KR20020048934A - Method for increasing the yield of recombinant proteins in microbial fermentation processes - Google Patents

Method for increasing the yield of recombinant proteins in microbial fermentation processes Download PDF

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Abstract

배치식-공급 발효로 재조합 단백질을 생성하는 선행 기술 방법을 사용하면, 재조합 생성물 합성이 유도된 후 플라스미드-부재 세포에 의해 배양물이 과잉성장하고, 이로써 특이적 생성물의 수율이 감소하게 된다. 재조합 단백질의 수율은 연속적인 간단한 방식으로 배양물중의 탄소/에너지 공급원의 농도를 감소 또는 증가시킴으로써 증진된다. 탄소/에너지 공급원을 함유하는 공급 용액의 투여 속도를 변경함으로써 진동이 발생한다. 이 방법은 탄소 제한된 배치식-공급법을 사용하여 배양되는 모든 미생물에 적합하다.Using prior art methods of producing recombinant proteins in batch-feed fermentation, the culture is overgrown by plasmid-free cells after recombinant product synthesis is induced, thereby reducing the yield of specific products. The yield of recombinant protein is enhanced by decreasing or increasing the concentration of carbon / energy source in the culture in a continuous simple manner. Vibration occurs by varying the rate of administration of a feed solution containing a carbon / energy source. This method is suitable for all microorganisms cultured using carbon limited batch-feeding methods.

Description

미생물 발효 공정에서 재조합 단백질의 수율을 증진시키는 방법{METHOD FOR INCREASING THE YIELD OF RECOMBINANT PROTEINS IN MICROBIAL FERMENTATION PROCESSES}METHOD FOR INCREASING THE YIELD OF RECOMBINANT PROTEINS IN MICROBIAL FERMENTATION PROCESSES

박테리아에서 재조합 단백질을 산업적 규모로 생성하는 것은 발효조에서 이루어진다. 플라스크 진탕기로 수행되는 실험실 규모의 실험에 비교되는 수율의 증진은 부피당 세포 질량을 증가시킴으로써 달성된다. 배치식-공급(batch-fed) 기법은 높은 세포 밀도를 달성할 수 있다. 이는 영양분의 성장-제한 첨가에 기초하는데, 여기서는 탄소/에너지 공급원이 일반적으로 제한된다[예를 들면, 리에센버그(Riesenberg D.) 및 구쓰케(Guthke, R.)의 문헌 "App. Microbiol. Biotechnol. 51, 422-430(1999)"]. 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli; "이. 콜라이") 공정의 경우, 이는 일반적으로 글루코즈 또는 글리세롤이다. 그러나, 다르게는, 사용되는 미생물 및 공정에 따라서, 당밀, 전분, 펩톤, 락토즈, 메탄올 및 아세테이트와 같은 다른 기질이 사용된다. 매우 농축된 공급 용액이 연속적으로 첨가될 수 있는데, 이때 일정 기간 동안 기질의 첨가를 한정하거나 선형으로 증가 또는 감소시키는 다양한 기능들의 사용이 가능하다. 다양한 기능들이 종종 단일 공정에서 조합된다. 다르게는, 영양분 용액은 다음 파동에 대한 신호로서 작용하는 소정의 농도 아래로 영양분의 양을 감소시키거나 영양분을 소비함으로써 파동적으로(in pulse) 또는 시간 간격을 두고 첨가될 수 있다[예를 들면, 테라사와(Terasawa) 등의 EP 제 0 397 097 A1호(1999)]. 기질 용액의 첨가는 또한 다른 파라미터를 사용하여 조절될 수 있다. 용해된 산소(DO-stat), pH(pH-stat), 또는 온-라인으로 결정된 고갈상태의 이산화탄소 및 산소의 농도[예를 들면, 케른스(Kerns) 등의 문헌 "Acta Biotechnol. 8, 285-289"]는 영양분 용액의 주기적 투여를 이끄는 제어 데이터로서 사용될 수 있다. 이러한 경우, 기질의 농도는 제한 농도 및 비제한 농도 사이에서 다양하다. 첸(Chen) 등[문헌 "Biotechnol. Bioeng. 56, 23-31(1997)" 참조]은 매우 농축된 배지가 주기적으로 배치식-공급 배양물에 첨가될 경우 증진된 플라스미드 안정성을 측정하였다. 이 절차에서, 1 주기는 수분 또는 수시간 동안 지속될 수 있는데, 이는 생성물 형성에 불리한 영향을 준다.Industrial production of recombinant proteins in bacteria occurs in fermenters. Enhancement of yield compared to laboratory scale experiments performed with a flask shaker is achieved by increasing cell mass per volume. Batch-fed techniques can achieve high cell density. This is based on the growth-limiting addition of nutrients, where the carbon / energy source is generally limited [see, eg, Riesenberg D. and Guthke, R., App. Microbiol. Biotechnol. 51, 422-430 (1999) ". For the Escherichia coli ("E. coli") process, this is usually glucose or glycerol. Alternatively, however, other substrates are used, such as molasses, starch, peptone, lactose, methanol and acetate, depending on the microorganism and process used. Highly concentrated feed solutions can be added continuously, allowing the use of various functions to limit, linearly increase or decrease the addition of the substrate over a period of time. Various functions are often combined in a single process. Alternatively, the nutrient solution may be added in pulses or at intervals of time by reducing the amount of nutrients or consuming nutrients below a predetermined concentration that acts as a signal for the next wave [eg , EP 0 397 097 A1 (1999) by Terasawa et al. The addition of the substrate solution can also be controlled using other parameters. Depleted carbon dioxide and oxygen concentrations determined by dissolved oxygen (DO-stat), pH (pH-stat), or on-line (eg, Kerns et al., Acta Biotechnol. 8, 285 -289 "] can be used as control data to drive periodic administration of nutrient solutions. In this case, the concentration of the substrate varies between limited and non-limiting concentrations. Chen et al. (See Biotechnol. Bioeng. 56, 23-31 (1997)) measured enhanced plasmid stability when highly concentrated media were added periodically to batch-feed cultures. In this procedure, one cycle can last for minutes or hours, which adversely affects product formation.

