EA035920B1 - Recombinant flagellin extraction and purification process - Google Patents

Recombinant flagellin extraction and purification process Download PDF

Info

Publication number
EA035920B1
EA035920B1 EA201792179A EA201792179A EA035920B1 EA 035920 B1 EA035920 B1 EA 035920B1 EA 201792179 A EA201792179 A EA 201792179A EA 201792179 A EA201792179 A EA 201792179A EA 035920 B1 EA035920 B1 EA 035920B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
flagellin
cells
protein
expression
coli
Prior art date
Application number
EA201792179A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201792179A1 (en
Inventor
Илья Владимирович ДУХОВЛИНОВ
Антон Иосифович ОРЛОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Активные Биосистемы" (Ооо "Абс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Активные Биосистемы" (Ооо "Абс") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Активные Биосистемы" (Ооо "Абс")
Priority to EA201792179A priority Critical patent/EA035920B1/en
Publication of EA201792179A1 publication Critical patent/EA201792179A1/en
Publication of EA035920B1 publication Critical patent/EA035920B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/70Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205Bacterial isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/185Escherichia
    • C12R2001/19Escherichia coli

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to molecular biology and biotechnology and may be used to produce recombinant flagellin. Provided is a method for production of active highly-purified recombinant truncated flagellin characterized by amino acid sequence SEQ ID NO: 1, the method comprises using E.coli BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 producing strain subclone which contains a gene encoding such flagellin with optimized codon composition for expression in E.coli cells, ensuring target protein yield up to 45% from the total protein, cultivating such subclone cells using 0.5 mmol IPTG target gene expression inductor, cell lysing, cell pellet precipitation, protein extraction and purification from supernatant in denaturating conditions using Ni-NTA sepharose. The process allows production of 98% pure flagellin with a yield of 800 mg per liter of culture medium. The flagellin produced by the offered process exhibits high performance in test animal model when administered both before and after irradiation.

Description

Изобретение относится к молекулярной биологии и биотехнологии и может быть использовано для производства рекомбинантного флагеллина.The invention relates to molecular biology and biotechnology and can be used for the production of recombinant flagellin.

Человечество восприимчиво к заболеваниям, вызванным радиацией, токсическими химическими веществами, вирусами и лекарственно-устойчивыми бактериями. Потенциальной эффективностью против таких заболеваний могут обладать вещества, активирующие эндогенные пути защиты организма, в частности, способные быстро индуцировать экспрессию цитопротекторных и/или антимикробных пептидов. Бактериальный белок жгутиков бактерий флагеллин является мощным активатором врожденной иммунной системы. В экспериментах показано, что бактериальный флагеллин, связываясь с TLR5, активирует NF-kB, не вызывая системного воспаления.Humanity is susceptible to diseases caused by radiation, toxic chemicals, viruses and drug-resistant bacteria. Substances that activate endogenous pathways of the body's defense, in particular, capable of rapidly inducing the expression of cytoprotective and / or antimicrobial peptides, can be potentially effective against such diseases. The bacterial flagellum protein of bacteria, flagellin, is a powerful activator of the innate immune system. Experiments have shown that bacterial flagellin binds to TLR5 and activates NF-kB without causing systemic inflammation.

Полипептид CBLB502, полученный из бактериального флагеллина, как показали эксперименты, снижает вред при облучении мышей и приматов, улучшая регенерацию клеток гемопоэза и кишечника. Было показано, что флагеллин оказывает супрессорное воздействие на апоптоз клеток кишечника после воздействия радиацией. Показана эффективность использования рекомбинантного флагеллина в качестве радиопротектора, например, при радиационной терапии онкологических заболеваний, а также в качестве эффективного лекарственного средства при лечении болезни трансплантант против хозяина.The CBLB502 polypeptide, derived from bacterial flagellin, has been shown to reduce the damage caused by irradiation in mice and primates by improving the regeneration of hematopoietic and intestinal cells. Flagellin has been shown to have a suppressive effect on intestinal cell apoptosis after exposure to radiation. The effectiveness of the use of recombinant flagellin as a radioprotector, for example, in radiation therapy of oncological diseases, and also as an effective drug in the treatment of graft versus host disease, has been shown.

Помимо радиопротективных свойств флагеллин, как и другие агонисты TLR, продемонстрировал свою эффективность в экспериментах по иммунотерапии рака. Бактериальный флагеллин и флагеллинэкспрессирующие бактерии (Salmonella) показали противоопухолевый эффект в моделях метастазирования клеток рака поджелудочной железы в печени и кишечнике. Бактериальный флагеллин и его производное полипептид CBLB502 показали противоопухолевый эффект в моделях in vivo. Противоопухолевый эффект опосредован взаимодействием молекулы флагеллина с рецептором TLR5, экспонированным на поверхности опухолевых клеток, что ведет к синтезу таких иммуномодуляторов, как цитокины. Интересно, что агонисты рецептора TLR5, как правило, менее токсичны, чем агонисты других рецепторов TLR (в частности, липополисахаридов - агонистов TRL4), что объясняется тем, что активация TLR5 не индуцирует экспрессию таких цитокинов, как фактор некроза опухоли (TNF), интерлейкин 1 бета (IL1β), ведущих к цитокиновому шторму и последующему воспалению.In addition to radioprotective properties, flagellin, like other TLR agonists, has been shown to be effective in cancer immunotherapy experiments. Bacterial flagellin and flagellin-expressing bacteria (Salmonella) have shown an antitumor effect in models of pancreatic cancer cell metastasis to the liver and intestines. Bacterial flagellin and its derivative CBLB502 polypeptide have shown antitumor effects in in vivo models. The antitumor effect is mediated by the interaction of the flagellin molecule with the TLR5 receptor exposed on the surface of tumor cells, which leads to the synthesis of immunomodulators such as cytokines. Interestingly, agonists of the TLR5 receptor, as a rule, are less toxic than agonists of other TLR receptors (in particular, lipopolysaccharides - TRL4 agonists), which is explained by the fact that TLR5 activation does not induce the expression of cytokines such as tumor necrosis factor (TNF), interleukin 1 beta (IL1β) leading to cytokine storm and subsequent inflammation.

Флагеллин, в зависимости от происхождения из того или иного микроорганизма, различается и состоит из 259-1250 аминокислотных остатков.Flagellin, depending on the origin of a particular microorganism, differs and consists of 259-1250 amino acid residues.

Различия в структуре флагеллина наблюдаются и среди одного бактериального вида. Так, большая часть сероваров Salmonella enterica двухфазные, т.е. у них чередуется экспрессия разных жгутиковых антигенов (фаз). Это обусловлено возможностью нахождения в активном состоянии только 1 из 2 генов флагеллина (fliC и fljB), локализующихся в разных локусах хромосомы [Baker S., Hardy J., Sanderson K.E. et al. A novel linear plasmid mediates flagellar variation in Salmonella Typhi. PLoS Pathog, 2007, 3(5): e59. doi:10.1371/journal.ppat.0030059], FliC - phase 1 flagellin (STF), fljB - phase 2 flagellin (STF2). Данные флагеллины имеют одинаковый N-конец, гомологичный, различающийся на несколько а.о., С-конец, а также различный домен D3.Differences in the structure of flagellin are also observed among one bacterial species. Thus, most of the serovars of Salmonella enterica are biphasic, i.e. they have alternating expression of different flagellar antigens (phases). This is due to the possibility of finding in an active state only 1 of 2 flagellin genes (fliC and fljB), localized at different loci of the chromosome [Baker S., Hardy J., Sanderson K.E. et al. A novel linear plasmid mediates flagellar variation in Salmonella Typhi. PLoS Pathog, 2007, 3 (5): e59. doi: 10.1371 / journal.ppat.0030059], FliC - phase 1 flagellin (STF), fljB - phase 2 flagellin (STF2). These flagellins have the same N-terminus, homologous, differing by several amino acid residues, the C-terminus, as well as a different D3 domain.

Известно получение FliC с использованием штамма на основе клеток E.coli BL21(DE3) и плазмидной ДНК pET151D-TOPO, в которую введен ген, кодирующий флагеллин, дополнительно кодирующий последовательность полигистидина на N-конце для удобства очистки с помощью металлохелатной хроматографии, а также сайт узнавания антителом V5 и сайт гидролиза протеиназой TEV (патент РФ №2524133). Рекомбинантный флагеллин составляет 37% общего белка клеточного лизата при индукции 0,2% лактозой. Рекомбинантный флагеллин очищали из клеточных лизатов методом металлохелатной хроматографии с последующим диализом. Чистота выделенного флагеллина составила не менее 97% по результатам электрофореза в полиакриламидном геле с последующей денситометрией. Исследование активности проводилось на линии клеток.It is known to obtain FliC using a strain based on E. coli BL21 (DE3) cells and plasmid DNA pET151D-TOPO, into which a gene encoding flagellin is introduced, which additionally encodes a polyhistidine sequence at the N-terminus for ease of purification using metal chelate chromatography, as well as a site recognition by the V5 antibody and the site of hydrolysis by proteinase TEV (RF patent No. 2524133). Recombinant flagellin makes up 37% of the total protein of the cell lysate upon induction with 0.2% lactose. Recombinant flagellin was purified from cell lysates by metal chelate chromatography followed by dialysis. The purity of the isolated flagellin was not less than 97% based on the results of polyacrylamide gel electrophoresis followed by densitometry. The study of activity was carried out on a cell line.

Однако получить активность флагеллина возможно и при использовании его фрагментов. В статье Гребенюк А.Н. и др., 2013 г., описаны неплохие результаты усеченной формы флагеллина, представленной слитыми через гибкий мостик N- и С-концевыми доменами FliC (Гребенюк А.Н., Аксенова Н.В., Петров А.В., Аль-Шехадат Р.И., Климов Н.А., Симбирцев А.С. Получение различных вариантов рекомбинантного флагеллина и оценка их радиозащитной эффективности. Вестник Российской ВоенноМедицинской академии, - № 3 (43), 2013 г., с. 75-80). Данный флагеллин клонирован в клетках Е. coli BL21 [DE3]Star (Invitrogen) с использованием плазмидной ДНК pET302/NT-His (Invitrogen). Выход белка при индукции (индуцировали 0,2% лактозой) не указан. Очистка осуществлялась с использованием металлохелатной хроматографии. Исследование активности проводилось на линии клеток и мышах.However, flagellin activity can also be obtained using its fragments. In the article Grebenyuk A.N. et al., 2013, described the good results of the truncated form of flagellin, represented by the FliC N- and C-terminal domains fused through the flexible bridge (Grebenyuk A.N., Aksenova N.V., Petrov A.V., Al-Shekhadat R.I., Klimov N.A., Simbirtsev A.S. Obtaining various variants of recombinant flagellin and assessing their radioprotective effectiveness. Bulletin of the Russian Military Medical Academy, - No. 3 (43), 2013, pp. 75-80). This flagellin was cloned into E. coli BL21 [DE3] Star cells (Invitrogen) using pET302 / NT-His plasmid DNA (Invitrogen). The protein yield upon induction (induced by 0.2% lactose) is not indicated. Purification was carried out using metal chelate chromatography. The study of activity was carried out on cell lines and mice.

Способы получения флагеллина, в том числе активного, в промышленных количествах не известны.Methods for producing flagellin, including active, in industrial quantities are not known.

Задачей, решаемой авторами, являлось создание технологии, позволяющей получать активный рекомбинантный флагеллин в промышленных количествах. Уровень продукции для эффективного промышленного производства по общепринятому параметру - не менее 20%. Таким образом, при оптимизации технологии получения фармацевтической субстанции необходимо было добиться получения целевого белка в количестве не менее 20% от общего белка.The problem solved by the authors was the creation of a technology that makes it possible to obtain active recombinant flagellin in industrial quantities. The level of production for efficient industrial production according to the generally accepted parameter is not less than 20%. Thus, when optimizing the technology for producing a pharmaceutical substance, it was necessary to obtain the target protein in an amount of at least 20% of the total protein.

Для этого был создан штамм на основе клеток E.coli BL21 (DE3) и плазмидной ДНК рЕТ1510ТОРО, в которую введен ген, кодирующий усеченный флагеллин, охарактеризованный последовательноFor this, a strain was created based on E. coli BL21 (DE3) cells and plasmid DNA pET1510TOPO, into which the gene encoding truncated flagellin was introduced, characterized sequentially

- 1 035920 стью аминокислот SEQ ID NO.:1, оптимизированный по кодонному составу для экспрессии в клетках E.coli. Среди выросших клонов выбран наиболее продуктивный - таковой, обеспечивающий наибольший выход флагеллина, - 45%, при индукции 0.2% лактозой. При дальнейшей наработке выход белка составил 800 мг с 1 л питательной среды при культивировании в ферментере на 10 и 50 л с индукцией экспрессии целевого белка 0,5 мМ ИПТГ. При очистке с использованием иммобилизованной металлоаффинной хроматографии и сорбента Ni-NTA сефарозы в денатурирующих условиях удалось получить выход 800 мг с 1 л питательной среды.- 1,035,920 amino acids SEQ ID NO.:1, codon-optimized for expression in E. coli cells. Among the grown clones, the most productive was chosen - the one that provides the highest flagellin yield - 45%, with induction with 0.2% lactose. With further development, the protein yield was 800 mg per 1 L of the nutrient medium during cultivation in a 10 and 50 L fermenter with induction of the target protein expression with 0.5 mM IPTG. Purification using immobilized metal-affinity chromatography and Ni-NTA Sepharose sorbent under denaturing conditions resulted in a yield of 800 mg per 1 liter of nutrient medium.

