrile hydratase | |
| JP4402587B2 (en) | Polypeptide having α-H-α-amino acid amide racemase activity and nucleic acid encoding the same | |
| EP0961825A1 (en) | Mutant penicillin g acylases | |
| CN111117942A (en) | A genetically engineered bacterium producing lincomycin and its construction method and application | |
| CA2045839C (en) | Cloned n-methylhydantoinase | |
| WO1997020053A2 (en) | Improved process for the production of semi-synthetic cephalosporins via expandase activity on penicillin g | |
| RU2300566C2 (en) | RECOMBINANT PLASMID pSVH0106 PROVIDING SYNTHESIS OF Gl7ACA ACYLASE IN Escherichia coli CELLS, RECOMBINANT STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0106 AS PRODUCER OF Gl7ACA ACYLASE | |
| CA2337843A1 (en) | Process for preparing clavam derivatives by using polypeptides having beta-lactam synthetase activity | |
| AU614988B2 (en) | Recombinant dna expression vectors and dna compounds that encode isopenicillin n synthetase from aspergillus nidulans | |
| CA2443377C (en) | D-hydantoinase from ochrobactrum anthropi | |
| RU2388826C2 (en) | RECOMBINANT DNA, WHICH CODES FUNCTIONALLY ACTIVE HYBRID PROTEIN GL7ACA-ACYLASE WITH CHITIN-BINDING DOMAIN (BrdGL7ACA-cbd) AND RECOMBINANT PLASMID pSVH0108, PROVIDING FOR ITS SYNTHESIS IN CELLS Escherichia coli, RECOMBINANT STRAIN Escherichia coli BL21(DE3)/pSVH0108-PRODUCER BrdGL7ACA-cbd | |
| AU2002254519A1 (en) | D-hydantoinase from ochrobactrum anthropi | |
| JPH06233687A (en) | Recombinant dna | |
| EP1348759A1 (en) | Mutated penicillin expandase and process for preparing 7-ADCA using the same | |
| RU2624022C1 (en) | Modified ras gene of escherichia coli bacterium, coding precursor of enzyme with penicillin g acylase activity, recombinant escherichia coli strain - producer of acylase penicillin g and method for microbiological synthesis of this enzyme | |
| EP1675946A1 (en) | Process for producing penicillin | |
| RU2310687C1 (en) | pETTvDAO2 RECOMBINANT PLASMID PROVIDING SYNTHESIS OF YEAST Trigonopsis variabilis D-AMINO ACID OXYDASE (DAO) IN Escherichia coli CELLS AND RECOMBINANT Escherichia coli STRAIN C41(DE3)/pETTvDAO2 AS PRODUCER OF DAO | |
| RU2310688C1 (en) | RECOMBINANT DNA ENCODING FUNCTIONALLY ACTIVE HYBRID PROTEIN OF D-AMINO ACID OXYDASE WITH CHITIN-COUPLING DOMAIN (DAOcbd), pVR1 RECOMBINANT PLASMID PROVIDING SYNTHESIS THEREOF IN Escherichia coli CELLS AND RECOMBINANT Escherichia coli STRAIN C 41 (DE3)/pVR1 AS PRODUCER OF DAOcbd | |
| RU2221868C2 (en) | Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase | |
| KR100270508B1 (en) | Novel cephalosporin diacetylase gene and protein production method using the same | |
| JPH10262674A (en) | Gene coding for alkaline phosphatase |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140705 |