유전자 발현을 위한 표준 벡터는, 복제 기원에 더하여, 원하는 단백질(생성물 유전자)을 코딩하는 DNA 서열 뿐만 아니라 배양물 성장 동안 플라스미드의 안정한 보존을 보장하는 작용을 하는 선택 마커를 일반적으로 함유하는 플라스미드이다. 생성물 유전자의 발현은 일반적으로 조절 서열, 특히 조절가능한 프로모터를 통해 제어된다. 생성물 유전자의 발현은 예를 들면 화학 유도자(기질, 기질 유사체)에 의해 활성화되고, 배양 온도 또는 기타 배양 조건(pH 값, 염 농도, 기질 농도의 정도)에 따라 변화된다. 특히, 제한 기질을 변경함으로써, 또는 락토즈에 의해 탁(tac)-프로모터를 유도하고 글루코즈 공급으로부터 락토즈 공급으로 전환시킴으로써 또한 유도가 일어날 수 있다[노이바우어(Neubauer) 등의 문헌 "Appl.Microbiol. Biotechnol. 36, 739-744(1992)]. 항생물질에 대한 내성을 갖는 숙주 세포를 제공하는 유전자는 숙주 세포에서 플라스미드를 안정하게 보존시키는 선택 마커로서 작용한다. 이어서, 재조합 단백질의 생성을 위한 배양물에, 상응하는 항생물질을 일반적으로 첨가하여 내성 유전자를 운반하지 않는 플라스미드-부재 세포의 성장을 중단시키거나 억제한다. 통상적으로 사용되는 내성 유전자/항생물질 쌍은 β-락타메이즈/암피실린, 클로람페니콜-아세틸트랜스퍼레이즈/클로람페니콜, 테트라사이클린 내성 (tet)-오페론/테트라사이클린 및 카나마이신 내성 유전자/카나마이신이다.Standard vectors for gene expression are, in addition to the origin of replication, plasmids which generally contain DNA sequences encoding the desired proteins (product genes) as well as selection markers which serve to ensure stable preservation of the plasmid during culture growth. Expression of the product gene is generally controlled via regulatory sequences, in particular regulatory promoters. Expression of the product gene is activated by, for example, chemical inducers (substrate, substrate analogues) and changes depending on the culture temperature or other culture conditions (pH value, salt concentration, degree of substrate concentration). In particular, induction can also occur by altering restriction substrates or by inducing a tac-promoter with lactose and switching from a glucose feed to a lactose feed [Neubauer et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 36, 739-744 (1992)] Genes that provide host cells resistant to antibiotics serve as selection markers that stably preserve the plasmid in the host cell. In the culture, the corresponding antibiotics are generally added to stop or inhibit the growth of plasmid-free cells that do not carry the resistance genes A commonly used resistance gene / antibiotic pair is β-lactamase / ampicillin, In chloramphenicol-acetyltransferase / chloramphenicol, tetracycline resistance (tet) -operon / tetracycline and kanamycin Sex gene / kanamycin.