Технический результат от использования технологии - в получении активного высокоочищенного флагеллина в промышленных количествах. Данный технический эффект достигается благодаря использованию наиболее продуктивного субклона клеток штамма-продуцента флагеллина, в том числе за счет кодонной оптимизации целевого гена для экспрессии в клетках E.coli, использованию подходящего индуктора, выделению и очистке фармацевтической субстанции из биомассы штамма-продуцента в денатурирующих условиях с использованием определенного сорбента.The technical result from the use of the technology is to obtain an active highly purified flagellin in industrial quantities. This technical effect is achieved through the use of the most productive cell subclone of the flagellin-producing strain, including through the codon optimization of the target gene for expression in E. coli cells, the use of a suitable inductor, isolation and purification of the pharmaceutical substance from the biomass of the producer strain under denaturing conditions with using a specific sorbent.

Технический результат от использования технологии выражается также в расширении спектра способов получения флагеллина, что немаловажно, учитывая широкий спектр применения и значимость данного белка, а также учитывая, что длительное применение одного препарата белка может вызвать в организме уменьшение чувствительности к нему.The technical result from the use of the technology is also expressed in expanding the range of methods for producing flagellin, which is important, given the wide range of applications and the significance of this protein, and also considering that prolonged use of one protein preparation can cause a decrease in sensitivity to it in the body.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Предложен способ получения активного высокоочищенного рекомбинантного флагеллина, охарактеризованного последовательностью аминокислот SEQ ID NO.:1, заключающийся в том, что используют субклон штамма-продуцента E.coli BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27, содержащего ген, кодирующий такой флагеллин, оптимизированный по кодонному составу для экспрессии в клетках E.coli, обеспечивающий выход целевого белка до 45% от общего белка, культивируют клетки такого субклона с использованием индуктора экспрессии целевого гена 0,5 мМ ИПТГ, лизируют клетки, осаждают клеточные осадки, осуществляют выделение и очистку белка из супернатанта в денатурирующих условиях с использованием Ni-NTA сефарозы.A method for producing an active highly purified recombinant flagellin characterized by the amino acid sequence SEQ ID NO.:1 is proposed, which consists in using a subclone of the E. coli BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 producing strain containing a gene encoding such a flagellin optimized by codon the composition for expression in E. coli cells, providing the target protein yield up to 45% of the total protein, cells of such a subclone are cultured using the target gene expression inductor 0.5 mM IPTG, cells are lysed, cell pellets are precipitated, protein is isolated and purified from the supernatant under denaturing conditions using Ni-NTA Sepharose.

Оптимизация по кодонному составу для организма экспрессии целевого гена может быть осуществлена вручную, либо с использованием специализированного программного обеспечения, например, на сайте molbiol.ru, либо encorbio.com/protocols/Codon.htm, на основе аминокислотной последовательности белка. Последовательность расположения элементов в плазмидной ДНК понятна среднему специалисту в данной области.Optimization for the codon composition for the organism of the target gene expression can be performed manually, or using specialized software, for example, at molbiol.ru, or encorbio.com/protocols/Codon.htm, based on the amino acid sequence of the protein. The sequence of the elements in the plasmid DNA is clear to the average person skilled in the art.

Использован штамм Escherichia coli BL21 (DE3)/pET151D-TOPO - продуцент флагеллина, на основе клеток Escherichia coli BL21 (DE3), трансформированных плазмидной ДНК pET151/D-T0P0, кодирующей целевой белок.Used strain Escherichia coli BL21 (DE3) / pET151D-TOPO - producer of flagellin, based on Escherichia coli BL21 (DE3) cells, transformed with plasmid DNA pET151 / D-T0P0, encoding the target protein.

Технология получения флагеллина описана более подробно в примерах.The technology for obtaining flagellin is described in more detail in the examples.

Авторами настоящего изобретения проведены лабораторные исследования, подтверждающие возможность реализации охарактеризованного изобретения. Полученные результаты исследований проиллюстрированы следующими примерами.The authors of the present invention carried out laboratory studies confirming the possibility of implementing the described invention. The obtained research results are illustrated by the following examples.

Пример 1. Создание наиболее продуктивного клона штамма-продуцента флагеллина 1.1. Создание нуклеотидной последовательности, кодирующей флагеллинExample 1. Creation of the most productive clone of the flagellin-producing strain 1.1. Creation of a nucleotide sequence encoding flagellin

Аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1, характеризующую усеченный флагеллин, переводили в нуклеотидную с одновременной кодонной оптимизацией для экспрессии в клетках E.coli с использованием программы на сайте molbiol.ru и добавлением старт- и стоп-кодона, а также сайтов рестрикции, фланкирующих получаемый ген. Рассчитанную нуклеотидную последовательность синтезировали химическим методом с помощью синтезатора ДНК ASM-800 (БИОССЕТ, Россия).The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, characterizing the truncated flagellin, was converted into a nucleotide sequence with simultaneous codon optimization for expression in E. coli cells using the program at the molbiol.ru website and adding a start and stop codon, as well as restriction sites flanking the resulting gene. The calculated nucleotide sequence was synthesized chemically using an ASM-800 DNA synthesizer (BIOSET, Russia).

1.2. Создание плазмидной ДНК pET151/D-TOPO_F271.2. Creation of plasmid DNA pET151 / D-TOPO_F27

Полученный фрагмент ДНК, а также вектор pET151/D-TOPO (Invitrogen, США) обрабатывали соответствующими рестриктазами по инструкции к данным ферментам. Далее полученные фрагменты очищали с использованием препаративного электрофореза и использовались в реакции лигирования.The resulting DNA fragment, as well as the pET151 / D-TOPO vector (Invitrogen, USA), were treated with the appropriate restriction enzymes according to the instructions for these enzymes. Then the obtained fragments were purified using preparative electrophoresis and used in the ligation reaction.

Осуществляли реакцию лигирования очищенного рестрицированного фрагмента ДНК в очищенный рестрицированный вектор. Реакционная смесь содержала 2 мкл очищенного рестрицированного фрагмента ДНК, 3,5 мкл 10Х буфера для лигазы (1X буфер содержит 10 мМ Tris-HCl (pH 7,5 при 37°С), 10 мМ MgCl2, 50 мМ NaCl, 0,1 мг/мл бычий сывороточный альбумин (БСА)) (Thermo Fisher Scientific Inc.), 3,5 мкл 50% полиэтиленгликоля 4000, 1 мкл рестрицированного вектора, 5 мкл Т4 лигазы (Thermo Fisher Scientific Inc.). Реакционная смесь доводилась до 35 мкл безнуклеазной водой и инкубировалась при 22°С в течение 4 ч. Ферментативная реакция останавливалась инкубацией реакционной смеси при 65°С в течение 15 мин.A ligation reaction of the purified restriction DNA fragment into the purified restriction vector was performed. The reaction mixture contained 2 μl of purified restricted DNA fragment, 3.5 μl of 10X ligase buffer (1X buffer contains 10 mM Tris-HCl (pH 7.5 at 37 ° C), 10 mM MgCl 2 , 50 mM NaCl, 0.1 mg / ml bovine serum albumin (BSA)) (Thermo Fisher Scientific Inc.), 3.5 μl 50% polyethylene glycol 4000, 1 μl restriction vector, 5 μl T4 ligase (Thermo Fisher Scientific Inc.). The reaction mixture was brought to 35 μL with non-nuclease water and incubated at 22 ° C for 4 h. The enzymatic reaction was stopped by incubating the reaction mixture at 65 ° C for 15 min.

Смесь очищали от солей диализом на нитроцелюлозных фильтрах с диаметром пор 0,025 мкм (Millipore, США). Диализ проводили против раствора, содержащего 0,5 мМ ЭДТА в 10% глицерине, в течение 10 мин.The mixture was purified from salts by dialysis on nitrocellulose filters with a pore diameter of 0.025 μm (Millipore, USA). Dialysis was performed against a solution containing 0.5 mM EDTA in 10% glycerol for 10 minutes.

- 2 035920- 2 035920

1.3. Создание штамма на основе клеток Escherichia coli DH10B/R для амплификации полученной плазмидной ДНК1.3. Creation of a strain based on Escherichia coli DH10B / R cells for amplification of the obtained plasmid DNA

Подготавливали компетентные клетки Escherichia coli штамма DH10B/R (Gibko BRL, США) с генотипом F-mcrA Δ(mrr-hsdRMS-mcrBC) <p80dlacZAM 15 AlacX74 deoR recA1 endA1 araD139 Δ(ara,leu)769 galU galK/- rpsL nupG, и далее осуществляли их трансформацию полученной лигазной смесью.Competent cells of Escherichia coli strain DH10B / R (Gibko BRL, USA) with genotype F-mcrA Δ (mrr-hsdRMS-mcrBC) <p80dlacZAM 15 AlacX74 deoR recA1 endA1 araD139 Δ (ara, leu) 7 r69 galL galU nK / and then carried out their transformation with the resulting ligase mixture.

Подготавливали клетки Е. coli для трансформации полученной плазмидной ДНК -получали компетентные клетки - следующим образом. Инкубировали клетки при +37°С в течение 16 ч в 5 мл L-бульона, содержащего 1% триптон, 1% дрожжевой экстракт и 1% натрий хлористый. Разводили культуру свежим L-бульоном в 50-100 раз и выращивали на качалке при +37°С до оптической плотности 0,2-0,3 при длине волны 590 нм. При достижении оптической плотности более 0,3 культуру разводили свежим L-бульоном до оптической плотности 0,1 и растили 30 мин. Переносили 100 мл культуры в стерильную центрифужную пробирку и осаждали клетки при +4°С на 5000g в течение 10 мин. Супернатант сливали, клетки ресуспендировали в 50 мл 0,1 М CaCl2, охлажденного на льду. Инкубировали клетки 20 мин на льду. Осаждали клетки в течение 10 мин. при 5000 об./мин, +4°С. Супернатант сливали, клетки ресуспендировали в 3 мл 0,1 М CaCl2, охлажденного на льду.E. coli cells were prepared for transformation with the resulting plasmid DNA - competent cells were obtained - as follows. The cells were incubated at + 37 ° C for 16 h in 5 ml of L-broth containing 1% tryptone, 1% yeast extract, and 1% sodium chloride. The culture was diluted with fresh L-broth 50-100 times and grown on a shaker at + 37 ° C to an optical density of 0.2-0.3 at a wavelength of 590 nm. Upon reaching an optical density of more than 0.3, the culture was diluted with fresh L-broth to an optical density of 0.1 and grown for 30 min. Transferred 100 ml of culture into a sterile centrifuge tube and pelleted cells at + 4 ° C at 5000g for 10 min. The supernatant was discarded, the cells were resuspended in 50 ml of 0.1 M CaCl 2 , cooled on ice. The cells were incubated on ice for 20 min. The cells were pelleted for 10 min. at 5000 rpm, + 4 ° С. The supernatant was discarded, the cells were resuspended in 3 ml of 0.1 M CaCl 2 , cooled on ice.

Трансформацию полученных компетентных клеток осуществляли методом электропорации. Использовали электропоратор Eporator (Eppendorf, Германия) и стерильные кюветы для электропорации (Eppendorf, Германия), объемом 100 мкл, щель 1 мм.The resulting competent cells were transformed by electroporation. We used an Eporator electroporator (Eppendorf, Germany) and sterile electroporation cuvettes (Eppendorf, Germany), 100 μL, 1 mm slit.

К 12 мкл компетентных клеток добавляли 1 мкл десятикратно разведенной лигазной смеси, осуществляли перемешивание и перенос в кювету, которую помещали в электропоратор. Трансформацию проводили при электрическом импульсе напряженностью 1,7 кВ длительностью 5 мс. После трансформации клетки помещали в 1 мл SOC-среды (2% бактотриптон; 0,5% дрожжевой экстракт; 10 мМ NaCl; 2,5 мМ KCl; 10 мМ MgCl2, 10 мМ MgSO4; 20 мМ глюкоза) и инкубировали в течение 40 мин при 37°С, после чего вмазывали в LB-агар с антибиотиком на чашке Петри и инкубировали 16 ч при 37°С.To 12 μl of competent cells, 1 μl of a tenfold diluted ligase mixture was added, mixing and transferring to a cuvette, which was placed in an electroporator. The transformation was carried out with an electrical pulse of 1.7 kV with a duration of 5 ms. After transformation, the cells were placed in 1 ml of SOC medium (2% bactotrypton; 0.5% yeast extract; 10 mM NaCl; 2.5 mM KCl; 10 mM MgCl 2 , 10 mM MgSO 4 ; 20 mM glucose) and incubated for 40 min at 37 ° С, after which it was embedded in LB-agar with antibiotic on a Petri dish and incubated for 16 h at 37 ° С.

