ES2214933B1 - HYDROLYSIS OF LACTOSE WITH IMMOBILIZED THERMORESISTENT LACTASE AND ITS METHOD OF OBTAINING. - Google Patents

HYDROLYSIS OF LACTOSE WITH IMMOBILIZED THERMORESISTENT LACTASE AND ITS METHOD OF OBTAINING.

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Abstract

Hidrólisis de lactosa con lactasa termorresistente inmovilizada y su método de obtención. Un procedimiento de hidrólisis de lactosa catalizado por derivados recombinantes inmovilizados- estabilizados de {be}-galactosidasa de Thermus sp. (cepa t2) fusionada con colas de poli-histidinas (imac/{be}-galactosidasa) clonada en E. coli CECT 5970. El procedimiento tiene interés para la industria láctea y en biotecnología aplicándose en distintos derivados lácteos, sea leche, suero o cualquier otro compuesto con lactosa para evitar problemas de intolerancia y mejora organoléptica. En relación con el Medio Ambiente eliminar el vertido altamente contaminante de la lactosa (un azúcar muy reductor), trasformando este deshecho en un producto de un cierto valor añadido (un jarabe de glucosa y fructosa). La enzima es termorresistente no tiene impurezas y su procedimiento de preparación permite su purificación en un solo paso y se hace con un microorganismo mesófilo.Hydrolysis of lactose with immobilized heat-resistant lactase and its method of production. A lactose hydrolysis process catalyzed by immobilized-stabilized recombinant derivatives of {be} -galactosidase from Thermus sp. (strain t2) fused with poly-histidine tails (imac / {be} -galactosidase) cloned in E. coli CECT 5970. The procedure is of interest to the dairy and biotechnology industry by applying in different dairy derivatives, be it milk, whey or any other compound with lactose to avoid problems of intolerance and organoleptic improvement. In relation to the Environment, eliminate the highly polluting spill of lactose (a very reducing sugar), transforming this waste into a product of a certain added value (a glucose and fructose syrup). The enzyme is heat resistant has no impurities and its preparation procedure allows its purification in one step and is done with a mesophilic microorganism.

Description

Hidrólisis de lactosa con lactasa termorresistente inmovilizada y su método de obtención.Lactose hydrolysis with lactase thermo-resistant immobilized and its method of obtaining.

Sector de la técnicaTechnical sector

La invención que se reivindica se encuadra principalmente dentro del área agroalimentaria, aunque también se relaciona con las áreas biotecnológica y medioambiental. En el área agroalimentaria se pretende reducir o eliminar la lactosa de la leche, productos lácteos y subproductos lácteos, para evitar problemas de intolerancia y mejorar propiedades organolépticas, y mejorar los procesos de fermentación, utilizando herramientas muy diversas relacionadas con la biotecnología y la tecnología enzimática. En cuanto al impacto medioambiental, se pretende eliminar el vertido altamente contaminante de la lactosa (un azúcar muy reductor), trasformando este deshecho en un producto de un cierto valor añadido (un jarabe de glucosa y fructosa).The claimed invention is framed mainly within the agri-food area, although it is also It relates to the biotechnological and environmental areas. In the area agrifood is intended to reduce or eliminate lactose from the milk, dairy products and dairy by-products, to avoid intolerance problems and improve organoleptic properties, and improve fermentation processes, using very tools various related to biotechnology and technology enzymatic Regarding the environmental impact, it is intended eliminate the highly polluting spill of lactose (a sugar very reductive), transforming this waste into a product of a certain added value (a glucose and fructose syrup).

Estado de la técnicaState of the art

La \beta-D-galactosidasa (EC 3.2.1.23), también llamada lactasa, tiene como función primaria la hidrólisis de la lactosa en D-galactosa y D-glucosa. Por ello, la aplicación fundamental de las \beta-D-galactosidasas se circunscribe al ámbito de los productos y subproductos lácteos [Pivarnik, L.F.; Senecal, A.G. y Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial \beta-galactosidase (lactase) in food processing". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102]. Además, esta enzima posee actividad transgalactosilasa y se utiliza para la síntesis de galactosil-oligosacáridos, compuestos con un interés creciente en el área agroalimentaria y farmacéutica.The β-D-galactosidase (EC 3.2.1.23), also called lactase, has as its primary function the lactose hydrolysis in D-galactose and D-glucose Therefore, the fundamental application of β-D-galactosidases are circumscribes to the field of dairy products and by-products [Pivarnik, L.F .; Senecal, A.G. and Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial β-galactosidase (lactase) in food processing ". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102]. In addition, this enzyme has transgalactosylase activity and is used for the synthesis of galactosyl oligosaccharides, compounds with a growing interest in the agri-food area and Pharmaceutical

Como alternativa no enzimática a la hidrólisis con \beta-D-galactosidasas se puede utilizar la hidrólisis química, pero produce efectos no deseables (p. ej.: pérdida de nutrientes, defectos organolépticos, etc.) [Gekas, V. y López-Leiva, M. 1985. "Hydrolisis of lactose: A literature review". Process. Biochem. 20, 1-12].As a non-enzymatic alternative to hydrolysis with β-D-galactosidases it You can use chemical hydrolysis, but it produces no effects desirable (e.g., loss of nutrients, organoleptic defects, etc.) [Gekas, V. and López-Leiva, M. 1985. "Hydrolisis of lactose: A literature review". Process Biochem 20, 1-12].

Las \beta-galactosidasas se emplean en la industria agroalimentaria para reducir el contenido en lactosa de productos lácteos y derivados, lo que tiene una interés muy variado.The β-galactosidases are used in the agri-food industry to reduce the content in lactose from dairy products and derivatives, which has a varied interest.

En primer lugar, el problema más complejo sería hacer accesibles estos alimentos a los afectados de hipolactasia, que constituyen el 70% de la población mundial, para lo que necesitaremos hidrolizar el 100% de la lactosa de la leche [Savaiano, D.A. y Kotz, C. 1988. "Recent advances in the management of lactose intolerance". Contemp. Nutr. 13, 10; Wolin, M.J. 1981. "Fermentation in the numen and human large intestine". Science 213, 1463-1468; Phillips, M.C. y Bríggs, G.M. 1975. "Milk and its role in the American diet". J. Dairy Sci. 58, 1751-1763; Birge, S.J.; Keutmann, H.T.; Cuatrecases, P. y Whedon, G.D. 1963. "Osteoporosis, intestinal lactase deficiency and low dietary calcium intake". N. Engl. J. Med. 276, 445-448].First, the most complex problem would be make these foods accessible to those affected by hypolactasia, which constitute 70% of the world's population, for which we will need to hydrolyze 100% milk lactose [Savaiano, D.A. and Kotz, C. 1988. "Recent advances in the management of lactose intolerance ". Contemp. Nutr. 13, 10; Wolin, M.J. 1981. "Fermentation in the numen and human large intestine. "Science 213, 1463-1468; Phillips, M.C. and Bríggs, G.M. 1975. "Milk and its role in the American diet ". J. Dairy Sci. 58, 1751-1763; Birge, S.J .; Keutmann, H.T .; Cuatrecases, P. and Whedon, G.D. 1963 "Osteoporosis, intestinal lactase deficiency and low dietary calcium intake ". N. Engl. J. Med. 276, 445-448].

En las demás utilizaciones, la exigencia de hidrólisis totales puede estar disminuida. Por ejemplo, el uso de \beta-galactosidasas para revalorizar los sueros de lechería mediante su transformación en jarabes de glucosagalactosa [Mahoney, R.R. 1985. "Modification of lactose and lactosecontaining dairy products with \beta-galactosidase". En "Developments in Dairy Chemistry: Lactose and minor constituents". Fox, F. (Ed), pp.69-108. Elsevier, Nueva York; Short, J.L. 1975. "Prospects for the utilization of deproteinated whey in New Zealand-A review." N.Z.J. Dairy Sci. Technol. 13,181-194], evitando lo que -por otra parte- sería un grave problema medioambiental, debido a la alta demanda biológica oxígeno de la lactosa de los mencionados sueros, y dado que sólo se procesa la mitad del que se produce vertiéndose el resto a los cauces fluviales [Pivarnik, L.F.; Senecal, A.G. y Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial \beta-galactosidase (lactase) in food processing". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102] (para hacernos una idea del problema, 1 Kg de queso requiere, como media, 10 L de leche).In other uses, the total hydrolysis requirement may be diminished. For example, the use of β-galactosidases to revalue dairy sera by transforming them into glucosegalactose syrups [Mahoney, RR 1985. "Modification of lactose and lactosecontaining dairy products with β-galactosidase". In " Developments in Dairy Chemistry: Lactose and minor constituents ". Fox, F. (Ed), pp. 69-108. Elsevier, New York; Short, JL 1975. "Prospects for the utilization of deproteinated whey in New Zealand-A review." NZJ Dairy Sci. Technol. 13,181-194], avoiding what - on the other hand - would be a serious environmental problem, due to the high biological oxygen demand of the lactose of the mentioned sera, and since only half of the one produced is processed by pouring the rest into river channels [Pivarnik, LF; Senecal, AG and Rand, AG 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial? -Galactosidase (lactase) in food processing". Adv. Food Nutrit Res. 38, 1-102] (to get an idea of the problem, 1 kg of cheese requires, on average, 10 L of milk).

Por otro lado, leches con la lactosa hidrolizada son mejores sustratos para la fermentación, de forma que este proceso tiene interés para acelerar la producción de derivados fermentados de la leche (quesos, yogures..). también es interesante considerar que la lactosa tiene una solubilidad reducida cuando se la compara con la de la galactosa y glucosa, con lo que su hidrólisis evita problemas de aparición de cristales de lactosa en leches condensadas, helados, etc (además de añadir un sabor dulce al alimento).On the other hand, milk with hydrolyzed lactose they are better substrates for fermentation, so that this process has interest to accelerate the production of derivatives fermented milk (cheeses, yogurts ..). it is also interesting consider that lactose has a reduced solubility when compares it with that of galactose and glucose, so that its hydrolysis prevents problems of appearance of lactose crystals in condensed milk, ice cream, etc. (in addition to adding a sweet taste to food).

Otra implicación, no hidrolítica si no transglicosílica, sería alimentaria y farmacéutica: síntesis de galactosi1-oligosacáridos por transglicosilación [Zárate, S. y López-Leiva, M.H. 1990. "Oligosaccharide formation during enzymatic lactose hidrolysis: A literature review". J. Food Prot. 53, 262-268], pudiendo emplearse con fines de interés alimentario [Pivamik, L.F.; Senecal, A.G. y Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial \beta-galactosidase (lactase) in food processing". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102] y farmacéutico [Nilsson K.G.I., 1988 "Enzymatic synthesis of oligosaccarides" Trends Biotechnol, 6, 256-264].Another implication, not hydrolytic if not transglycosilic, would be food and pharmaceutical: synthesis of transglycosylation galactosi1-oligosaccharides [Zárate, S. and López-Leiva, M.H. 1990. "Oligosaccharide formation during enzymatic lactose hidrolysis: A literature review ". J. Food Prot. 53, 262-268], may be used for food interest purposes [Pivamik, L.F .; Senecal, A.G. and Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial β-galactosidase (lactase) in food processing ". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102] and pharmacist [Nilsson K.G.I., 1988 "Enzymatic synthesis of oligosaccarides "Trends Biotechnol, 6, 256-264].