이러한 내성 시스템중 몇몇은, 암피실린 및 클로람페니콜의 경우와 같이 항생물질이 내성 유전자에 의해 불활성화된다는 단점을 갖는다[예를 들면, 켐프(Kemp G.W.) 및 브리츠(Britz M.L.)의 문헌 "Biotehnol. Techniques 1, 157-162(1987)"]. 이러한 불활성화의 결과, 배양물에서 플라스미드-부재 세포의 복제에 대한 장애가 없어진다. 또한, 내성을 중재하는 단백질은 예비 배양물에서 배지내로 방출될 수 있어, 항생물질의 파괴를 가속화시킨다. 이러한 경우, 전체 배양물중 플라스미드-부재 세포의 비율은 증진될 수 있다. 더욱이, 다수의 산업적 공정에서는 어떠한 항생물질도 사용되지 않는데, 그 이유는 비용이 많이 들거나, 또는 후속적으로 세정작업이 부수되어(항생물질의 남은 자취 또는 그의 불활성화된 형태는 제거되어야 한다) 추가 비용이 들기 때문이다. 또한, 특정 비율의 플라스미드-부재 세포가 이러한 공정에서 나타난다.Some of these resistance systems have the disadvantage that antibiotics are inactivated by resistance genes, as is the case with ampicillin and chloramphenicol (see, eg, Kemp GW and Britz ML, Biotehnol. Techniques 1 , 157-162 (1987) ". As a result of this inactivation, there is no barrier to replication of plasmid-free cells in culture. In addition, proteins that mediate resistance can be released into the medium in preculture, accelerating the destruction of antibiotics. In such cases, the proportion of plasmid-free cells in the total culture can be enhanced. Moreover, no antibiotics are used in many industrial processes, either because of the high cost or subsequent cleaning operations (remaining traces of antibiotics or their inactivated forms must be removed). It costs money. In addition, certain proportions of plasmid-free cells appear in this process.

플라스미드-부재 세포가 종종 성장 상(phase)에서 작은 성장 이점만을 갖지만, 많은 경우, 생성물 형성이 시작된 후에는 플라스미드를 함유한 생성 세포의 성장 속도는 감소하여 배양물은 플라스미드-부재 세포 집단에 의해 과잉성장된다. 플라스미드-부재 세포의 축적은 전체 세포 군집에서 생성물의 상대 비율을 감소시키고, 선택된 분해 및 세정 방법에 따라 이러한 발효후 단계가 보다 어려워진다는 단점을 갖는다.Although plasmid-free cells often have only a small growth advantage in the growth phase, in many cases, after product formation has begun, the growth rate of the resulting cells containing the plasmids is reduced so that the culture is overwhelmed by the plasmid-free cell population. Is grown. Accumulation of plasmid-free cells has the disadvantage of reducing the relative proportion of product in the entire cell population and making this post fermentation step more difficult depending on the chosen digestion and washing method.

벡터를 작성할 경우, 예를 들면 내성 유전자의 선택을 통해, 대안의 항생물질-비의존성 안정화 시스템[몰린(Molin) 및 게르데스(Gerdes)의 WO 제 84/01172호]의 사용을 통해, 또는 보다 느리게 파괴되는 개질된 항생물질을 사용하여 상기의 불리한 영향을 제한할 수 있지만; 문제시되는 내성이 여전히 사용된다. 더욱이, 무한히 안정한 대안의 시스템은 존재하지 않고; 안정성은 특정 기간 동안에 유지될 수 있을 뿐이다.When constructing vectors, for example, through the selection of resistance genes, through the use of alternative antibiotic-independent stabilization systems (WO 84/01172 to Moline and Gerdes), or more Slowly breaking modified antibiotics can be used to limit this adverse effect; Problematic immunity is still used. Moreover, there are no infinitely stable alternative systems; Stability can only be maintained for a certain period of time.

도 1은 1mM IPTG로 유도된 이. 콜라이 RB791 pKK177glucC pUBS520에 의한 배치식-공급 발효에 관한 것이다. 글루코즈 기질 용액의 연속적인 첨가(a-c; 속이 빈 부호: 유도 없음; 속이 채워진 부호: 유도됨)를 동일한 용액의 주기적 첨가(d-f)(▲: 1분 주기; ▽: 4분 주기)와 비교한다. (a,d) 세포 질량 (DCW), (b,e) 글루코즈 농도, (c,f) 생성물 형성 (mg α-글루코시데이즈/g 세포 건조 중량). 데이터는 연속적인 첨가에 대해 수행된 2가지 실험 및 주기적 첨가 각각에 대한 하나의 실험의 특징적인 발효를 나타낸다. 시작 시간은 기질 용액을 첨가한 때이고(------), IPTG에 의한 유도는 공급을 시작한 후 3시간째 발생한다(····).1 shows E. coli induced with 1 mM IPTG. Batch-feed fermentation by E. coli RB791 pKK177glucC pUBS520. Continuous addition of the glucose substrate solution (a-c; hollow sign: no induction; filled sign: derived) is compared with the periodic addition (d-f) (▲: 1 minute cycle; ▽: 4 minute cycle) of the same solution. (a, d) cell mass (DCW), (b, e) glucose concentration, (c, f) product formation (mg α-glucosidase / g cell dry weight). The data shows the characteristic fermentation of one experiment for each of the two experiments and the periodic additions performed for the continuous addition. The start time is when the substrate solution is added (------), and induction by IPTG occurs 3 hours after the start of the feed (····).