Выросшие на чашке Петри с ампициллином клоны E.coli анализировали на наличие используемой в настоящем эксперименте плазмидной ДНК, с одновременным переносом анализируемых клонов клеток E.coli на отдельные чашки Петри с селективной средой. Из таких клонов выделяли плазмидную ДНК и анализировали секвенированием с использованием специфичных праймеров. Это позволило отобрать клоны-продуценты разработанной плазмидной ДНК. Данные штаммы использовали для получения плазмидной ДНК pET151/D-TOPO_F27.Clones of E. coli grown on a Petri dish with ampicillin were analyzed for the presence of plasmid DNA used in the present experiment, with the simultaneous transfer of the analyzed clones of E. coli cells to separate Petri dishes with a selective medium. Plasmid DNA was isolated from such clones and analyzed by sequencing using specific primers. This made it possible to select clones-producers of the developed plasmid DNA. These strains were used to obtain plasmid DNA pET151 / D-TOPO_F27.

1.4. Получение плазмидной ДНК pET151/D-TOPO_F271.4. Obtaining plasmid DNA pET151 / D-TOPO_F27

Наработку и выделение плазмидной ДНК осуществляли следующим образом. Единичную колонию клеток продуцента плазмид E.coli, выращенную на LB-агаре в чашке Петри с добавлением ампициллина, инокулировали в стандартную жидкую среду LB (Gibko BRL, США), 2-10 мл, содержащую ампициллин в концентрации 50 мкг/мл, и осуществляли ферментацию при 37°С в термостатированном шейкере роторного типа в течение 16 ч при 250 об./мин. Полученную культуру бактериальных клеток осаждали центрифугированием при 4000g в течение 10 мин при +4°С. Удаляли супернатант и из осадка клеток выделяли плазмидную ДНК с помощью набора для выделения плазмидной ДНК (Цитокин, Россия), по инструкции к набору. Выделенную плазмидную ДНК анализировали электрофорезом в 0,8%-ном агарозном геле.The production and isolation of plasmid DNA was carried out as follows. A single colony of E. coli plasmid producer cells grown on LB agar in a Petri dish supplemented with ampicillin was inoculated into a standard liquid LB medium (Gibko BRL, USA), 2-10 ml, containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml, and carried out fermentation at 37 ° C in a thermostated rotary shaker for 16 hours at 250 rpm. The resulting culture of bacterial cells was precipitated by centrifugation at 4000g for 10 min at + 4 ° C. The supernatant was removed and plasmid DNA was isolated from the cell pellet using a kit for the isolation of plasmid DNA (Cytokin, Russia), according to the instructions for the kit. The isolated plasmid DNA was analyzed by electrophoresis in 0.8% agarose gel.

1.5. Создание штамма-продуцента флагеллина1.5. Creation of a flagellin-producing strain

Выделенной согласно описанной выше методике плазмидной ДНК pET151/D-TOPO F27 трансформировали клетки E.coli штамма BL21 (DE3) (Invitrogen, USA), с генотипом F- ompT hsdSB (rB-mB-) gal dcm rne131 (DE3), содержащие в геноме /De3 лизоген и мутацию rne131. Мутированный ген me (rne131) кодирует усеченную форму РНКазы Е, что уменьшает внутриклеточное разрушение мРНК, приводя к увеличению ее ферментативной стабильности. Ion- и ompT-мутации по генам протеаз позволяют получать непротеолизированные рекомбинантные белки в больших количествах.The plasmid DNA pET151 / D-TOPO F27 isolated according to the above method was transformed into cells of E. coli strain BL21 (DE3) (Invitrogen, USA), with genotype F-ompT hsdSB (rB-mB-) gal dcm rne131 (DE3), containing genome / De3 lysogen and rne131 mutation. The mutated gene me (rne131) encodes a truncated form of RNase E, which reduces intracellular destruction of mRNA, leading to an increase in its enzymatic stability. Ion- and ompT-mutations in the protease genes make it possible to obtain non-proteolyzed recombinant proteins in large quantities.

Получали компетентные клетки E.coli BL21(DE3) и трансформировали их полученной плазмидной ДНК как описано выше, вместо десятикратно разведенной лигазной смеси использовали раствор плазмиды в воде. Выросшие клоны проверяли на наличие целевой плазмидной ДНК с использованием секвенирования выделенной плазмидной ДНК.Received competent cells E. coli BL21 (DE3) and transformed them with the obtained plasmid DNA as described above, instead of a tenfold diluted ligase mixture used a solution of the plasmid in water. The grown clones were checked for the presence of the target plasmid DNA using sequencing of the isolated plasmid DNA.

1.6. Выявление наиболее продуктивного клона штамма-продуцента флагеллина1.6. Identification of the most productive clone of the flagellin-producing strain

Ночную культуру исследуемых клеток выращивали в минимальном объеме LB. На следующий день ночную культуру вносили в соотношении 1:100 в 100 мл жидкой питательной среды. Измерение оптической плотности осуществляли на спектрофотометре при длине волны 600 нм. В период лог-фазы экспоненциального роста клеток делали высевы через каждые 15 мин на твердую питательную среду с ампициллином, 100 мкг/мл (селективная среда) и без антибиотика.The overnight culture of the studied cells was grown in a minimal volume of LB. The next day, the overnight culture was added in a ratio of 1: 100 to 100 ml of liquid nutrient medium. The optical density was measured on a spectrophotometer at a wavelength of 600 nm. During the log phase of exponential cell growth, inoculations were made every 15 min on a solid nutrient medium with ampicillin, 100 μg / ml (selective medium) and without an antibiotic.

Строили кривую зависимости количества клеток от времени в полулогарифмических координатах. По кривой определяли время удвоения числа клеток (период генерации). Производили подсчет количества клеток, содержащих плазмиду (колонии, выросшие на селективной среде) относительно общего числа клеток (количество колоний на среде без антибиотика) до и после удвоения клеток. ВычислялиConstructed a curve of the dependence of the number of cells on time in semi-logarithmic coordinates. The time of doubling the number of cells (generation period) was determined from the curve. The number of cells containing the plasmid (colonies grown on the selective medium) was counted relative to the total number of cells (the number of colonies on the medium without antibiotic) before and after cell doubling. Calculated

- 3 035920 количество клеток, потерявших плазмиду, и сопоставляли с общим числом клеток.- 3035920 the number of cells that have lost the plasmid, and compared with the total number of cells.

Стабильность клона вычисляли на основании следующей математической модели.Clone stability was calculated based on the following mathematical model.

Пусть N - число клеток, содержащих плазмиду, n- число удвоений (каждое удвоение имеет определенный период времени). Тогда количество клеток в какой-то момент времени -Nn Let N - the number of cells containing the plasmid, n - the number of doublings (each doubling has a certain period of time). Then the number of cells at some point in time -N n

Пусть р - количество клеток, теряющих плазмиду за одну генерацию, выраженное в долях. Тогда количество клеток, содержащих плазмиду, - N(1-p)n .Let p be the number of cells losing the plasmid in one generation, expressed in fractions. Then the number of cells containing the plasmid is N (1-p) n .

Допустим, нас интересует, через сколько делений половина клеток потеряет плазмиду, то есть N(1-p)n= N/2.Let's say we are interested in how many divisions half of the cells will lose the plasmid, that is, N (1-p) n = N / 2.

Отсюда n = log (1-p) 1/2.Hence n = log ( 1-p ) 1/2.

Таким образом, если потеря плазмиды составляет 5% за генерацию, то через n = log 0,95 1/2 = -13,5 делений половина клеток не будет содержать плазмиды. Минус означает, что идет процесс уменьшения числа плазмид в растущей массе клеток.Thus, if the loss of the plasmid is 5% per generation, then after n = log 0 , 95 1/2 = -13.5 divisions, half of the cells will not contain the plasmid. Minus means that there is a process of decreasing the number of plasmids in the growing mass of cells.

Показано, что процент клеток, теряющих плазмиду за одну генерацию в логарифмической фазе в различных выбранных клонах штамма-продуцента существенно различается. Наибольшая стабильность зафиксирована в клоне номер 4.It was shown that the percentage of cells losing the plasmid in one generation in the logarithmic phase in different selected clones of the producer strain significantly differs. The greatest stability is recorded in clone 4.

Далее этот клон рассевали истончающим штрихом на чашки Петри, и были получены субклоны штамма E.coli BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 для анализа уровня экспрессии целевого гена. Всего в последующей работе использовалось 4 субклона штамма 4-4-1, 4-2, 4-3, 4-4 соответственно.Further, this clone was plated with a thinning streak on Petri dishes, and subclones of the E. coli BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 strain were obtained to analyze the level of expression of the target gene. In total, in the subsequent work, 4 subclones of the strain 4-4-1, 4-2, 4-3, 4-4 were used, respectively.

Индукцию экспрессии рекомбинантных белков в выбранных субклонах осуществляли следующим образом:The expression of recombinant proteins in the selected subclones was induced as follows:

Инкубировали клетки при +37°С на качалке в течение 16 ч в 10 мл LB среды (1% триптон, 1% дрожжевой экстракт и 1% натрий хлористый). Разводили культуру свежей LB средой в 50 раз и выращивали на качалке при +37°С до достижения культурой клеток оптической плотности 0.6-0.8 оптических единиц при длине волны 600 нм. После этого осуществляли индукцию экспрессии рекомбинантных белков с помощью добавления ИИ!'Г к культуре до конечной концентрации 1 мМ. Оставляли на 8 ч для определения уровня экспрессии белка. Для этого отбирали аликвоты клеток через 8 ч после добавления ИПТГ. Оставшиеся клетки концентрировали с помощью центрифугирования.The cells were incubated at + 37 ° C on a shaker for 16 h in 10 ml of LB medium (1% tryptone, 1% yeast extract, and 1% sodium chloride). The culture was diluted with fresh LB medium 50 times and grown on a shaker at + 37 ° C until the cell culture reached an optical density of 0.6-0.8 optical units at a wavelength of 600 nm. After that, the induction of expression of recombinant proteins was carried out by adding RI! 'G to the culture to a final concentration of 1 mM. It was left for 8 h to determine the level of protein expression. For this, aliquots of cells were taken 8 h after addition of IPTG. The remaining cells were concentrated by centrifugation.

Контроль экспрессии осуществляли с помощью диск-электрофореза аликвот клеток после индукции. Электрофорез клеточных лизатов проводили в 12,5%-ном ПААГ в денатурирующих условиях в неоднородной (ступенчатой) буферной системе (диск-электрофорез) с использованием на стадии концентрирования образца механизма изотахофореза.Expression control was performed by disc electrophoresis of aliquots of cells after induction. Electrophoresis of cell lysates was performed in 12.5% PAGE under denaturing conditions in a heterogeneous (stepwise) buffer system (disk electrophoresis) using the isotachophoresis mechanism at the stage of sample concentration.

Лизаты клеток готовили из 1 мл клеточной культуры следующим способом: осаждали клетки центрифугированием и ресуспензировали в 100 мкл буфера (0,2М трис-HCl рН 7,5; 0,2М NaCl; 0,01М ацетат натрия; 0,01М β-меркаптоэтанол и 5% - глицерин), после чего кипятили десять минут. Полученный лизат использовали для анализа белкового состава.Cell lysates were prepared from 1 ml of cell culture in the following way: the cells were precipitated by centrifugation and resuspended in 100 μl of buffer (0.2 M Tris-HCl pH 7.5; 0.2 M NaCl; 0.01 M sodium acetate; 0.01 M β-mercaptoethanol and 5% - glycerin), then boiled for ten minutes. The resulting lysate was used to analyze the protein composition.

Полученные электрофореграммы были использованы для определения уровня экспрессии целевого белка относительно общих клеточных белков с помощью компьютерной программы TotalLab.The obtained electropherograms were used to determine the level of expression of the target protein relative to total cellular proteins using the TotalLab computer program.

На основании полученных данных для последующей работы был выбран субклон штаммапродуцента 4-2, который обеспечил уровень синтеза 35% целевого белка от общего белка.Based on the data obtained, the subclone of the producer strain 4-2 was selected for subsequent work, which provided a level of synthesis of 35% of the target protein from the total protein.

Пример 2. Индукция экспрессии целевого гена с использованием полученного субклона штаммапродуцента флагеллинаExample 2. Induction of the expression of the target gene using the obtained subclone of the flagellin producer strain

Индукцию экспрессии получали и с использованием ИПТГ, и 0,2% лактозы.Expression induction was obtained using both IPTG and 0.2% lactose.