Las preparaciones de (\beta-galactosidasa que se aplican al procesado de alimentos, provienen fundamentalmente de mohos y levaduras mesófilos [Kuntz, L.A., 1993. "Dairy enzymes: The biochemical benefit". Food Prod. Des. 3, 59-72; Gekas, V. y López-Leiva, M. 1985. "Hydrolisis of lactose: A literature review". Process. Biochem. 20, 1-12; Rao, D.R. 1997. "Oral supplements to improve lactose digestion and tolerance". Food Sci. Technol. Int. 3, 87-92]. Todas ellas, y otras no recogidas, efectúan la hidrólisis de la lactosa a lo sumo a 55ºC, y tienen como impurezas en su composición otras proteínas que deterioran la calidad sensorial de los alimentos sobre cuyo procesado se aplican [Mahoney, R.R. 1985. "Modification of lactose and lactose-containing dairy products with \beta-galactosidase". En "Developments in Dairy Chemistry: Lactose and minor constítuents". F. Fox (Ed), pp.69-108. Elsevier, Nueva York]. Contar con enzimas muy termoestables y puras permitiría simultanear la pasterización u otros tratamientos térmicos con la eliminación de lactosa y preservar al producto de modificaciones indeseables. Con ello se reducirían costes de producción y se evitarían riesgos de contaminación bacteriana en el procesado (como ya comentamos, la leche con la lactosa hidrolizada constituye un mejor substrato para el crecimiento de microorganismos). Una fuente interesante de este tipo de enzimas serían los organismos termofílicos. Poder producir dichas enzimas en microorganismos mesófilos permitiría reducir sustancialmente los costes de producción de aquéllas, ya que no sería necesaria la incubación a elevadas temperaturas o en medios muy complejos [Tennisi, E. 1997. "In industry, extremophiles begin to make their mark". Science 276, 705-7061].Preparations of (? -Galactosidase that are applied to food processing, mainly come from molds and mesophilic yeasts [Kuntz, LA, 1993. "Dairy enzymes: The biochemical benefit". Food Prod. Des. 3, 59-72; Gekas, V. and López-Leiva, M. 1985. "Hydrolysis of lactose: A literature review". Process. Biochem. 20, 1-12; Rao, DR 1997. "Oral supplements to improve lactose digestion and tolerance." Food Sci. Technol. Int. 3, 87-92] All of them, and others not collected, perform lactose hydrolysis at most at 55 ° C, and have other proteins in their composition as impurities that deteriorate the sensory quality of food on which they are processed [Mahoney, RR 1985. "Modification of lactose and lactose-containing dairy products with? -galactosidase". In " Developments in Dairy Chemistry: Lactose and minor constítuents ". F. Fox (Ed), pp. 69-108 Elsevier, New York.] Having very thermostable and pure enzymes would allow for pasteurization to be combined On or other heat treatments with the elimination of lactose and preserve the product from undesirable modifications. This would reduce production costs and avoid risks of bacterial contamination in the process (as we said, milk with hydrolyzed lactose is a better substrate for the growth of microorganisms). An interesting source of this type of enzymes would be thermophilic organisms. Being able to produce these enzymes in mesophilic microorganisms would allow them to substantially reduce their production costs, since incubation at high temperatures or in very complex media would not be necessary [Tennisi, E. 1997. "In industry, extrephiles begin to make their mark" . Science 276, 705-7061].

También, además de disponer de una enzima con buenas propiedades, es preciso disponer de sistemas de inmovilización de la enzima tan pura como sea posible, bien purificándola previamente o asociando la inmovilización y la purificación, y de forma que tengamos una elevada carga volumétrica (es decir, inmovilizar mucha proteína activa) y, a ser posible, mejorar sus propiedades (por ejemplo, termoestabilidad, cinética, etc). La mayoría de las lactasas comerciales presentan muy serios problemas de inhibición cuando se enfrentan a concentraciones del orden del 5% de lactosa (como las de la leche) y aun mas acusadas si se usan en hidrólisis de concentrados de lactosa (similares a concentrados de sueros lácteos), lo que reduce su utilidad.Also, in addition to having an enzyme with good properties, it is necessary to have systems of enzyme immobilization as pure as possible, well purifying it previously or associating the immobilization and purification, and so that we have a high volumetric load (i.e. immobilize a lot of active protein) and, if possible, improve its properties (for example, thermostability, kinetics, etc). Most commercial lactases present very serious inhibition problems when facing concentrations of order of 5% lactose (such as milk) and even more pronounced if used in hydrolysis of lactose concentrates (similar to whey concentrates), which reduces its usefulness.

Las únicas patentes de \beta-galactosidasa de Thermus que se conocen son las siguientes:The only known Thermus β-galactosidase patents are the following:

United States Patent nº 5,283,189 (1 de Febrero de 1994): "\beta-Galactosidase from Thermus sp.". Inventores: Mitsunori Takase, Oomiya; Kouki Horikosi, Tokyo (Japón). El uso potencial del enzima es fundamentalmente alimentario. La invención consiste en la producción de la enzima a partir de tres cepas de Thermus sp., distintas de la cepa T2, mediante un procedimiento clásico de fermentación de estos microorganismos termófilos. United States Patent No. 5,283,189 (February 1, 1994) : "β-Galactosidase from Thermus sp .". Inventors: Mitsunori Takase, Oomiya; Kouki Horikosi, Tokyo (Japan). The potential use of the enzyme is primarily food. The invention consists in the production of the enzyme from three strains of Thermus sp ., Other than strain T2, by a conventional method of fermentation of these thermophilic microorganisms.

Patente española nº 9701759 (7 de Agosto de 1997): "Un procedimiento para producir \beta-galactosidasa de Thermus sp. (Cepa T2) en células hospedantes, y purificarla en un sólo paso cromatográfico". Inventores: A. Vián; A.V. Carrascosa; J.L García y E. Cortés. En ella se reivindica una secuencia distinta a la de la presente invención, y un sistema de purificación distinto, por lo que se trata de una invención distinta. Spanish Patent No. 9701759 (August 7, 1997) : "A process for producing β-galactosidase from Thermus sp . (Strain T2) in host cells, and purifying it in a single chromatographic step." Inventors : A. Vián; AV Carrascosa; JL García and E. Cortés. It claims a different sequence from the present invention, and a different purification system, so it is a different invention.

En la presente invención la producción de \beta-galactosidasa se hace mediante la fermentación de un microorganismo mesófilo recombinante. Dicho microorganismo contiene el gen que codifica para la \beta-galactosidasa de Thermus sp . T2, unido a un módulo que codifica para 6 histidinas que permiten la purificación e inmovilización posterior por cromatografía de afinidad con iones metálicos ("Ion metal affinity chromatography", IMAC), de manera distinta a la reivindicada en la mencionada patente de Thermus sp. T2. Por ello la originalidad de la presente invención frente a la Patente española nº 9701759 (7 de Agosto de 1997) mencionada más arriba queda salvaguardada.In the present invention the production of β-galactosidase is made by the fermentation of a recombinant mesophilic microorganism. Saying microorganism contains the gene that codes for the β-galactosidase from Thermus sp . T2, together with a module that codes for 6 histidines that allow purification and subsequent immobilization by chromatography of affinity with metal ions ("Ion metal affinity chromatography ", IMAC), differently from the one claimed in the aforementioned patent ofThermus sp. T2 Therefore the originality of the present invention against the Spanish Patent No. 9701759 (August 7, 1997) mentioned above remains safeguarded.

Así mismo, se conocen sistemas de transglicosilación protegidos por patente, no siempre diseñados con \beta-galactosidasas comerciales. Las aplicaciones de los oligosacáridos sintetizados que se reivindican son alimentarias, médicas y farmacéuticas, y en su obtención se considera interesante la termorresistencia para poder realizar el proceso en condiciones asépticas [Pivamik, L.F.; Senecal, A.G. y Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial \beta-galactosidase (lactase) in food processing". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102]. Las patentes son las siguientes:Likewise, systems of patent protected transglycosylation, not always designed with commercial β-galactosidases. The applications of the synthesized oligosaccharides claimed they are food, medical and pharmaceutical, and in their obtaining considers heat resistance to be able to perform the process under aseptic conditions [Pivamik, L.F .; Senecal, A.G. Y Rand, A.G. 1995. "Hydrolytic and transgalactosylic activities of commercial? -galactosidase (lactase) in food processing ". Adv. Food Nutrit. Res. 38, 1-102]. The patents are as follows:

1.one.
Patente europea nº 88312,328.3 (Kobayashi, Y.; Kan, T. y Terashima, T. 1988. "Method for producing processed milk containing galactooligosaccharides"). European Patent No. 88312,328.3 (Kobayashi, Y .; Kan, T. and Terashima, T. 1988. "Method for producing processed milk containing galactooligosaccharides").

2.2.
Patente Japonesa nº 6394,987 (Okonogi, S.; Tomita, M.; Tomimura, T.; Tamura, Y. y Mizota, T. 1988. "Enzymic manufacture of \beta-D-galactopyranosil-(1-6)-\beta-L-galactopyranosil-(1-4)-D-fructose from lactulose"). Japanese Patent No. 6394,987 (Okonogi, S .; Tomita, M .; Tomimura, T .; Tamura, Y. and Mizota, T. 1988. "Enzymic manufacture of β-D-galactopyranosyl- (1-6) - β-L-galactopyranosyl- (1-4) -D-fructose from lactulose ").

3.3.
Patente Internacional WO 8909,275 (Nilsson, K.G.I. 1989. "Enzymic sinthesis of complex carbohydrates"). International Patent WO 8909,275 (Nilsson, KGI 1989. "Enzymic sinthesis of complex carbohydrates").

4.Four.
Patente Americana nº 4,944,952 (Kobayashi, Y.; Kan, T. y Terashima, T. 1988. "Method for producing processed milk containing galactooligosaccharides"). US Patent No. 4,944,952 (Kobayashi, Y .; Kan, T. and Terashima, T. 1988. "Method for producing processed milk containing galactooligosaccharides").

5.5.
Patente Japonesa nº 04218.362 (Oki, J.; Kobayashi, K.; Hashimoto, K. y Kubota, A. 1990. "Vinegar containing galactooligosaccharides"). Japanese Patent No. 04218,362 (Oki, J .; Kobayashi, K .; Hashimoto, K. and Kubota, A. 1990. "Vinegar containing galactooligosaccharides").

El gen de la \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, cuya secuencia y sistema de producción se reivindican en la presente invención, había sido clonado y expresado con anterioridad en Escherichia coli por otros autores, con fines científicos y no comerciales [Koyama, Y.; Okamoto, S. y Furukawa, K. 1990 "Cloning of \alpha and \beta-Galactosidase from an extreme thermophile, Thermus strain T2, and their expression en Thermus thermophilus HB27". Appl. Environ. Microbiol. 56, 2251-2254]. Con posterioridad se llevó a cabo su producción en Escherichia coli JM109, unida a un dominio de unión a colina que permitía purificarla en un solo paso cromatográfico [Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997. "Un procedimiento para producir \beta-galactosidasa de Thermus sp. (Cepa T2) en células hospedantes, y purificarla en un sólo paso cromatográfico". Patente española 9701759. 7-8-97; Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp. strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusion protein. Appl. Environm. Microbiol. 64,2187-21911 La presente invención también permite, aunque de manera distinta a la anteriormente citada y con mejoras muy interesantes, la producción de \beta-galactosidasa en E. coli, con lo cual la incubación es más sencilla por no hacerse de 70 a 80ºC, que es la temperatura óptima de crecimiento de Thermus sp. T2, así como no requerir medios de cultivo microbiológicos especiales ni un dilatado tiempo de fermentación. Además hace posible su inmovilización, por lo qué la enzima no ha de eliminarse del sustrato después de actuar, y puede utilizarse varios ciclos, con el consiguiente ahorro económico. Por otro lado, el dominio de unión a colina podría presentar ciertos problemas en alimentación, al provenir de un organismo patógeno.The β-galactosidase gene of Thermus sp . T2, whose sequence and production system are claimed in the present invention, had been cloned and expressed previously in Escherichia coli by other authors, for scientific and non-commercial purposes [Koyama, Y .; Okamoto, S. and Furukawa, K. 1990 "Cloning of α and β-Galactosidase from an extreme thermophile, Thermus strain T2, and their expression in Thermus thermophilus HB27". Appl. Environ. Microbiol 56, 2251-2254]. Subsequently, its production was carried out in Escherichia coli JM109, together with a choline binding domain that allowed it to be purified in a single chromatographic step [Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997. "A procedure to produce \ Thermus sp . beta-galactosidase (strain T2) in host cells, and purify it in a single chromatographic step. " Spanish patent 9701759. 7-8-97; Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp . strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusion protein. Appl. Environm. Microbiol 64,2187-21911 The present invention also allows, although differently from the aforementioned and with very interesting improvements, the production of β-galactosidase in E. coli , whereby the incubation is easier because it is not made 70 at 80 ° C, which is the optimum growth temperature of Thermus sp . T2, as well as not requiring special microbiological culture media or a long fermentation time. It also makes its immobilization possible, so the enzyme does not have to be removed from the substrate after acting, and several cycles can be used, with the consequent economic savings. On the other hand, the choline binding domain could present certain feeding problems, coming from a pathogenic organism.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La hidrólisis total (mas del 99%) de lactosa en leche y suero lácteo se consiguió utilizando diferentes derivados inmovilizados de la enzima \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2. Para llegar a este objetivo final fue necesario solucionar una serie de problemas.Total hydrolysis (more than 99%) of lactose in milk and whey was achieved using different immobilized derivatives of the enzyme β-galactosidase of Thermus sp . T2 To reach this final objective it was necessary to solve a series of problems.