도 2는 1mM IPTG로 유도된 이. 콜라이 RB791 pKK177glucC에 의한 배치식-공급 발효에 관한 것이다. 글루코즈 기질 용액의 연속적인 첨가(a-c; 속이 빈 부호: 유도 없음; 속이 채워진 부호: 유도됨)를 동일한 용액의 주기적 첨가(d-f)(▲: 1분 주기; ▽: 4분 주기)와 비교한다. (a,d) 세포 질량 (DCW), (b,e) 글루코즈 농도, (c,d) 생성물 형성 (mg α-글루코시데이즈/g 세포 건조 중량). 추가의 설명은 도 1을 참조한다.2 shows E. coli induced with 1 mM IPTG. Batch-feed fermentation by E. coli RB791 pKK177glucC. Continuous addition of the glucose substrate solution (a-c; hollow sign: no induction; filled sign: derived) is compared with the periodic addition (d-f) (▲: 1 minute cycle; ▽: 4 minute cycle) of the same solution. (a, d) cell mass (DCW), (b, e) glucose concentration, (c, d) product formation (mg α-glucosidase / g cell dry weight). See FIG. 1 for further description.

도 3은 1분 주기의 발효에서의 펌프 보울(bowl) 구성안을 도시한다. 용해된 산소의 반응(DOT, %, ---υ---) 뿐만 아니라 펌프 전환(0=오프(off), 1=온(on), ---)을 갖는, 발효의 작은 구획이 도시된다.3 shows a pump bowl configuration in a fermentation of 1 minute cycle. Small compartments of fermentation are shown, with pump switching (0 = off, 1 = on, ---) as well as the reaction of dissolved oxygen (DOT,%, --- υ ---) do.

청구의 범위 제 1 항에 진술된 발명은 배치식-공급 발효시, 특히 산업적 용도에서, 생성물 형성에 부정적인 영향을 주지 않으면서, 재조합 생성물의 합성이 유도된 후 플라스미드-부재 세포의 과잉성장을 억제하는 문제점에 기초한다.The invention set forth in claim 1 suppresses the overgrowth of plasmid-free cells after the synthesis of the recombinant product is induced in batch-feed fermentation, especially in industrial use, without adversely affecting product formation. Based on the problem.

청구의 범위 제 1 항에 열거된 특징들은, 주기적인 진동 패턴으로 탄소/에너지 공급원의 농도를 증가/감소시킴으로써 상기 문제를 해결한다. 이는 탄소/에너지 공급원을 함유하는 공급 용액의 첨가 속도를 변경함으로써, 예를 들면 공급 용액을 투여하는 펌프를 상응하게 프로그래밍하여 달성된다. 이로써, 세포가 그들이 이용할 수 있는 기질을 제한된 양으로 갖거나 전혀 갖지 않는 후속적인 상들이 유도된다.The features listed in claim 1 solve this problem by increasing / decreasing the concentration of the carbon / energy source in a periodic vibration pattern. This is achieved by varying the rate of addition of the feed solution containing the carbon / energy source, for example by correspondingly programming the pump for administering the feed solution. This leads to subsequent phases in which cells have limited amounts or no substrate available to them.

진동 패턴 공급이 재조합 공정에서 생성물 형성에 불리한 영향을 준다고 하는 이제까지 알려져온 견해와는 대조적으로, 4분의 최대 주기 기간을 갖는 목적하는 진동 및 최대 2분간 지속되는 주기의 개별 상들은 놀랍게도 생성물 수율에 긍적적인 영향을 준다. 약 1분(30초 공급, 30분 중단)의 주기 기간이 특히 유리하다.In contrast to the previously known view that vibrating pattern feeding adversely affects product formation in the recombination process, the desired vibrations with a maximum cycle duration of 4 minutes and individual phases of cycles lasting up to 2 minutes surprisingly affect product yield. Has a positive impact. Particularly advantageous is a cycle period of about 1 minute (30 second supply, 30 minute interruption).

재조합 생성물의 형성이 탄소 제한하에 유도되는 모든 재조합체 성장-제한된 공정에 주로 적용가능한 상기 방법의 이점은 추가의 물질을 발효 배지에 첨가할 필요가 없고, 사용되는 발현 시스템에 무관하며, 생성물 형성에 해로운 영향을 주지 않는다는 것이다. 이러한 절차는 제한 영양분으로서 당, 예컨대 글루코즈, 락토즈, 아라비노즈 또는 갈락토즈, 또는 기타 유기 탄소원, 예컨대 메탄올, 글리세롤, 당밀 또는 전분이 배양물에 첨가되는 배치식-공급 공정에 특히 적합하다. 이 절차는 배양 배지와 무관하며, 복합 배지 뿐만 아니라 무기 염 배지상에서 배양하기 위해 사용될 수 있다.The advantage of this method, which is mainly applicable to all recombinant growth-limited processes in which the formation of recombinant products is induced under carbon limitation, is that there is no need to add additional materials to the fermentation medium, regardless of the expression system used, It does not have a harmful effect. This procedure is particularly suitable for batch-feeding processes in which sugars such as glucose, lactose, arabinose or galactose, or other organic carbon sources such as methanol, glycerol, molasses or starch are added to the culture as limiting nutrients. This procedure is independent of the culture medium and can be used for culturing on complex medium as well as inorganic salt medium.

이 방법은 숙주 유기체로서 이. 콜라이에만 제한되는 것이 아니고, 오히려 탄소-제한된 배치식-공급을 사용하여 배양되는 모든 미생물, 예를 들면 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 사카로마이세스 세레비지아(Saccharomyces cerevisiae) 또는 피치아 파스토리스(Pichia pastoris)에 의해 사용될 수 있다. 이는 또한 유도 시스템과 무관하다. 그러나, 이는 탁-프로모터를 사용할 경우 특히 유용하다.This method works as a host organism. Not all coli, but rather all microorganisms cultured using carbon-limited batch-feeding, such as Bacillus subtilis , Saccharomyces cerevisiae or Peachia Pichia pastoris can be used. It is also independent of the induction system. However, this is particularly useful when using a tak-promoter.

이 절차는 생성물 유전자의 발현이 강하게 유도되고 생성되는 세포의 성장이비유도된 배양물에 비해 불리한 영향을 받을 경우 특히 유용하다. 또한, 이 절차는 생성 상이 특히 긴 공정에서, 예를 들면 재조합 단백질이 주변세포질로 발현되거나 또는 생성물 형성 상이 온도의 변화와 연결될 경우 유리하다.This procedure is particularly useful when the expression of product genes is strongly induced and the growth of the resulting cells is adversely affected compared to uninduced cultures. This procedure is also advantageous in processes where the productive phase is particularly long, for example when the recombinant protein is expressed in the periplasm or the product formation phase is associated with a change in temperature.

작업 모드Working mode

균주 및 플라스미드Strains and Plasmids

이. 콜라이 K-12 RB791[F-, IN(rmD-rmE)1,λ-,lacIqLg; 미국 뉴 하벤 소재의 이. 콜라이 스톡 센터(E. coliStock Center)로부터 입수함]을 숙주로서 사용하였다. 이 균주를, 사카로마이세스 세레비지아로부터의 α-글루코시데이즈 유전자가 탁-프로모터의 제어하에 있는 플라스미드 pKK177glucC[코페츠키(Kopetzki) 등, 1989a]로 형질전환시켰다. 이 플라스미드는 β-락타메이즈 유전자를 그의 선택 마커로서 함유한다. 추가로,dnaY유전자(Minor-tRNAargU, AGA/AGG)를 함유하는 플라스미드 pUBS520[브링크만(Brinkmann) 등, 1989]이 플라스미드 pKK177glucC에 더하여 형질전환된 제 2 시스템을 사용하였다.this. E. coli K-12 RB791 [F , IN (rmD-rmE) 1, λ , lacI q L g ; Lee, New Haven, USA. Obtained from E. coli Stock Center]. This strain was transformed with plasmid pKK177glucC (Kopetzki et al., 1989a), in which the α-glucosidase gene from Saccharomyces cerevisiae was under the control of the Tak-promoter. This plasmid contains the β-lactamase gene as its selection marker. In addition, a second system in which plasmid pUBS520 (Brinkmann et al., 1989) containing the dnaY gene (Minor-tRNA argU , AGA / AGG) was transformed in addition to plasmid pKK177glucC was used.

배양 배지 및 발효 조건Culture medium and fermentation conditions

글루코즈-암모늄-무기염 배지[다이치(Teich) 등의 문헌 "J. Biotechnol. 64, 197-210(1998)"]를 모든 배양을 위해 사용하였다. 글루코즈의 초기 농도는 5g/ℓ였다. 공급 용액은 200g/kg의 글루코즈, 상응하는 농도(예외: (NH4)2SO4의 경우2.0g/ℓ)의 배양 배지의 모든 성분들, 및 10ml/ℓ의 미량 원소 용액[홀름(Holem) 등, 1970]을 함유하였으나, MgSO4는 함유되지 않았다. 여기에 배양 동안 OD500이 9인 1M MgSO4용액 10ml가 첨가되었다. 암피실린(100mg/ℓ) 및 카나마이신(10mg/ℓ)을 예비 배양물 및 발효 배지 둘다에 첨가하였다. 폴리프로필렌 글리콜 2000(50%)을 소포제로서 사용하였다.Glucose-ammonium-inorganic salt medium (Teich et al., "J. Biotechnol. 64, 197-210 (1998)") was used for all cultures. The initial concentration of glucose was 5 g / l. The feed solution is 200 g / kg of glucose, all components of the culture medium at the corresponding concentration (exception: 2.0 g / l for (NH 4 ) 2 SO 4 ), and 10 ml / l of trace element solution [Holem] Et al., 1970, but no MgSO 4 . To this was added 10 ml of a 1 M MgSO 4 solution with an OD 500 of 9 during the culture. Ampicillin (100 mg / l) and kanamycin (10 mg / l) were added to both the preculture and the fermentation medium. Polypropylene glycol 2000 (50%) was used as antifoaming agent.

37℃에서 성장된, 발효 무기염 배지상에서의 진탕 배양액을 발효 접종액으로 사용하였다. 모든 발효를 6ℓ들이 바이오스태트 ED 바이오리액터(Biostat ED Bioreactor)에서 4ℓ의 초기 부피로 35℃에서 수행하였다. 배치 배양물로서 배양물을 출발시켰다. 이 상에서, 20% 이상의 DOT를 유지하기 위해 통기 속도 및 교반을 폭포식(cascade mode)으로 조절하였다. 배치 상의 끝무렵에, DOT 제어를 불활성화시키고, 통기 속도 및 교반 속력을 2vvm 또는 800rpm으로 설정하였다. pH 값을 25%의 암모니아 용액으로 7.0으로 조절하였다. 배치 상의 끝무렵에, 약 2g DCW/ℓ(OD500=9)의 세포 밀도에서 공급 펌프를 53.2g/h(2.6g/ℓ/h의 글루코즈)의 일정 속도로 시작하였다. 첨가된 글루코즈의 전체 양은 공급 방식과 무관하게 모든 배양물에서 동일하였다. 세가지 상이한 공급 전략을 시험하였다: (A) 연속 공급(제어된 배양), (B) 1분 주기의 간헐적 공급(30초 공급, 30초 중단), (C) 4분 주기의 간헐적 공급(2분 공급, 2분 중단). 공급을 시작한 후 3시간째 1mM IPTG를 첨가하여 α-글루코시데이즈 유전자의 발현을 유도하고, 유도한후 약 20시간의 전 기간 동안 생성물을 형성하였다.Shake cultures on fermentation inorganic salt medium, grown at 37 ° C., were used as fermentation inoculum. All fermentations were performed at 35 ° C. with an initial volume of 4 L in a 6 L Biostat ED Bioreactor. The culture was started as a batch culture. In this phase, the aeration rate and agitation were adjusted in cascade mode to maintain a DOT of at least 20%. At the end of the batch, the DOT control was deactivated and the aeration rate and stirring speed were set to 2vvm or 800rpm. The pH value was adjusted to 7.0 with 25% ammonia solution. At the end of the batch, the feed pump was started at a constant rate of 53.2 g / h (2.6 g / l / h glucose) at a cell density of about 2 g DCW / l (OD 500 = 9). The total amount of glucose added was the same in all cultures regardless of the mode of feeding. Three different feeding strategies were tested: (A) continuous feeding (controlled culture), (B) intermittent feeding of 1 minute cycle (30 seconds feeding, 30 seconds interruption), and (C) intermittent feeding of 4 minutes cycle (2 minutes). Supply, 2 minutes interruption). Three hours after the start of feeding, 1 mM IPTG was added to induce the expression of the α-glucosidase gene, and product was formed for the entire period of about 20 hours after induction.

분석 방법Analytical Method

세포 성장은 500nm에서의 흡광도(OD500)를 측정하여 분석하였다. 추가로 현미경 세포 계수를 계수 챔버(0.02mm 깊이)에서 결정하였고, 건조 세포 중량(DCW)을 결정하였다[다이치 등의 문헌 "J. Biotechnol. 64, 197-210(1998)" 참조]. 콜로니 형성 단위(colony forming units; cfu)의 수는 3일 이상 동안 항온처리된 영양 한천 플레이트 상에 희석된 샘플을 수확(outcropping)하여 결정하였다. 이어서, 플라스미드 안정성은 이들 플레이트를 복제물 플레이팅 기법에 의해 선택적 한천상에 각인(overstamping)하여 결정하였다. DCW, OD500및 세포 계수간의 관계는 다음을 특징으로 하였다: 1g/ℓ의 DCW는 4.5±0.1의 OD500및 1.8×109/ml의 세포 계수에 해당한다. 글루코즈 농도는 시판되는 효소 키트를 사용하여 결정하였다.Cell growth was analyzed by measuring absorbance at 500 nm (OD 500 ). Further microscopic cell counts were determined in the counting chamber (0.02 mm depth) and dry cell weight (DCW) was determined (see Daich et al., J. Biotechnol. 64, 197-210 (1998)). The number of colony forming units (cfu) was determined by outcropping samples diluted on nutrient agar plates incubated for at least 3 days. Plasmid stability was then determined by overstamping these plates onto selective agar by replica plating techniques. The relationship between DCW, OD 500 and cell counts was characterized as follows: 1 g / l of DCW corresponds to an OD 500 of 4.5 ± 0.1 and a cell count of 1.8 × 10 9 / ml. Glucose concentrations were determined using a commercial enzyme kit.

α-글루코시데이즈 농도는 전체 세포 샘플을 SDS 겔(5% 수집 겔, 7% 분리 겔)에서 분리한 후 결정하였다. 발현은 생성물 스트립을 스캐닝하고 다양한 농도로 겔에 위치된 표준 생성물과 비교하여 정량함으로써 수행하였다.α-glucosidase concentration was determined after separation of the whole cell sample on an SDS gel (5% collection gel, 7% separation gel). Expression was performed by scanning the product strips and quantifying in comparison to standard products located on the gel at various concentrations.

결과result

이. 콜라이 RB791 pKK177glucC 및 이. 콜라이 RB791 pKK177glucC pUBS520을 교반 반응기에서 글루코즈-제한된 배치식 공급법을 사용하여 배양하였다. 제 1 배치 상 이후에, 일정한 공급을 시작하였고, 공급 시작후 3시간 째, α-글루코시데이즈 유전자의 발현을 1mM IPTG의 첨가로 유도하였다. 유도후, α-글루코시데이즈 농도가 증가하였고, 이때 세포당 효소의 특이적 농도가 유도후 약 5시간째 그의 최대 값에 도달하였고, 보다 긴 배양에서 감소하기 시작하였다(도 1c 참조). α-글루코시데이즈의 특이적 농도의 감소는 플라스미드-부재 세포에 의한 배양물의 과잉성장 때문이다. 이들은 유도후 상당한 성장 이점을 갖는데, α-글루코시데이즈의 생성이 성장에 불리하게 작용하고 또한 생성되는 세포에서 글루코즈 섭취를 억제하기 때문이다. 이는 배양 배지에 글루코즈를 축적시킨다. 생성물 유전자를 함유하지 않는 배양물에 존재하는 세포는 유도자 IPTG에 의해 영향받지 않고, 오히려 글루코즈의 높은 이용성에 의하여 제한되지 않으면서 지속적으로 성장한다.this. E. coli RB791 pKK177glucC and E. coli. E. coli RB791 pKK177glucC pUBS520 was incubated in a stirred reactor using a glucose-limited batch feed method. After the first batch phase, constant feeding was started, and 3 hours after the start of feeding, expression of the α-glucosidase gene was induced by the addition of 1 mM IPTG. After induction, the α-glucosidase concentration increased, at which time the specific concentration of enzyme per cell reached its maximum value about 5 hours after induction and began to decrease in longer cultures (see FIG. 1C). The decrease in the specific concentration of α-glucosidase is due to overgrowth of the culture by plasmid-free cells. They have significant growth advantages after induction because the production of α-glucosidase adversely affects growth and also inhibits glucose uptake in the resulting cells. This accumulates glucose in the culture medium. Cells present in cultures that do not contain product genes are not affected by inducer IPTG but rather continue to grow without being limited by the high availability of glucose.

글루코즈 용액이 연속적으로 첨가되지 않고 오히려 약 1분 간격으로 짧은-주기 파동식으로 첨가될 경우("재료 및 방법"편 참조), α-글루코시데이즈는 유도후의 일정한 공급과 유사하게 축적될 것이다. 그러나, 플라스미드-부재 세포 집단에 의한 배양물의 과잉성장은 파동 기간에 따라 방지될 수 있다(도 1d 참조). 플라스미드-부재 세포의 억제에 대한 이러한 긍정적인 효과는 도 1에 도시된 강하게 발현하는 시스템에서 뿐만 아니라 이. 콜라이 RB791 pKK177glucC 시스템에서의 α-글루코시데이즈의 약한 발현에서도 명백하다(도 2, 표 1 참조). 더욱이, 파동식 공급은 유도후 양쪽 경우에 합성 속도에 약간의 긍정적인 영향을 주는데, 첫 번째 경우에, 90% 이상이 봉입체 형태로 존재하는 생성물의 안성성에도 또한 영향을 준다. 주기 시간의 정의는 중요한 인자이다. 제시된 두 예에서, 4분 까지의 연장된 주기 시간은 생성물의 양 및 이에 따른 수율을 감소시킨다(도 1과 2 및 표 1 참조). 이 경우에 플라스미드-부재 세포에 의한 배양물의 과잉성장이 또한 감소되지만, 보다 긴 주기 시간은 생성물의 합성을 감소시키거나 파괴를 증가킨다.If the glucose solution is not added continuously but rather in short-cycle waves at about 1 minute intervals (see "Materials and Methods"), α-glucosidase will accumulate similar to a constant feed after induction. However, overgrowth of culture with plasmid-free cell populations can be prevented depending on the wave duration (see FIG. 1D). This positive effect on the inhibition of plasmid-free cells is not only in the strongly expressing system shown in FIG. It is also evident in the weak expression of α-glucosidase in the E. coli RB791 pKK177glucC system (see FIG. 2, Table 1). Moreover, the wave feeding has a slightly positive effect on the rate of synthesis in both cases after induction, in the first case also affecting the stability of the product in which more than 90% is present in inclusion body form. The definition of cycle time is an important factor. In the two examples shown, the extended cycle time of up to 4 minutes reduces the amount of product and thus yield (see FIGS. 1 and 2 and Table 1). In this case, overgrowth of the culture by plasmid-free cells is also reduced, but longer cycle times reduce the synthesis of the product or increase disruption.