2.1. индукция в объемах для лабораторной работы2.1. induction in laboratory volumes

2.1.1. при индукции синтеза флагеллина 0.2% лактозой по методу Штудиера2.1.1. upon induction of flagellin synthesis by 0.2% lactose according to the Studier method

Для культивирования полученного субклона штамма-продуцента использовали стандартную агаризованную LB-среду, содержащую ампициллин в концентрации 50 мкг/мл и глюкозу в концентрации 1% для блокирования неспецифической экспрессии.For the cultivation of the obtained subclone of the producer strain, we used a standard agar LB medium containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml and glucose at a concentration of 1% to block non-specific expression.

Индукцию экспрессии проводили при достижении культурой клеток оптической плотности 0.6-0.8 оптических единиц при длине волны 600 нм.Expression was induced when the cell culture reached an optical density of 0.6-0.8 optical units at a wavelength of 600 nm.

Для автоиндукции экспрессии по методу Штудиера использовали среду PYP-5052, состоящую из 1% пептона (Gibco, США), 0.5% дрожжевого экстракта (Gibco, США), 50 мМ Na2HPO4, 50 мМ K2HPO4, 25 мМ (NH4)2SO4, 2 мМ MgSO4, 0.5% глицерола, 0.05% глюкозы и 0.2% лактозы, в качестве индуктора использовали 0.2% лактозу (Studier FW. Protein production by auto-induction in high density shaking cultures. Protein Expr Purif. 2005 May; 41(1): 207-34).For autoinduction of expression by the Studier method, PYP-5052 medium was used, consisting of 1% peptone (Gibco, USA), 0.5% yeast extract (Gibco, USA), 50 mM Na 2 HPO 4 , 50 mM K 2 HPO 4 , 25 mM ( NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.5% glycerol, 0.05% glucose and 0.2% lactose, 0.2% lactose was used as an inducer (Studier FW. Protein production by auto-induction in high density shaking cultures. Protein Expr Purif . 2005 May; 41 (1): 207-34).

В среду PYP-5052, содержащую ампициллин в концентрации 50 мкг/мл, инокулировали единичную колонию штамма-продуцента (варианта). Ферментацию проводили при +37°С в термостатированном шейкере роторного типа при 250 об/мин в течение 14 ч до отсутствия существенного изменения ОП600 за 1 ч. Отбирали аликвоту на анализ экспрессии гена, кодирующего флагеллин, методом электрофореза в ПААГ, каждый час, по окончании индукции биомассу осаждали центрифугированием при 9000 g.A single colony of the producer strain (variant) was inoculated into the PYP-5052 medium containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml. Fermentation was carried out at + 37 ° C in a thermostated rotary shaker at 250 rpm for 14 h until there was no significant change in OD 600 for 1 h. An aliquot was taken for analysis of the expression of the gene encoding flagellin by electrophoresis in PAGE, every hour, the end of the induction, the biomass was precipitated by centrifugation at 9000 g.

2.1.2. при индукции синтеза флагеллина ИПТГ2.1.2. upon induction of flagellin synthesis by IPTG

Индукцию экспрессии гена с использованием ИПТГ осуществляли следующим образом. Инкубиро- 4 035920 вали клетки единичной колонии субклона штамма-продуцента при +37°С в термостатированном шейкере роторного типа при 250 об/мин в течение 16 ч в LB среде (1% триптон, 1% дрожжевой экстракт и 1% натрий хлористый), содержащей ампициллин в концентрации 50 мкг/мл. Разводили культуру свежей LB средой в 50 раз и выращивали в термостатированном шейкере роторного типа при 250 об./мин +37°С до достижения культурой клеток оптической плотности 0.6-0.8 оптических единиц при длине волны 600 нм. После этого осуществляли индукцию экспрессии рекомбинантного гена добавлением ИПТГ к культуре до конечной концентрации 0,5 и 1 мМ. Индукцию проводили в течение 14 ч, отбирали пробу для анализа с использованием SDS-PAGE каждый час, по окончании индукции биомассу осаждали центрифугированием.The induction of gene expression using IPTG was carried out as follows. The cells of a single colony of the producer strain subclone were incubated at + 37 ° C in a thermostated rotary shaker at 250 rpm for 16 h in LB medium (1% tryptone, 1% yeast extract, and 1% sodium chloride), containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml. The culture was diluted with fresh LB medium 50 times and grown in a thermostated rotary shaker at 250 rpm + 37 ° C until the cell culture reached an optical density of 0.6-0.8 optical units at a wavelength of 600 nm. Thereafter, the induction of expression of the recombinant gene was carried out by adding IPTG to the culture to a final concentration of 0.5 and 1 mM. The induction was carried out for 14 hours, a sample was taken for analysis using SDS-PAGE every hour, after the end of the induction, the biomass was precipitated by centrifugation.

2.1.3. Анализ отобранных проб2.1.3. Analysis of taken samples

Клетки ресуспендировали в лизирующем буфере, содержащем 20 мМ трис-HCl рН 7,5, 5 мМ ЭДТА и 1 мМ феноксиметилсульфонилфторид, из расчета на 1 г клеток 5-7 мл буфера. Суспензию клеток обрабатывали ультразвуком 7 раз по 30 с с интервалом в 30 с (частота ультразвука составляет 22 кГц), отбирали пробу на анализ SDS-PAGE (PolyAcrylamide Gel Electrophoresis with Sodium dodecyl sulfate).The cells were resuspended in lysis buffer containing 20 mM Tris-HCl pH 7.5, 5 mM EDTA and 1 mM phenoxymethylsulfonyl fluoride, based on 5-7 ml of buffer per 1 g of cells. The cell suspension was sonicated 7 times for 30 s with an interval of 30 s (the ultrasound frequency is 22 kHz), a sample was taken for SDS-PAGE analysis (PolyAcrylamide Gel Electrophoresis with Sodium dodecyl sulfate).

Максимальный уровень экспрессии гена, кодирующего флагеллин, в клетках E.coli, составляющий 28±0,5% при индукции 1 мМ ИПТГ при +37°С в течение 3 ч и 19±0,7% при индукции 0.5 мМ И!ИГ при +37°С в течение 3 ч. При индукции экспрессии гена, кодирующего флагеллин, 0.2% лактозой, был получен следующий результат: содержание целевого белка от общего клеточного белка составило 44,5±0,5%. Таким образом, наиболее оптимальным - обеспечивающим максимальный выход белка, - режимом индукции экспрессии гена, кодирующего целевой белок, в клетках субклона E.coli штамма BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 оказалось культивирование с использованием 0.2% лактозы в качестве индуктора.The maximum expression level of the gene encoding flagellin in E. coli cells is 28 ± 0.5% upon induction with 1 mM IPTG at + 37 ° C for 3 h and 19 ± 0.7% upon induction of 0.5 mM I! IG at + 37 ° C for 3 h. Upon induction of the expression of the gene encoding flagellin by 0.2% lactose, the following result was obtained: the content of the target protein from the total cellular protein was 44.5 ± 0.5%. Thus, the most optimal mode of induction of expression of the gene encoding the target protein in cells of the E. coli subclone of strain BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27, providing the maximum protein yield, was cultivation using 0.2% lactose as an inducer.

Лизат центрифугировали 10 мин при +4°С, 5000 g. Отбирали пробу надосадочной жидкости (супернатанта) и осадка для анализа локализации белка и оценки его растворимости, с использованием SDSPAGE. Анализ продемонстрировал, что целевой белок при культивировании с использованием разных режимов и индукторов остается растворимым, что косвенно говорит о его правильной (нативной) конформации (третичной структуре).The lysate was centrifuged for 10 min at + 4 ° С, 5000 g. A sample of the supernatant fluid (supernatant) and sediment were taken for analysis of protein localization and assessment of its solubility using SDSPAGE. The analysis has demonstrated that the target protein remains soluble when cultivated using different modes and inductors, which indirectly indicates its correct (native) conformation (tertiary structure).

2.2. Индукция при масштабировании2.2. Scaling induction

Осуществляли масштабирование процесса получения флагеллина.The process of obtaining flagellin was scaled up.

2.2.1. в объеме 10 л2.2.1. in a volume of 10 l

Для подготовки использовали 5-кратную концентрированную среду LB: в колбы объемом 2 литра помещали 35 г дрожжевого экстракта, 70 г кислотного гидролизата казеина и 35 г хлорида натрия; добавляли дистиллированную воду до объема 1,4 л, перемешивали на магнитной мешалке до полного растворения компонентов и стерилизовали в автоклаве в течение 30 мин при давлении 1,1 кгс/см2.For preparation, a 5-fold concentrated LB medium was used: 35 g of yeast extract, 70 g of acid hydrolyzate of casein and 35 g of sodium chloride were placed in flasks with a volume of 2 liters; distilled water was added to a volume of 1.4 l, stirred on a magnetic stirrer until the components were completely dissolved, and sterilized in an autoclave for 30 min at a pressure of 1.1 kgf / cm 2 .

Лабораторный ферментер Саяны (Биоссет) с рабочим объемом 10 л подготавливали согласно инструкции по эксплуатации. В сосуд ферментера с соблюдением правил асептики устанавливали датчики рН и рО2 и герметизировали. К барбатеру подключали магистраль подачи сжатого воздуха от компрессора со стерилизующим фильтром. Кран на магистрали закрывали. На компьютере активизировали программу управления.A laboratory fermenter of Sayany (Biosset) with a working volume of 10 liters was prepared according to the instructions for use. In the fermenter vessel, in compliance with the rules of asepsis, pH and pO 2 sensors were installed and sealed. A compressed air supply line from a compressor with a sterilizing filter was connected to the barbater. The tap on the highway was closed. The control program was activated on the computer.

Соблюдая правила асептики, в емкость ферментера заливали 1,400 л концентрированного 5кратного LB-бульона, 35 мл раствора ампициллина, стерильной дистиллированной воды до 8 л, закрывали крышку, устанавливали двигатель магнитной мешалки. С помощью программы управления доводили скорость вращения турбины до (1200-1500) об/мин и перемешивали среду в течение 3-5 мин, после чего двигатель выключали, снимали, приоткрывали крышку и заливали в емкость ферментера 315 мл посевного материала.Observing the rules of asepsis, 1,400 l of concentrated 5-fold LB broth, 35 ml of ampicillin solution, sterile distilled water up to 8 l were poured into the fermenter vessel, the lid was closed, the motor of the magnetic stirrer was installed. Using the control program, the turbine rotation speed was brought to (1200-1500) rpm and the medium was stirred for 3-5 minutes, after which the engine was turned off, removed, the lid was slightly opened, and 315 ml of seed was poured into the fermenter container.

Крышку ферментера герметизировали, к технологическому отверстию в крышке подключали шланг перистальтического насоса, шланг, подсоединенный к манометру для измерения давления в ферментере, а к брызгоулавливателю подключали шланг для отведения выдуваемого воздуха. С помощью управляющей программы включали нагрев ферментера, устанавливали автоматическую регулировку температуры в пределах (37,0±0,5)°С и доводили скорость вращения турбины до 1200-1500 об/мин. К ловушке на крышке ферментера подключали шланги от криостата проточной системы охлаждения, включали криостат. Контролировали рН среду в ферментере: значение рН должно было быть в пределах 6,8-7,2. В случае необходимости через технологическое отверстие в крышке с помощью перистальтического насоса подавали раствор HCl или NaOH до достижения указанного значения рН.The lid of the fermenter was sealed, the hose of the peristaltic pump was connected to the technological hole in the lid, the hose was connected to a pressure gauge to measure the pressure in the fermenter, and a hose was connected to the spray catcher to remove the blown air. Using the control program, the heating of the fermenter was switched on, the temperature was automatically controlled within the range of (37.0 ± 0.5) ° C, and the turbine rotation speed was brought to 1200-1500 rpm. Hoses from the cryostat of the flow cooling system were connected to the trap on the fermenter lid, and the cryostat was turned on. The pH of the medium in the fermenter was controlled: the pH value should have been in the range of 6.8-7.2. If necessary, a solution of HCl or NaOH was fed through the technological opening in the lid using a peristaltic pump until the specified pH value was reached.

Включали компрессор, устанавливали давление воздуха в системе 0,20 атм. Контролировали значение рО2. Величину pO2 поддерживали путем постепенного увеличения давления сжатого воздуха. Расход воздуха контролировали ротаметром, регулируя его с помощью крана на выходе ловушки. Расход воздуха должен был оставаться в пределах (10-15) л/мин. В случае невозможности поддержания необходимой величины рО2, в систему подачи сжатого воздуха через тройник подавали кислород из баллона с редуктором.The compressor was turned on, the air pressure in the system was set to 0.20 atm. The pO2 value was monitored. The pO2 value was maintained by gradually increasing the compressed air pressure. The air flow rate was controlled by a rotameter, adjusting it with a valve at the trap outlet. The air flow had to remain within (10-15) l / min. If it was impossible to maintain the required pO2 value, oxygen was supplied to the compressed air supply system through a tee from a cylinder with a reducer.