La cepa Thermus sp. T2 se aisló en aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone, mostró una temperatura óptima de crecimiento de 70ºC, en agitación y pH 7,7 y mostró actividad \beta-galactosidásica, con un óptimo a 80ºC y pH 5 [Ulrich, J.T.; MacFeters, G.A. y Temple, K.L. 1972. "Induction and characterization of \beta-galactosidase in an extreme thermophile". J. Bacteriol. 110, 691-698]. La cepa, por sus características morfológicas y de cultivo, fue en principio adscrita a la especie Thermus aquaticus, pero un reciente estudio sugiere que la cepa pertenece a la especie Thermus oshimai [Ishiguro, M.; Kaneko, S.; Kuno. A.; Koyama, S.; Park, G.G.; Sakakibara, Y.; Kusakabe, 1.; Kobayashi,H. 2001. Purification and characterization of the recombinant Thermus sp. Strain T2 alpha-galactosidase expressed in Escherichia)]. Esta cepa se encuentra depositada en la Colección Americana de Cultivos Tipo (ATCC 27737). La invención que se reivindica utiliza ADN de esta cepa: el del gen de la enzima \beta-galactosidasa.The strain Thermus sp . T2 was isolated in hot springs of Yellowstone National Park, showed an optimal growth temperature of 70 ° C, with stirring and pH 7.7 and showed β-galactosidetic activity, with an optimum at 80 ° C and pH 5 [Ulrich, JT; MacFeters, GA and Temple, KL 1972. "Induction and characterization of β-galactosidase in an extreme thermophile". J. Bacteriol. 110, 691-698]. The strain, due to its morphological and culture characteristics, was in principle ascribed to the Thermus aquaticus species, but a recent study suggests that the strain belongs to the Thermus oshimai species [Ishiguro, M .; Kaneko, S .; Kuno TO.; Koyama, S .; Park, GG; Sakakibara, Y .; Kusakabe, 1 .; Kobayashi, H. 2001. Purification and characterization of the recombinant Thermus sp . Strain T2 alpha-galactosidase expressed in Escherichia )]. This strain is deposited in the American Type Culture Collection (ATCC 27737). The claimed invention uses DNA from this strain: that of the β-galactosidase enzyme gene.

La cepa depositada en la Colección Española de Cultivos Tipo (CECT) y protegida por el Tratado de Budapest, con el nº de depósito 5970 corresponde a E. coli MC1116, hospedante del plásmido recombinante pBGT3. Esta cepa produce una muteína de la enzima \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, con un módulo para IMAC, por lo que en adelante la denominaremos IMAC/\beta-galactosidasa.The strain deposited in the Spanish Type Culture Collection (CECT) and protected by the Budapest Treaty, with deposit number 5970 corresponds to E. coli MC1116, host of the recombinant plasmid pBGT3. This strain produces a mutein of the enzyme β-galactosidase from Thermus sp . T2, with a module for IMAC, so in the future we will call it IMAC / β-galactosidase.

La purificación se realizó utilizando soportes IMAC producidos a medida para evitar dos problemas graves que afectaban a la adsorción selectiva de la enzima y su desorción final cuando se trabajaba con esta enzima multimérica: la adsorción de proteínas nativas a los soportes (lo que puede contaminar la preparación final y obliga a utilizar columnas de mayor tamaño para purificar la misma cantidad de enzimas) y la unión de la enzima multi-subunidades (que provocaba una adsorción tan fuerte de la enzima que dificultaba en gran medida su desorción final). Además, fue preciso considerar en la purificación efectos inactivantes de determinados cationes (Cu).Purification was performed using supports IMAC produced to measure to avoid two serious problems that affected the selective adsorption of the enzyme and its desorption final when working with this multimeric enzyme: adsorption from native proteins to supports (which can contaminate the final preparation and forces to use larger columns to purify the same amount of enzymes) and enzyme binding multi-subunits (which caused such adsorption strong enzyme that greatly hindered its desorption final). In addition, it was necessary to consider purification effects inactivating certain cations (Cu).

La inmovilización covalente se realizó sobre resinas epoxiacrilicas con alto grado de entrecruzarniento preparadas en presencia de agentes porogénicos. Posteriormente, algunos grupos epóxido se modificaron con distintos compuestos capaces de adsorber proteínas (aminofenilborónico, IDA, IDA-ión metálico, etilendiamina) para alterar el área de la proteína implicada en la inmovilización [C. Mateo, G. Fernández-Lorente, 0. Abian, R. Fernández-Lafuente, & J.M. Guisán. 2000. "Multifunctional epoxy-supports: a new tool to improve the covalent immobilization of proteins. The promotion of physical adsorptions of proteins on the supports before their covalent linkage". Biomacromolecules. 1, 739-745.]. También se realizaron inmovilizaciones reversibles de la enzima sobre soportes activados con polietilenimina, consiguiéndose una inmovilización muy fuerte, poco distorsinante de la enzima [Mateo,C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, J.M 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites" Biotechnol. Bioeng. 68, 98-105]Covalent immobilization was performed on epoxyacrylic resins with a high degree of crosslinking prepared in the presence of porogenic agents. Subsequently, some epoxide groups were modified with different compounds capable of adsorbing proteins (aminophenylboronic, IDA, IDA-metal ion, ethylenediamine) to alter the area of the protein involved in immobilization [C. Mateo, G. Fernández-Lorente, 0. Abian, R. Fernández-Lafuente, & JM Guisán. 2000. "Multifunctional epoxy-supports: a new tool to improve the covalent immobilization of proteins. The promotion of physical adsorptions of proteins on the supports before their covalent linkage". Biomacromolecules 1 , 739-745.]. Reversible immobilizations of the enzyme were also carried out on supports activated with polyethyleneimine, achieving a very strong, slightly distorting immobilization of the enzyme [Mateo, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, JM 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites " Biotechnol. Bioeng 68 , 98-105]

Breve descripción de la invenciónBrief Description of the Invention

La aplicación de \beta-galactosidasas comerciales a leche, productos y vertidos lácteos presenta dos inconvenientes fundamentales: la termosensibilidad de las enzimas hasta ahora en uso, y las impurezas que dichos enzimas suelen tener en los preparados comerciales. Esto impide el empleo de los enzimas en procesos que incluyan tratamientos térmicos moderados (p. e. pasterización), y provoca cambios no deseables en el producto respectivamente. Además, como se comento anteriormente, inhibiciones por producto pueden producir hidrólisis parciales de la lactosa, insuficiente para algunos usos.The application of commercial β-galactosidases to milk, dairy products and discharges has two drawbacks fundamental: the thermosensitivity of enzymes so far in use, and the impurities that these enzymes usually have in the Commercial preparations This prevents the use of enzymes in processes that include moderate heat treatments (p. e. pasteurization), and causes undesirable changes in the product respectively. In addition, as discussed above, product inhibitions may produce partial hydrolysis of the lactose, insufficient for some uses.

La presente invención consiste en el diseño y realización de un procedimiento para la hidrólisis de lactosa utilizando derivados de \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 en E. coli MC1116, y purificada por cromatografía de afinidad a iones metálicos inmovilizados, e inmovilizarla sobre soportes adecuados (en un solo paso o en dos) y su aplicación a la hidrólisis de distintos derivados lácteos (desde leche hasta sueros lácteos). El hecho de producir el enzima en este microorganismo mesófilo es más económico que hacerlo en cepas de Thermus, entre otros motivos, porque no es necesario incubar a 70ºC para obtener la enzima activa.The present invention consists in the design and implementation of a process for the hydrolysis of lactose using β-galactosidase derivatives of Thermus sp . T2 in E. coli MC1116, and purified by immobilized metal ion affinity chromatography, and immobilize it on suitable supports (in a single step or in two) and its application to the hydrolysis of different dairy derivatives (from milk to dairy sera). The fact of producing the enzyme in this mesophilic microorganism is cheaper than in Thermus strains, among other reasons, because it is not necessary to incubate at 70 ° C to obtain the active enzyme.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention Producción de la enzimaEnzyme Production

Se realizó la construcción del plásmido pBGT3 para expresar la actividad \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 en un hospedador heterólogo (Figura 1). Este plásmido pBGT3 sobreproduce la \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 modificada para que se pueda purificar por cromatografía de afinidad a iones metálicos inmovilizados. La modificación consiste en introducir seis restos de histidina en el extremo N-terminal de la proteína de interés. El monómero de la quimera proteica resultante, IMAC/\beta-galactosidasa, tiene una masa molecular relativa predicha de 73 kDa (Figura 2).Plasmid pBGT3 was constructed to express the β-galactosidase activity of Thermus sp . T2 in a heterologous host (Figure 1). This plasmid pBGT3 overproduces the β-galactosidase of Thermus sp . T2 modified so that it can be purified by immobilized metal ion affinity chromatography. The modification consists of introducing six histidine residues at the N-terminal end of the protein of interest. The resulting protein chimera monomer, IMAC / β-galactosidase, has a predicted relative molecular mass of 73 kDa (Figure 2).

El hospedador heterólogo utilizado fue la cepa MC1116 de la especie Escherichia coli, que carece de actividad \beta-galactosidasa por llevar una deleción completa del operón lactosa. Dicho hospedador se transformó con el plásmido pBGT3, obteniéndose como resultado final la cepa E. coli MC1116 (pBGT3). Esta cepa se encuentra depositada en la CECT (Colección Española de Cultivos Tipo) con el nº de registro 5970 y protegida de acuerdo con lo estipulado en el Tratado de Budapest.The heterologous host used was strain MC1116 of the Escherichia coli species, which lacks? -Galactosidase activity by carrying a complete deletion of the lactose operon. Said host was transformed with the plasmid pBGT3, obtaining as a final result the E. coli strain MC1116 (pBGT3). This strain is deposited in the CECT (Spanish Type Culture Collection) with registration number 5970 and protected in accordance with the provisions of the Budapest Treaty.

Seguidamente se realizó la producción y obtención de extractos enriquecidos en \beta-galactosidasa de Thermus sp. (cepa T2), en forma de quimera proteica IMAC/\beta-galactosidasa. Las células de E. coli MC1116 (pBGT3) se cultivaron en un medio previamente seleccionado que contenía fuentes de carbono y nitrógeno y sales minerales, a una temperatura de 30ºC, durante 14-18 horas. Las células se recogieron por centrifugación y se rompieron mediante una prensa tipo French. El extracto tratado se centrifugó, obteniéndose un sobrenadante caro, enriquecido en actividad \beta-galactosidasa termoestable.Next, the production and obtaining of extracts enriched in β-galactosidase from Thermus sp . (strain T2), in the form of IMAC / β-galactosidase protein chimera. E. coli MC1116 cells (pBGT3) were grown in a previously selected medium containing carbon and nitrogen sources and mineral salts, at a temperature of 30 ° C, for 14-18 hours. The cells were collected by centrifugation and broken by a French press. The treated extract was centrifuged, obtaining an expensive supernatant, enriched in thermostable β-galactosidase activity.

A continuación se realizó el ensayo de actividad \beta-galactosidasa termoestable de la enzima recombinante IMAC/R-galactosidasa, obtenida en el paso anterior. Tal actividad se midió a 25 y 70ºC durante 10 minutos utilizando 2-nitrofenil-\beta-D-galactopiranósido (ONPG) como sustrato a una concentración aproximada de 13 mM.The activity test was then carried out thermostable enzyme β-galactosidase IMAC / R-galactosidase recombinant, obtained in the last step. Such activity was measured at 25 and 70 ° C for 10 minutes. using 2-nitrophenyl-? -D-galactopyranoside (ONPG) as a substrate at an approximate concentration of 13 mM.

Purificación de la enzimaEnzyme Purification

En el proceso de purificación se utilizaron columnas IMAC, para aprovechar la ventaja de disponer de una enzima a la que se habían añadido colas de poli-histidina. Los protocolos convencionales se basan en la adsorción de proteínas nativas y la proteína diana sobre la columna IMAC y realizando la purificación mediante una desorción selectiva (la enzima quimérica se adsorbe más fuertemente a la columna).In the purification process they were used IMAC columns, to take advantage of having an enzyme to which poly-histidine tails had been added. Conventional protocols are based on protein adsorption  native and the target protein on the IMAC column and performing the purification by selective desorption (the chimeric enzyme adsorbs more strongly to the column).

Esto presenta algunos problemas, en primer lugar la posible co-elución con proteína nativas ricas en Histidinas, el aumento del volumen de la columna necesario para purificar cantidades similares de enzima (ya que además de adsorber nuestra enzima adsorbemos muchas otras).This presents some problems, first the possible co-elution with native protein rich in Histidines, the increase in the volume of the spine needed to purify similar amounts of enzyme (since in addition to adsorbing our enzyme adsorb many others).

Por ello, nos hemos fijado en conseguir realizar la purificación mediante una adsorción selectiva de la proteína diana. Para ellos nos basamos en la hipótesis de que mientras que las proteínas naturales solo pueden adsorberse a soportes IMAC a través de interacciones entre VARIAS His y VARIOS grupos quelato, las proteínas con colas de poliHis podían adsorberse a través de interacciones de varias His de la cola con UN SOLO grupo quelato.Therefore, we have noticed how to achieve purification by selective adsorption of the protein Diana. For them we rely on the hypothesis that while natural proteins can only be adsorbed on IMAC supports to through interactions between VARIOUS His and VARIOUS chelate groups, polyHis tailed proteins could be adsorbed through interactions of several His queues with ONE ONLY group chelate

Por otro lado, la enzimas multiméricas (como es el caso de la que nos ocupa) pueden adsorberse a un soporte IMAC a través de varias subunidades (dos, tres o más), originando una unión tan fuerte que posteriormente la desorción de la enzima sea muy compleja.On the other hand, multimeric enzymes (as it is the case in question) can be adsorbed to an IMAC support to through several subunits (two, three or more), originating a binding so strong that subsequently the desorption of the enzyme is very complex

La solución a ambos problemas es preparar soportes IMAC con muy pocos quelatos metálicos, suficientes para recubrir el soporte de proteína pero no para que se de una unión multipuntual ni multisubunidades.The solution to both problems is to prepare IMAC brackets with very few metal chelates, sufficient for coat the protein support but not for a joint multi-point or multi-subunits.

En el caso de esta enzima, la adsorción más rápida se consiguió utilizando como metal el Cu, siendo la unión muy selectiva si se realizaba en presencia de 25 mM de imidazol y un soporte con solo unos 12 micromoles de grupos quelato por gramo de soporte. Sin embargo, utilizando este metal surgieron dos problemas: el primero, y mas grave, era que las trazas de Cu desorbidas del soporte inactivaban la enzima, el segundo, que a pesar del bajo nivel de activación se producía una adsorción multisubunidades en procesos de adsorción de más de 10 minutos, lo que dificultaba mucho la desorción. Este problema se solucionó utilizando como metal el Ni o el Co.In the case of this enzyme, the adsorption more rapid was achieved using as metal the Cu, being the union very selective if performed in the presence of 25 mM of imidazole and a support with only about 12 micromoles of chelate groups per gram of support. However, using this metal two arose problems: the first, and most serious, was that the traces of Cu desorbed from the support inactivated the enzyme, the second, that at despite the low level of activation adsorption occurred multi-subunits in adsorption processes of more than 10 minutes, which which made desorption very difficult. This problem was fixed. using Ni or Co. as metal

Inmovilización covalente de la enzimaCovalent enzyme immobilization

Dado que esta es una enzima multimérica, podía tener interés inmovilizarla a través del máximo de subunidades para evitar que estas pudieran desorberse durante la reacción (contaminando la leche y disminuyendo la actividad del derivado). Por ello, se utilizaron soportes cuya morfología interna eran grandes superficies rodeando espacios vacíos (resinas epoxiacrílicas con un elevado grado de polimerización producidas en presencia de agentes porogénicos), de esta forma se conseguía una buena congruencia geométrica enzima-soporte.Since this is a multimeric enzyme, it could have interest immobilize it through the maximum subunits to prevent these from being desorbed during the reaction (contaminating milk and decreasing the activity of the derivative). Therefore, supports were used whose internal morphology were large areas surrounding empty spaces (resins epoxyacrylics with a high degree of polymerization produced in presence of porogenic agents), in this way a Good enzyme-support geometric congruence.

Por otro lado, era importante elegir grupos adecuados para realizar inmovilizaciones covalentes multisubunidades. Los grupos glioxil y épóxido quizás sean los más adecuados, ya que reaccionan con grupos amino primario (y tioles e hidroxilos en el caso de los epóxido), están unidos a través de brazos cortos al soporte. Una descripción de las ventajas de estos grupos puede encontrarse en [Mateo,C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, J.M 2000 "Increase in conformational stability of enzymes immobilized on epoxy-activated supports by favoring additional multipoint covalent attachment" Enzyme Microb. Technol. 26, 509-515].On the other hand, it was important to choose suitable groups to perform multi-subunit covalent immobilizations. The glyoxyl and epoxide groups may be the most suitable, since they react with primary amino groups (and thiols and hydroxyls in the case of the epoxide), are attached through short arms to the support. A description of the advantages of these groups can be found in [Mateo, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, JM 2000 "Increase in conformational stability of enzymes immobilized on epoxy-activated supports by favoring additional multipoint covalent attachment " Enzyme Microb. Technol 26 , 509-515].

Sin embargo, los grupos epóxido apenas reaccionan con enzimas solubles, inmovilizan enzimas a través de un mecanismo en dos etapas, una primera adsorción física rápida y una posterior inmovilización covalente.However, epoxy groups barely react with soluble enzymes, immobilize enzymes through a mechanism in two stages, a first rapid physical adsorption and a subsequent covalent immobilization.

Por otro lado, aunque la primera inmovilización pueda realizarse en condiciones suaves (pH neutro), si pretendemos forzar la unión covalente multipuntual entre la enzima (ya inmovilizada covalentemente a través de unos pocos enlaces) y el soporte será necesario utilizar condiciones de pH, T, etc., donde los grupos reactivos de la proteína (especialmente los más abundante en la superficie, las Lys sean reactivos). Además, podemos pensar que la reacción entre dos estructuras rígidas y no complementarias requerirá la alineación correcta de los grupos a reaccionar, de forma que tanto el tiempo como la temperatura jugarán un papel clave a la hora de determinar el grado de unión covalente multipuntual. [Mateo,C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, J.M 2000 "Increase in conformational stability of enzymes immobilized on epoxy-activated supports by favoring additional multipoint covalent attachment" Enzyme Microb. Technol. 26, 509-515].On the other hand, although the first immobilization can be carried out under mild conditions (neutral pH), if we intend to force the co-valent union between the enzyme (already immobilized covalently through a few bonds) and the support it will be necessary to use conditions of pH, T , etc., where the reactive groups of the protein (especially the most abundant on the surface, the Lys are reactive). In addition, we can think that the reaction between two rigid and non-complementary structures will require the correct alignment of the groups to be reacted, so that both time and temperature will play a key role in determining the degree of multi-point covalent bonding. [Mateo, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, JM 2000 "Increase in conformational stability of enzymes immobilized on epoxy-activated supports by favoring additional multipoint covalent attachment" Enzyme Microb. Technol 26 , 509-515].

Utilizando nuevos soportes epóxido-multifuncionales, podemos variar la causa de adsorción y de esa forma podemos variar el área de la enzima implicada en la inmovilización, [C. Mateo, G. Fernández-Lorente, O. Abian, R. Fernández-Lafuente, & J.M. Guisán. 2000. "Multifunctional epoxy-supports: a new tool to improve the covalent immobilization of proteins. The promotion of physical adsorptions of proteins on the supports before their covalent linkage". Biomocromolecules. 1, 739-745] pudiendo de esta forma variar su estabilidad, actividad, inhibición, especificidad,...Using new epoxy-multifunctional supports, we can vary the cause of adsorption and in that way we can vary the area of the enzyme involved in immobilization, [C. Mateo, G. Fernández-Lorente, O. Abian, R. Fernández-Lafuente, & JM Guisán. 2000. "Multifunctional epoxy-supports: a new tool to improve the covalent immobilization of proteins. The promotion of physical adsorptions of proteins on the supports before their covalent linkage". Biomocromolecules . 1 , 739-745] thus being able to vary its stability, activity, inhibition, specificity, ...

Inmovilización covalente y purificación de la enzima en un solo pasoCovalent immobilization and purification of the enzyme in a single He passed

Dado que la enzima diana esta fusionada con colas de poliHis y que se disponen de soportes heterofuncionales epóxido-quelato, una alternativa elegante para la preparación de derivados de la enzima pura seria preparar soportes mixtos en los que se combine la especificidad de la adsorción IMAC (punto 4.2.2.) y las posibilidades de unión covalente multipuntual de los grupos epóxido (punto 4.2.3.).Since the target enzyme is fused with tails of polyHis and that have heterofunctional supports epoxide-chelate, an elegant alternative to preparation of pure enzyme derivatives would be to prepare supports mixed in which the specificity of IMAC adsorption is combined (point 4.2.2.) and the possibilities of co-valent multipunual junction of the epoxy groups (point 4.2.3.).

Esta estrategia, además de ahorrar tiempo (al hacer en un solo paso los dos procesos) puede tener otras ventajas. En algunos casos, las enzimas puras pueden presentar una estabilidad reducida, o pueden tender a agregar dificultando su manejo. Sin embargo, en función de las capacidades tecnológicas de las empresas, puede ser preferible utilizar directamente la enzima purificada suministrada por una segunda empresa. Por ello, en esta patente se dan diferentes soluciones para empresas con distintas necesidades.This strategy, in addition to saving time (by do both processes in one step) can have other advantages. In some cases, pure enzymes may present a reduced stability, or they may tend to add hindering their driving. However, depending on the technological capabilities of companies, it may be preferable to use the enzyme directly purified supplied by a second company. Therefore, in this different solutions are given for companies with different needs

Estabilización de la estructura cuaternaria de las enzimas y proteínasStabilization of the quaternary structure of enzymes and protein

Un problema muy serio en tecnología de alimentos, que tiene una incidencia menor en otras aplicaciones de enzimas, es la posible desorción de subunidades de proteínas multiméricas no unidas covalentemente al soporte. Además de provocar la inactivación de la enzima de interés, estas subunidades pasan al alimento, pudiendo alterar sus propiedades, producir reacciones alérgicas, etc. Interesa estabilizar no solo la enzima diana, sino cualquier otro posible contaminante que puede contaminar, aunque sea a un nivel muy bajo., el derivado final. Por ello, a los distintos derivados covalentes se les ha tratado con polímeros polifuncionales (dextrano aldehído), siguiendo una estrategia descrita en [Fernández-Lafuente, R., Rodríguez. V., Mateo, C., Penzol, G Hernández-Justiz. O., Irazoqui, G., Villarino, A., Ovsejevi, K., Batista, F. & Guisan, J.M. 1999. "Strategies for the stabilization of multimeric enzymes via immobilization and post-immobilization techniques" J. Mol. Cat. B: Enzymatic, 7, 181-189]. La utilización de polímeros de gran tamaño y con numerosos grupos funcionales reducen algunos problemas del entrecruzamiento con reactivos bifuncionales: competencia entre modificación unipuntual y entrecruzamiento, cubriendo bien una gran variedad de distancias y, al implicar áreas grandes de la proteína, pudiendo implicar fácilmente varias subunidades.A very serious problem in food technology, which has a lower incidence in other enzyme applications, is the possible desorption of multimeric protein subunits not covalently bound to the support. In addition to causing the inactivation of the enzyme of interest, these subunits pass into the food, being able to alter their properties, produce allergic reactions, etc. It is interesting to stabilize not only the target enzyme, but any other possible contaminant that can contaminate, even at a very low level, the final derivative. Therefore, the different covalent derivatives have been treated with polyfunctional polymers (dextran aldehyde), following a strategy described in [Fernández-Lafuente, R., Rodríguez. V., Mateo, C., Penzol, G Hernández-Justiz. O., Irazoqui, G., Villarino, A., Ovsejevi, K., Batista, F. & Guisan, JM 1999. "Strategies for the stabilization of multimeric enzymes via immobilization and post-immobilization techniques" J. Mol. Cat. B: Enzymatic , 7 , 181-189]. The use of polymers of large size and with numerous functional groups reduce some problems of cross-linking with bifunctional reagents: competition between unipuncture modification and cross-linking, covering a wide variety of distances well and, by involving large areas of the protein, can easily involve several subunits .

Inmovilización reversible de la enzimaReversible enzyme immobilization

Dada la gran evolución de la genética molecular, de la microbiología y de los sistemas de fermentación, es posible que cuando se trabaje con enzimas muy estables (como es el caso de las de termófilo) a las que no sea necesario aplicar técnicas de estabilización adicionales, el precio del soporte supere al coste de la enzima. Por ello, puede ser conveniente desarrollar métodos de inmovilización reversible, en los que la enzima sea unida muy fuertemente al soporte, sin disminuir su estabilidad, y pudiendo desorberse la enzima una vez esta se ha inactivado (utilizando condiciones muy drásticas, como sería ácidos o bases diluidas, guanidina, fuerza iónica extrema,...). Para conseguir este tipo de uniones muy fuertes y no distorsionantes, proponemos la utilización de soportes recubiertos de polímeros polifuncionales. De esta forma, por cada grupo del soporte podemos introducir muchos grupos funcionales, y al ser un polímero flexible, no forzamos a la enzima a adaptarse al soporte, sino al polímero a adaptarse a la enzima [Mateo, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, J.M 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites" Biotechnol. Bioeng. 68, 98-105].Given the great evolution of molecular genetics, microbiology and fermentation systems, it is possible that when working with very stable enzymes (such as thermophilic ones) to which it is not necessary to apply additional stabilization techniques , the price of the support exceeds the cost of the enzyme. Therefore, it may be convenient to develop methods of reversible immobilization, in which the enzyme is very strongly bound to the support, without decreasing its stability, and the enzyme can be desorbed once it has been inactivated (using very drastic conditions, such as acids or diluted bases, guanidine, extreme ionic strength, ...). To achieve this type of very strong and non-distorting joints, we propose the use of supports coated with polyfunctional polymers. In this way, for each support group we can introduce many functional groups, and being a flexible polymer, we do not force the enzyme to adapt to the support, but to the polymer to adapt to the enzyme [Matthew, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, JM 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites" Biotechnol. Bioeng 68 , 98-105].

Descripción detallada de los dibujosDetailed description of the drawings Figura 1Figure 1 Esquema del método seguido para construir un plásmido que expresa, en un hospedador heterólogo mesófilo, el gen estructural que codifica para la beta-galactosidasa del microorganismo termófilo Thermus sp. T2Scheme of the method followed to construct a plasmid that expresses, in a mesophilic heterologous host, the structural gene that codes for the thermophilic microorganism beta-galactosidase Thermus sp . T2

Los plásmidos, que se representan linealizados, no están dibujados a escala, pero se expresa su tamaño en kb (kilobases). Para detalles, ver el texto (Ejemplo 1). Sólo se indican los sitios de restricción y las estructuras más importantes para poder comprender mejor la figura. Se indican los orígenes de replicación (ori), el gen de resistencia a ampicilina (Ap^{R}), el gen represor del operón lac (alelos lacl o lacl^{q}). Las flechas grandes indican los promotores: trc^{P} en pTrcHisB y los dos promotores en serie Ipp^{P} y lac^{P/O} en pBGT1. El módulo que permite la purificación por IMAC se ha señalado como ATG (His)_{6}.Plasmids, which are represented linearized, are not drawn to scale, but their size is expressed in kb (kilobases). For details, see the text (Example 1). Only the most important restriction sites and structures are indicated to better understand the figure. The origins of replication ( ori ), the ampicillin resistance gene (Ap R), the repressor gene of the lac operon ( lac l or lac l q alleles) are indicated. Large arrows indicate the promoters: trc P in pTrcHisB and the two series promoters Ipp P and lac P / O in pBGT1. The module that allows purification by IMAC has been designated as ATG (His) 6.

Ejemplos de realización de la invenciónExamples of embodiment of the invention

De forma explicativa, pero en ningún caso limitante a esta patente, en los ejemplos que se exponen a continuación se detalla la experimentación necesaria para desarrollar esta patente.Explanatory, but in no case limiting to this patent, in the examples set forth in Below is the experimentation needed to Develop this patent.

Ejemplo 1Example 1 Un procedimiento de hidrólisis de lactosa catalizado por derivados recombinantes inmovilizados-estabilizados de \beta-galactosidasa de Thermus SP. (cepa T2) fusionada con colas de poli-histidinas (Imac/\beta-galactosidasa) clonada en E. coli cect 5970A process of hydrolysis of lactose catalyzed by immobilized-stabilized recombinant derivatives of β-galactosidase from Thermus SP . (strain T2) fused with poly-histidine tails (Imac / β-galactosidase) cloned in E. coli cect 5970 1.1 Construcción de un plásmido para expresar la actividad \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 en el hospedador mesófilo Escherichia coli MC11161.1 Construction of a plasmid to express the β-galactosidase activity of Thermus sp . T2 in the mesophilic host Escherichia coli MC1116

El plásmido construido se denomina pBGT3 y para su realización se utilizaron técnicas de DNA recombinante convencionales [Sambrook, J., Frítsch, E.F. y Maniatis, T. 1989. Molecular Cloning. CSHL Press, Cold Spring Harbor, Nueva York], que conoce cualquier persona medianamente versada en esta materia.The constructed plasmid is called pBGT3 and for its realization recombinant DNA techniques were used Conventional [Sambrook, J., Frítsch, E.F. and Maniatis, T. 1989. Molecular Cloning. CSHL Press, Cold Spring Harbor, New York], which know any person moderately versed in this matter.

Para construir pBGT3 se partió del vector de expresión pTrcHisB y del plásmido pBGT1. El vector de expresión pTrcHisB es comercial, y puede adquirirse de la compañía InVitroGen (Leek, Holanda). El plásmido pBGT1 [Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997. "Un procedimiento para producir \beta-galactosidasa de Thermus sp. (Cepa T2) en células hospedantes, y purificarla en un sólo paso cromatográfico". Patente española 9701759. 7-8-97; Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp. strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusion proteín. Appl. Environm. Microbiol. 64,2187-2191] sobreproduce en E. coli la \beta-galactosidasa que puede considerarse nativa de Thermus sp. T2.To construct pBGT3, the expression vector pTrcHisB and the plasmid pBGT1 were used. The pTrcHisB expression vector is commercial, and can be purchased from the company InVitroGen (Leek, The Netherlands). Plasmid pBGT1 [Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997. "A procedure to produce β-galactosidase from Thermus sp . (Strain T2) in host cells, and purify it in a single chromatographic step." Spanish patent 9701759. 7-8-97; Vian A, Carrascosa AV, Garcia JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp . strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusion protein. Appl. Environm. Microbiol 64,2187-2191] overproduces in E. coli the β-galactosidase that can be considered native to Thermus sp . T2

El vector pTrcHisB se digirió con las enzimas de restricción Xhol y Hindlll, purificándose el fragmento grande. El plásmido pBGT1 se digirió con las enzimas Sall y Hindlll, purificándose el fragmento de ca. 2,3 kb que contiene el gen bgaA de Thermus sp. T2.The pTrcHisB vector was digested with restriction enzymes Xho l and Hin dlll, the large fragment being purified. Plasmid pBGT1 was digested with the enzymes Sall and Hindlll, the ca fragment being purified. 2.3 kb containing the bgaA gene of Thermus sp . T2

Los fragmentos purificados se unieron covalentemente con T4 DNA ligasa. La unión entre los extremos compatibles Sall y Xhol hace que no se recupere ninguna de las dos secuencias iniciales de reconocimiento. Con la mezcla de ligación antedicha se transformaron células competentes de E. coli MC1116 [Casadaban MJ, Martinez-Arias A, Shapira SK, Chou J. Beta-galactosidase gene fusions for analyzing gene expression in Escherichia coli and yeast Methods Enzymol., 100: 293-308]. El plaqueo se hizo en agar LB con ampicilina, X-Gal (5-Bromo-4-cloro-3-indolil-\beta-D-galactopiranósido) e IPTG (isopropil-\beta-D-1-tiogalactopiranósido), incubándose a 37ºC. Se escogió una colonia transformante.The purified fragments were covalently bound with T4 DNA ligase. The union between the compatible ends Sal l and Xho l means that neither of the two initial recognition sequences is recovered. With the above-mentioned ligation mixture competent cells of E. coli MC1116 were transformed [Casadaban MJ, Martinez-Arias A, Shapira SK, Chou J. Beta-galactosidase gene fusions for analyzing gene expression in Escherichia coli and yeast Methods Enzymol., 100: 293-308]. Plating was done on LB agar with ampicillin, X-Gal (5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-? -D-galactopyranoside) and IPTG (isopropyl-? -D-1-thiogalactopyranoside), incubating at 37 ° C A transforming colony was chosen.

Tal colonia se reaisló y se hizo una minipreparación de su DNA plasmídico. Tras comprobar que el patrón de restricción con diversas enzimas era el esperado, se hizo una verificación final mediante secuenciación.Such a colony was reisolated and a minipreparation of its plasmid DNA. After checking that the pattern restriction with various enzymes was as expected, a Final verification by sequencing.

La comprobación por secuencia de pBGT3 se hizo empleando el oligonucleótído OBGT-6. Dicho oligonucleótido, cuya secuencia esThe sequence check of pBGT3 was done using the oligonucleotide OBGT-6. Saying oligonucleotide, whose sequence is

5'-GACAGTAGCAGCGCACG-3'5'-GACAGTAGCAGCGCACG-3 '

se sitúa a unas 250 pb del ATG hacia la zona 3' del gen bgaA silvestre, extendiéndose desde las posiciones 1561 á 1545 de la secuencia publicada en la que se incluye el gen bgaA de Thermus sp., cepa T2 [Vian A, Carrascosa AV, García JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp. strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusión protein. Appl. Environm. Microbiol. 64,2187-21911 De este modo se pudo comprobar la secuencia de los primeros 200 nucleótidos del gen y la presencia de la zona que codifica para los seis restos de histidina en fusión traduccional con el anterior (SEQ ID 1).it is located about 250 bp of the ATG towards the 3 'zone of the wild bga A gene, extending from positions 1561 to 1545 of the published sequence in which the bgaA gene of Thermus sp ., strain T2 [Vian A, Carrascosa] AV, García JL, Cortes E. 1997 Structure of the beta-galactosidase gene from Thermus sp . strain T2: expression in Escherichia coli and purification in a single step of an active fusion protein. Appl. Environm. Microbiol 64,2187-21911 In this way it was possible to check the sequence of the first 200 nucleotides of the gene and the presence of the coding area for the six histidine residues in translational fusion with the previous one (SEQ ID 1).

1.2 Producción de la proteína quimérica consistente en la \beta-galactosidasa de Thermus sp T2 unida a un módulo con poli-histidinas (IMAC/\beta-galactosidasa)1.2 Production of the chimeric protein consisting of Thermus sp T2? -Galactosidase linked to a module with poly-histidines (IMAC /? -Galactosidase)

Las células de E. coli CECT 5970 se cultivaron durante 18 horas a 37ºC en un litro de LB con ampicilina (125 mg/ml) con agitación a 250 rpm. El cultivo se centrifugó a 6000 rpm (rotor GSA) en una centrifuga Beckman (modelo J21B) durante 15 minutos a 20 grados centígrados. Las células sedimentadas se resuspendieron en 45 ml de tampón fosfato de sodio 50 mM a pH 7 y se lisaron pasándolas por la prensa de French tres veces, aplicando una presión de 1100 PSI. A continuación, el extracto se centrifugó a 15000 rpm (rotor SS34) durante 20 minutos, a 20 grados centígrados, desechándose el sedimento. E. coli CECT 5970 cells were grown for 18 hours at 37 ° C in one liter of LB with ampicillin (125 mg / ml) with shaking at 250 rpm. The culture was centrifuged at 6000 rpm (GSA rotor) in a Beckman centrifuge (model J21B) for 15 minutes at 20 degrees Celsius. The pelleted cells were resuspended in 45 ml of 50 mM sodium phosphate buffer at pH 7 and lysed through the French press three times, applying a pressure of 1100 PSI. Next, the extract was centrifuged at 15,000 rpm (SS34 rotor) for 20 minutes, at 20 degrees Celsius, the sediment being discarded.

Para comprobar si la nueva proteína producida (la quimera), se había producido correctamente, se realizaron estudios bioquímicos comparativos con la correspondiente proteína nativa, encontrándose resultados bastante coincidentes.To check if the new protein produced (the chimera), had been produced correctly, studies were conducted comparative biochemicals with the corresponding native protein, finding quite coincident results.

1. Sustratos: Hidroliza ONPG con una actividad específica de 158.500 unidades a pH 6,5 y a 70ºC. Hidroliza lactosa con una actividad específica de 25.400 unidades.1. Substrates : Hydrolyzes ONPG with a specific activity of 158,500 units at pH 6.5 and at 70 ° C. Hydrolyzes lactose with a specific activity of 25,400 units.

2. pH de la reacción: El pH óptimo de la hidrólisis se sitúa entre el 5,5 y 6,5. Se detecta claramente actividad en un rango de pH de 5 a 7.2. Reaction pH: The optimal pH of the hydrolysis is between 5.5 and 6.5. Activity is clearly detected in a pH range of 5 to 7.

3. Temperatura óptima: se alcanzó el máximo a 80ºC a pH 7.3. Optimum temperature : the maximum was reached at 80ºC at pH 7.

4. Termoestabilidad: La enzima soluble conserva el 50% de la actividad después de un calentamiento de 120 minutos a 80ºC y pH 6,5, y conserva el 50% de la actividad después de calentarla 7 horas a 70ºC y pH 6,5. La enzima inmovilizada/purificada en un solo paso por sepabeads-IDA-Co, conserva el 70% de la actividad después de 56 horas a 70ºC y pH 6,5.4. Thermostability : The soluble enzyme retains 50% of the activity after heating for 120 minutes at 80 ° C and pH 6.5, and retains 50% of the activity after heating 7 hours at 70 ° C and pH 6.5. The enzyme immobilized / purified in a single step by sepabeads-IDA-Co, retains 70% of the activity after 56 hours at 70 ° C and pH 6.5.

5. Inhibición por productos de reacción: Se conserva hasta un 75% de la actividad de la enzima en presencia de 100 mM de glucosa. La galactosa, a una concentración de 50 Mm, disminuye la actividad en un 80%. A 70ºC y pH 6,5 (cuando se ensayó con la enzima soluble). La enzima inmovilizada esta mas protegida que la respectiva enzima soluble. A 100 mM de glucosa el derivado inmovilizado conservó mas del 90% de su actividad (inhibición no competitiva) y a 100 mM de galactosa disminuye un 30%.5. Inhibition by reaction products : Up to 75% of the enzyme activity is conserved in the presence of 100 mM glucose. Galactose, at a concentration of 50 mm, decreases the activity by 80%. At 70 ° C and pH 6.5 (when tested with the soluble enzyme). The immobilized enzyme is more protected than the respective soluble enzyme. At 100 mM glucose the immobilized derivative retained more than 90% of its activity (non-competitive inhibition) and 100 mM galactose decreases by 30%.

6. Conservación. La enzima se puede conservar a 4ºC inmovilizada/purificada en soportes sepabeads-IDA-epóxido mas de 12 meses, reteniendo el más del 95% de su actividad inicial.6. Conservation The enzyme can be stored at 4 ° C immobilized / purified on sepabeads-IDA-epoxide supports for more than 12 months, retaining more than 95% of its initial activity.

1.3 Purificación de la proteína quimérica consistente en la \beta-galactosidasa de Thermus sp T2 unida a un módulo con poli-histidinas (IMAC/\beta-galactosidasa) utilizando soportes con Quelatos de cobre inmovilizados1.3 Purification of the chimeric protein consisting of Thermus sp T2? -Galactosidase attached to a module with poly-histidines (IMAC /? -Galactosidase) using immobilized copper chelates supports

Obtenido el extracto crudo se siguió su purificación, en soportes de agarosa previamente activados con una baja concentración de ácido iminodiacético (IDA) (12 \mumoles de grupos reactivos/ml de gel) [Armisen, P., Mateo, C., Cortes, E., Barredo, J.L., Salto, F., Diez, B., Rodes, L., Garcia, J.I., Fernández-Lafuente, R., Guisán, J.M. 1999 "Selective adsorption of poly-His tagged glutarayl acylase on tailor-made metal chelate supports" J. Chromat. A, 848, 61-70] y quelado con Cu^{2+}, Ni^{2+} y Co^{2+}. La adsorción de la proteína al soporte se realizó a pH 7 y 25ºC. Se analizaron, de forma individualizada las cinéticas de adsorción para cada metal,. La tabla 1, muestra que la velocidad de adsorción máxima se conseguía con Cu, por lo que se seleccionó este soporte en un primer momento.Once the crude extract was obtained, its purification was followed, in previously activated agarose supports with a low concentration of iminodiacetic acid (IDA) (12 µmoles of reactive groups / ml of gel) [Armisen, P., Mateo, C., Cortes, E., Barredo, JL, Salto, F., Ten, B., Rodes, L., Garcia, JI, Fernández-Lafuente, R., Guisán, JM 1999 "Selective adsorption of poly-His tagged glutarayl acylase on tailor- made metal chelate supports " J. Chromat . A, 848, 61-70] and chelated with Cu 2+, Ni 2+ and Co 2+. Adsorption of the protein to the support was performed at pH 7 and 25 ° C. Adsorption kinetics for each metal were analyzed individually. Table 1 shows that the maximum adsorption rate was achieved with Cu, so this support was selected at first.

TABLA 1TABLE 1 Cinética de adsorción de la \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 en soportes quelato activados con cobre, níquel cobalto, reacción a temperatura ambiente (25º)Adsorption kinetics of the β-galactosidase of Thermus sp . T2 on chelated supports activated with copper, nickel cobalt, reaction at room temperature (25º)

Adsorción de la proteína al soporte (%)Adsorption of the protein to the support (%) Tiempo (min)Weather (min) Ag-IDA-CuAg-IDA-Cu Ag-IDA-NiAg-IDA-Ni Ag-IDA-CoAg-IDA-Co 00 00 00 00 55 8585 6565 7373 1010 100100 8888 9292 3030 -- 100100 100100 6060 -- -- -- 150150 -- -- -- 14401440 -- -- --

Para comprobar la eficacia del proceso de adsorción, se realizaron electroforesis en geles de poliacrilamida en presencia de SDS (12%) y ensayos de actividad beta galactosidasa y determinación de proteínas por el método de Bradford, encontrado que el 100% de nuestra enzima de interés (IMAC/\beta-galactosidasa), se pegaba al soporte pero que, mas de un 70% de otras proteínas presentes en el extracto, también se adherían al mismo. Para solventar esta situación, intentamos mejorar la selectividad del proceso mediante la adición de pequeñas concentraciones de imidazol (25mM), seguido de un pequeño lavado del soporte también con imidazol (50mM), cuando usamos el soporte quelato de cobre, como soporte para purificar. Al final comprobamos que, el 100% de la \beta-galactosidasa se adsorbía al soporte y ningún otro resto de proteínas (proteasas, etc...) se adherían al mismo.To check the effectiveness of the process adsorption, electrophoresis were performed on polyacrylamide gels in the presence of SDS (12%) and beta galactosidase activity assays and protein determination by the Bradford method, found that 100% of our enzyme of interest (IMAC / β-galactosidase), stuck to the support but that, more than 70% of other proteins present in the extract, also adhered to it. To solve this situation, we try to improve the selectivity of the process through the addition of small concentrations of imidazole (25mM), followed of a small wash of the support also with imidazole (50mM), when we use the copper chelate support, as a support for purify. In the end we check that 100% of the β-galactosidase adsorbed to the support and no other protein (proteases, etc ...) adhered to the same.

Seguidamente se realizó la desorción de la IMAC/\beta-galactosidasa del soporte, usando concentraciones crecientes de imidazol (desde 10 hasta 100 mM), encontrando que, las primeras trazas de enzima pura eluyeron a 60 mM de imidazol (el 8% de la enzima) y que a 100 mM eluyó el 100% de la enzima IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, y las condiciones se describen en la tabla 2.The desorption of the IMAC / β-galactosidase from the support was then carried out, using increasing concentrations of imidazole (from 10 to 100 mM), finding that the first traces of pure enzyme eluted at 60 mM of imidazole (8% of the enzyme) and that at 100 mM eluted 100% of the enzyme IMAC / β-galactosidase from Thermus sp . T2, and the conditions are described in table 2.

TABLA 2TABLE 2 Purificación de la proteína quimérica IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp T2, en lote y a 25ºC, partiendo de 1 L de cultivo. La desorción se realizó inmediatamente después de la adsorción. Una unidad se ha definido como, la cantidad de enzima que hidroliza 1 \mumol de sustrato por minuto en las condiciones estandarizadas de reacciónPurification of the chimeric protein IMAC / β-galactosidase from Thermus sp T2, in batch and at 25 ° C, starting from 1 L of culture. Desorption was performed immediately after adsorption. One unit has been defined as, the amount of enzyme that hydrolyzes 1 µm of substrate per minute under standardized reaction conditions

EtapaStage ActividadActivity Prot.Prot. Rendimiento.Performance. A.específicaSpecific FactorFactor (U/ml)(U / ml) (mg/ml)(mg / ml) U.recuperadasRecovered U. (U/mg)(U / mg) purificaciónpurification Extracto crudoAbstract raw 17,417.4 7,57.5 100100 2,322.32 1one Ag-IDA-CuAg-IDA-Cu 15,8415.84 0,260.26 9191 62,162.1 2626

Una vez purificada, la enzima se guardó a 4ºC para posteriores experimentos. Tras 24 horas almacenada, vimos que la misma había perdido más del 60% de su actividad. Se identifico como causa de esta caída de actividad a la presencia de trazas de Cu soluble.Once purified, the enzyme was stored at 4 ° C for later experiments. After 24 hours stored, we saw that it had lost more than 60% of its activity. I identify as a cause of this fall in activity to the presence of traces of Soluble cu.

Por otro lado, se comprobó que si la adsorción se realizaba en periodos de tiempo más largos (es decir, si no se desorbía la enzima inmediatamente después de la adsorción), esta era capaz de unirse muy fuertemente al soporte, dificultando su desorción posterior.On the other hand, it was found that if the adsorption is performed in longer periods of time (that is, if you don't know desorbed the enzyme immediately after adsorption), this He was able to join the support very strongly, hindering his subsequent desorption

Por estos dos motivos, se descartaron los soportes con quelatos de cobre para la purificación de esta enzima.For these two reasons, the supports with copper chelates for purification of this enzyme.

TABLA 3TABLE 3 Estudio de la fuerza de unión durante la adsorción de la IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, en soportes IDA-Cu, activados con 12 \mumoles de grupos reactivos/ml de soporte, en el proceso de su purificaciónStudy of the bond strength during adsorption of IMAC / β-galactosidase from Thermus sp . T2, in IDA-Cu supports, activated with 12 µmoles of reactive groups / ml of support, in the process of purification

Tiempo deWeather from [Imidazol para desorber[Imidazole for desorber IMAC/\beta-galactosidasaIMAC / β-galactosidase adsorción(minutos)adsorption (minutes) la enzima(mM)]the enzyme (mM)] desorbida (%)desorbed (%) 55 100100 100100 3030 100100 15fifteen '''' 200200 23,523.5 '''' 300300 28,828.8

1.4 Purificación de la proteína quimérica consistente en la \beta-galactosidasa de Thermus sp T2 unida a un módulo con poli-histidinas (IMAC/\beta-galactosidasa) con quelatos de cobalto y níquel1.4 Purification of the chimeric protein consisting of Thermus sp T2? -Galactosidase linked to a module with poly-histidines (IMAC /? -Galactosidase) with cobalt and nickel chelates

A la vista del efecto inactivante de ciertos cationes sobre la enzima, se evaluó el efecto de los otros cationes sobre la estabilidad de la enzima, encontrando que tan solo el Cu tenía un efecto negativo.In view of the inactivating effect of certain cations on the enzyme, the effect of the other cations was evaluated on the stability of the enzyme, finding that only Cu It had a negative effect.

Por ello, se sustituyó el cobre por cobalto o níquel.Therefore, copper was replaced by cobalt or nickel.

Los soportes agarosa modificados con quelatos de cobalto o níquel, tenían la misma cantidad de grupos reactivos que el caso del quelato de cobre, es decir, estaban sustituidos con 12 \mumoles de grupos reactivos por mililitro de gel.The agarose supports modified with chelates of cobalt or nickel, had the same amount of reactive groups that the case of copper chelate, that is, they were substituted with 12 µmoles of reactive groups per milliliter of gel.

TABLA 4TABLE 4 Efecto de la desorción de pequeñas trazas de soportes conteniendo cationes metálicos, en la actividad \beta-galactosidasa de la IMAC/\beta-galactosidasa Thermus sp. T2, durante, los procesos de su purificaciónEffect of desorption of small traces of supports containing metal cations, on the β-galactosidase activity of the IMAC / β-galactosidase Thermus sp . T2, during the purification processes

SistemaSystem Actividad \beta-galactosidasa residualActivity β-galactosidase residual por efecto del cation (%)by cation effect (%) Tampón fosfato sódicoSodium Phosphate Buffer 100 (+-2)100 (+ -2) Soporte Ag-IDA-ZnSupport Ag-IDA-Zn 100 (+-2)100 (+ -2) Soporte Ag-IDA-NiSupport Ag-IDA-Ni 100 (+-2)100 (+ -2) Soporte Ag-IDA-CoSupport Ag-IDA-Co 100 (+-2)100 (+ -2) Soporte Ag-IDA-CuSupport Ag-IDA-Cu 25 (25+-2)25 (25 + -2)

Los procesos de purificación con estos soportes se realizaron a temperatura ambiente y en batch. Los resultados de este experimento se resumen en la tabla 5.The purification processes with these supports They were performed at room temperature and in batch. The results of This experiment is summarized in Table 5.

TABLA 5TABLE 5 Purificación de la proteína quimérica IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, en lote y a 25ºC, en soportes agarosa-IDA-Ni y CoPurification of the IMAC / β-galactosidase chimeric protein from Thermus sp. T2, in batch and at 25ºC, on agarose supports-IDA-Ni and Co

EtapaStage ActividadActivity Prot.Prot. Rendimiento.Performance. A.específicaSpecific FactorFactor (U/ml)(U / ml) (mg/ml)(mg / ml) U.recuperadasRecovered U. (U/mg)(U / mg) PurificaciónPurification Extracto crudoAbstract raw 17,417.4 7,57.5 100100 2,322.32 1one Ag-IDA-NiAg-IDA-Ni 15,815.8 0,330.33 9292 48,348.3 21,221.2 Ag-IDA-CoAg-IDA-Co 16,216.2 0,360.36 93,293.2 44,544.5 20twenty

Haciendo uso de estos dos soportes quelato para llevar a cabo la purificación, conseguimos resultados muy parecidos a los conseguidos con el quelato de cobre (rendimientos, actividad específica y factor de purificación), pero con la diferencia de que, eliminamos los problemas de perdida de actividad, encontrados cuando se procedió a purificar con el quelato de cobre. Al ser el cobalto y el níquel más selectivos (las cinéticas de adsorción de la proteína al soporte, son más lentas que en el cobre), la adsorción inespecífica de otras proteínas al soporte, se ve bastante dificultada, con lo que, el protocolo final de purificación con estos quelatos quedó: Durante la adsorción de la proteína, le añadimos al medio de reacción 25mM de imidazol y seguido de desorción directa con 100 mM de imidazol (el paso intermedio de lavado con 50 mM de imidazol, como en el cobre, se hace innecesario).Making use of these two chelate supports for carry out the purification, we get very similar results to those obtained with copper chelate (yields, activity specific and purification factor), but with the difference of that, we eliminate the problems of lost activity, found when it was purified with copper chelate. Being the more selective cobalt and nickel (the adsorption kinetics of the  support protein, they are slower than in copper), adsorption unspecific of other proteins to the support, it looks pretty hindered, so, the final purification protocol with These chelates remained: During the adsorption of the protein, you we add 25mM of imidazole to the reaction medium and followed by direct desorption with 100 mM imidazole (the intermediate step of washed with 50 mM imidazole, as in copper, it is done unnecessary).

Finalmente, se comprobó que al prolongar el tiempo de adsorción no se aumentaba de forma muy significativa la fuerza de absorción, es decir, parecía que tan solo se adsorbía por una cola de poliHis.Finally, it was found that by prolonging the adsorption time was not significantly increased the absorption force, that is, it seemed that it was only adsorbed by a tail of polyHis.

1.5 Inmovilización de la IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp., T2 purificada en soportes epoxiacrílicos-epóxido modificados con boronato, etilendiamina y con quelatos metálicos1.5 Immobilization of IMAC / β-galactosidase from Thermus sp ., T2 purified on epoxyacrylic-epoxy supports modified with boronate, ethylenediamine and with metal chelates

Se inmovilizaron muestras de enzima recién purificada sobre soportes epóxido convencionales (a 1 M de fosfato sódico), epoxi-amino, epoxi-aminofenilboronico y epoxi-IDA-Co (en estos 3 casos a 25 mM de fosfato sódico), a pH 7 y 22ºC durante 24 h. Se llegaron a inmovilizar hasta 60 mg de enzima por mI de soporte empaquetado (en todos los casos con la excepción del soporte estándar (a 1 M de fosfato sódico) manteniendo casi intacta la actividad de la enzima.Fresh enzyme samples were immobilized purified on conventional epoxy supports (at 1 M phosphate sodium), epoxy-amino, epoxy-aminophenylboronic and epoxy-IDA-Co (in these 3 cases at 25 mM sodium phosphate), at pH 7 and 22 ° C for 24 h. They came to immobilize up to 60 mg of enzyme per ml of packed support (in all cases with the exception of standard support (at 1 M of sodium phosphate) keeping the activity of the enzyme.

Para finalizar la reacción e hidrofilizar el soporte, se hizo reaccionar el soporte epóxido con 3 M de glicina a pH 8.5 durante 24 h.( 4ml de glicina/ml de soporte). En el caso de los soportes con grupos borónico se obtuvo la máxima estabilidad, muy superior a la de la enzima soluble, siendo los de EDA y soporte estándar, los menos estables, mientras que el IDA-Co permitía obtener derivados mas estables que la enzima soluble, solo un poco menos estables que los obtenidos con borónico.To end the reaction and hydrophilize the support, the epoxide support was reacted with 3M glycine at pH 8.5 for 24 h. (4ml of glycine / ml of support). In the case of the supports with boronic groups obtained the maximum stability, far superior to that of the soluble enzyme, being those of EDA and support standard, the least stable, while the IDA-Co allowed to obtain more stable derivatives than the soluble enzyme, only slightly less stable than those obtained with boronic.

La incubación de los mejores derivados a pH alcalino antes del bloqueo del soporte con glicina permitía mejorar aun mas su estabilidad sin perdidas significativas de actividad., manteniéndose el soporte boronato-epóxido como el que ofrecía los mejores resultados.Incubation of the best derivatives at pH alkaline before blocking the support with glycine allowed to improve even more its stability without significant loss of activity., keeping the boronate-epoxide support as the That offered the best results.

1.6 Purificación e inmovilización en un sólo paso de la proteína quimérica consistente en la \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 unida a un módulo con poli-histidinas (IMAC/\beta-galactosidasa), en soportes sepabeads-IDA-Co-epóxido1.6 One-step purification and immobilization of the chimeric protein consisting of? -Galactosidase from Thermus sp . T2 attached to a module with poly-histidines (IMAC / β-galactosidase), in sepabeads-IDA-Co-epoxide supports

Una forma de solucionar la tendencia de la enzima pura a agregar seria asociar los procesos de purificación e inmovilización. Para ello se utilizaron soportes epoxi-IDA-Co a los que se ofrecía la enzima impura. El diseño del soporte utilizó la información obtenida en los ejemplo anteriores: muy baja activación con grupos IDA del soporte, incluso menos que antes, ya que ahora no era posible incluir imidazol ya que se uniría covalentemente a los grupos epóxidos, y cationes de muy baja afinidad. Utilizando soportes con tan solo 5 micromoles de grupos IDA-Co, se consiguió inmovilizar y estabilizar una cantidad de beta galactosidasa equivalente a la que se podía inmovilizar utilizando enzima recién purificada (unos 60 mg).One way to solve the enzyme trend pure to add would be to associate the purification processes and immobilization For this, supports were used. epoxi-IDA-Co to which the impure enzyme. The support design used the information obtained in the previous examples: very low activation with groups Support IDA, even less than before, since now it was not possible to include imidazole as it would covalently bind to epoxy groups, and very low affinity cations. Using supports with only 5 micromoles of groups IDA-Co, was able to immobilize and stabilize a amount of beta galactosidase equivalent to what could be immobilize using freshly purified enzyme (about 60 mg).

1.7 Estabilización de la estructura cuaternaria de la IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2, y posibles enzimas contaminantes1.7 Stabilization of the quaternary structure of the IMAC / β-galactosidase of Thermus sp . T2, and possible contaminating enzymes

Se comprobó que aun los derivados más estables liberaban proteína al medio cuando se hervían en presencia de SDS, lo que sugería que algunas subunidades de la enzima no estaban covalentemente unidas al soporte. El tratamiento de los derivados con dextranos permitía evitar este problema, pero provocaba una caída de actividad muy importante (de hasta un 80%). Por ello se realizó la modificación en presencia de agentes protectores. Si la modificación se realizaba en presencia de lactosa, la caída de actividad era muy pequeña. Tras optimizar el tiempo, tºC y tamaño del dextrano, se estableció como protocolo optimo el siguiente: incubación del derivado con dextranos de peso molecular 71,4 KD y protección con 1M de lactosa, reacción a 4ºC durante aproximadamente 6 horas con agitación continua.It was found that even the most stable derivatives released protein to the medium when boiled in the presence of SDS, which suggested that some enzyme subunits were not covalently attached to the support. The treatment of derivatives with dextrans it allowed to avoid this problem, but it caused a Very important fall in activity (up to 80%). That's why it made the modification in the presence of protective agents. If the modification was made in the presence of lactose, the fall of Activity was very small. After optimizing the time, tºC and size of dextran, the following was established as the optimal protocol: incubation of the derivative with molecular weight dextrans 71.4 KD and protection with 1M lactose, reaction at 4 ° C for approximately 6 hours with continuous agitation.

El derivado así tratado ya no liberaba subunidades tras hervirse en SDS, y su estabilidad térmica era similar a la del derivado sin tratar.The derivative thus treated no longer released subunits after boiling in SDS, and its thermal stability was similar to that of the untreated derivative.

1.8 Inmovilización reversible de la enzima IMAC/\beta-galactosidasa Thermus sp., T2 pura sobre soportes rígidos recubiertos con PEI1.8 Reversible immobilization of the enzyme IMAC / β-galactosidase Thermus sp ., T2 pure on rigid supports coated with PEI

Se añadieron 100 mg de proteína recién purificada a 10 ml de soporte PEI preparado según se describe en [Mateo,C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, J.M 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites" Biotechnol. Bioeng. 68, 98-105], a pH 7 y 25ºC, La enzima previamente se dializó frente a 100 volúmenes de fosfato 50 mM pH 7. La inmovilización se realizó de forma muy rápida y sin afectar a la actividad de la enzima. Los estudios de estabilidad mostraron que la enzima era mucho más estable que la enzima soluble.100 mg of freshly purified protein was added to 10 ml of PEI support prepared as described in [Mateo, C., Abian, O, Fernández-Lafuente, R., & Guisán, JM 2000 "Reversible enzyme immobilization via a very strong and non-distorting adsorption on supports-polyethylene imine composites " Biotechnol. Bioeng 68, 98-105], at pH 7 and 25 ° C, The enzyme was previously dialyzed against 100 volumes of 50 mM phosphate pH 7. Immobilization was performed very quickly and without affecting the activity of the enzyme. Stability studies showed that the enzyme was much more stable than the soluble enzyme.

Por otro lado, experimentos de desorción demostraron que la unión era muy fuerte (mucho mas, de hecho, que a soportes convencionales tipo DEAE agarosa, aunque podía eliminarse toda la enzima utilizando 1M de NaCl y un lavado intenso con agua destilada.On the other hand, desorption experiments they showed that the union was very strong (much more, in fact, than conventional supports DEAE agarose type, although it could be removed the whole enzyme using 1M NaCl and an intense wash with water distilled

De esta forma, el soporte podía reutilizarse tantas veces como fuera deseado.In this way, the support could be reused as many times as desired.

1.9 Hidrólisis de soluciones concentradas de lactosa pura con enzima IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 soluble pura y distintos derivados inmovilizados1.9 Hydrolysis of concentrated solutions of pure lactose with enzyme IMAC / β-galactosidase from Thermus sp . Pure soluble T2 and various immobilized derivatives

Se preparo un disolución de lactosa al 5% en TAMPÓN NOVO pH 6.5 a diferentes temperaturas. A continuación, se incubó en 10 ml de esta disolución 8 U de enzima soluble o inmovilizada-estabilizada sobre soportes boronato-epóxido o IDA-Co-epóxido. Puede apreciarse que la enzima era capaz de realizar la hidrólisis incluso a 70ºC
(Figura 6).
A solution of 5% lactose in TAMPÓN NOVO pH 6.5 was prepared at different temperatures. Then, 8 U of soluble or immobilized-stabilized enzyme was incubated in 10 ml of this solution on boronate-epoxide or IDA-Co-epoxide supports. It can be seen that the enzyme was capable of performing hydrolysis even at 70 ° C
(Figure 6).

Sin embargo, mientras la enzima soluble realizaba la hidrólisis del último 10% de lactosa de forma muy lenta, los derivados eran capaces de hacerlo de una forma mucho más lineal, más en el caso del boronato-epóxido que en el caso del IDA-Co epóxido. Estudios cinéticos demostraron que mientras la enzima soluble presentaba unos valores de km de 3,1 y de constantes de inhibición no competitiva por glucosa de 49,9 y competitiva por galactosa de 3,1 el derivado realizado sobre IDA-Co-epóxido mostraba unos valores de Km de 7,7, Ki por glucosa de 61,1 y Ki por galactosa 11,7 mientras que el inmovilizado sobre boronato-epóxido mostraban unas constantes de Km 6,6; Ki glucosa 99,1 y Ki galactosa 12,5. Es decir, la inmovilización no sólo servia para mejorar la estabilidad de la enzima, sino que permitía, mediante suaves distorsiones del centro activo, disminuir la inhibición producida por los diferentes productos, mejorando de esta forma y de forma muy significativa las posibilidades de uso de esta enzima a escala industrial.However, while the soluble enzyme performed hydrolysis of the last 10% lactose very slowly, the derivatives were able to do it in a much more linear way, more in the case of boronate-epoxide than in the case of the IDA-Co epoxide. Kinetic studies demonstrated that while the soluble enzyme had values of 3.1 km and of noncompetitive glucose inhibition constants of 49.9 and competitive by 3.1 galactose the derivative made on IDA-Co-epoxide showed some Km values of 7.7, Ki for glucose of 61.1 and Ki for galactose 11.7 while immobilized on boronate-epoxide they showed constants of Km 6.6; Ki glucose 99.1 and Ki galactose 12.5 That is, immobilization not only served to improve the enzyme stability, but allowed, by gentle distortions of the active center, decrease the inhibition produced for the different products, improving in this way and in a way very significant the possibilities of using this enzyme to scale industrial.

1.10 Hidrólisis de lactosa en leche y en suero de quesería catalizada por derivados inmovilizados de enzima IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 pura1.10 Hydrolysis of lactose in milk and in cheese whey catalyzed by immobilized derivatives of IMAC / β-galactosidase enzyme from Thermus sp . Pure T2

Se estudió el comportamiento del derivado sepabeads-boronato durante la reacción de hidrólisis de una leche comercial semidesnatada (ya que una leche con un alto contenido en grasa dificultaría la acción del derivado durante la reacción), con 4,8% de lactosa y 8 U del derivado a 70ºC. La cantidad de leche en el reactor fue de 10 ml. Al cabo de 10 minutos aproximadamente se alcanzó el 100% de hidrólisis. También se hidrolizó una muestra de suero de quesería en las mismas condiciones que la reacción con leche. El suero tenía un contenido en lactosa de aproximadamente 5%. Como se observa en la gráfica, se alcanzó el 100% de hidrólisis a los 25 minutos de reacción.The derivative behavior was studied sepabeads-boronate during the reaction of hydrolysis of a semi-skimmed commercial milk (since a milk With a high fat content it would make the derivative action difficult during the reaction), with 4.8% lactose and 8 U of the derivative at 70 ° C The amount of milk in the reactor was 10 ml. After About 10 minutes 100% hydrolysis was reached. A sample of cheese whey was also hydrolyzed therein conditions that the reaction with milk. The serum had a content in lactose of approximately 5%. As seen in the graph, it reached 100% hydrolysis at 25 minutes of reaction.

<110> CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS<110> SUPERIOR INVESTIGATION COUNCIL SCIENTISTS

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CARRASCOSA SANTIAGO, ALFONSO V.CARRASCOSE SANTIAGO, ALFONSO V.

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PESSELA, BEBEVIDES C. CH.PESSELA, BEBEVIDES C. CH.

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GUISAN SEIJAS, JOSE MARIAGUISAN SEIJAS, JOSE MARIA

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FERNÁNDEZ-LAFUENTE, ROBERTOFERNÁNDEZ-LAFUENTE, ROBERT

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MATEO, CESARMATTHEW, CEASE

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GARCIA, JOSE LUISGARCIA, JOSE LUIS

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VIAN, ALEJANDROThey saw ALEXANDER

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<120> HIDRÓLISIS DE LACTOSA CON LACTASA TERMORRESISTENTE INMOVILIZADA Y SU METODO DE OBTENCIÓN<120> HYDROLYSIS OF LACTOSE WITH LACTOSE IMMOBILIZED THERM RESISTANT AND ITS METHOD OF OBTAINING

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<130> IMACBGAL<130> IMACBGAL

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<160> 2<160> 2

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<170> PatentIn version 3.1<170> PatentIn version 3.1

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<210> 1<210> 1

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<211> 2037<211> 2037

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<212> DNA<212> DNA

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<213> Thermus sp T2<213> Thermus sp T2

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<220><220>

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<221> CDS<221> CDS

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<222> (1)..(2037)<222> (1) .. (2037)

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<223><223>

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<400> 1<400> 1

22

20twenty

33

44

55

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<210> 2<210> 2

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<211> 678<211> 678

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<212> PRT<212> PRT

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<213> Thermus sp T2<213> Thermus sp T2

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<400> 2<400> 2

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77

Claims (15)

1. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, caracterizado porque:1. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp. T2, characterized in that:
(a)(to)
presenta la secuencia de aminoácidos descrita en SEQ ID NO:2, con un módulo (IMAC) con una cola de histidinas (IMAC/\beta-galactosidasa),presents the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, with a module (IMAC) with a queue of histidines (IMAC / β-galactosidase),
(b)(b)
está purificado por cromatografía de afinidad a quelatos metálicos en soportes que contengan metales de transición,is purified by affinity chromatography on metal chelates in supports containing transition metals,
(c)(C)
está estabilizada e inmovilizada por uniones covalentes o adsorción física sobre soportes adecuados (en un solo paso o en dos) yis stabilized and immobilized by covalent bonds or adsorption physics on suitable supports (in a single step or in two) Y
(d)(d)
presenta capacidad para hidrolizar y transglicosilar lactosait has the capacity to hydrolyze and transglycosilar lactose
2. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2 según la reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de obtención comprende los siguientes pasos:2. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp . T2 according to claim 1, characterized in that the method of obtaining comprises the following steps:
(a)(to)
aislamiento del fragmento de ADN que contiene la secuencia de nucleótidos que codifica para la \beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 por digestión del plásmido pBGT1 con enzimas de restricción,isolation of the DNA fragment that contains the nucleotide sequence that codes for the β-galactosidase of Thermus sp . T2 by digestion of plasmid pBGT1 with restriction enzymes,
(b)(b)
digestión del plásmido pTrcHisB que contiene la secuencia de nucleótidos que codifica para un módulo con una cola de 6 histidinas, que permite la purificación por cromatografía de afinidad con quelatos metálicos,digestion of plasmid pTrcHisB which contains the nucleotide sequence that encodes a module with a tail of 6 histidines, which allows purification by affinity chromatography with metal chelates,
(c)(C)
fusión de fragmento de ADN de (a) al resto de plásmido pTrcHisB de (b) obteniéndose un nuevo plásmido, el pBGT3, que contiene una secuencia nucleotídica SEQ ID NO:1 nueva, que codifica para una proteína \beta-galactosidasa quimérica con cola de histidinas: IMAC/\beta-galactosidasa,DNA fragment fusion from (a) to plasmid residue pTrcHisB of (b) obtaining a new plasmid, pBGT3, which contains a nucleotide sequence SEQ ID NO: 1 new, which codes for a protein chimeric β-galactosidase with tail of histidines: IMAC / β-galactosidase,
(d)(d)
transformación de una célula hospedante con dicho plásmido recombinante;cell transformation host with said recombinant plasmid;
(e)(and)
cultivo de las células hospedantes transformadas en un medio de cultivo adecuado y en condiciones que permitan la producción de \beta-galactosidasa quimérica IMAC/\beta-galactosidasa,host cell culture transformed into a suitable culture medium and under conditions that allow the production of β-galactosidase IMAC / β-galactosidase chimeric,
(f)(F)
purificación por adsorción selectiva de la enzima \beta-galactosidasa quimérica con la cola de polihistidina diana mediante cromatografía de afinidad a quelatos metálicos (p.e.- Co o Ni)selective adsorption purification of the chimeric β-galactosidase enzyme with the target polyhistidine tail by affinity chromatography at metal chelates (e.g. Co or Ni)
(g)(g)
inmovilización-estabilización en soportes rígidos (resinas epoxiacrilicas muy entrecruzadas en presencia de agentes porogénicos, vidrio poroso, otros silicatos, azarosa, celulosa, etc.), conteniendo como grupos para la unión covalente grupos aldehídos o epóxido, y que a la vez pueden tener grupos para adsorber físicamente las enzimas (p.e., derivados de boronato, grupos con carga positiva, grupos con carga negativa, quelatos,...) yimmobilization-stabilization on rigid supports (highly crosslinked epoxy acrylic resins in presence of porogenic agents, porous glass, other silicates, random, cellulose, etc.), containing as groups for the union covalent aldehyde or epoxide groups, and which at the same time may have groups to physically adsorb enzymes (e.g., derivatives of boronate, groups with positive charge, groups with negative charge, chelates, ...) and
(h)(h)
estabilización adicional si procede de la estructura cuaternaria por entrecruzamiento posterior con polímeros polifuncionales, covalente con dextrano-aldehído o físico con polímeros tipo polietilenimina.additional stabilization if it comes from the quaternary structure by subsequent crosslinking with polyfunctional polymers, covalent with dextran-aldehyde or physical with type polymers polyethyleneimine
3. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la inmovilización-estabilización se realiza a pH alcalino para forzar la unión covalente.3. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp . T2, according to claims 1 and 2, characterized in that the immobilization-stabilization is carried out at alkaline pH to force covalent bonding. 4. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la inmovilización-estabilización utiliza soportes con grupos epóxidos y que tras la reacción se bloquean con grupos hidrofílicos (aminoácidos, aminoalcoholes, azúcares, tioaminos, etc).4. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derived from Thermus sp . T2, according to claims 1 and 2, characterized in that the immobilization-stabilization uses supports with epoxy groups and that after the reaction are blocked with hydrophilic groups (amino acids, amino alcohols, sugars, thioamines, etc.). 5. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la inmovilización, estabilización se realiza utilizando soportes epóxido o aldehído -IDA-Co, Ni o Zn.5. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp . T2, according to claims 1 and 2, characterized in that the immobilization, stabilization is performed using epoxy or aldehyde supports -IDA-Co, Ni or Zn. 6. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la inmovilización se realiza porque se adsorbe físicamente sobre soportes recubiertos con polímeros policatiónicos del tipo polietilenimina, polialilamina, dextrano aminado u otros polisacáridos aminados.6. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp . T2, according to claims 1 and 2, characterized in that the immobilization is carried out because it is physically adsorbed on supports coated with polycationic polymers of the polyethyleneimine, polyallylamine, aminated dextran or other amino polysaccharides type. 7. Derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2, según la reivindicación 2 caracterizado porque la estabilización de la estructura cuaternaria utiliza dextrano aldehído para conseguir el entrecruzamiento químico de las subunidades, realizado en presencia de agentes protectores (p.e., sustratos) para evitar la distorsión del centro activo de la enzima.7. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme derivative of Thermus sp . T2 according to claim 2 characterized in that the stabilization of the quaternary structure uses dextran aldehyde to achieve the chemical cross-linking of the subunits, performed in the presence of protective agents (eg, substrates) to avoid distortion of the active center of the enzyme. 8. Enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante IMAC/\beta-galactosidasa de Thermus sp. T2 caracterizada SEQ ID NO:2.8. Recombinant chimeric β-galactosidase enzyme IMAC / β-galactosidase from Thermus sp . T2 characterized SEQ ID NO: 2. 9. Secuencia nucleotídica caracterizada por la secuencia SEQ ID NO:1 que codifica para una proteína \beta-galactosidasa quimérica según 8.9. Nucleotide sequence characterized by the sequence SEQ ID NO: 1 encoding a chimeric β-galactosidase protein according to 8. 10. Células hospedantes transformadas caracterizadas por contener el plásmido pBGT3 según la reivindicación 2, que contiene SEQ ID NO:1, preferentemente la cepa pura de Escherichia coli CECT 5970, sus mutantes o sus derivados transformados.10. Transformed host cells characterized by containing the plasmid pBGT3 according to claim 2, which contains SEQ ID NO: 1, preferably the pure Escherichia coli strain CECT 5970, its mutants or its transformed derivatives. 11. Procedimiento de tratamiento enzimático de lactosa, azúcares o análogos estructurales, caracterizado porque11. Method of enzymatic treatment of lactose, sugars or structural analogues, characterized in that
(a)(to)
se utiliza el biocatalizador (enzima) el derivado de la enzima \beta-galactosidasa quimérica recombinante de Thermus sp. T2 purificado, inmovilizado-estabilizado según las reivindicaciones 1-7,the biocatalyst (enzyme) is used, the derivative of the recombinant chimeric β-galactosidase enzyme of Thermus sp . T2 purified, immobilized-stabilized according to claims 1-7,
(b)(b)
con utilización preferente entre 25 y 75ºC.with preferential use between 25 and 75 ° C.
12. Procedimiento de tratamiento enzimático de lactosa, azúcares o análogos estructurales según la reivindicación 10, caracterizado porque se realiza la hidrólisis de concentrados de lactosa (desde 1 hasta 40%) hasta 75ºC desde pH 4 hasta pH 8 mediante el biocatalizador (enzima) purificado, inmovilizado-estabilizado según las reivindicaciones 1-7.12. Method of enzymatic treatment of lactose, sugars or structural analogs according to claim 10, characterized in that the hydrolysis of lactose concentrates (from 1 to 40%) is carried out up to 75 ° C from pH 4 to pH 8 by means of the purified biocatalyst (enzyme) , immobilized-stabilized according to claims 1-7. 13. Procedimiento de tratamiento enzimático de lactosa, azúcares o análogos estructurales según la reivindicación 10, caracterizado porque se realiza la hidrólisis de los mismos en leche entera, desnatada o semidesnatada hasta 75ºC mediante el biocatalizador (enzima) purificado, inmovilizado-estabilizado según las reivindicaciones 1-7.13. Method of enzymatic treatment of lactose, sugars or structural analogues according to claim 10, characterized in that the hydrolysis thereof is carried out in whole, skimmed or semi-skimmed milk up to 75 ° C by means of the purified, immobilized-stabilized biocatalyst (enzyme) according to the claims 1-7. 14. Procedimiento de tratamiento enzimático de lactosa, azúcares o análogos estructurales según la reivindicación 11, caracterizado porque se realiza la hidrólisis de los mismos en suero lácteo, concentrado o no, o de permeados de suero lácteo de diferentes orígenes (pH 4-8) y hasta 75ºC mediante el biocatalizador (enzima) purificado, inmovilizado-estabilizado según las reivindicaciones 1-7.14. Method of enzymatic treatment of lactose, sugars or structural analogs according to claim 11, characterized in that the hydrolysis thereof is carried out in dairy whey, concentrated or not, or permeate of whey of different origins (pH 4-8) and up to 75 ° C by means of the purified, immobilized-stabilized biocatalyst (enzyme) according to claims 1-7. 15. Procedimiento de tratamiento enzimático de lactosa, azúcares o análogos estructurales según la reivindicación 11, caracterizado porque se realiza en cualquier líquido que los contenga, a pH de 4 a 8 hasta 75ºC, caracterizado porque se utiliza el biocatalizador (enzima) purificado, inmovilizado-estabilizado según las reivindicaciones 1-7.15. Method of enzymatic treatment of lactose, sugars or structural analogs according to claim 11, characterized in that it is carried out in any liquid containing them, at pH 4 to 8 to 75 ° C, characterized in that the immobilized, purified biocatalyst (enzyme) is used -stabilized according to claims 1-7.
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