PUBS520의 존재 또는 부재하의 이. 콜라이 RB791 pKK177glucC의 글루코즈-제한된 배치식-공급 배양물에서 플라스미드-부재 세포에 의한 생성도 및 과잉성장E. with or without PUBS520. Production and Overgrowth by Plasmid-Free Cells in a Glucose-Limited Batch-Feed Culture of E. coli RB791 pKK177glucC 배치식-공급 발효 동안에 첨가된 기질의 유형Type of substrate added during batch-feed fermentation α-글루코시데이즈 수율[mg/g 바이오매스]α-glucosidase yield [mg / g biomass] 플라스미드-부재 세포[전체 집단의 %]Plasmid-free cells [% of total population] 유도후 3시간째3 hours after induction 유도후 20시간째20 hours after induction 유도후 3시간째3 hours after induction 유도후 20시간째20 hours after induction RB791 pKK177glucC pUBS520RB791 pKK177glucC pUBS520 일정한 공급Constant supply 3737 3030 22 7272 1분 주기1 minute cycle 3838 2424 1One 1616 4분 주기4 minute cycle 3737 66 2.52.5 6060 RB791 pKK177glucCRB791 pKK177glucC 1분 주기1 minute cycle 1010 99 1010 1010 4분 주기4 minute cycle 66 4.64.6 1515 6.76.7

Claims (9)

배양물중 탄소/에너지 공급원의 농도를 짧은 주기로 진동식으로 감소시키거나 증가시킴을 특징으로 하는,Characterized by vibrating decreasing or increasing the concentration of the carbon / energy source in the culture at short intervals, 미생물 발효 공정에서 재조합 단백질의 수율을 증진시키는 방법.A method for enhancing the yield of recombinant protein in a microbial fermentation process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 탄소/에너지 공급원을 함유하는 공급 용액의 투여 속도를 변경함으로써 진동을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.Vibration is generated by varying the rate of administration of a feed solution containing a carbon / energy source. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 1 주기의 최대 기간이 4분이고, 이러한 주기의 단일 상의 기간이 최대 2분임을 특징으로 하는 방법.Wherein the maximum duration of one cycle is four minutes and the duration of a single phase of such cycle is up to two minutes. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 1 주기의 기간이 1분이고, 이러한 주기의 상의 기간이 전체 주기 시간의 최대 75%임을 특징으로 하는 방법.Wherein the period of one cycle is one minute and the phase of this cycle is at most 75% of the total cycle time. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 공정의 특정 부분 동안에만 기질 용액의 첨가 속도를 주기적으로 변화시키는 방식으로 탄소/에너지 공급원을 배양물에 첨가함을 특징으로 하는 방법.Adding a carbon / energy source to the culture in a manner that periodically changes the rate of addition of the substrate solution only during certain portions of the process. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 공급 용액의 첨가를 주기적으로 활성화시키거나 불활성화시킴으로써 투여 속도를 제어함을 특징으로 하는 방법.Controlling the rate of administration by periodically activating or inactivating the addition of the feed solution. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 글루코즈, 글리세롤, 락토즈, 갈락토즈, 메탄올, 아세테이트, 당밀 또는 전분을 탄소/에너지 기질로서 사용함을 특징으로 하는 방법.Wherein glucose, glycerol, lactose, galactose, methanol, acetate, molasses or starch are used as carbon / energy substrates. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 사용된 촉진자에 따라서 IPTG 또는 인돌릴 아크릴산(IAA), 또는 락토즈, 아라비노즈, 갈락토즈 또는 메탄올(이미 에너지 공급원으로서 사용되지 않을 경우)을 배양물에 첨가하여 재조합 생성물의 형성을 유도함을 특징으로 하는 방법.Depending on the promoter used, IPTG or indolyl acrylic acid (IAA), or lactose, arabinose, galactose or methanol (if not already used as an energy source) is added to the culture to induce the formation of recombinant products. How to. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 재조합 생성물의 형성을 유도할 때에 온도를 변화시킴을 특징으로 하는 방법.Varying the temperature when inducing the formation of the recombinant product.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ATE426674T1 (en) * 2000-11-03 2009-04-15 Genentech Inc METABOLIC CHANGES IN COOKINGS FOR THE PRODUCTION OF RECOMBINANT PROTEINS
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CA2608579C (en) * 2005-05-26 2019-09-10 Cytos Biotechnology Ag Scalable fermentation process
FI20065762A0 (en) * 2006-11-30 2006-11-30 Oulun Yliopisto Procedure for controlling growth in cell culture
CN106222152A (en) * 2016-08-09 2016-12-14 苏州开元民生科技股份有限公司 A kind of fermentation process producing () gamma-lactams enzyme recombination bacillus coli

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279951A (en) * 1989-05-08 1994-01-18 Research Association For Utilization Of Light Oil Cultivation of transformed microorganisms

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