Продолжали культивирование, контролируя значение рН и оптическую плотность культуры. ДляCultivation was continued while monitoring the pH value and optical density of the culture. For

- 5 035920 измерения оптической плотности культуры через 2 ч после засева и в последующем каждые 30 мин открывали кран пробоотборника на ферментере и отбирали пробы культуры. Измерение оптической плотности при длине волны 600 нм (А600) производили с помощью денситометра Ультраспек-10. Аликвоты культуры сохраняли для последующего контроля содержания белка с использованием метода дискэлектрофореза. Ферментацию проводили в течение 3-9 ч (при индукции ИПТГ), 20 ч (при индукции 0,2% лактозой) после достижения ОП600 6 оптических единиц.- 5 035920 measurements of the optical density of the culture 2 h after inoculation and then every 30 min open the sampler valve on the fermenter and take samples of the culture. Measurement of optical density at a wavelength of 600 nm (A6 00 ) was carried out using an Ultraspec-10 densitometer. Aliquots of the culture were saved for subsequent control of protein content using the method of disk electrophoresis. Fermentation was carried out for 3-9 hours (with induction of IPTG), 20 hours (with induction with 0.2% lactose) after reaching OD 600 6 optical units.

Индукцию экспрессии проводили при достижении культурой клеток оптической плотности 0.650.82 оптических единиц при длине волны 600 нм. Индуцировали экспрессии гена, кодирующего целевой белок, посредством использования двух режимов: проводили индукцию экспрессии ИПТГ в различных концентрациях и 0.2% лактозой.Expression was induced when the cell culture reached an optical density of 0.650.82 optical units at a wavelength of 600 nm. The expression of the gene encoding the target protein was induced by using two modes: the induction of expression with IPTG at various concentrations and 0.2% lactose was performed.

2.2.1.1. Индукция ИПТГ2.2.1.1. IPTG induction

В качестве индуктора экспрессии использовался ИПТГ в концентрации 1, 0.5 и 0.1 мМ. Был оптимизирован уровень экспрессии гена, кодирующего целевой белок, при этом варьировало время индукции.IPTG at concentrations of 1, 0.5, and 0.1 mM was used as an expression inducer. The level of expression of the gene encoding the target protein was optimized, while the induction time was varied.

В первом случае в ферментер не был добавлен ИПТГ (Sigma, США) (описание ферментации выше, это контроль), во втором был добавлен ИПТГ до конечной концентрации 1 мМ, в третьем - до 0.5 мМ, в четвертом - до 0.1 мМ, ферментацию проводили в течение 9 ч, через каждый час отбирали аликвоты клеток (по 1 мл) для измерения ОП600 (200 мкл от 1 мл), анализа белков с использованием метода дискэлектрофореза (800 мкл от 1 мл).In the first case, IPTG (Sigma, USA) was not added to the fermenter (the description of fermentation is above, this is a control), in the second case, IPTG was added to a final concentration of 1 mM, in the third - up to 0.5 mM, in the fourth - up to 0.1 mM, fermentation was carried out within 9 hours, every hour, aliquots of cells (1 ml) were taken to measure OD 600 (200 μl from 1 ml), analysis of proteins using the method of disk electrophoresis (800 μl from 1 ml).

Электрофорез клеточных лизатов проводили в 12.5% ПААГ в денатурирующих условиях в неоднородной (ступенчатой) буферной системе (диск-электрофорез) с использованием механизма изотахофореза на стадии концентрирования образца (Laemmli, 1970).Electrophoresis of cell lysates was performed in 12.5% PAGE under denaturing conditions in a heterogeneous (stepwise) buffer system (disk electrophoresis) using the isotachophoresis mechanism at the stage of sample concentration (Laemmli, 1970).

Лизаты клеток были приготовлены из 800 мкл клеточной культуры следующим способом: клетки были осаждены центрифугированием, ресуспензированы в 200 мкл буфера (0.2М Трис-HCl, рН 7.5, 0.2М NaCl, 0.01M ацетат натрия, 0.01М β-меркаптоэтанол и 5% глицерин), подвергнуты кипячению в течение 2 мин. Полученный лизат использовали для анализа белкового состава.Cell lysates were prepared from 800 μl of cell culture in the following way: cells were pelleted by centrifugation, resuspended in 200 μl of buffer (0.2 M Tris-HCl, pH 7.5, 0.2 M NaCl, 0.01 M sodium acetate, 0.01 M β-mercaptoethanol, and 5% glycerol ), boiled for 2 min. The resulting lysate was used to analyze the protein composition.

Показано, что максимальный уровень экспрессии гена, кодирующего флагеллин, при индукции ИПТГ в концентрации 1 мМ наблюдается после 4-часовой ферментации, 0.5 и 0.1 мМ - 6. При этом выход белка составляет 28±0,5%, 30±0,8% и 19±0,7% соответственно, от общего клеточного белка по данным денситометрического анализа (программа Total Lab). Без индукции ни в одном из штаммов не было обнаружено непреднамеренного синтеза целевого белка, подтекания Т7 промотора, часто наблюдаемого в данной системе экспрессии (Grossman, 1998).It was shown that the maximum expression level of the gene encoding flagellin upon induction of IPTG at a concentration of 1 mM is observed after 4-hour fermentation, 0.5 and 0.1 mM - 6. In this case, the protein yield is 28 ± 0.5%, 30 ± 0.8% and 19 ± 0.7%, respectively, of the total cellular protein according to densitometric analysis (Total Lab software). Without induction, none of the strains showed unintended synthesis of the target protein, leakage of the T7 promoter, which is often observed in this expression system (Grossman, 1998).

2.2.1.2. Индукция 0,2% лактозой2.2.1.2. Induction with 0.2% lactose

Проводили индукцию экспрессии по методу Штудиера (Studier, 2005). Использовалась среда PYP5052, состоящая из 1% пептона (Gibco, США), 0.5% дрожжевого экстракта (Gibco, США), 50 мМ Na2HPO4, 50 мМ K2HPO4, 25 мМ (NH4)2SO4, 2 мМ MgSO4, 0.5% глицерола, 0.05% глюкозы и 0.2% лактозы.Induction of expression was carried out by the method of Studier (Studier, 2005). The medium used was PYP5052, consisting of 1% peptone (Gibco, USA), 0.5% yeast extract (Gibco, USA), 50 mM Na 2 HPO 4 , 50 mM K2HPO4, 25 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , 0.5% glycerol, 0.05% glucose and 0.2% lactose.

В среду PYP-5052, содержащую ампициллин в концентрации 100 мкг/мл, была инокулирована единичная колония штамма-продуцента. Культивирование и индукцию экспрессии проводили в ферментере на 10 л до отсутствия существенного изменения ОП600 за 1 ч. Отбиралась аликвота клеток на анализ методом электрофореза, а оставшаяся биомасса была подвержена центрифугированию при 9000g.A single colony of the producer strain was inoculated into PYP-5052 medium containing ampicillin at a concentration of 100 μg / ml. Cultivation and induction of expression were carried out in a 10 L fermenter until there was no significant change in OD600 for 1 h. An aliquot of cells was taken for analysis by electrophoresis, and the remaining biomass was subjected to centrifugation at 9000g.

Проводили электрофорез клеточных лизатов, приготовленных по методу, описанному выше, по методике, описанной выше.Electrophoresis of cell lysates prepared according to the method described above was carried out according to the method described above.

Выход белка составил 35±0,5% от общего белка, что превысило показатели, полученные при индукции экспрессии целевого гена ИПТГ.The protein yield was 35 ± 0.5% of the total protein, which exceeded the values obtained upon induction of the expression of the target gene by IPTG.

Несмотря на то, что наибольший выход белка наблюдали при индукции его синтеза лактозой, при использовании периодического культивирования выгоднее использовать требующий меньшее время для наращивания индуктор. Также важно учитывать расход реагентов. В связи с этим при культивировании штамма Escherichia coli для получения рекомбинантного флагеллина использовали метод периодических культур с подпиткой и 0,5 мМ ИПТГ в качестве индуктора. Культура с подпиткой оказалась наиболее эффективным путем для достижения высокой плотности клеток и высокой продуктивности.Despite the fact that the highest protein yield was observed upon induction of its synthesis by lactose, when using batch cultivation, it is more advantageous to use an inductor that requires less time for growing. It is also important to consider the consumption of reagents. In this regard, during the cultivation of the Escherichia coli strain to obtain recombinant flagellin, the method of fed-batch cultures and 0.5 mM IPTG as an inducer was used. Fed culture has proven to be the most effective way to achieve high cell density and high productivity.

Прекращали культивирование, открывали сливной кран на ферментере, сливали культуру в емкость вместимостью 10 л, закрывали крышку и оставляли емкость с культурой в холодильнике при температуре (4-7)°С.The cultivation was stopped, the drain valve on the fermenter was opened, the culture was poured into a container with a capacity of 10 L, the lid was closed, and the container with the culture was left in the refrigerator at a temperature of (4-7) ° C.

Выключали и снимали двигатель турбины, выключали компрессор, выключали криостат охлаждения ловушки, отсоединяли все шланги, снимали крышку ферментера. Сосуд ферментера последовательно промывали двумя порциями дистиллированной воды по 8 л, промывные воды сливали в две полипропиленовые канистры объемом 10 л, в каждую канистру добавляли раствор перекиси водорода (30%), закрывали крышки канистр и их содержимое тщательно перемешивали. Канистры оставляли при комнатной температуре в течение 12-16 ч. В ферментер заливали 9 л дистиллированной воды, 1 л 30% раствора перекиси водорода, закрывали крышку и включали турбину ферментера (1000 оборотов/мин, 5 мин). За- 6 035920 тем турбину ферментера останавливали и оставляли ферментер для стерилизации в течение 24 ч.They turned off and removed the turbine engine, turned off the compressor, turned off the trap cooling cryostat, disconnected all hoses, and removed the fermenter lid. The fermenter vessel was sequentially washed with two 8 L portions of distilled water, the wash water was poured into two 10 L polypropylene canisters, a hydrogen peroxide solution (30%) was added to each canister, the canister lids were closed, and their contents were thoroughly mixed. The canisters were left at room temperature for 12-16 hours. 9 L of distilled water, 1 L of 30% hydrogen peroxide solution were poured into the fermenter, the lid was closed, and the turbine of the fermenter was turned on (1000 rpm, 5 min). Then the turbine of the fermenter was stopped and the fermenter was left to sterilize for 24 hours.

2.2.2. в объеме 50 л2.2.2. in a volume of 50 l

Штамм E.coli BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 стерильно пересевали на скошенные косяки ЭДТАсодержащего агара и выдерживали в термостате 1 сутки. Для получения инокулята осуществляли, смыв культуры с косяков, засевали в жидкую среду с ЭДТА и культивировали 2 суток. После инокулят в количестве 10 мл переносили в стерильные 750-мл колбы с 200 мл стерильной жидкой среды и культивировали в течение 10 суток на качалке при 150-200 об/мин при температуре 28-30°С.The E. coli strain BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 was sterilely subcultured onto slants of EDTA-containing agar and kept in a thermostat for 1 day. To obtain an inoculum, the culture was washed off the stocks, inoculated into a liquid medium with EDTA, and cultured for 2 days. After that, the inoculum in an amount of 10 ml was transferred into sterile 750-ml flasks with 200 ml of sterile liquid medium and cultured for 10 days on a shaker at 150-200 rpm at a temperature of 28-30 ° C.

Жидкую питательную среду (MgSO4-7 H2O 10 мл/л, CaCl2-2 Н2О 20 мл/л, KH2PO4 + NaH2PO4-12 H2O 10 мл/л, EDTA 10 мл/л, микроэлементы 1 мл/л; доводили до рН= 4,2;+ 5,6 г/л ЭДТА, FeCl2-4 Н2О 1,5 г/л, Н3ВО3 0,06 г/л, MnCl2-6 Н2О 0,1 г/л, CaCl2-6 H2O 0,12 г/л, ZnCl2 0,07 г/л, NiCl2-6 H2O 0,025 г/л, CuCl2-2 Н2О 0,015г/л, Na2MoCl4 0,025 г/л; Витамины: Пиридоксин 20 мг, Тиамин 10 мг, Рибофлавин 10 мг, Никотиновая кислота 10 мг, Р - аминобензойная кислота 10 мг, липоевая кислота 10 мг, никотинамид 10 мг, Витамин В12 10 мг, биотин 4 мг, фолиевая кислота 4 мг. Растворяли все компоненты в 200 мл воды, стерилизовали при 0,5 атм 30 мин и добавляли в жидкую питательную среду в количестве 1 мл/л), применяли для получения посевного материала и для периодического культивирования.Liquid nutrient medium (MgSO 4 -7 H2O 10 ml / l, CaCl 2 -2 H 2 O 20 ml / l, KH 2 PO 4 + NaH 2 PO 4 -12 H 2 O 10 ml / l, EDTA 10 ml / l , microelements 1 ml / l; adjusted to pH = 4.2; + 5.6 g / l EDTA, FeCl 2 -4 H 2 O 1.5 g / l, H3BO3 0.06 g / l, MnCl2-6 H2O 0.1 g / l, CaCl2-6 H2O 0.12 g / l, ZnCl 2 0.07 g / l, NiCl 2 -6 H2O 0.025 g / l, CuCl 2 -2 H 2 O 0.015 g / l, Na 2 MoCl 4 0.025 g / l; Vitamins: Pyridoxine 20 mg, Thiamine 10 mg, Riboflavin 10 mg, Nicotinic acid 10 mg, P - aminobenzoic acid 10 mg, Lipoic acid 10 mg, Nicotinamide 10 mg, Vitamin B12 10 mg, Biotin 4 mg, folic acid 4 mg Dissolved all components in 200 ml of water, sterilized at 0.5 ATM for 30 min and added to a liquid nutrient medium in an amount of 1 ml / l), used to obtain inoculum and for batch cultivation.

