JP4972412B2 - E.コリ発酵によるプラスミドdnaの大規模生産のための方法 - Google Patents
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Description
化学物質−全ての化学物質は試薬グレードであり、Sigma Chemical Co.(St.Louis,MO)又はFisher Scientific Products(Springfield,NJ)のいずれかから購入する。API20E検査紙はbioMerieux(Canada)から購入した。
インフルエンザM1灰色表現型濃縮実験−インフルエンザM1DNAプラスミドベクターを含有する白色及び灰色表現型コロニーの個別の培養物をDME−P5の既知組成の培地中で指数関数増殖相へと増殖させた。次に、前記培養物を等しい割合で混合し、DME−P5培地の新鮮フラスコを接種するのに使用した。各富化フラスコに対する開始OD600は0.001であった。この混合培養物を17世代にわたり増殖させ、次に第二富化フラスコへと接種した。このことにより、細胞が各転移段階で指数関数増殖段階にあることが確認された。このプロセスは、総計4回の富化に対して繰り返した。各富化段階由来の細胞の一定量を40%(v/v)グリセロール中で凍結し、実施例1において記載される血液寒天表現型スクリーニングアッセイにより分析し、富化後の灰色表現型コロニーの割合を決定した。
形質転換−2つの方法を使用してE.コリDH5細胞を形質転換し、プラスミド生産性についてスクリーニングを行うクローン分離株を得た。第一の方法の場合、プラスミドDNA100ng(2μl)を100μLのE.コリDH5コンピテント細胞へ添加した。標準的な分子生物学的手段を使用してコンピテント細胞を調製した。この混合物を氷中で30分間保存し、次に42℃で90秒間の熱処理に供した。これらの試験管を氷で冷却し、次にDME−P5培地800μlを各試験管へ添加した。次に、これらの試験管を37℃で90分間インキュベーションし、抗生物質耐性を回復させた。次に、この回復培養物をDME−P5寒天プレートへと広げて播種し、36時間インキュベーションして形質転換体を得た。形質転換の第二方法では、電気形質転換及びBio−Rad Pulser(Hercules,CA)システムを使用した。この手法の場合、コンピテント細胞80μlをプラスミドDNA0.5から4.0μgと混合した。この混合物を、冷却したエレクトロポレーション用キュベットに移し、1.8kVの設定で1回パルスを与えた。このキュベットに、DME−P5培地1.0mlを添加した。この懸濁液を滅菌済みの15mL遠心管へと移し、37℃で3時間インキュベーションして抗生物質耐性を回復させた。回復時間後、前記懸濁液をDME−P5培地へと播種するか又はこれに希釈し、37℃でインキュベーションを行い形質転換体を得た。
上述の選別及び濃縮の改善技術を使用して、高生産性の分離株を得て、3種類のDNAワクチン構築物であるHSV−ΔgB、HSV−gD及びHIV−Gagについてのプレマスター培養物、マスター培養物及び作業用種ストック培養物を得るための種培養物として使用した。これらの構築物について生じたプレマスター培養物、マスター培養物及び作業用細胞バンク培養物について、血液寒天播種結果を、インフルエンザM1及びNP構築物について得られた初期の結果(表1)と比較すると、マスター細胞バンク培養物中に本来存在する表現型の多様性が排除され、プラスミド高生産系が得られていた(表4)。これは、不均一なE.コリ集団が、本発酵プロセスの一貫性及び収率に対する影響を有し得るため、これらの構築物から生じる臨床材料に極めて重要であった。HIV−Gag構築物に対する作業用細胞バンク培養物は、後にGMP発酵に使用され、臨床研究のための細胞ペーストを生じた。培養の不均一性はこの発酵処理において検出されなかった。灰色表現型はまた、富化実験中に白色表現型への逆転を示さず(図2)、このことから、この表現型の安定性が示された。
上述のプロセスにより選択され、V1Jns HIV Flgagプラスミドを含有する、ソースバイアルに含有されるプラスミド高生産株のE.コリDH5の一定分量の凍結細胞を使用して、培地A200ml(表5)を含有する3個の2Lバッフル付き振盪フラスコに接種した(各フラスコに200μl入れる)。前記フラスコを37±0.5℃で振盪しながらインキュベーションした(50mm振盪直径の軌道振盪器で180rpmにて振盪)。前記フラスコのうちの2つを観察目的に使用し、凍結細胞懸濁液を調製するために第三のフラスコを使用した。観察用フラスコの培養物の光学密度(OD600)が5から9の範囲の値に達したら、次に、ソースフラスコの光学密度も同様の値に達したことを確認するためにチェックした。次に、このソースフラスコを水と混ぜた氷の上で冷却した。冷却40%(v/v)グリセロール水溶液の等量を前記フラスコの内容物へ添加した。混合した懸濁液を凍結バイアルに分注し(〜1mL)、ドライアイス上ですぐに急速凍結し、−65℃で保存した。この第一種ストックを「プレマスター」とした。プレマスターバイアルからの凍結懸濁液を解凍し、上述のプロトコールにしたがってマスター種ストックを調製するのに使用した。マスターバイアルからの凍結懸濁液を解凍し、同じプロトコールにしたがって作業用種ストックを調製するのに使用した。
培地A30ml(表5)を2個の250mLのバッフル付きエルレンマイヤーフラスコに満たすことにより、本明細書に記載されたプロセスにより選択された、V1Jns HIV Flgagプラスミド接種材料を含む、E.コリDH5のプラスミド高生産株の凍結細胞の実験室用供給物を準備した。4mLバイアルから各フラスコへ、解凍したGMP HIV−FL−gagマスター種30μLをピペッティングすることによって接種した。このフラスコを37±0.5℃で、50mmの振盪直径の軌道振盪器(Adolf Kuhner Ag;Birsfelden,Switzerland)で220rpmにて振盪しながらインキュベーションした。1個のフラスコは観察のために利用し、一方、第二のフラスコは、バイオリアクターのための接種材料源として使用した。観察しているフラスコ中の培養物の600nmでの光学密度(OD600)が5から9の範囲の値に達したら(接種から約26時間後)、同様の値に達していることを確認するために、ソースフラスコのOD600を測定した。
細胞溶解−1mLの最終体積において、OD10を得るのに必要と思われる培養物の体積を計算することにより、各試料からの細胞を細胞溶解のために調製し、その後、14000rpmで5分間、Eppendorf Centrifuge 5415C(Westbury,NY)において培養物を遠心分離した。上清を捨て、ペレットを−70℃の冷凍庫に細胞溶解時まで保存した。解凍に際し、STET緩衝液(1Lの蒸留水につき)500μLで各ペレットを再懸濁した。STET緩衝液の組成は、Tris−EDTA緩衝液(Sigma)50ml;0.5MEDTApH8(Sigma)190ml;スクロース80g;Triton X−100(Sigma)20gであり、次いでリゾチーム溶液500μL(1LのSTET緩衝液につき:リゾチーム(Sigma) 0.4g)であった。この試験管を、500rpmで継続的に振盪するEppendorf Thermomixer R(Westbury,NY)において、37℃で45分間インキュベーションした。インキュベーション後、前記試験管を浮遊ラックに挿入し、沸騰水中に1分間セットした。この細胞の破片をEppendorf Centrifuge 5415Cで、14000rpmにて15分間遠心分離することによって分離した。各試験管の上清を1.8mlのHPLCバイアルへと、RNAce−It!Ribonuclease Cocktail(Stratagene,La Jolla,CA) 10μlとともに移した。前記バイアルをそれぞれキャップし、穏やかに振盪して前記内容物を混合した。
プラスミド生産方法1−滅菌した既知組成培地C(表7)約12.7kgを含むように、20Lの種発酵槽を準備した。実施例6において記載されるように調製された、V1Jns HIV Flgagプラスミドを含む、E.コリDH5系の2つの凍結作業用種バイアルを周囲温度で解凍し、細胞懸濁液6mlを塩類リン酸緩衝液(1Lの水に対して;NaCl:7.0g、KH2PO4:0.2g、K2H2PO4:0.674g)200mlに添加した。全体積を20L種発酵槽へと入れた。初期発酵条件は以下のとおりであった。すなわち、温度37℃、気流2L/分、撹拌100rpm及び圧力0.5barであった。pHの初期値は、7.0から7.1の範囲にあった。pHの調節は、接種材料生産の間は行わなかった。初期の溶解酸素レベルが接種約8時間から12時間後に、100%から50%まで低下したとき、気流設定点を手動で6L/分まで上昇させた。需要が増えた際、溶解酸素レベルは、100から800rpmの範囲内で撹拌速度を自動変更することにより、発酵周期の残りの過程をとおして、30%以上の設定点で維持した。発酵ブロスの溶解酸素レベル、CER、酸素摂取量(OUR)、pH及び細胞密度は全て、オンラインで測定した(Monitek ODプローブ及びトランスミッターを使用する)。接種後約17時間から20時間で、前記細胞は、約35から50mmol/L/hr及び0.80から1.0吸収単位(600nmでの8から10のオフラインのODと等価)にそれぞれ達するCER及び細胞密度の両者のオンライン測定によって示されるような、対数増殖中期に到達した。この時点で、トランスファーボトルを使用して、種培養物600mlを種発酵槽から1000Lの生産発酵槽へと無菌的に移した。
Claims (21)
- (a)(i)30℃で血液寒天上での培養により、プラスミドDNAで形質転換されたE.コリ(E.coli)株が生成する、灰色の少数のコロニー及び白色の多数のコロニーから成るコロニー集団における表現型の不均一性を観察し、高生産性の可能性があるクローンサブタイプとして灰色のコロニーを選択し、
(ii)前記高生産性の可能性があるクローンのサブタイプを精製し、細胞ごとのプラスミドコピー数を測定することにより前記精製された高生産性の可能性があるクローンサブタイプの生産性を測定し、
(iii)同じ株の選択されていない形質転換E.コリクローンサブタイプと比較して、細胞あたりのプラスミドコピー数が多い高生産性の可能性があるクローンサブタイプを高生産性クローンサブタイプとして選択することにより、前記プラスミドDNAで形質転換されたE.コリ株の高生産性クローンサブタイプを選択すること、および
(b)前記高生産性クローンサブタイプを培養すること
を含むプラスミドDNAの生産方法。 - 前記高生産性クローンサブタイプが既知組成培地中で半回分発酵により培養される請求項1に記載の方法。
- 前記高生産性クローンサブタイプが約1000L以上の発酵体積で培養される請求項2に記載の方法。
- 前記高生産性の可能性があるクローンサブタイプのコロニーが、血液寒天から精製される請求項1に記載の方法。
- 前記高生産性の可能性があるクローンサブタイプの細胞当たりのプラスミドコピー数が既知組成の培地での振盪フラスコ発酵系における該クローンサブタイプの培養後に調べられる請求項4に記載の方法。
- 前記E.コリ株がDH5である請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記既知組成の培地が、培地C、培地D、培地E、培地F及び培地Gからなる群から選択される培地を含む請求項2、3又は5に記載の方法。
- (a)血液寒天及び血液産物を含まない寒天上で形質転換されたE.コリを二重播種すること、
(b)異なるコロニーが見えるまで約30℃でE.コリを育てること、
(c)前記血液寒天上における表現型不均一性の少数成分として灰色のコロニーを観察すること、および
(d)血液産物を含まない寒天上におけるどのコロニーが血液寒天上の灰色のコロニーと対応するのかを調べること、
(e)血液寒天上の灰色のコロニーに相当する、血液産物を含まない寒天由来の前記コロニーの精製であって、前記精製されたコロニーが高生産性の可能性のあるクローンサブタイプであること、
をさらに含む請求項1に記載の方法。 - 前記精製された高生産性の可能性があるクローンサブタイプの細胞ごとのプラスミドコピー数が既知組成の培地での振盪フラスコ発酵系における該クローンサブタイプの培養後に調べられる請求項8に記載の方法。
- 前記E.コリ株がDH5である請求項8または9に記載の方法。
- 前記既知組成の培地が、培地C、培地D、培地E、培地F及び培地Gからなる群から選択される培地を含む請求項9に記載の方法。
- 前記血液産物を含まない寒天が既知組成の培地である請求項8に記載の方法。
- 前記培養段階が、少なくとも1つの生産段階発酵期を含む請求項1に記載の方法。
- 高生産性クローンサブタイプが増殖の対数中期にある際に、前記クローンサブタイプを含有する生産段階の発酵槽に溶液が連続的に供給される請求項13に記載の方法。
- 生産段階の発酵槽に連続的に供給される前記溶液が、約50%グリセロール(v/v)及び約25%グルタミン酸一ナトリウム(w/v)を含む請求項14に記載の方法。
- 生産段階の発酵槽に連続的に供給される前記溶液が、約60%グリセロール(v/v)を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記高生産性の可能性があるクローンサブタイプが小規模発酵系において段階(ii)で試験される請求項1に記載の方法。
- 前記小規模発酵系が既知組成の培養用培地を用いた振盪フラスコ発酵系である請求項17に記載の方法。
- 前記既知組成の培地がDME−B−12培地を含む請求項18に記載の方法。
- 高生産性クローンサブタイプが増殖の対数中期にある際に、該クローンサブタイプを含有する生産段階の発酵槽に溶液が連続的に供給される請求項18に記載の方法。
- 生産段階の発酵槽に連続的に供給される前記溶液が約4.6%グリセロール(v/v)及び約2.9%グルタミン酸一ナトリウム(w/v)を含む請求項20に記載の方法。
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