Твердая питательная среда использовалась для получения свежей культуры штамма. Ее готовили, как жидкую, с добавлением 3% агара.Solid nutrient medium was used to obtain a fresh culture of the strain. It was prepared as a liquid with the addition of 3% agar.

Поскольку наибольший выход белка наблюдали при периодическом культивировании с индукцией экспрессии 0,5 мМ ИПТГ, использовали данный индуктор и описанный режим ферментации для наработки целевого белка.Since the highest protein yield was observed in batch cultivation with induction of expression of 0.5 mM IPTG, this inducer and the described fermentation mode were used to produce the target protein.

При достижении оптической плотности (ОП600) культурой клеток E.coli 6.0 О.Е., добавляли индуктор экспрессии - 0,5 мМ ИПТГ. Осуществляли индукцию экспрессии в течение 12 ч, с периодической подачей необходимых элементов, после чего клетки осаждали центрифугированием при 13000 g, в течение 6 мин при температуре 10°С. Осадок клеток взвешивался.When the optical density (OD 600 ) of the E. coli cell culture reached 6.0 OE, an expression inducer - 0.5 mM IPTG was added. Induction of expression was carried out for 12 h, with periodic supply of the necessary elements, after which the cells were precipitated by centrifugation at 13000 g for 6 min at a temperature of 10 ° C. The cell sediment was weighed.

Клетки были ресуспендированы в 30 мл буфера (50 мМ Трис HCl, рН, 50 мМ ЭДТА, 20 мМ Lцистеин, рН8.6) и были разрушены с использованием ультразвука.The cells were resuspended in 30 ml of buffer (50 mM Tris HCl, pH, 50 mM EDTA, 20 mM Lcysteine, pH8.6) and disrupted using ultrasound.

По окончании культивирования субклона штамма-продуцента целевого белка и индукции экспрессии гена, кодирующего данный белок, 0,5 мМ ИПТГ, в ферментере объемом 50 л, культуру клеток Е. coli BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 охлаждали, переносили в центрифужные стаканы и осаждали центрифугированием при 2000g. С помощью электрофореза с последующим денситометрическим сканированием электрофореграммы проверяли уровень экспрессии целевого гена. Полученную биомассу ресуспендировали в буфере следующего состава: 50мМ Трис-HCl рН 8.6, 50 mM EDTA, 20 mM L-цистеина в объеме 2 л.After cultivation of the subclone of the target protein producer strain and induction of expression of the gene encoding this protein, 0.5 mM IPTG in a 50 L fermenter, the E. coli BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 cell culture was cooled, transferred to centrifuge beakers and precipitated by centrifugation at 2000g. The level of expression of the target gene was checked using electrophoresis followed by densitometric scanning of the electrophoretogram. The resulting biomass was resuspended in a buffer of the following composition: 50 mM Tris-HCl pH 8.6, 50 mM EDTA, 20 mM L-cysteine in a volume of 2 liters.

Проводили лизис бактериальной масс: разрушали клетки с использованием ультразвука (время озвучивания - 10 мин, время импульса - 30 с, время паузы между импульсами - 30 с, амплитуда - 70%). После разрушения клеток суспензию осаждали с использованием центрифугирования при 30000g в течение 20 мин при температуре 10°С.Lysis of bacterial masses was carried out: cells were destroyed using ultrasound (sonication time - 10 min, pulse time - 30 s, pause time between pulses - 30 s, amplitude - 70%). After the destruction of the cells, the suspension was precipitated using centrifugation at 30,000 g for 20 min at a temperature of 10 ° C.

Проверку полноты лизиса клеток осуществляли следующим способом. Брали аликвоту лизата (2 мл), добавляли в питательную среду LB, содержащую 1% глюкозу, объемом 100 мл и инкубировали при 37°С в термостатируемом шейкере в течение 6 ч. Питательная среда осталась прозрачной и имела оптическую плотность менее 0.025 при длине волны 600 нм, что подтверждает полноту лизиса.Checking the completeness of cell lysis was carried out in the following way. An aliquot of the lysate (2 ml) was taken, added to the LB culture medium containing 1% glucose, in a volume of 100 ml, and incubated at 37 ° C in a thermostatically controlled shaker for 6 h. The culture medium remained transparent and had an optical density of less than 0.025 at a wavelength of 600 nm, which confirms the completeness of the lysis.

Таким образом, выход белка составил 800 мг с 1 л питательной среды при культивировании в ферментере на 50 л с индукцией экспрессии целевого гена 0,5 мМ ИПТГ.Thus, the protein yield was 800 mg per 1 L of nutrient medium during cultivation in a 50 L fermenter with induction of the target gene expression with 0.5 mM IPTG.

Пример 3. Выделение и очистка флагеллинаExample 3. Isolation and purification of flagellin

Емкость сорбента влияет на итоговый выход белка. В качестве сорбентов были исследованы NiNTA Agarose (Ni-NTA сефароза) фирмы QIAGEN, каталожный номер 30230, ProBond™ Nickel-Chelating Resin фирмы Invitrogen, каталожный номер R801-15, Ni Sepharose 6 Fast Flow фирмы Amersham Bioscience.The sorbent capacity affects the final protein yield. As sorbents, NiNTA Agarose (Ni-NTA Sepharose) from QIAGEN, catalog number 30230, ProBond ™ Nickel-Chelating Resin from Invitrogen, catalog number R801-15, Ni Sepharose 6 Fast Flow from Amersham Bioscience were tested.

Обоснование выбора именно этих сорбентов заключается в том, что в технологии очистки составы реагентов, используемых для отмывки белков, подходят для зарядов частиц этих сорбентов, и можно варьировать только сорбенты, сохраняя общую технологию идентичной.The rationale for the choice of these particular sorbents lies in the fact that in the purification technology, the compositions of the reagents used for washing the proteins are suitable for the charges of the particles of these sorbents, and only the sorbents can be varied, keeping the overall technology identical.

Была проведена очистка флагеллина из лизатов клеток E.coli штамма BL21(DE3)/pET151DTOPO_F27 методом иммобилизованной металлоаффинной хроматографии (ИМАХ) с использованием сорбента Ni-NTA сефарозы. Связывание с данным сорбентом происходит за счет 6 остатков гистидина, имеющихся на N-конце полученного рекомбинантного белка. Процедуру очистки белка проводили в нативных и денатурирующих условиях.Was carried out purification of flagellin from lysates of E. coli cells strain BL21 (DE3) / pET151DTOPO_F27 by immobilized metal affinity chromatography (IMAC) using a sorbent Ni-NTA Sepharose. Binding to this sorbent occurs due to 6 histidine residues present at the N-terminus of the resulting recombinant protein. The protein purification procedure was carried out under native and denaturing conditions.

Для очистки синтезированного белка в нативных условиях биомассу клеток Е. coli штамма BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 разрушали с использованием буфера, содержащего имидазол, Тритон Х-100, Твин 20, лизоцим и ДНКазу 1. После разрушения остатки бактериальных клеток осаждали центрифугированием, супернатант фильтровали через ПВДФ фильтр с диаметром пор 0,22 мкм. Далее к полученному фильтрату добавляли сорбент Ni-NTA сефарозу, уравновешенный буфером для разрушенияTo purify the synthesized protein under native conditions, the biomass of E. coli cells of strain BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 was destroyed using a buffer containing imidazole, Triton X-100, Tween 20, lysozyme and DNase 1. After destruction, the remains of bacterial cells were precipitated by centrifugation, the supernatant was filtered through a 0.22 µm PVDF filter. Next, the Ni-NTA Sepharose sorbent equilibrated with a buffer for destruction was added to the resulting filtrate

- 7 035920 клеток без ферментов, из расчета, что 1 мл сорбента связывает, как минимум, 40 мг белка, и проводили связывание при постоянном перемешивании в течение 2 ч. После сорбент осаждали центрифугированием и в минимальном объеме наносили на гравитационную хроматографическую колонку. Элюцию проводили ступенчатым градиентом имидазола (40, 100, 150, 200 и 300 мМ), при этом на каждую ступеньку приходился объем элюирующего раствора, равный 10 объемам колонки. Выход и чистота белка контролировали методом диск-электрофореза и измерением концентрации белка по методу Бредфорд.- 7,035,920 cells without enzymes, assuming that 1 ml of the sorbent binds at least 40 mg of protein, and the binding was carried out with constant stirring for 2 hours. After that, the sorbent was precipitated by centrifugation and in a minimum volume was applied to a gravity chromatographic column. Elution was carried out with a stepwise gradient of imidazole (40, 100, 150, 200, and 300 mM), with a volume of elution solution equal to 10 column volumes per each step. The protein yield and purity were monitored by disk electrophoresis and by measuring the protein concentration by the Bradford method.

Белок флагеллин элюируется с колонки размытым пиком: начинает сходить при концентрации имидазола 40 мМ, достигает максимума при концентрации имидазола 100 мМ и заканчивает элюироваться при концентрации имидазола 150 мМ. При этом чистота белка в мажорных фракциях, элюируемых 100 мМ имидазолом, составила 80% от примесных белков бактериальных клеток.The flagellin protein is eluted from the column with a blurred peak: it begins to disappear at an imidazole concentration of 40 mM, reaches a maximum at an imidazole concentration of 100 mM, and ends elution at an imidazole concentration of 150 mM. In this case, the purity of the protein in the major fractions eluted with 100 mM imidazole was 80% of the impurity proteins of bacterial cells.

Для очистки целевого белка в денатурирующих условиях биомасса клеток E.coli штамма BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27 разрушалась с использованием буфера, содержащего 6М гуанидин гидрохлорид. После разрушения остатки бактериальных клеток осаждали центрифугированием, супернатант фильтровал через ПВДФ фильтр с диаметром пор 0,22 мкм. К полученному раствору белка добавляли 600 мл сорбента Ni-NTA-FF (диаметр частицы сорбента - 165 мкм, связывающая способность - 1 мл сорбента связывает 40 мг рекомбинантного белка, 1 мл сорбента имеет 6х1014 связывающих центров), уравновешенного буфером для разрушения клеток, из расчета, что 1 мл сорбента связывает как минимум 40 мг белка. Сорбцию проводили при постоянном перемешивании в течение 2 ч. После сорбент осаждали центрифугированием и в минимальном объеме наносили на гравитационную хроматографическую колонку или промывали с использованием ступенчатого градиента рН буфером, содержащим 8М мочевину, без нанесения на гравитационную колонку. В первом случае сорбент промывали десятикратным объемом буфера следующего состава: 10 mM Tris-HCL рН 7.8, затем - десятикратным объемом буфера следующего состава: 10 mM Tris-HCL рН 6.0. Во втором случае элюцию проводили буфером, содержащим 10 мМ Tris-HCl рН 8.6 100 mM имидазол, на каждую ступеньку приходилось как минимум две промывки, по 10 объемов колонки каждая. Элюцию проводили буфером с рН3.8-4.To purify the target protein under denaturing conditions, the biomass of E. coli cells of the BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27 strain was destroyed using a buffer containing 6M guanidine hydrochloride. After destruction, the remains of bacterial cells were precipitated by centrifugation, the supernatant was filtered through a PVDF filter with a pore diameter of 0.22 μm. To the obtained protein solution, 600 ml of Ni-NTA-FF sorbent was added (the particle diameter of the sorbent is 165 μm, the binding capacity is 1 ml of the sorbent binds 40 mg of the recombinant protein, 1 ml of the sorbent has 6x10 14 binding sites), equilibrated with a buffer for cell destruction, from calculation that 1 ml of sorbent binds at least 40 mg of protein. Sorption was carried out with constant stirring for 2 h. After that, the sorbent was precipitated by centrifugation and applied in a minimal volume to a gravity chromatographic column or washed using a stepwise pH gradient with a buffer containing 8M urea without being applied to a gravity column. In the first case, the sorbent was washed with a tenfold volume of a buffer of the following composition: 10 mM Tris-HCL pH 7.8, then with a tenfold volume of a buffer of the following composition: 10 mM Tris-HCL pH 6.0. In the second case, elution was carried out with a buffer containing 10 mM Tris-HCl pH 8.6 100 mM imidazole, each step consisted of at least two washes, 10 column volumes each. Elution was performed with a buffer with pH 3.8-4.

Выход и чистоту белка контролировали методом диск-электрофореза и измерением концентрации белка по методу Бредфорд.The protein yield and purity were monitored by disk electrophoresis and by measuring the protein concentration by the Bradford method.

При очистке в нативных условиях, т.е. без разрушения третичной структуры белка, с хорошим выходом за один хроматографический цикл получили целевой белок с чистотой 80%, выход белка при этом составил 5 мг с 1 л культуры клеток.When cleaning in native conditions, i.e. without destroying the tertiary structure of the protein, with a good yield in one chromatographic cycle, the target protein with a purity of 80% was obtained, the protein yield was 5 mg per liter of cell culture.

В результате очистки синтезированного белка в денатурирующих условиях, т.е. с разрушением третичной структуры белка, с хорошим выходом за один хроматографический цикл, удалось избавиться от всех примесных белков штамма-продуцента за один хроматографический цикл с использованием только одного типа сорбента - Ni-NTA сефарозы. По данным денситометрического анализа полученной электрофореграммы, чистота выделенного и очищенного белка составила 98%. Количество белка, выделенного и очищенного из 50 мл культуры бактерий, было определено по методу Бредфорд и составило 40 мг белка, что соответствует выходу 600 мг на 1 л культуры.As a result of the purification of the synthesized protein under denaturing conditions, i.e. with the destruction of the tertiary structure of the protein, with a good yield in one chromatographic cycle, it was possible to get rid of all impurity proteins of the producer strain in one chromatographic cycle using only one type of sorbent - Ni-NTA sepharose. According to the densitometric analysis of the obtained electropherogram, the purity of the isolated and purified protein was 98%. The amount of protein isolated and purified from 50 ml of bacteria culture was determined by the Bradford method and amounted to 40 mg of protein, which corresponds to a yield of 600 mg per 1 liter of culture.

Наибольший выход белка наблюдали при использовании сорбента Ni-NTA Agarose фирмы QIAGEN (600±25 мг на 1 л культуры). При использовании ProBond™ Nickel-Chelating Resin выход белка составил 300±42 мг на литр культуры, при использовании сорбента Ni Sepharose 6 Fast Flow выход белка составил 420±12 мг.The highest protein yield was observed when using the Ni-NTA Agarose sorbent from QIAGEN (600 ± 25 mg per 1 L of culture). When using ProBond ™ Nickel-Chelating Resin, the protein yield was 300 ± 42 mg per liter of culture, when using Ni Sepharose 6 Fast Flow sorbent, the protein yield was 420 ± 12 mg.

Пример 4. Получение флагеллина в промышленных количествахExample 4. Obtaining flagellin in industrial quantities

Культивирование осуществляли в ферментере объемом 50 л. Было проведено три цикла (серии) по наработке образцов фармацевтической субстанции. Наработка проводилась по следующей схеме.The cultivation was carried out in a 50 L fermenter. Three cycles (series) were carried out to develop samples of a pharmaceutical substance. The operating time was carried out according to the following scheme.

Осуществляли высев субклона штамма-продуцента из рабочего музея. Клетки штамма Escherichia coli - продуцента флагеллина - рассевали микробиологической петлей из криофлаконов на поверхность чашки Петри, содержащей LB-агар с добавлением 100 мкг/мл ампициллина. После инкубации в термостате в течение 18 ч выросшие колонии использовали в качестве посевного материала.Sowing of the subclone of the producer strain from the working museum was carried out. Cells of the Escherichia coli strain, a producer of flagellin, were plated with a microbiological loop from cryovials onto the surface of a Petri dish containing LB agar supplemented with 100 μg / ml ampicillin. After incubation in a thermostat for 18 h, the grown colonies were used as inoculum.

Материал 5 колоний, выросших на чашке Петри, переносили с помощью микробиологической петли с поверхности агара в стерильную коническую колбу емкостью 1000 см3, в которую помещали 150,0 см3 стерильной среды LB, содержащей 100 мкг/см3 ампициллина. Колбу помещали в орбитальный шейкер и инкубировали в нем при температуре +37°С и скорости вращения платформы 250 об/мин. Полученной культурой засевали ферментер объемом 50 л. Индукцию синтеза целевого белка осуществляли при использовании 0,5 мМ ИПТГ. Ферментация длилась 12 ч при периодическом культивировании. Оптическую плотность биомассы после культивирования определяли в кювете на спектрофотометре, и она составляла 16 оптических единиц при длине волны 600 нм.The material of 5 colonies grown on a Petri dish was transferred using a microbiological loop from the agar surface into a sterile conical flask with a capacity of 1000 cm 3 , into which 150.0 cm 3 of sterile LB medium containing 100 μg / cm 3 ampicillin was placed. The flask was placed in an orbital shaker and incubated in it at a temperature of + 37 ° C and a platform rotation speed of 250 rpm. The resulting culture was inoculated in a 50 L fermenter. The synthesis of the target protein was induced using 0.5 mM IPTG. Fermentation lasted 12 hours with batch cultivation. The optical density of the biomass after cultivation was determined in a cuvette using a spectrophotometer, and it was 16 optical units at a wavelength of 600 nm.

Осуществляли концентрирование биомассы. При центрифугировании при 2000g получали 1.5 л концентрированной биомассы, которая содержала 90 г клеток на сырой вес. С помощью электрофореза в ПААГ (12,5%) проверяли уровень экспрессии рекомбинантных белков в штаммах-продуцентах. Он составлял 35% от общих бактериальных белков. Эту долю определяли с помощью дензитометрического сканирования электрофореграммы. Полученную биомассу ресуспендировали в буфере следующего со- 8 035920 става: 50 мМ Трис-HCl рН 8.6, 50 мМ EDTA, 20 мМ L-цистеина в объеме 1 л.Concentration of the biomass was carried out. Centrifugation at 2000 g yielded 1.5 L of concentrated biomass, which contained 90 g of cells per wet weight. Using electrophoresis in PAGE (12.5%), the level of expression of recombinant proteins in the producer strains was checked. It made up 35% of the total bacterial proteins. This proportion was determined using denzitometric scanning electrophoretograms. The resulting biomass was resuspended in the buffer of the following composition: 50 mM Tris-HCl pH 8.6, 50 mM EDTA, 20 mM L-cysteine in a volume of 1 liter.

Осуществляли лизис бактериальной массы соницированием 30 с пульс, 30 с пауза, амплитуда 70% (от 750 Вт), время 10 мин. Использовали прибор Sonics Vibra Cell 750.The lysis of the bacterial mass was performed by sonicizing for 30 s pulse, 30 s pause, amplitude 70% (from 750 W), time 10 min. A Sonics Vibra Cell 750 instrument was used.

Проверку полноты лизиса клеток осуществляли двумя независимыми способами. Отбирали аликвоту лизата 2 мл, добавляли в питательную среду LB, содержащую 1% глюкозу, объемом 100 мл и инкубировали при 37°С в термостатируемом шейкере в течение 6 ч. При этом питательная среда оставалась прозрачной и имела оптическую плотность менее 0.025 при длине волны 600 нм.The completeness of cell lysis was tested in two independent ways. An aliquot of 2 ml of lysate was taken, added to the LB culture medium containing 1% glucose, 100 ml in volume, and incubated at 37 ° C in a thermostated shaker for 6 h. The culture medium remained transparent and had an optical density of less than 0.025 at a wavelength of 600 nm.

Полученный лизат центрифугировали при 20 000 g в течение часа. Отбирали супернатант и с образцом объемом 20 мкл проводили электрофорез по Леммли. На электрофорезе были видны только белки Е. coli, и отсутствовала фракция, соответствующая экспрессии каждого рекомбинантного белка.The resulting lysate was centrifuged at 20,000 g for an hour. The supernatant was collected and electrophoresis according to Lemmli was carried out with a 20 μl sample. Only E. coli proteins were visible on electrophoresis, and the fraction corresponding to the expression of each recombinant protein was missing.

Для очистки рекомбинантного флагеллина использовали ИМАХ в денатурирующих условиях. К супернатанту, полученному после осаждения клеточных остатков, разрушенных в денатурирующих условиях, добавляли сорбент Ni-NTA сефарозу (GE Helthcare, США), отмытый несколько раз в буфере для разрушения клеток, из расчета, что 1 мл сорбента связывает 40 мг белка. Связывание проводили при комнатной температуре в термостатированном шейкере роторного типа при 200 об/мин. После чего сорбент осаждали центрифугированием при 600g, ресуспендировали в малом объеме буфера для разрушения клеток без использования ферментов и наносили на гравитационную колонку. Отмывку сорбента проводили ступенчатым градиентом рН (7.8, 6.0 и 5.3) в буфере, содержащем 20 мМ K-Na фосфатного буфера, 500 мМ NaCl и 8М мочевину. Элюцию белка с сорбента проводили с использованием буфера, содержащего 20 мМ K-Na фосфатного буфера, 500 мМ NaCl и 8М мочевину, рН 3.8-4.0. Полученные фракции анализировали методом диск-электрофореза в ПААГ с SDS, концентрацию белка в них определяли по методу Бредфорд.For purification of recombinant flagellin, IMAC was used under denaturing conditions. The Ni-NTA Sepharose sorbent (GE Helthcare, USA), washed several times in a buffer for cell destruction, was added to the supernatant obtained after the precipitation of cell debris destroyed under denaturing conditions, on the basis that 1 ml of the sorbent binds 40 mg of protein. The binding was carried out at room temperature in a thermostated rotary shaker at 200 rpm. After that, the sorbent was precipitated by centrifugation at 600 g, resuspended in a small volume of buffer to destroy cells without using enzymes, and applied to a gravity column. The sorbent was washed with a stepwise pH gradient (7.8, 6.0, and 5.3) in a buffer containing 20 mM K-Na phosphate buffer, 500 mM NaCl, and 8M urea. Elution of protein from the sorbent was performed using a buffer containing 20 mM K-Na phosphate buffer, 500 mM NaCl, and 8M urea, pH 3.8-4.0. The obtained fractions were analyzed by disk electrophoresis in SDS-PAGE, the protein concentration in them was determined by the Bradford method.

В результате очистки целевого рекомбинантного белка в денатурирующих условиях удалось избавиться от всех примесных белков штамма-продуцента за один хроматографический цикл с использованием только одного типа сорбента - Ni-NTA сефарозы. По данным денситометрического анализа полученной электрофореграммы, чистота выделенного и очищенного белка составила 98%. Количество белка, выделенного и очищенного из культуры бактерий, было определено по методу Бредфорд, выход составил 800 мг на 1 л культуры.As a result of the purification of the target recombinant protein under denaturing conditions, it was possible to get rid of all the impurity proteins of the producer strain in one chromatographic cycle using only one type of sorbent - Ni-NTA sepharose. According to the densitometric analysis of the obtained electropherogram, the purity of the isolated and purified protein was 98%. The amount of protein isolated and purified from the culture of bacteria was determined by the Bradford method, the yield was 800 mg per 1 liter of culture.

Однородность полученной фармацевтической субстанции целевого белка проверяли с помощью метода ВЭЖХ (Высокоэффективная жидкостная хроматография).The homogeneity of the obtained pharmaceutical substance of the target protein was checked by HPLC (High Performance Liquid Chromatography).

Хроматографическую однородность препарата флагеллина проверяли методом обращенно-фазовой хроматографии (ОФХ) на колонке Р20 RPC HR 16/10 (Фармация, Швеция) в режиме HPLC. Нагрузка на колонку составляла 1,0 мг. Элюцию проводили градиентом концентрации ацетонитрила в трифторуксусной кислоте (ТФУ) при комнатной температуре (раствор А=0,1%-ная ТФУ, раствор В-ацетонитрил в 0,1%-ной ТФУ). Регистрацию белка в элюате проводили по поглощению при 280 нм.The chromatographic homogeneity of the flagellin preparation was checked by reversed phase chromatography (RPC) on a P20 RPC HR 16/10 column (Pharmacia, Sweden) in HPLC mode. The column load was 1.0 mg. Elution was carried out with a concentration gradient of acetonitrile in trifluoroacetic acid (TFA) at room temperature (solution A = 0.1% TFA, solution B-acetonitrile in 0.1% TFA). The registration of the protein in the eluate was carried out by the absorption at 280 nm.

Хроматография показала, что полученная фармацевтическая субстанция флагеллина однородна, поскольку белок выходит при ОФХ одним пиком, чистота белка достигает 99,88% у образца номер 1, 100% у образца номер 2 и 100% у образца номер 3.Chromatography showed that the obtained pharmaceutical substance of flagellin is homogeneous, since the protein is released during RPC in one peak, the protein purity reaches 99.88% for sample number 1, 100% for sample number 2 and 100% for sample number 3.

Пример 5. Анализ активности полученного флагеллинаExample 5. Analysis of the activity of the resulting flagellin

Анализ активности полученного флагеллина проводили на белых аутбредных крысах массой 200 г возрастом 5 месяцев, что соответствует углубленным испытаниям (Каркищенко; 2007).The analysis of the activity of the obtained flagellin was carried out on white outbred rats weighing 200 g and aged 5 months, which corresponds to in-depth tests (Karkishchenko; 2007).

Модель, основанная на крысах, предпочтительнее, так как большинство литературных данных имеются именно по этой модели - на основе крыс, и поэтому получаемые данные легче сравнивать с имеющимися в литературе данными (на 1000 публикаций по экспериментам с крысами - 240 публикаций с мышами и 12 публикаций с хомячками). Второе обоснование крысиной модели - это способность организма этого животного выдерживать меньшие дозы радиации, чем у мыши или хомячка (у крысы полулетальная доза составляет 7,5 грей, у мыши и хомячка - 9), поэтому эффект от препарата имеет более достоверные значения, если он обнаруживается. К тому же многие имеющиеся радиационные установки дают дозу не более 8 грей. Таким образом, использование крыс более предпочтительно и по этой третьей, технической причине.The model based on rats is preferable, since most of the literature data are available for this model - based on rats, and therefore the obtained data are easier to compare with the data available in the literature (per 1000 publications on experiments with rats - 240 publications with mice and 12 publications with hamsters). The second substantiation of the rat model is the ability of the organism of this animal to withstand lower doses of radiation than in a mouse or hamster (in a rat the half-lethal dose is 7.5 gray, in a mouse and a hamster - 9), therefore the effect of the drug has more reliable values if it is discovered. In addition, many of the available radiation installations give a dose of no more than 8 gray. Thus, the use of rats is more preferable for this third, technical reason.

Для эксперимента использовали взрослых самцов крыс линии Вистар, 180-190 г. Экспериментальные животные поступили из НПП Питомник лабораторных животных ФИБХ РАН. Животных содержали в условиях вивария с соблюдением режима приема пищи и воды. Длительность карантина (акклиматизационного периода) для всех животных составляла 14 дней. В течение карантина проводили ежедневный осмотр каждого животного (поведение и общее состояние), дважды в день животных наблюдали в клетках (заболеваемость и смертность). Перед началом исследования животные, отвечающие критериям включения в эксперимент, были распределены на группы (опыт и контроль) с помощью метода рандомизации. Животные, не соответствующие критериям, были исключены из исследования в течение карантина. Клетки с животными были помещены в отдельные комнаты. Световой режим: 12 ч - свет, 12 ч - темнота. Температура воздуха поддерживалась в пределах 19-25°С, относительная влажность - 50-70%. Температура и влажность воздуха регистрировали ежедневно. При изменении погодных условий контролировался воздухообмен в помещении с помощьюFor the experiment, we used adult male rats of the Wistar line, 180-190 g. The experimental animals came from the Research and Production Enterprise Nursery of laboratory animals of the FIBC RAS. The animals were kept in a vivarium in compliance with the regimen of food and water intake. The duration of quarantine (acclimatization period) for all animals was 14 days. During the quarantine, each animal was examined daily (behavior and general condition), twice a day, animals were observed in cages (morbidity and mortality). Before the start of the study, animals meeting the criteria for inclusion in the experiment were assigned to groups (experiment and control) using the method of randomization. Animals that did not meet the criteria were excluded from the study during quarantine. The animal cages were placed in separate rooms. Light mode: 12 h - light, 12 h - darkness. The air temperature was maintained within the range of 19-25 ° С, the relative humidity - 50-70%. Air temperature and humidity were recorded daily. When the weather conditions changed, the air exchange in the room was controlled using

- 9 035920 анемометра и путем измерения содержания в воздухе углекислого газа и аммиака. Был установлен режим проветривания, обеспечивающий около 15 объемов помещения в час, концентрацию СО2 не более- 9 035920 anemometer and by measuring the content of carbon dioxide and ammonia in the air. The ventilation mode was set, providing about 15 volumes of the room per hour, CO2 concentration not exceeding

0.15 об.%, аммиака - не более 0.001 мг/л. Животные получали воду ad libitum.0.15 vol.%, Ammonia - no more than 0.001 mg / l. The animals received water ad libitum.

В качестве источника радиационного облучения использовалась установка типа Гамма-панорама с модификациями, смонтирована в специальных защитных условиях. Источником излучения служит 137zCs, запаянный в двойную ампулу из нержавеющей стали и находящийся за защитным экраном в нерабочем положении установки.As a source of radiation exposure, a Gamma-panorama device with modifications was used, mounted in special protective conditions. The radiation source is 137 z Cs, sealed in a double ampoule made of stainless steel and located behind the protective screen in the inoperative position of the installation.

В качестве режима облучения была отработана дозировка 8,0 Гр и на пробных группах животных были проведены испытания, с целью апробации выбранной модели. Испытания носили предварительный характер, и целью ставилось выяснение дозы препарата флагеллина (ФЛ) и рабочих диапазонов параметров в эксперименте. Результаты представлены в таблице.A dosage of 8.0 Gy was worked out as an irradiation mode, and tests were carried out on test groups of animals in order to test the selected model. The tests were preliminary in nature, and the goal was to find out the dose of the flagellin (PL) drug and the working ranges of parameters in the experiment. The results are presented in the table.

Как видно из таблицы, полученный препарат флагеллина является активным -эффективен как при применении до облучения, так и после.As can be seen from the table, the resulting flagellin preparation is active - effective both when applied before and after irradiation.

Выживаемость животных после облучения (8,0 Гр, LD80-90).Survival of animals after irradiation (8.0 Gy, LD 80-90 ).

Группы животных Animal groups N N 30 сутки после облучения 30 days after irradiation ФЛ за 15-30' до облучения PL 15-30 'before irradiation 1 1 ФЛ в дозе 2,0 мг/кг PL at a dose of 2.0 mg / kg 15 15 13 13 2 2 ФЛ в дозе 1,0 мг/кг PL at a dose of 1.0 mg / kg 15 15 8 8 3 3 ФЛ в дозе 0,5 мг/кг PL at a dose of 0.5 mg / kg 15 15 9 nine 4 4 ФЛ в дозе 0,2 мг/кг PL at a dose of 0.2 mg / kg 15 15 10 ten 5 five Контроль Control 15 15 3 3 ФЛ через 15-30' после облучения PL 15-30 'after irradiation 6 6 ФЛ в дозе 2,0 мг/кг PL at a dose of 2.0 mg / kg 12 12 8 8 7 7 ФЛ в дозе 1,0 мг/кг PL at a dose of 1.0 mg / kg 12 12 8 8 8 8 ФЛ в дозе 0,5 мг/кг PL at a dose of 0.5 mg / kg 13 13 7 7 9 nine ФЛ в дозе 0,2 мг/кг PL at a dose of 0.2 mg / kg 14 fourteen 3 3 10 ten Контроль Control 8 8 1 1

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ получения активного высокоочищенного рекомбинантного флагеллина, охарактеризованного последовательностью аминокислот SEQ ID NO: 1, заключающийся в том, что используют субклон штамма-продуцента Е.соН BL21(DE3)/pET151D-TOPO_F27, содержащего ген, кодирующий такой флагеллин, оптимизированный по кодонному составу для экспрессии в клетках E.coli, обеспечивающий выход целевого белка до 45% от общего белка, культивируют клетки такого субклона с использованием индуктора экспрессии целевого гена 0,5 мМ ИПТГ, лизируют клетки, осаждают клеточные осадки, осуществляют выделение и очистку белка из супернатанта в денатурирующих условиях с использованием Ni-NTA сефарозы.A method of obtaining an active highly purified recombinant flagellin characterized by the amino acid sequence SEQ ID NO: 1, comprising using a subclone of the producer strain E. coH BL21 (DE3) / pET151D-TOPO_F27, containing a gene encoding such a flagellin, optimized in codon composition for expression in E. coli cells, providing the target protein yield up to 45% of the total protein, cells of such a subclone are cultured using the target gene expression inductor 0.5 mM IPTG, cells are lysed, cell sediments are precipitated, protein is isolated and purified from the supernatant in denaturing conditions using Ni-NTA Sepharose.
EA201792179A 2017-10-30 2017-10-30 Recombinant flagellin extraction and purification process EA035920B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201792179A EA035920B1 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Recombinant flagellin extraction and purification process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201792179A EA035920B1 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Recombinant flagellin extraction and purification process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201792179A1 EA201792179A1 (en) 2019-05-31
EA035920B1 true EA035920B1 (en) 2020-08-31

Family

ID=66644961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201792179A EA035920B1 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Recombinant flagellin extraction and purification process

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA035920B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012116413A (en) * 2012-04-24 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Биоинженерные технологии" RECOMBINANT DNA ENCODING FLAGELLIN OF BACTERIA Salmonella typhimurium (FlagST) AND RECOMBINANT PLASMIDAS pAS222, PROVIDING SYNTHESIS OF FlagST IN Escherichia coli cells
RU2524133C2 (en) * 2012-11-15 2014-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов" Федерального медико-биологического агентства Escherichia coli BACTERIA STRAIN - PRODUCER OF RECOMBINANT FLAGELLIN

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012116413A (en) * 2012-04-24 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Биоинженерные технологии" RECOMBINANT DNA ENCODING FLAGELLIN OF BACTERIA Salmonella typhimurium (FlagST) AND RECOMBINANT PLASMIDAS pAS222, PROVIDING SYNTHESIS OF FlagST IN Escherichia coli cells
RU2524133C2 (en) * 2012-11-15 2014-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов" Федерального медико-биологического агентства Escherichia coli BACTERIA STRAIN - PRODUCER OF RECOMBINANT FLAGELLIN

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LU Y et al. Escherichia coli-based cell free production of flagellin and ordered flagellin display on virus-like particles. Biotechnol Bioeng, 2013, 110(8): pp. 2073-2085 (реферат) [найдено 18.07.2018], Найдено из PubMed, PMID:23519642 *
ГРЕБЕШОК А.Н. и др. Получение различных вариантов рекомбинантного флагеллина и оценка их радиозащитной эффективности. Вестник Российской военно-медицинской академии, 2013, 3(43): с. 75-80 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA201792179A1 (en) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10400229B2 (en) Bacterial hyaluronidase and process for its production
da Silveira et al. Molecular cloning and functional characterization of two isoforms of dermonecrotic toxin from Loxosceles intermedia (brown spider) venom gland
da Silveira et al. Two novel dermonecrotic toxins LiRecDT4 and LiRecDT5 from brown spider (Loxosceles intermedia) venom: from cloning to functional characterization
CN109021086B (en) Antibacterial peptide cecropin A mutant and encoding gene, preparation method and application thereof
EP0315650B1 (en) Purification of recombinant interleukin-1
EA035117B1 (en) Codon optimized polynucleotide for high level expression of crm
CN110172464A (en) Human annexin-V V variant and preparation method
Premkumar et al. An unusual halotolerant α-type carbonic anhydrase from the alga Dunaliella salina functionally expressed in Escherichia coli
CN113214369B (en) Molecular peptide mutant
CN107200776B (en) Echinococcus granulosus antigen cC1 recombinant protein and soluble expression method and purification method thereof
US20050227920A1 (en) Methods for production of recombinant vascular endothelial cell growth inhibitor
EA035920B1 (en) Recombinant flagellin extraction and purification process
Surovtsev et al. Purification of bacteriocins by chromatographic methods
CN111019927B (en) Recombinant plasmid for expressing TEV protein, recombinant engineering bacterium and method for preparing and purifying TEV protein
CN110923289B (en) Screening method of drug for treating citrus greening disease
CN108864273B (en) Simulated human-derived antibacterial peptide and preparation method thereof
JP4573772B2 (en) Purification method of major mite allergens
CN111218452A (en) Recombinant human TSG-6 gene, recombinant human TSG-6 protein standard, and preparation methods and applications thereof
CN104911189B (en) Human Annexin V gene optimization sequence and manufacturing method and application thereof
RU2618850C2 (en) pET-mChBac75Na PLASMID VECTOR, ESCHRICHIA COLI BL21(DE3/ pET-mChBac75Na BACTERIA STRAINS FOR CHBAC7NA MINIBACTENECIN ANTIMICROBIAL PEPTIDE EXPRESSION AND METHODS FOR PRODUCTION OF THESE PEPTIDES
CN111116757A (en) Ferritin fusion protein with galactose-binding lectin EW29 label, protein cage nanoparticles and preparation method thereof
EP3186379B1 (en) E. coli-based production of beta-lactamase
RU2564120C2 (en) STRAIN OF Escherichia coli BACTERIA - PRODUCENT OF HEAT SHOCK PROTEIN 70 AND METHOD FOR OBTAINING PREPARATION OF HUMAN HEAT SHOCK PROTEIN
Mohammadpour-Aghdam et al. The Effect of DMSO, IPTG and Incubation Temperature on Growth Hormone Protein Expression in E. coli
CN117003837A (en) Soluble acinetobacter baumannii recombinant BauA protein and expression and purification method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU