KR20220125219A - Mutant penicillin G acylase of Acromobacter CCM4824 - Google Patents

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무라리드하란 크리쉬나
트룹티 아샤르
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위-지정 돌연변이에 의해 생성된 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824으로부터의 페니실린 G 아실라아제인, 돌연변이 반-합성 β-람탐 항생제-합성 효소를 개시한다. 플라스미드 pKARA9 상에 있는 돌연변이 페니실린 아실라아제를 코딩하는 유전자 서열은 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 발현된다. 재조합 이. 콜라이(E. coli) BL21로부터 얻어지는 효소는, 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 모(parent) 페니실린 아실라아제 효소에 비하여, 개선된 페니실린 아실라아제 활성, S/H 비율, 아실 공여체의 더 낮은 투입 비율 및 개선된 수율을 나타내었다.The present invention relates to a mutant semi-synthetic β-ramtam antibiotic-synthetase, which is a penicillin G acylase from Achromobacter sp. CCM4824 produced by site-directed mutagenesis with substitution of one or more amino acid positions. to start The gene sequence encoding the mutant penicillin acylase on plasmid pKARA9 is this . It is expressed in E. coli BL21. Recombinant E. The enzyme obtained from E. coli BL21 has improved penicillin acylase activity, S/H ratio, acyl donor compared to the parent penicillin acylase enzyme of Achromobacter sp. CCM4824. showed a lower input rate and improved yield of

Description

아크로모박터 CCM4824의 돌연변이 페니실린 G 아실라아제Mutant penicillin G acylase of Acromobacter CCM4824

본 발명은 아크로모박터(Achromobacter) CCM4824의 뉴클레오티드 서열의 단일 또는 하나 이상의 부위에서 아미노산 치환에 의해 얻어진 돌연변이 페니실린 G 아실라아제(mNPGA)에 관한 것으로, 상기 얻어진 돌연변이체는 상이한 반합성 β-락탐 항생제에 대하여 개선된 S/H 비율, 합성 활성, 또는 이들 모두를 나타낸다. 본 발명은 또한 고정화된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제에 관한 것이다.The present invention relates to a mutant penicillin G acylase (mNPGA) obtained by amino acid substitution at a single or more than one site in the nucleotide sequence of Achromobacter CCM4824, wherein the obtained mutant is a different semisynthetic β-lactam antibiotic. for improved S/H ratio, synthetic activity, or both. The present invention also relates to an immobilized mutant penicillin G acylase.

반합성 β-락탐 항생제의 산업적 생산 방법은 종래의 화학적 경로로부터 보다 친환경적이고 효율적인 효소적 경로로 전환되는 과정에 있으며, 이는 부산물이 적게 발생하고, 보호 및 탈보호를 위한 유기용매 및 가혹한 화학물질을 사용하지 않고, 또한 압력, 온도 및 높은 에너지 비용의 극한의 공정 조건을 회피하는 효소적 방법의 명백한 이점에 기인한다. 효소적 경로에 의한 반합성 β-락탐의 합성은 아미노산 유도체를 사용한 β-락탐 핵의 동역학적으로 제어된 아실화를 포함하며, 이는 Ntn-가수분해효소류(Ntn-hydrolase classes)에 속하는 효소, 주로 페니실린 G 아실라아제 또는 α-아미노산 에스테르 가수분해효소에 의해 촉매된다. 그러나, 페니실린 G 아실라아제의 사용은, 다양한 미생물에 이 효소가 존재하고 또한 가수분해 및 합성 반응에 적용하기 위한 특성분석으로 인해, 적용에 대하여 광범위하게 보고된 바 있다. 상이한 미생물 유래의 페니실린 G 아실라아제는 기질 특이성과 선택성에 대해 광범위하게 연구된 바 있다.The industrial production method of semi-synthetic β-lactam antibiotics is in the process of converting from the conventional chemical route to a more environmentally friendly and efficient enzymatic route, which generates less by-products, and uses organic solvents and harsh chemicals for protection and deprotection. This is due to the obvious advantage of the enzymatic method of avoiding the extreme process conditions of pressure, temperature and high energy costs. The synthesis of semisynthetic β-lactams by the enzymatic pathway involves the kinetically controlled acylation of β-lactam nuclei with amino acid derivatives, which are enzymes belonging to the Ntn-hydrolase classes, mainly It is catalyzed by penicillin G acylase or α-amino acid ester hydrolase. However, the use of penicillin G acylase has been extensively reported for its application, due to the presence of this enzyme in various microorganisms and its characterization for application to hydrolysis and synthesis reactions. Penicillin G acylases from different microorganisms have been extensively studied for their substrate specificity and selectivity.

상업적으로, 고정화된 형태의 페니실린 G 아실라아제가 항생제 중간체에 대한 가수분해 반응을 촉매하는 것으로 알려져 있다. 최근, 페니실린 아실라아제의 다른 변이체가, 반합성 β-락탐 항생제가 항생제 중간체의 아실화에 의해 합성되는, 합성 반응에 있어서의 적용에 대하여 밝혀진 것으로 보고된 바 있다. 다음 기준은 합성 반응에서 중요하다. Commercially, an immobilized form of penicillin G acylase is known to catalyze hydrolysis reactions to antibiotic intermediates. Recently, it has been reported that other variants of penicillin acylase have been found for application in synthetic reactions, in which semisynthetic β-lactam antibiotics are synthesized by acylation of an antibiotic intermediate. The following criteria are important in synthetic reactions.

효소의 선택: 동역학적으로 제어되는 반합성 β-락탐 항생제 합성은 페니실린 아실라아제에 의해 촉매되는 3가지 동시 반응, 즉 활성화된 아실 공여체의 가수분해(에스터라아제 활성-H), β-락탐 항생제 중간체의 아실화(합성 활성-S) 및 β-락탐 항생제의 가수분해(아미다아제 활성)에 의해 지배된다. 명백하게, 유리한 S/H 비율을 갖는 효소는 더 높은 수율로 생성물을 제공하고 또한 더 적은 가수분해 부산물을 생성하기 위한 합성을 향하여 반응을 유도하는 바람직한 선택이다. Selection of Enzymes: Kinetics-controlled semisynthetic β-lactam antibiotic synthesis is catalyzed by penicillin acylase, three simultaneous reactions: hydrolysis of activated acyl donors (esterase activity-H), β-lactam antibiotics It is governed by acylation of the intermediate (synthetic activity-S) and hydrolysis of the β-lactam antibiotic (amidase activity). Obviously, enzymes with favorable S/H ratios are preferred choices to drive the reaction towards synthesis to provide products in higher yields and also produce fewer hydrolysis by-products.

6-APA 및 7-ADCA와 같은 항생제 중간체 합성에 사용된 이. 콜라이(E. coli), 프로비덴시아 레트게리(Providencia rettgerri), 클루이베라 시트로필라(Klyuvera citrophilia) 및 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 유래의 페니실린 G 아실라아제는 일반적으로 합성 활성에 대한 더 높은 가수분해성을 나타낸다. 그러나, 부위-지정(site-directed) 돌연변이유발에 의한 특정 부위에서의 아미노산의 변경은 합성 활성이 강화된 돌연변이 페니실린 아실라아제가 야기되어, 반합성 항생제의 효소적 합성이 산업적으로 실행가능한 옵션이 되도록 한다.E. used in the synthesis of antibiotic intermediates such as 6-APA and 7-ADCA. Penicillin G acylases from E. coli , Providencia rettgerri , Klyuvera citrophilia and Bacillus megaterium are generally more sensitive to synthetic activity. It exhibits high hydrolysis properties. However, alteration of amino acids at specific sites by site-directed mutagenesis results in mutant penicillin acylases with enhanced synthetic activity, making the enzymatic synthesis of semisynthetic antibiotics an industrially viable option. do.

제한된 합성 능력을 갖는 다양한 미생물 공급원 유래의 야생형 페니실린 아실라아제가 뉴클레오티드 서열의 특정 위치에서 아미노산을 변경함으로써 개선된 바 있다. 이러한 다양한 돌연변이 페니실린 아실라아제는 상이한 항생제에 대해 변경된 S/H 비율 또는 더 높은 합성 활성을 나타내는 것으로 보고된 바 있으며, 이는 효소 유전자의 알파 또는 베타 서브유닛에서 만들어진 아미노산 변화를 기반으로 한다.Wild-type penicillin acylases from various microbial sources with limited synthetic capacity have been improved by altering amino acids at specific positions in the nucleotide sequence. It has been reported that these various mutant penicillin acylases exhibit altered S/H ratios or higher synthetic activities for different antibiotics, which are based on amino acid changes made in the alpha or beta subunit of the enzyme gene.

미국 특허 제8,541,199호는, 페남 및 세팜 반합성 항생제의 합성을 향상시키는, 알파 및 베타 서브유닛의 상이한 위치에서 아미노산 치환을 갖는 이. 콜라이(E. coli) 유래의 돌연변이 페니실린 G 아실라제를 개시하고 있다. 또한 특정 변경에 따른 S/H 비율의 선택적 증가가 보고되었다. U.S. Pat. No. 8,541,199 describes E. with amino acid substitutions at different positions in the alpha and beta subunits that enhance the synthesis of phenam and cepam semisynthetic antibiotics. A mutant penicillin G acylase derived from E. coli is disclosed. A selective increase in the S/H ratio with certain modifications was also reported.

이. 콜라이(E. coli) 페니실린 아실라아제에서 βF24A, βF57W, βF57Y, αF146L 및 αF146Y와 같은 소수성 활성 부위의 돌연변이가 히드록시 페닐글리신 아미드 또는 페닐글리신 아미드를 사용한 아목시실린, 암피실린, 세팔렉신 및 세파드록실 합성의 Kcat 값에 있어서 5-10배의 감소를 야기하며, 야생형에 비해 높은 수율을 야기하는 증가된 S/H 비율을 나타낸다는 유사한 보고가 발표된 바 있다. this. Mutations of hydrophobic active sites, such as βF24A, βF57W, βF57Y, αF146L and αF146Y in E. coli penicillin acylase, amoxicillin, ampicillin, cephalexin and cefadroxyl synthesis using hydroxyphenylglycinamide or phenylglycinamide A similar report has been published that causes a 5-10 fold decrease in the K cat value of

B24 위치에서의 돌연변이가 WO96/05318에 공지된 바 있으며, 이는 특히, 알칼리제네시스 피칼리스(Alcaligenes faecalis)에 의해 생성되는 페니실린 G 아실라아제의 B24 부위의 천연적으로 발생하는 페닐알라닌 아미노산 잔기의, 양전하를 띤 아미노산 라이신 또는 아르기닌에 의한 치환을 개시하고 있다. Mutations at the B24 position are known from WO96/05318, which is, in particular, of the naturally occurring phenylalanine amino acid residue of the B24 site of penicillin G acylase produced by Alcaligenes faecalis , the positive charge It discloses substitution with amino acids lysine or arginine with

고정화된 효소: 효소를 재활용하여 반복 생산 사이클에 재사용할 수 있는 경우 상업적으로 효소 사용이 가능하다. 따라서, 재활용할 수 있는 적절한 지지체에 고정화된 효소 제품을 개발하는 것이 필수적이다. 또한, 합성 반응은 현탁액 기반이며, 고정화된 효소의 물리적 소모로 이어지는 침전물을 생성한다. 또한, 우수한 기계적 안정성을 갖는 지지체를 선택할 필요성이 존재한다. 또한, 선택된 지지체 물질은 원하는 S/H 비율을 유지하거나 향상시키도록 효소 단백질과 양립가능하여야 한다. Immobilized enzymes: Enzymes are commercially available if they can be recycled and reused in repeated production cycles. Therefore, it is essential to develop an enzyme product immobilized on a suitable support that can be recycled. In addition, the synthesis reaction is suspension based and produces a precipitate that leads to physical consumption of the immobilized enzyme. There is also a need to select a support having good mechanical stability. In addition, the selected support material should be compatible with the enzyme protein to maintain or enhance the desired S/H ratio.

PGA 고정화는 산업적 요구를 충족시키기 위해 광범위한 진화를 목격했다. 이는 아가로즈 겔에 고정화하는 것부터 단일(monolithic) 실리카 지지체, 활성화된 키토산, 자성(magnetic) 나노 입자에 이르기까지 다양하며, 각각은 다양한 기질 및 생성물에 대하여 고유한 장점과 단점을 가진다. 상업적 규모에서, 효소 운반체는 작동 안정성에 영향을 미치는 높은 소모(attrition)를 견디기 위해 더 강력해야 한다. 미국 특허 제6,218,138호는, 이 콜라이(E.coli)로부터 PGA의 공유 고정화 및 β-락탐 항생제 합성에서 5 사이클 동안 재사용을 위한 고정화 효소의 적합성을 위한 지지체로서, 메타크릴아미드, N,N, 메틸렌 비스-아크릴아미드, 글리시딜 메타크릴레이트 및 알릴 글리시딜 에테르의 유퍼짓R C(EupergitR C) 공중합체를 보고한 바 있다.PGA immobilization has witnessed extensive evolution to meet industrial needs. These range from immobilization on agarose gels to monolithic silica supports, activated chitosan, and magnetic nanoparticles, each with unique advantages and disadvantages for a variety of substrates and products. On a commercial scale, enzyme carriers must be more robust to withstand high attrition that affects operational stability. U.S. Pat. No. 6,218,138 describes the covalent immobilization of PGA from E. coli and the suitability of the immobilized enzyme for reuse for 5 cycles in the synthesis of β-lactam antibiotics, methacrylamide, N,N, methylene Eupergit R C copolymers of bis-acrylamide, glycidyl methacrylate and allyl glycidyl ether have been reported.

소수성 또는 친수성 지지체의 특성은 촉매 효율, 용매, pH, 온도 등과 같은 동역학적 파라미터, 및 제품 회수를 위한 하위(downstream) 공정에 영향을 미친다. 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 유래의 세포외 페니실린 아실라아제는 폴리아크릴로니트릴 섬유의 유도체에 커플링하여 고정화되어, 40℃ 및 pH 6.5에서 83.9% 활성을 유지하며 세팔렉신 합성의 50 사이클 동안 사용되었다. 7-아미노세팔로스포란산의 N-아실화 동안, 소수성 아크릴 에폭시-지지체(유퍼짓 C)에 고정화된 아르트로박터 비스코수스(Arthrobacter viscosus) 유래의 PGA는 불량한(poor) 기질로 작용하여 낮은 회전율(turnover rate)을 나타내었다. 이는 또한 핵 대 아실 공여체의 몰비가 1:3인 세팔렉신 합성을 보고하며, 경제적으로 실행 가능한 옵션이 아닐 수 있다. US 7,264,943은 폴리비닐 알코올-젤라틴을 개시하고 있다. The nature of the hydrophobic or hydrophilic support affects catalytic efficiency, kinetic parameters such as solvent, pH, temperature, etc., and downstream processes for product recovery. Extracellular penicillin acylase derived from Bacillus megaterium was immobilized by coupling to a derivative of polyacrylonitrile fiber, maintaining 83.9% activity at 40°C and pH 6.5 and during 50 cycles of cephalexin synthesis. was used During N-acylation of 7-aminocephalosporanoic acid, PGA from Arthrobacter viscosus immobilized on a hydrophobic acrylic epoxy-support (Upergit C) acted as a poor substrate, resulting in low The turnover rate is shown. It also reports cephalexin synthesis with a molar ratio of nuclei to acyl donor of 1:3, which may not be an economically viable option. US 7,264,943 discloses polyvinyl alcohol-gelatin.

현탁 반응에서 효소적 아실화 단계를 사용하는 WO2010/055527은 작동 안정성이 감소하고, 팽윤 부피 및 여과 시간이 증가함으로써, 제조 비용에 영향을 미치는 단점이 있다.WO2010/055527, which uses an enzymatic acylation step in a suspension reaction, has the disadvantages of reduced operational stability and increased swelling volume and filtration time, thereby affecting the manufacturing cost.

US2005/0084925는 효소적 세팔렉신 합성을 위한 페니실린 G 아실라아제의 고정화를 위한 소수성 공중합체의 세팔렉신 사용을 보고하고 있다.US2005/0084925 reports the use of cephalexin in hydrophobic copolymers for the immobilization of penicillin G acylase for enzymatic cephalexin synthesis.

또한, 문헌 보고에 근거하여 지방족 아민을 사용하여 추가의 반응기(reactive group)를 도입함으로써 설계된 고분자를 변형시켜 고정화 효율을 향상시키려는 노력이 이루어졌다. 이종-작용성(hetero-functional) 에폭시 지지체 및 신규 아미노 에폭시 중합체에 대한 고정화에 대한 보고가 선행 기술에 공지되어 있으며, 여기서 상기 중합체는 효소 결합을 위한 추가 부위를 만드는 에폭사이드를 갖는 추가의 아미노 기를 함유한다. 그러나, 상기한 요소를 고려할 때, 고정화는 이러한 적용에 맞도록 설계되어야 하며 따라서 중요한 요소이다. 항생제 합성의 효소적 방법은 상업적 측면에서 제조 가능성(process viability)을 결정하는 다양한 요인에 의해 영향을 받는다. 상이한 공정 설계 및 파라미터에 대해 보고된 데이터는 다양한 영향 요인을 나타낸다.In addition, based on literature reports, efforts were made to improve the immobilization efficiency by modifying the designed polymer by introducing an additional reactive group using an aliphatic amine. Reports of immobilization on hetero-functional epoxy supports and novel amino epoxy polymers are known in the prior art, wherein the polymers have an additional amino group with an epoxide that makes an additional site for enzymatic binding. contains However, considering the above factors, immobilization must be designed for this application and is therefore an important factor. The enzymatic method of antibiotic synthesis is influenced by various factors that determine process viability in commercial terms. Data reported for different process designs and parameters indicate various influencing factors.

기질의 투입은 제조방법 경제성에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이다. 반응 비율의 동역학은 제조방법에 사용된 핵 대 아실 공여체 비율이 합성 반응을 유도하기 위하여 최적이어야 하며, 일반적으로 아실 공여체는 과량이다. 그러나, 제조방법이 경제적으로 가능하기 위해서는, 사용되는 효소의 종류에 영향을 받는 비율이 최소이어야 한다. 효소 투입 w.r.t. 기질은 적절한 기간에 최대 전환을 달성한다는 점에서 중요하다.The input of the substrate is one of the key factors influencing the economics of the manufacturing method. The kinetics of the reaction ratio should be such that the ratio of nuclei to acyl donor used in the preparation method is optimal to drive the synthesis reaction, and generally the acyl donor is in excess. However, in order for the manufacturing method to be economically feasible, the ratio affected by the type of enzyme used should be minimal. Enzyme input w.r.t. The substrate is important in that it achieves maximum conversion in an appropriate time period.

PCT 공개 제WO 93/12250호는 세팔렉신 합성을 개시하고 있으며, 여기서 생성물 분리는 베타-나프톨과의 복합체 형성에 의한 것이며, 이는 추가의 정제를 필요로 하고 따라서 더 낮은 생성물 수율을 야기할 수 있다.PCT Publication No. WO 93/12250 discloses cephalexin synthesis, wherein product separation is by complex formation with beta-naphthol, which requires further purification and thus may lead to lower product yields. .

pH, 온도 및 교반과 같은 공정 파라미터는 기질, 효소 및 생성물의 안정성과 관련하여 중요하다. 또한, 생성물의 침전은 현탁된 반응을 야기하며, 이는 상당한 생성물 손실 및 완전한 효소 회수를 초래하지 않으면서 생성물과 재순환될 효소를 분리하도록 하위 공정을 설계하는 것을 필수적으로 만든다. Process parameters such as pH, temperature and agitation are important with regard to the stability of substrates, enzymes and products. In addition, precipitation of the product results in a suspended reaction, which makes it essential to design the downstream process to separate the product and the enzyme to be recycled without causing significant product loss and complete enzyme recovery.

기질이 미량의 PAA를 포함하는 액체 6-APA 또는 액체 7-ADCA와 같은 부산물을 함유하는 제자리(in situ) 제조방법의 경우, 효소는 반합성 β-락탐의 촉매 작용에 의해 유도된 PAA를 견뎌야 한다. 공정 파라미터는 또한 반응에 대한 효소 동역학에 영향을 미친다.For in situ preparations where the substrate contains by-products such as liquid 6-APA or liquid 7-ADCA containing trace amounts of PAA, the enzyme must withstand the PAA induced by the catalysis of semisynthetic β-lactam . Process parameters also affect enzyme kinetics for the reaction.

발명의 요약Summary of the invention

일 측면에서, 본 발명은 아크로모박터(Achromobacter) CCM4824에 의해 합성되는 페니실린 G 아실라아제를 코딩하는 유전자에서 부위 지정 돌연변이유발에 의해 얻어진, β-락탐 항생제 효소를 제공한다.In one aspect, the present invention provides a β-lactam antibiotic enzyme obtained by site-directed mutagenesis in a gene encoding penicillin G acylase synthesized by Achromobacter CCM4824.

다른 측면에서, 본 발명은, 숙주 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 재조합 벡터상에 운반되는 플라스미드 pKRA9에 보유된 높은 특이성과 생산성을 갖는 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소를 야기하는, 하나 이상의 위치에서 아미노산을 코딩하는 서열번호 1로 표시되는 뉴클레오티드 서열의 돌연변이; 및 아목시실린, 세팔렉신, 세파클러, 세파드록실, 세프라딘 등과 같은 반합성 β-락탐 항생제 합성을 위한 효효의 적용을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a host E. Nucleotide represented by SEQ ID NO: 1 encoding an amino acid at one or more positions, resulting in a mutant penicillin acylase enzyme with high specificity and productivity retained in plasmid pKRA9 carried on recombinant vector in E. coli BL21 mutation in sequence; and for the synthesis of semisynthetic β-lactam antibiotics such as amoxicillin, cephalexin, cefaclor, cefadroxil, cepradin, and the like.

또 다른 측면에서, 본 발명은 단일 또는 하나 이상의 부위에서의 아미노산 치환 또는 유전자 서열의 조합에 의해 얻어진 페니실린 G 아실라아제 돌연변이체(mNPGA)에 관한 것으로, 상기 생성된 돌연변이체는 상이한 반합성 β-락탐 항생제에 대하여 개선된 S/H 비율, 합성 활성 또는 둘 모두를 나타낸다. 이렇게 유래된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제(mNPGA) 변이체는 가수분해 반응의 부산물로 생성되는 경쟁적 억제제인 페닐아세트산(PAA)에 대한 내성을 나타내며, 미량의 페닐아세트산을 함유하는 기질의 사용 가능성에 대한 추가의 장점을 제공한다.In another aspect, the present invention relates to a penicillin G acylase mutant (mNPGA) obtained by amino acid substitutions at single or more than one site or by combination of gene sequences, wherein the resulting mutants are different semisynthetic β-lactams. It exhibits improved S/H ratio, synthetic activity, or both for antibiotics. The mutant penicillin G acylase (mNPGA) variant thus derived exhibits resistance to phenylacetic acid (PAA), a competitive inhibitor produced as a by-product of the hydrolysis reaction, adding to the potential for use of substrates containing trace amounts of phenylacetic acid. provides the advantages of

각각 에폭시 거대다공성 비드를 포함하는 삼원-중합체 시스템은 에폭시 함량, 친수성, 다공성 구조 및 크기와 관련하여 조성이 다양하며, 이들은 모두 고정화에 영향을 미치고 따라서 고정화된 효소의 재활용성과 재사용성에 영향을 미친다.Terpolymer systems, each containing epoxy macroporous beads, vary in composition with respect to epoxy content, hydrophilicity, porous structure and size, all of which affect immobilization and thus recyclability and reusability of the immobilized enzyme.

본 발명은 고정화된 생촉매를 형성하기 위해 페니실린 아실라아제 효소의 결합을 위해 맞춤 설계된 독특한 삼원-중합체를 제공한다. 고정화된 생촉매에 사용되는 일련의 중합체로부터 각각의 개시된 중합체는 포어 크기, 다공성, 비표면적, 에폭시 및 가교 밀도로 인해 상이한 항생제 합성 및 재활용성에 독특하게 적합하다. The present invention provides unique terpolymers custom designed for the binding of penicillin acylase enzymes to form immobilized biocatalysts. From a series of polymers used in immobilized biocatalysts, each disclosed polymer is uniquely suited for different antibiotic synthesis and recyclability due to its pore size, porosity, specific surface area, epoxy and crosslink density.

상기 중합체의 아민화 및 이 후의 가교화는 추가의 스페이서 암(spacer arm)을 생성하고, 효소 결합을 더욱 개선하여 생촉매를 재활용 가능성에 대해 보다 안정하게 만들고 사용시 중합체로부터 효소 침출을 감소시킨다.Amination of the polymer and subsequent cross-linking creates additional spacer arms, further improving enzyme binding, making the biocatalyst more stable to recyclability and reducing enzyme leaching from the polymer in use.

고정화된 효소는 지지체에 대한 결합으로 인해 형태의 변화를 겪기 때문에, 고정화 및 고정화 지지체는 또한 촉매 효율, 동역학적 특성, 열적 안정성 및 효소의 pH, 온도, 용매와 같은 반응 조건에 대한 내성에 영향을 미친다.Because immobilized enzymes undergo conformational changes due to binding to the support, immobilized and immobilized supports also affect catalytic efficiency, kinetic properties, thermal stability, and resistance to reaction conditions such as pH, temperature, and solvents of the enzyme. crazy

본 발명은 상기 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소를 사용하는 반합성 β-락탐 항생제의 효소적 합성 방법 및 모(parent) 및 돌연변이(mutant) 페니실린 아실라아제 효소의 이중 효소 시스템을 사용한 단일 포트(single pot) 효소적 합성 방법을 제공하며, 또한 US 8,039,604에 개시된 아크로모박터 종(Achromobacter sp) CCM 4824 유래의 천연 페니실린 G 아실라아제(pNPGA)에 대하여, 상기 제조방법의 상업적 적용가능성 및 뚜렷한 이점을 제공한다. The present invention relates to a method for enzymatic synthesis of a semisynthetic β-lactam antibiotic using the mutant penicillin acylase enzyme and a single pot using a dual enzyme system of parent and mutant penicillin acylase enzymes. It provides a method for enzymatic synthesis and also provides commercial applicability and distinct advantages of the preparation method for the native penicillin G acylase (pNPGA) from Achromobacter sp CCM 4824 disclosed in US Pat. No. 8,039,604 .

상기 효소의 효소적 아실화에 의해 합성될 수 있는 일련의 반합성 β-락탐 항생제는 아목시실린, 암피실린, 세팔렉신, 세파드록실, 세파클러, 세프프로질 및 세프라딘을 포함한다.A series of semisynthetic β-lactam antibiotics that can be synthesized by enzymatic acylation of the enzyme include amoxicillin, ampicillin, cephalexin, cefadroxil, cefaclor, cefprozil and cepradin.

본 발명은, 상기 언급된 제어된 조건하에서 효소 반응에 의해 합성된 반합성 β-락탐 항생제의 반복 사이클에서, 고정화된 돌연변이 PGA의 안정성을 제공한다. 본 발명은 또한 반응 및 반응 혼합물로부터의 생성물 분리 모두에 대한 효소 적합성을 개시한다.The present invention provides the stability of immobilized mutant PGA in repeated cycles of a semisynthetic β-lactam antibiotic synthesized by enzymatic reaction under the above-mentioned controlled conditions. The present invention also discloses enzyme suitability for both reaction and product separation from reaction mixtures.

도 1은 mNPGA 돌연변이체의 기질 특이성 비교를 도시한다.
도 2는 mNPGA 돌연변이체의 항생제 합성 활성 비교를 도시한다.
도 3은 상이한 항생제 기질에 대한 돌연변이체의 합성 대 가수분해 비율 비교를 도시한다.
생물학적 물질의 출처: 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 운반하는 이. 콜라이(E. coli) BL-21은 MTCC 25429로 기탁되어 있다. 페니실린 G 아실라아제를 코딩하는 DNA 서열은 체코 공화국 미생물학 연구소(Institute of Microbiology, Czech Republic)에서 분리된 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 분리되었으며, 이. 콜라이(E. coli) BL-21에서 발현되도록 돌연변이시켰다.
1 depicts a comparison of substrate specificity of mNPGA mutants.
Figure 2 depicts a comparison of the antibiotic synthesis activity of mNPGA mutants.
3 depicts a comparison of synthesis versus hydrolysis ratios of mutants for different antibiotic substrates.
Source of Biological Material: E. lice carrying a mutant penicillin G acylase. E. coli BL-21 has been deposited as MTCC 25429. The DNA sequence encoding penicillin G acylase was isolated from Achromobacter sp. CCM4824 isolated at the Institute of Microbiology, Czech Republic, and E. It was mutated to be expressed in E. coli BL-21.

발명의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

본 발명은 이제, 본 발명의 다양한 측면이 보다 완전하게 이해되고 인식될 수 있도록, 특정의 바람직하고 선택적인 구현예와 관련하여 상세하게 설명될 것이다.The present invention will now be described in detail with reference to certain preferred and optional embodiments, so that various aspects of the invention may be more fully understood and appreciated.

본 발명은 반합성 β-락탐 항생제를 생산하기 위한 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824 유래의 페니실린 아실라아제의 DNA 서열에 의해 코딩된 일련의 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 제공하며, 상기 돌연변이는 서열번호 2에 도시된 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위 지정 돌연변이에 의해 생성된다.The present invention provides a series of mutant penicillin G acylases encoded by the DNA sequence of penicillin acylase from Achromobacter sp. CCM4824 for producing semisynthetic β-lactam antibiotics, wherein the mutation comprises It is generated by site-directed mutagenesis with substitution of one or more amino acid positions shown in SEQ ID NO:2.

바람직한 구현예에서, 본 발명은 반합성 β-락탐 항생제를 생산하기 위한 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 DNA 서열에 의해 코딩된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 제공하며, 상기 돌연변이는 서열번호 2의 폴리펩타이드를 갖는 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 아미노산 넘버링에 따른 아미노산 위치 A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 및 B484로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위-지정 돌연변이유발에 의해 생성되고;In a preferred embodiment, the present invention provides a mutant penicillin G acylase encoded by the DNA sequence of a penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824 for producing a semisynthetic β-lactam antibiotic, The mutation is amino acid positions A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, according to amino acid numbering of penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824 having the polypeptide of SEQ ID NO: 2 produced by site-directed mutagenesis having a substitution of one or more amino acid positions selected from the group consisting of A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 and B484;

상기 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제는The penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824 is

(a) 아미노산 위치 1-40에서의 40개 아미노산으로 구성된 신호 펩타이드,(a) a signal peptide consisting of 40 amino acids at amino acid positions 1-40;

(b) A1 내지 A209로 표시되는, 아미노산 위치 41-249에서의 209개 아미노산으로 구성된 α-서브유닛,(b) the α-subunit consisting of 209 amino acids at amino acid positions 41-249, represented by A1 to A209;

(c) 아미노산 위치 250-306에서의 57개 아미노산으로 구성된 연결 펩타이드, 및(c) a linking peptide consisting of 57 amino acids at amino acid positions 250-306, and

(d) B1 내지 B557로 표시되는, 아미노산 위치 307-863에서의 557개 아미노산 으로 구성된 β-서브유닛으로 구성된다.(d) is composed of a β-subunit consisting of 557 amino acids at amino acid positions 307-863, denoted by B1 to B557.

일 구현예에서, 본 발명은 A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B148, B313, B464, B484로 이루어진 군으로부터 선택된 서열번호 2의 특정 아미노산 위치를 치환한 부위 지정 돌연변이를 제공하며, 이는 mNPGA에 프리픽스된(prefixed) 1부터 시작하는 숫자 순서로 표시된 각 돌연변이체를 생성한다.In one embodiment, the present invention relates to the group consisting of A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B148, B313, B464, B484 It provides a site-directed mutation substituted at a specific amino acid position of SEQ ID NO: 2 selected from, which generates each mutant indicated in numerical order starting with the prefix 1 in mNPGA.

서열번호 2SEQ ID NO: 2

Figure pct00001
Figure pct00001

상기 서열의 밑줄친 영역은 페니실린 G 아실라아제의 알파 부위이고, 굵은 밑줄 영역은 페니실린 G 아실라제의 베타 부위이다. 신호 펩타이드는 40개 아미노산 - 이탤릭체로 α-서브유닛(209개 아미노산-단일 밑줄), 링커 펩타이드(57개 아미노산) 및 β-서브유닛(557개 아미노산-어두운 밑줄)에 해당한다. α-서브유닛 아미노산은 A1-A209로 번호가 매겨지고, β-서브유닛 아미노산은 B1에서 B557로 번호가 매겨진다. 신호 펩타이드와 연결 펩타이드는 번역 후 성숙 과정에서 제거되어, α 및 β 서브유닛으로 구성된 효소적으로 활성인 페니실린 아실라아제를 생성한다.The underlined region of the sequence is the alpha site of penicillin G acylase, and the bold underlined region is the beta site of penicillin G acylase. The signal peptide corresponds to 40 amino acids - italicized α-subunit (209 amino acids - single underlined), linker peptide (57 amino acids) and β-subunit (557 amino acids - dark underlined). The α-subunit amino acids are numbered A1-A209 and the β-subunit amino acids are numbered B1 through B557. The signal peptide and the linking peptide are removed during post-translational maturation to produce an enzymatically active penicillin acylase composed of α and β subunits.

다른 바람직한 구현예에서, 본 발명은 위치 B24에서의 아미노산 치환 및 A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464, B484로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 위치에서의 아미노산 치환을 갖는 아크로모박터(Achromobacter) CCM4824로부터 유래된 돌연변이체 페니실린 G 아실라아제를 제공한다.In another preferred embodiment, the present invention provides amino acid substitutions at position B24 and A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, Provided is a mutant penicillin G acylase derived from Achromobacter CCM4824 having an amino acid substitution at one or more positions selected from the group consisting of B464, B484.

(i) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A3은 알라닌(A) 아미노산 잔기를 포함한다. 위치 A3의 바람직한 바람직한 돌연변이는 알라닌을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함한다.(i) Position A3 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an alanine (A) amino acid residue. A preferred preferred mutation at position A3 involves the substitution of alanine for leucine (L).

(ii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A27은 이소류신 아미노산 잔기를 포함한다. 위치 A27에서의 바람직한 돌연변이는 이소류신(I)을 아스파라긴(N) 또는 프롤린(P)으로 치환하는 것을 포함한다. 더욱 바람직한 돌연변이는 아스파라긴(N)이다.(ii) position A27 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an isoleucine amino acid residue. Preferred mutations at position A27 include the substitution of isoleucine (I) with asparagine (N) or proline (P). A more preferred mutation is asparagine (N).

(iii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A77은 아르기닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 아르기닌(R)을 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함한다.(iii) position A77 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an arginine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of arginine (R) for threonine (T).

(iv) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A144는 아스파라긴 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 아스파라긴(N)을 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함한다.(iv) position A144 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an asparagine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of asparagine (N) for threonine (T).

(v) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A145는 아르기닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 아르기닌(R)을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함한다.(v) position A145 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an arginine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of arginine (R) for leucine (L).

(vi) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A146은 페닐알라닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함한다.(vi) position A146 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a phenylalanine amino acid residue. A preferred mutation involves the substitution of alanine (A) for phenylalanine (F).

(vii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A192는 알라닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 알라닌(A)을 글루탐산(E)으로 치환하는 것을 포함한다.(vii) position A192 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an alanine amino acid residue. A preferred mutation involves substituting alanine (A) for glutamic acid (E).

(viii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A195는 글라이신 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 글라이신(G)을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함한다.(viii) position A195 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 comprises a glycine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of glycine (G) for leucine (L).

(ix) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 A196은 세린 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 세린을 트레오닌(T) 또는 류신(L)으로 치환하는 것을 포함한다.(ix) position A196 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 comprises a serine amino acid residue. Preferred mutations include substituting serine for threonine (T) or leucine (L).

(x) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B23은 글루타민 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 글루타민(Q)을 글라이신(G)으로 치환하는 것을 포함한다.(x) Position B23 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a glutamine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of glutamine (Q) for glycine (G).

(xi) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B24는 페닐알라닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함한다.(xi) Position B24 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a phenylalanine amino acid residue. A preferred mutation involves the substitution of alanine (A) for phenylalanine (F).

(xii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B31은 타이로신 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 타이로신(Y)을 세린(S)으로 치환하는 것을 포함한다.(xii) position B31 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a tyrosine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of tyrosine (Y) for serine (S).

(xiii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B57은 페닐알라닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함한다.(xiii) position B57 of a penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a phenylalanine amino acid residue. A preferred mutation involves the substitution of alanine (A) for phenylalanine (F).

(xiv) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B69는 알라닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 알라닌(A)을 글라이신(G)으로 치환하는 것을 포함한다.(xiv) position B69 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an alanine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of alanine (A) for glycine (G).

(xv) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B77은 이소류신 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 이소류신(I)을 시스테인(C)으로 치환하는 것을 포함한다.(xv) position B77 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an isoleucine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of isoleucine (I) for cysteine (C).

(xvi) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B313은 글라이신 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 글라이신(G)을 발린(V)으로 치환하는 것을 포함한다.(xvi) Position B313 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a glycine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of glycine (G) for valine (V).

(xvii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B464는 트레오닌 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 트레오닌(T)을 글루타민(Q) 또는 세린(S)으로 치환하는 것을 포함한다.(xvii) Position B464 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains a threonine amino acid residue. Preferred mutations include the substitution of threonine (T) with glutamine (Q) or serine (S).

(xviii) 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824로부터 유래된 페니실린 G 아실라아제의 위치 B484는 아스파라긴 아미노산 잔기를 포함한다. 바람직한 돌연변이는 아스파라긴(N)을 세린(S) 또는 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함한다.(xviii) position B484 of penicillin G acylase derived from Achromobacter sp. CCM4824 contains an asparagine amino acid residue. Preferred mutations include substituting asparagine (N) for serine (S) or threonine (T).

일 구현예에서, 본 발명은 돌연변이 페니실린 아실라아제를 코딩하는 뉴클레오티드 서열을 제공하며, 이는 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 발현되는 플라스미드 pKARA9 상에 존재한다. 상기 플라스미드와 숙주 이. 콜라이(E. coli) BL21은 모두 체코 공화국 미생물학 연구소(Institute of Microbiology, Czech Republic)로부터 입수하였다. 돌연변이 페니실린 G 아실라아제는 돌연변이 페니실린 아실라아제를 코딩하는 서열번호 1과 적어도 60% 유사성을 갖는 뉴클레오티드 서열에 의해 코딩된다.In one embodiment, the present invention provides a nucleotide sequence encoding a mutant penicillin acylase, which comprises E. It is present on plasmid pKARA9 expressed in E. coli BL21. The plasmid and host E. E. coli BL21 were all obtained from the Institute of Microbiology, Czech Republic. The mutant penicillin G acylase is encoded by a nucleotide sequence having at least 60% similarity to SEQ ID NO: 1, which encodes the mutant penicillin acylase.

재조합 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 얻어진 효소는, 아크로모박터 종(Achromobacter sp) CCM 4824의 천연 페니실린 아실라제 효소와 비교하여, 개선된 페니실린 아실라아제 활성, S/H 비율, 낮은 아실 공여체 투입 비율 및 개선된 수율을 나타내었다. 이렇게 얻어진 효소는 아목시실린, 암피실린, 세팔렉신, 세파드록실, 세파클러 등과 같은 반합성 β-락탐 항생제의 효소적 합성에 적합한 것으고 밝혀졌으며, 상기 효소를 사용한 효소적 방법은 상업적으로 실행가능하다. 또한, 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소를 에폭시 폴리아크릴레이트 수지의 맞춤형 삼원-중합체 시스템에 고정화하여, 반합성 β-락탐 항생제 생산 방법에서 재활용성 및 적합성을 평가하였다. 고정화된 형태의 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소 및 원료 투입, 반응 조건 및 생성물 분리를 포함한 공정 파라미터는 상업적 적용을 가능하게 하도록 설계된다.Recombinant E. Enzyme obtained from E. coli BL21, compared with the native penicillin acylase enzyme of Achromobacter sp CCM 4824, improved penicillin acylase activity, S/H ratio, lower acyl donor input ratio and improved yield. The enzyme thus obtained was found to be suitable for the enzymatic synthesis of semisynthetic β-lactam antibiotics such as amoxicillin, ampicillin, cephalexin, cefadroxil, cefaclor, and the like, and the enzymatic method using the enzyme is commercially viable. In addition, a mutant penicillin acylase enzyme was immobilized in a custom terpolymer system of epoxy polyacrylate resin to evaluate recyclability and suitability in a semisynthetic β-lactam antibiotic production method. The immobilized form of the mutant penicillin acylase enzyme and process parameters including raw material input, reaction conditions and product isolation are designed to enable commercial applications.

본 발명은, 돌연변이 페니실린 G 아실라아제 효소 유전자를 보유하는 플라스미드 벡터 PKRA9에 존재하는, 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli) BL21에서 형질전환된 아크로모박터 종(Achromobacter sp) CCM 4824에 의해 생성된, 페니실린 G 아실라아제의 돌연변이체를 제공한다. The present invention is produced by Achromobacter sp CCM 4824 transformed in Escherichia coli BL21, present in a plasmid vector PKRA9 carrying a mutant penicillin G acylase enzyme gene, Mutants of penicillin G acylase are provided.

본 발명의 서열번호 2는 야생형 이. 콜라이(E. coli) 페니실린 아실라아제와 비교하여 54% 상동성을 갖는다. 상기에서 도시된 서열번호 2는 아크로모박터 종(Achromobacter sp) CCM 4824에 의해 생성된 페니실린 G 아실라아제의 아미노산 서열에 대응된다. 자연 발생 페니실린 G 아실라아제는 서열번호 2에 대해 40-100% 범위의 상동성을 갖는 미생물로부터 선택된다. 서열번호 2와 50% 내지 100% 상동성인 페니실린 아실라아제가 보다 바람직하다.SEQ ID NO: 2 of the present invention is wild-type E. It has 54% homology compared to E. coli penicillin acylase. SEQ ID NO: 2 shown above corresponds to the amino acid sequence of penicillin G acylase produced by Achromobacter sp CCM 4824. The naturally occurring penicillin G acylase is selected from microorganisms having homology in the range of 40-100% to SEQ ID NO:2. More preferred is a penicillin acylase having 50% to 100% homology with SEQ ID NO:2.

일 구현예에서, 본 발명은 서열번호 2에서 하나 이상의 위치 조합에서 상기 언급된 아미노산의 치환에 의해 얻어진 페니실린 아실라아제의 돌연변이체 서열을 제공한다.In one embodiment, the present invention provides a mutant sequence of penicillin acylase obtained by substitution of the above-mentioned amino acids in one or more position combinations in SEQ ID NO:2.

다른 바람직한 구현예에서, 본 발명은 A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B31, B69, B77 및 B313으로부터 선택된 하나 이상의 위치에서의 치환과 조합된 B24에서의 아미노산 치환을 제공한다. 이중, B24와 조합되는 선택된 아미노산 변경은 [A3+A192+196], [A3+A145+A192+A27], [A145+B77], [A3+A145+B31], [A145+A192+B69] 및 [A145+A146+B313]을 포함한다.In another preferred embodiment, the present invention provides B24 in combination with substitution at one or more positions selected from A3, A27, A77, A90, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B31, B69, B77 and B313. amino acid substitutions in Of these, selected amino acid alterations in combination with B24 are [A3+A192+196], [A3+A145+A192+A27], [A145+B77], [A3+A145+B31], [A145+A192+B69] and [A145+A146+B313].

이렇게 얻어진 돌연변이는 서열번호 2에 도시된 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM 4824 유래의 페니실린 아실라아제에 대하여 >95% 상동성을 나타내었다.The mutant thus obtained showed >95% homology to penicillin acylase derived from Achromobacter sp. CCM 4824 shown in SEQ ID NO: 2.

바람직한 구현예에서, 본 발명은, MTCC 25429로 기탁된, 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 운반하는 돌연변이 이. 콜라이(E. coli) BL-21을 제공한다. 또한, 이렇게 얻어진 돌연변이는 mNPGA 1에서 시작하여 숫자로 라벨링되고, 후속적으로 추가로 번호가 매겨지며, 돌연변이 페니실린 아실라아제의 유전자를 운반하는 재조합 플라스미드 벡터 pKRA9에 의해 숙주 박테리아 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 발현되었다.In a preferred embodiment, the present invention relates to a mutant E. mutant carrying a mutant penicillin G acylase, deposited as MTCC 25429. E. coli BL-21 is provided. In addition, the mutations thus obtained were numerically labeled, starting at mNPGA 1, and subsequently further numbered, by recombinant plasmid vector pKRA9 carrying the gene of the mutant penicillin acylase to the host bacterium E. It was expressed in E. coli BL21.

바람직한 구현예에서, 본 발명은 배양된 mNPGA를 제공하며, 이는 활성, 기질 특이성, 다양한 기질에 대한 합성/가수분해(S/H) 비율, 억제제 내성, 최적 기질, 및 정의된 공정 조건하에서 최종 항생제로의 최대 전환을 달성하기 위한 효소 농도를 포함한 분석 파라미터에 대해 천연 페니실린 G 아실라아제(pNPGA)와 비교된다.In a preferred embodiment, the present invention provides cultured mNPGA, which has activity, substrate specificity, synthesis/hydrolysis (S/H) ratio for various substrates, inhibitor resistance, optimal substrate, and final antibiotic under defined process conditions. compared to native penicillin G acylase (pNPGA) for assay parameters including enzyme concentration to achieve maximal conversion to

얻어진 페니실린 G 아실라아제 효소는 유닛(U)의 활성과 mg/mL의 단백질로 정량화된다.The obtained penicillin G acylase enzyme was quantified as unit (U) activity and protein in mg/mL.

단백질은 Folin-Lowry 방법에 의해 결정되며, 페니실린 G 가수분해 활성은 37℃에서 50 mM 인산나트륨 완충액 pH 8.0에서 25 mM의 Pen G K의 가수분해를 촉매하여 페닐아세트산을 방출하고, 이는 1차 동력학(first order kinetics)으로 0.1N 수산화나트륨으로 중화되는, 생촉매의 U/g으로 표시된다.Proteins were determined by the Folin-Lowry method, and penicillin G hydrolytic activity catalyzes the hydrolysis of 25 mM Pen G K in 50 mM sodium phosphate buffer pH 8.0 at 37 °C to release phenylacetic acid, which has a first-order kinetic ( It is expressed in U/g of biocatalyst, neutralized with 0.1N sodium hydroxide as first order kinetics).

상기 효소 및 생촉매를 사용한 SU/g 및 S/H 비율의 항생제 합성에 대한 활성은 각각의 항생제에 대해 아래 기술된 HPLC 세부사항에 의해 결정된다.The activity for the synthesis of antibiotics at SU/g and S/H ratios using these enzymes and biocatalysts is determined by the HPLC details described below for each antibiotic.

아목시실린(AMOX) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for amoxicillin (AMOX) synthesis:

컬럼: C18 Inertsil, 이동상: 97:3 0.1M 인산칼륨 완충액 pH 5.0:아세토니트릴, 유속: 1.2 mL/min, 파장: 215 nm, 주입기 부피: 20μl, 실행 시간: 20분.Column: C18 Inertsil, mobile phase: 97:3 0.1 M potassium phosphate buffer pH 5.0: acetonitrile, flow rate: 1.2 mL/min, wavelength: 215 nm, injector volume: 20 μl, run time: 20 min.

암피실린(AMP) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for ampicillin (AMP) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 35℃, 완충액: 1 리터 HPLC 등급의 물에 용해된 16.95 g 테트라-n-부틸 암모늄 하이드로겐 설페이트 + 6.8 g 포타슘 디하이드로겐 오르토포스페이트 + 2.0 ml 트리에틸아민, 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 6.4. 이동상: 완충액:메탄올:아세토니트릴=70:23:7, 컬럼 오븐 온도 35℃, 검출 파장: 215 nm, 유속: 1.2 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 35° C., buffer: 16.95 g tetra-n-butyl ammonium hydrogen sulfate + 6.8 g potassium dihydrogen orthophosphate + dissolved in 1 liter HPLC grade water 2.0 ml triethylamine, pH 6.4 with 2N sodium hydroxide. Mobile phase: buffer:methanol:acetonitrile=70:23:7, column oven temperature 35° C., detection wavelength: 215 nm, flow rate: 1.2 mL/min, injection volume: 20 μl.

세팔렉신(CPX) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for cephalexin (CPX) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 35℃, 완충액: 1 리터 HPLC 등급의 물에 용해된 16.95 g 테트라-n-부틸 암모늄 하이드로겐 설페이트 + 6.8 g 포타슘 디하이드로겐 오르토포스페이트 + 2.0 ml 트리에틸아민, 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 6.4. 이동상: 완충액:메탄올:아세토니트릴=70:23:7, 컬럼 오븐 온도 35℃, 검출 파장: 225 nm, 유속: 1.2 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 35° C., buffer: 16.95 g tetra-n-butyl ammonium hydrogen sulfate + 6.8 g potassium dihydrogen orthophosphate + dissolved in 1 liter HPLC grade water 2.0 ml triethylamine, pH 6.4 with 2N sodium hydroxide. Mobile phase: buffer:methanol:acetonitrile=70:23:7, column oven temperature 35° C., detection wavelength: 225 nm, flow rate: 1.2 mL/min, injection volume: 20 μl.

세프프로질(CPZL) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for cefprozil (CPZL) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 30℃, 완충액: 1 리터 HPLC 등급의 물 중 11.5 g 암모늄 하이드로겐 포스페이트(pH 5.4), 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 5.4. 이동상: 아세토니트릴:메탄올=70:30, 컬럼 오븐 온도 30℃, 검출 파장: 240 nm, 유속: 1.00 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 30° C., buffer: 11.5 g ammonium hydrogen phosphate in 1 liter HPLC grade water, pH 5.4, pH 5.4 with 2N sodium hydroxide. Mobile phase: acetonitrile:methanol=70:30, column oven temperature 30° C., detection wavelength: 240 nm, flow rate: 1.00 mL/min, injection volume: 20 μl.

세파클러(CCL) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for cefaclor (CCL) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 35℃, 완충액: 1 리터 HPLC 등급의 물 중 0.1M 오르토-인산 + 0.4% 트리에틸아민, 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 2.5. 이동상: 완충액:메탄올=80:20, 컬럼 오븐 온도 35℃, 검출 파장: 240 nm, 유속: 1.2 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 35° C., buffer: pH 2.5 with 0.1M ortho-phosphoric acid + 0.4% triethylamine, 2N sodium hydroxide in 1 liter HPLC grade water. Mobile phase: buffer:methanol=80:20, column oven temperature 35° C., detection wavelength: 240 nm, flow rate: 1.2 mL/min, injection volume: 20 μl.

세파드록실(CDL) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for cefadroxil (CDL) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 25℃, 완충액: 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 5.0의 1 리터 HPLC 등급 물에 용해된 인산이수소칼륨 13.6g. 이동상: 완충액:아세토니트릴:: 97:3, 컬럼 오븐 온도 25℃, 검출 파장: 240 nm, 유속: 1.2 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 25° C., buffer: 13.6 g potassium dihydrogen phosphate in 1 liter HPLC grade water, pH 5.0 using 2N sodium hydroxide. Mobile phase: buffer:acetonitrile::97:3, column oven temperature 25°C, detection wavelength: 240 nm, flow rate: 1.2 mL/min, injection volume: 20 μl.

세프라딘(CFD) 합성을 위한 HPLC 분석:HPLC analysis for cefradine (CFD) synthesis:

컬럼: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), 온도 35℃, 완충액: 1 리터 HPLC 등급의 물에 용해된 16.95 g 테트라-n-부틸 암모늄 하이드로겐 설페이트 + 6.8 g 포타슘 디하이드로겐 오르토포스페이트 + 2.0 ml 트리에틸아민, 2N 수산화나트륨을 사용한 pH 6.4. 이동상: 완충액:메탄올:아세토니트릴=70:23:7, 컬럼 오븐 온도 35℃, 검출 파장: 225 nm, 유속: 1.2 mL/min, 주입 부피: 20 μl.Column: Inertsil C8 250 mm X 4.6 mm (5 micron), temperature 35° C., buffer: 16.95 g tetra-n-butyl ammonium hydrogen sulfate + 6.8 g potassium dihydrogen orthophosphate + dissolved in 1 liter HPLC grade water 2.0 ml triethylamine, pH 6.4 with 2N sodium hydroxide. Mobile phase: buffer:methanol:acetonitrile=70:23:7, column oven temperature 35° C., detection wavelength: 225 nm, flow rate: 1.2 mL/min, injection volume: 20 μl.

또한, 일 구현예는 비표면적 및 다공성 및 입자 크기의 비드로서 아크릴 단량체의 현탁 중합에 의해 얻어진 에폭시 삼원-중합체 조합을 기술하며, 변형 공정은, 개선된 기계적 안정성, 여과 능력, 및 항생제 합성을 위한 현탁 반응에서 고정화된 효소 사용에 대한 재활용 가능성과 함께, 이들 지지체에 결합된 효소의 최대 발현을 가능하도록 다양한 지방족 아민을 사용한 아민화에 의한 에폭시 비드에서의 추가적인 스페이서 암(spacer arm)을 포함한다.In addition, one embodiment describes an epoxy terpolymer combination obtained by suspension polymerization of acrylic monomers as beads of specific surface area and porosity and particle size, wherein the modification process has improved mechanical stability, filtration capacity, and for antibiotic synthesis. Additional spacer arms in the epoxy beads by amination with various fatty amines are included to allow for maximal expression of enzymes bound to these supports, with recyclability for use of immobilized enzymes in suspension reactions.

삼원-중합체는 자유 라디칼 현탁 중합에 의해 합성되며, 여기에서 상이한 조합으로 사용되는 첨가되는 단량체 성분 중 하나 또는 모두는 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), 알릴 글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(EGDM), 디비닐벤젠(DVB), 에틸 메타크릴레이트(EMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴로니트릴(AN)을 포함한다.Terpolymers are synthesized by free radical suspension polymerization, wherein one or both of the added monomer components used in different combinations are glycidyl methacrylate (GMA), allyl glycidyl ether, ethylene glycol dimethacrylic rate (EGDM), divinylbenzene (DVB), ethyl methacrylate (EMA), methyl methacrylate (MMA) and acrylonitrile (AN).

각 단량체의 특성과 자체 및 다른 단량체와의 중합에 사용되는 양은 비드에 특정한 특성을 부여하여, 다양한 에폭시 함량, 가교 밀도, 다공성, 친수성 및 강성을 야기한다. 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디비닐 벤젠과 같은 단량체와 다른 단량체와의 몰비는 중합체 비드에서 가변적인 가교 밀도를 야기한다. 에폭시 함량은 글리시딜 메타크릴레이트 또는 알릴 글리시딜 에테르의 양에 따라 다양하다. 아크릴로니트릴 함량은 중합체 비드에 단단한 골격을 부여하여, 이는 그 구성 요소가 없는 것에 비해 기계적으로 더 강하게 한다. The properties of each monomer and the amount used to polymerize itself and with other monomers impart specific properties to the beads, resulting in varying epoxy content, crosslinking density, porosity, hydrophilicity and stiffness. The molar ratio of monomers such as ethylene glycol dimethacrylate, divinyl benzene to other monomers results in variable crosslink densities in the polymer beads. The epoxy content varies depending on the amount of glycidyl methacrylate or allyl glycidyl ether. The acrylonitrile content gives the polymer bead a hard backbone, which makes it mechanically stronger than without its components.

본 발명은 일련의 삼원-중합체에 대해 25 내지 200 범위의 가교 밀도를 개시한다.The present invention discloses crosslink densities ranging from 25 to 200 for a series of terpolymers.

비드에 부여된 거대다공성은 도데칸올, 옥탄올, 헥산올 및 사이클로헥산올에서 선택되는 지방족 또는 방향족 알코올 또는 둘 모두를 사용하여, 총 단량체 함량의 1.1 내지 1.5배로 추가되는 포로젠(porogens)으로 작용한다.The macroporosity imparted to the beads acts as porogens which are added at 1.1 to 1.5 times the total monomer content using an aliphatic or aromatic alcohol selected from dodecanol, octanol, hexanol and cyclohexanol or both. do.

자유 라디칼 중합은 2-4% 사이에서 사용되는 벤조일 퍼옥사이드 또는 아조비스이소부티로니트릴과 같은 물질(agents)에 의해 개시되고, 총 단량체 중량의 8%까지 사용되는 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알코올에 의해 안정화된다. 중합체 비드는, 스판 60, 스판 80, 스판 85 및 소듐 라우릴 설페이트에서 선택된 첨가제를 사용하여 어느 정도의 소수성을 얻기 위해 선택적으로 제조되었다. 첨가제는 단량체 농도를 기준으로 0.01 % 내지 5 % 범위의 농도로 첨가하였다.Free radical polymerization is initiated by agents such as benzoyl peroxide or azobisisobutyronitrile used between 2-4% polyvinylpyrrolidone or polyvinyl used up to 8% of the total monomer weight Stabilized by alcohol. Polymer beads were optionally prepared using additives selected from Span 60, Span 80, Span 85 and Sodium Lauryl Sulfate to achieve some degree of hydrophobicity. Additives were added in concentrations ranging from 0.01% to 5% based on the monomer concentration.

첨가제는 포어에 소수성 미세 환경을 부여하며, 이는 가수분해에 비해 효소에 의한 합성 반응의 구동을 지지하였다. 이것은 차례로 현탁 반응에서 생촉매의 적합성을 지지하였다.The additive imparted a hydrophobic microenvironment to the pores, which supported the driving of the enzymatic synthesis reaction compared to hydrolysis. This in turn supported the suitability of the biocatalyst in suspension reactions.

본 구현예에서, 상기 효소/효소들을 사용하여 설계되고 최적화된 공정 파라미터는 제조방법을 산업적 규모로 확대할 수 있도록 한다. 또한, 추가적인 노력은 기계적으로 더욱 안정한 중합체 비드를 생성하였으며, 여기서 중합체는 에틸아민, 트리에틸아민, 디에틸아민, 부틸아민 및 에틸렌 디아민으로부터 선택된 지방족 아민으로 중합체 중량의 25-50% 농도로 톨루엔 또는 메탄올로부터 선택된 용매와 함께 40-80℃의 온도에서 10시간에서 150시간 동안 처리되었다. 아민화 정도는 물 중 0.1% w/v 닌히드린 용액을 사용한 중합체의 발색으로 확인하였다.In this embodiment, the process parameters designed and optimized using the enzyme/enzymes allow the manufacturing method to be scaled up to an industrial scale. Additionally, additional efforts have resulted in more mechanically stable polymer beads, wherein the polymer is an aliphatic amine selected from ethylamine, triethylamine, diethylamine, butylamine and ethylene diamine toluene or at a concentration of 25-50% by weight of the polymer. It was treated with a solvent selected from methanol at a temperature of 40-80° C. for 10 to 150 hours. The degree of amination was confirmed by color development of the polymer using a 0.1% w/v ninhydrin solution in water.

아민화된 중합체 비드를 세척하고, 1시간 내지 20시간 동안 2%-8% v/w 글루타르알데히드로 추가 처리하여 아미노기를 활성화된 아미노 에폭시 중합체로 가교시켰다.The aminated polymer beads were washed and further treated with 2%-8% v/w glutaraldehyde for 1 to 20 hours to crosslink the amino groups to the activated amino epoxy polymer.

본 발명에 개시된 중합체 비드는 폴리(GMA-ter-EGDM-ter-AN) 및 폴리(GMA-EGDM-DVB-AN)로 구성되며, DILBEADS EG, DILBEADS EGX로 표시되고, 활성화된 아미노 에폭시 중합체는 DILBEADS EGXAT로 지칭된다.The polymer beads disclosed herein are composed of poly(GMA-ter-EGDM-ter-AN) and poly(GMA-EGDM-DVB-AN), denoted DILBEADS EG, DILBEADS EGX, and the activated amino epoxy polymer is DILBEADS It is referred to as EGXAT.

본 구현예는 상기한 중합체 비드의 입자 크기, 다공성, 포어 직경, 표면적에 대한 분석 파라미터를 개시하며, 이는 레이저 회절 분석기(입자 크기 분석기, HELOS H1004) 및 수은 침입 다공성 측정기(Fisons Instruments Pascal 140/240 다공성 측정기) 및 BET(Brunaer-Emmett-Teller)에 의해 각각 분석된다. 200-500 마이크론 사이의 입자 크기, 30-120 nm 사이의 평균 포어 직경, 0.4-1.5 cm3/g 사이의 포어 부피 및 50 m2/g-160 m2/g 사이의 표면적.This embodiment discloses analytical parameters for particle size, porosity, pore diameter, surface area of the polymer beads described above, which are laser diffraction analyzer (particle size analyzer, HELOS H1004) and mercury intrusion porosimeter (Fisons Instruments Pascal 140/240). porosimeter) and BET (Brunaer-Emmett-Teller), respectively. Particle size between 200-500 microns, average pore diameter between 30-120 nm, pore volume between 0.4-1.5 cm 3 /g and surface area between 50 m 2 /g-160 m 2 /g.

다른 구현예에서, 본 발명은 mNPGA 효소, 더욱 바람직하게는 DILBEADS EG, DILBEADS EGX 및 DILBEADS EGXAT에 고정화된 생촉매를 사용한 반합성 β-락탐 항생제(SSA)의 합성 방법을 개시하며, 여기서 반응 조건은 다음을 포함한다:In another embodiment, the present invention discloses a method for synthesizing a semisynthetic β-lactam antibiotic (SSA) using a biocatalyst immobilized on an mNPGA enzyme, more preferably DILBEADS EG, DILBEADS EGX and DILBEADS EGXAT, wherein the reaction conditions are includes:

(a) 상기 효소에서 반합성 β-락탐 항생제를 합성하기 위한 아실화를 촉매하는 합성 반응의 기질은 6-아미노페니실란산(6-APA), 7-데스아세톡시세팔로스포란산(7-ADCA), 7-아미노세팔로스포란산(7-ACA), 7-아미노-3-클로로-3-세펨-4-카복실산(7-ACCA), 및 7-아미노-3-[(Z)-프로펜-1-일]-3-세펨-4-카르복실산(7-APCA)으로부터 선택된 β-락탐 핵 및 히드록시페닐글리신(HPGME) 또는 페닐글리신(PGME) 또는 디히드록시페닐글리신(DHPGME)의 에스테르 또는 아미드로부터 선택된 활성 아실 공여체이다.(a) The substrate of the synthesis reaction catalyzing the acylation for the synthesis of semisynthetic β-lactam antibiotics in the enzyme is 6-aminopenicillanic acid (6-APA), 7-desacetoxycephalosporanoic acid (7- ADCA), 7-aminocephalosporanoic acid (7-ACA), 7-amino-3-chloro-3-cephem-4-carboxylic acid (7-ACCA), and 7-amino-3-[(Z)- β-lactam nucleus selected from propen-1-yl]-3-cephem-4-carboxylic acid (7-APCA) and hydroxyphenylglycine (HPGME) or phenylglycine (PGME) or dihydroxyphenylglycine (DHPGME) ) is an active acyl donor selected from esters or amides of

(b) 아실 공여체와 핵의 몰비는 1:1 내지 1:1.2, 더욱 바람직하게는 1:1.02 내지 1:1.1로 다양하며, 이는 상이한 항생제에 대한 유리산 또는 염산염으로서 아실 공여체의 형태를 근거로 한다.(b) the molar ratio of acyl donor to nucleus varies from 1:1 to 1:1.2, more preferably from 1:1.02 to 1:1.1, based on the form of the acyl donor as free acid or hydrochloride salt for different antibiotics do.

(c) 반응 혼합물 중 핵의 농도는 6-12 %w/v, 더욱 바람직하게는 8-10 %w/v 범위로 다양하다.(c) the concentration of nuclei in the reaction mixture varies in the range of 6-12 %w/v, more preferably 8-10 %w/v.

(d) 효소의 양은 β-락탐 핵 그램당 90-250 SU/g의 활성 비율로 더욱 바람직하게 사용된다.(d) The amount of enzyme is more preferably used at an activity ratio of 90-250 SU/g per gram of β-lactam nucleus.

(e) β-락탐 핵의 전환은 90-240분 내에 50-99% 사이로 달성된다.(e) Conversion of β-lactam nuclei is achieved between 50-99% within 90-240 min.

(f) 상이한 항생제의 반복 사이클 및 현탁 반응에서의 효소 전환 후 생성물 분리를 위한, 고정화된 생촉매를 재사용하는 적합성.(f) Suitability to reuse immobilized biocatalysts for product isolation after repeated cycles of different antibiotics and enzymatic conversion in suspension reactions.

mNPGA의 고정화된 생촉매를 사용한 아목시실린 합성 및 생성물 분리를 위한 대표적인 효소 반응 사이클이 예로 개시되어 있다.A representative enzymatic reaction cycle for amoxicillin synthesis and product isolation using an immobilized biocatalyst of mNPGA is disclosed as an example.

자유 라디칼 중합에 의해 제조된 일련의 삼원-중합체 형성 거대다공성 비드는 3 또는 4개의 단량체, 희석제, 개시제 및 안정화제로 구성되며, 여기서,A series of terpolymer forming macroporous beads prepared by free radical polymerization consists of three or four monomers, a diluent, an initiator and a stabilizer, wherein:

(a) 단량체 총 중량의 15-60%로 포함된 단량체 1은 자유 라디칼 중합이 가능한 GMA이며 에폭시기를 갖는다.(a) Monomer 1 contained in 15-60% of the total weight of the monomer is GMA capable of free radical polymerization and has an epoxy group.

(b) 단량체 총 중량의 20-55%로 포함된 단량체 2는 자유 라디칼 중합이 가능한 DVB 또는 EGDM 또는 이들 모두이며, 가교제이다.(b) Monomer 2 contained in 20-55% of the total weight of the monomer is DVB or EGDM capable of free radical polymerization or both, and is a crosslinking agent.

(c) 단량체 총 중량의 20-55%로 포함된 단량체 3은 자유 라디칼 중합이 가능한 AN이며, 삼원-중합체 시스템의 단단한 골격이다.(c) Monomer 3 contained in 20-55% of the total weight of the monomer is AN capable of free radical polymerization, and is a rigid backbone of the terpolymer system.

(d) 포로젠은 시클로헥산올, 옥탄올, 라우릴 알코올 및 이들의 조합을 포함하는 친수성 또는 시클릭 알코올의 군에서 유래하며, 단량체 총 중량의 1.2-1.5배이다.(d) porogens are derived from the group of hydrophilic or cyclic alcohols, including cyclohexanol, octanol, lauryl alcohol, and combinations thereof, at 1.2-1.5 times the total weight of the monomers.

(e) 개시제는 벤조일 퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드의 군으로부터 선택되며, 단량체의 총 중량에 대해 3-3.5%이다.(e) the initiator is selected from the group of benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile, methyl ethyl ketone peroxide and is 3-3.5% based on the total weight of the monomers.

(f) 현탁 안정화제는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산의 군으로부터 선택되며, 단량체의 총 중량에 대해 7-7.5%이다.(f) The suspension stabilizer is selected from the group of polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, and is 7-7.5% based on the total weight of the monomer.

일련의 삼원-중합체 시스템에서 형성된 거대다공성 비드는 디아미노 에탄, 부틸아민, 트리에틸아민 및 디에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 지방족 아민을 사용하여 아민화된다.The macroporous beads formed in a series of terpolymer systems are aminated using an aliphatic amine selected from the group consisting of diamino ethane, butylamine, triethylamine and diethylamine.

따라서, 고정화된 생촉매는 β-락탐 핵 1 g당 90-250 U/g 활성의 비율로 사용된다. β-락탐 핵의 전환은 50-99% 사이에서 달성되며, 100회 반복 사이클 동안 120-240분 내에 최대 90-95%의 생성물 수율이 달성된다. 고정화된 생촉매는 기질, 고정화 효소 촉매 및 침전된 생성물을 함유하는 현탁 반응에서 300회 반복 사이클로 재사용된다. 반합성 β-락탐 항생제로서 침전된 생성물은 효소 반응 혼합물로부터 분리된다.Therefore, the immobilized biocatalyst is used at a rate of 90-250 U/g activity per gram of β-lactam nucleus. Conversion of β-lactam nuclei is achieved between 50-99% and product yields of up to 90-95% are achieved within 120-240 minutes for 100 repeated cycles. The immobilized biocatalyst is reused for 300 repeated cycles in a suspension reaction containing substrate, immobilized enzyme catalyst and precipitated product. As a semi-synthetic β-lactam antibiotic, the precipitated product is isolated from the enzymatic reaction mixture.

바람직한 구현예에서, 아크로모박터(Achromobacter) CCM 4824에 의해 생성된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 포함하는 고정화된 생촉매는 최대 90% 결합 단백질, 최대 97.7% 활성 결합 및 최대 40-100% 효소 발현을 나타낸다.In a preferred embodiment, the immobilized biocatalyst comprising a mutant penicillin G acylase produced by Achromobacter CCM 4824 contains up to 90% binding protein, up to 97.7% active binding and up to 40-100% enzyme expression. indicates

또한, 일련의 삼원-중합체 시스템에서 고정화된 생촉매의 S/H 비율은 아목시실린 합성의 경우 0.3-1.3, 세팔렉신 합성의 경우 0.1-1.49로 다양하다. β-락탐 핵 및 활성화된 아실 공여체의 농도는 1:1.02 내지 1:1.5의 몰비로 사용된다.In addition, the S/H ratio of the immobilized biocatalyst in a series of terpolymer systems varies from 0.3-1.3 for amoxicillin synthesis and 0.1-1.49 for cephalexin synthesis. The concentration of β-lactam nucleus and activated acyl donor is used in a molar ratio of 1:1.02 to 1:1.5.

바람직한 구현예를 포함한 하기 실시예는 본 발명의 실시를 예시하는 역할을 하며, 특정 세부사항은 예로서 및 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 예시적인 설명을 목적으로 하는 것으로 이해되어야 한다.The following examples, including preferred embodiments, serve to illustrate the practice of the present invention, and specific details are to be understood by way of example and for purposes of illustrative description of preferred embodiments of the present invention.

실시예Example

실시예 1:Example 1:

US 8,039,604에 기술된 뉴클레오티드 서열의 분리 및 정제는 인비트로젠(Invitrogen)의 퓨어 링크(Pure Link) 플라스미드 추출 키트를 사용하여 수행하였다. 분리된 플라스미드에 대한 아가로오즈 겔 전기영동을 실시하고, 플라스미드 크기를 확인하였다. 제한효소 XbaI 및 PstI을 사용하여 뉴클레오티드 서열을 분리한 후, 겔 정제 키트를 사용하여 정제하였다.Isolation and purification of the nucleotide sequences described in US 8,039,604 was performed using Invitrogen's Pure Link plasmid extraction kit. Agarose gel electrophoresis was performed on the isolated plasmid, and the size of the plasmid was confirmed. After the nucleotide sequence was isolated using restriction enzymes XbaI and PstI, it was purified using a gel purification kit.

실시예 2:Example 2:

돌연변이 생성을 위하여, 토요바(Toyoba)의 돌연변이유발 키트를 사용하였다. 먼저, 적절한 프라이머를 설계하고 토요바(Toyoba)의 돌연변이유발 키트에 제공된 프로토콜에 따라 돌연변이유발을 수행하였다. 플라스미드 pKRA9를 지닌 벡터를 37℃에서 키우고, 인비트로젠(Invitrogen)의 퓨어 링크(Pure Link) 플라스미드 추출 키트를 사용하여 플라스미드를 분리하였다. 벡터를 XbaI 및 PstI으로 분해하고(digested), 정제하고, 접합(ligation)을 위해 준비하였다. 실시예 1에서 얻어진 뉴클레오티드 서열과 벡터의 접합은 당업계에 공지된 표준 프로토콜을 사용하여 수행하였다. 접합된 플라스미드를 이. 콜라이(E. coli) BL21 세포에 형질감염시켰다. BL-21의 초기의 컴피턴트 세포는 당업계에 공지된 염화칼슘 방법을 사용하여 제조하였다. 형질감염은 열 충격 방법을 사용하여 수행하였으며, LB 한천 플레이트에 플레이팅하고, 37℃에서 밤새 인큐베이션하였다. 얻어진 콜로니를 활성에 대해 스크리닝하였다.For mutagenesis, a mutagenesis kit from Toyoba was used. First, appropriate primers were designed and mutagenesis was performed according to the protocol provided in Toyoba's mutagenesis kit. The vector carrying the plasmid pKRA9 was grown at 37°C, and the plasmid was isolated using Invitrogen's Pure Link plasmid extraction kit. The vector was digested with XbaI and PstI, purified and prepared for ligation. Conjugation of the vector with the nucleotide sequence obtained in Example 1 was performed using a standard protocol known in the art. The conjugated plasmid was . E. coli BL21 cells were transfected. Early competent cells of BL-21 were prepared using calcium chloride methods known in the art. Transfection was performed using the heat shock method, plated on LB agar plates, and incubated overnight at 37°C. The resulting colonies were screened for activity.

실시예 3:Example 3:

상기 실시예에서 얻어진 각각의 돌연변이 클론을 30-50 ㎍/mL의 카나마이신 농도를 갖는 10 mL Luria Bertani(LB) 배지에서 28℃에서 18시간 동안 150rpm에서 성장시켰다. 배양 성장은 pH, 600 nm에서의 광학 밀도에 대해 확인하고, 원심분리하여 세포 펠렛을 얻고, 이를 세척하고 건조 중량 3-4%로 재현탁시켰다. 각각의 100 ㎕ 세포 현탁액을, 100 mM 인산염 완충액 pH 7.5에서, 1%w/v 페니실린, 0.5%w/v 아목시실린, 0.5%w/v 세팔렉신에서 15분 동안 인큐베이션하고, 메탄올성 아세트산 중의 4-(디메틸아미노)벤즈알데히드를 사용한 발색 반응에 의해 생성된 생성물을 결정하였다. 415 nm에서 측정된 +기호로 표시된 증가하는 색상 강도는 각 기질에 대한 각 돌연변이 클론의 특이성에 해당한다.Each of the mutant clones obtained in the above example was grown in 10 mL Luria Bertani (LB) medium having a kanamycin concentration of 30-50 μg/mL at 28° C. for 18 hours at 150 rpm. Culture growth was checked for optical density at pH, 600 nm, and centrifuged to obtain a cell pellet, which was washed and resuspended to 3-4% dry weight. Each 100 μl cell suspension was incubated for 15 minutes in 1% w/v penicillin, 0.5% w/v amoxicillin, 0.5% w/v cephalexin in 100 mM phosphate buffer pH 7.5 and 4-in methanolic acetic acid. The resulting product was determined by a color reaction using (dimethylamino)benzaldehyde. The increasing color intensity indicated by the + sign measured at 415 nm corresponds to the specificity of each mutant clone for each substrate.

Figure pct00002
Figure pct00002

실시예 4-8: DILBEADS-EG로서도 지칭되는 폴리(GMA-ter-EGDM-ter-AN) 삼원-중합체는 표 1에 기술된 바와 같은 조성 및 함량으로 구성되어 있다. Examples 4-8: Poly(GMA-ter-EGDM-ter-AN) terpolymer, also referred to as DILBEADS-EG, consists of the composition and content as described in Table 1.

Figure pct00003
Figure pct00003

질소 불활성 분위기에서, 110 g의 시클로헥산올을 포함하는 언급된 양의 각 단량체를 300 rpm에서 300 ml의 증류수와 교반하고, 70℃에서 4시간 동안 폴리비닐피롤리돈 및 아조비스이소부티로니트릴을 사용하여 중합시켰다. 반응 종료시 형성된 거대다공성(macroporous) 비드를 진공여과하고, 물로 세척하고, 메탄올에 밤새 담근 후, 진공여과하고 40℃에서 진공 오븐 건조하였다.In a nitrogen inert atmosphere, the mentioned amounts of each monomer comprising 110 g of cyclohexanol are stirred with 300 ml of distilled water at 300 rpm, and polyvinylpyrrolidone and azobisisobutyronitrile at 70° C. for 4 hours. was used for polymerization. The macroporous beads formed at the end of the reaction were vacuum filtered, washed with water, soaked in methanol overnight, vacuum filtered and dried in a vacuum oven at 40°C.

실시예 9: 시클로헥산올을 90:10 중량비의 시클로헥산올과 라우릴 알코올의 혼합물로 대체하여, 실시예 4에 따른 절차에 의해 삼원-중합체 시스템(ter-polymer system)을 제조하였다. Example 9: A ter-polymer system was prepared by the procedure according to Example 4, replacing cyclohexanol with a mixture of cyclohexanol and lauryl alcohol in a ratio of 90:10 by weight.

실시예 10: 시클로헥산올을 90:10 중량비의 시클로헥산올과 헥산올의 혼합물로 대체하여, 실시예 4에 따른 절차에 의해 삼원-중합체 시스템을 제조하였다. Example 10: A terpolymer system was prepared by the procedure according to Example 4, replacing cyclohexanol with a mixture of cyclohexanol and hexanol in a ratio of 90:10 by weight.

실시예 11-15: 하기 첨가제들을 사용하여 실시예 4에 따른 절차에 의해 삼원-중합체 시스템을 제조하였다. Examples 11-15: A terpolymer system was prepared by the procedure according to Example 4 using the following additives.

Figure pct00004
Figure pct00004

실시예 16-17: DILBEADS EGX로 치칭되는 폴리(ter-GMA-EGDM-DVB-ACN)의 조성 Examples 16-17: Composition of poly(ter-GMA-EGDM-DVB-ACN) termed DILBEADS EGX

Figure pct00005
Figure pct00005

질소 불활성 분위기에서, 125-150 g의 시클로헥산올을 포함하는 언급된 양의 각 단량체를 300 rpm에서 300 ml의 증류수와 교반하고, 70℃에서 4시간 동안 폴리비닐피롤리돈 및 아조비스이소부티로니트릴을 사용하여 중합시켰다. 반응 종료시 형성된 거대다공성 비드를 진공여과하고, 물로 세척하고, 메탄올에 밤새 담근 후, 진공여과하고 40℃에서 진공 오븐 건조하였다.In an inert nitrogen atmosphere, the mentioned amounts of each monomer comprising 125-150 g of cyclohexanol are stirred with 300 ml of distilled water at 300 rpm, and polyvinylpyrrolidone and azobisisobuty are stirred at 70° C. for 4 hours. Polymerization was carried out using ronitrile. The macroporous beads formed at the end of the reaction were vacuum filtered, washed with water, soaked in methanol overnight, vacuum filtered and dried in a vacuum oven at 40°C.

실시예 18: 시클로헥산올을 10:90 중량비의 이소아밀 알코올과 시클로헥산올의 혼합물로 대체하여, 실시예 8에 따른 절차에 의해 삼원-중합체 시스템을 제조하였다. Example 18: A terpolymer system was prepared by the procedure according to Example 8, replacing cyclohexanol with a mixture of isoamyl alcohol and cyclohexanol in a ratio of 10:90 by weight.

실시예 19: 시클로헥산올을 3:5 중량비의 도데칸올과 시클로헥산올의 혼합물로 대체하여, 실시예 16에 따른 절차에 의해 삼원-중합체 시스템을 제조하였다. Example 19: A terpolymer system was prepared by the procedure according to Example 16, replacing cyclohexanol with a mixture of dodecanol and cyclohexanol in a 3:5 weight ratio.

실시예 20: DILBEADS EGXAT: 1 g의 건조 DILBEADS EGX를 5 mL의 톨루엔 및 1 mL의 에틸렌디아민에 첨가하였다. 40℃에서 150시간 동안 인큐베이션하였다. 비드를 10부피의 물로 세척하고, 24시간 동안 10 mL의 메탄올에 담궜다. 10 mL의 물로로 2회 세척하고, 공기 중에서 건조시켰다. 5 mL의 물과 4 ml의 글루타르알데히드를 가하고, 200 rpm에서 1시간 동안 교반하였다. 글루타르알데히드가 완전히 제거될 때까지 물로 세척하고, 공기 중에서 건조하였다. Example 20: DILBEADS EGX AT : 1 g of dry DILBEADS EGX was added to 5 mL of toluene and 1 mL of ethylenediamine. Incubated at 40° C. for 150 hours. The beads were washed with 10 volumes of water and immersed in 10 mL of methanol for 24 hours. Washed twice with 10 mL of water and dried in air. 5 mL of water and 4 mL of glutaraldehyde were added, and the mixture was stirred at 200 rpm for 1 hour. It was washed with water until glutaraldehyde was completely removed and dried in air.

실시예 21:Example 21:

표 3: 삼원-중합체의 물리적 외관 및 다공성 데이터Table 3: Physical appearance and porosity data of terpolymers

Figure pct00006
Figure pct00006

실시예 22-27: 기질의 가수분해Examples 22-27: Hydrolysis of Substrates

Figure pct00007
Figure pct00007

mNPGA의 기질 가수분해Substrate hydrolysis of mNPGA

Figure pct00008
Figure pct00008

항생제 합성 활성antibiotic synthesis activity

Figure pct00009
Figure pct00009

실시예 28:Example 28:

실시예 3에 기재된 바와 같은 본 발명의 mNPGA 돌연변이체로부터, 인도 특허 제253959호에 기재된 방법에 의해 분리된 효소를 고정화하여 고정화된 생촉매를 제조하였다. 중합체 비드에 대한 고정화의 하기 측정 방법은 공유 고정화(covalent immobilization) 분야의 당업자에게 그 자체로 친숙하며, 완전성을 위해서만 상세하게 설명된다.From the mNPGA mutant of the present invention as described in Example 3, the enzyme isolated by the method described in Indian Patent No. 253959 was immobilized to prepare an immobilized biocatalyst. The following methods of determination of immobilization to polymer beads are familiar per se to those skilled in the art of covalent immobilization and are described in detail only for completeness.

1 g의 거대다공성 비드를 1M 인산칼륨 완충액(pH 7.5)에서 상기 PGA의 페니실린 G 100 유닛(Units)에 첨가하고, 25℃에서 48시간 동안 인큐베이션하였다. 거대다공성 중합체 비드를 진공 여과하고, 탈이온수로 3회 세척한 다음, 0.1M 인산칼 완충액(pH 7.5)으로 2회 세척하였다. PGA로 로딩된 얻어진 거대다공성 비드의 중량을 측정하였다. 고정화 후 팽윤 부피는 거대다공성 비드의 초기 부피의 1.1∼1.2배이다.1 g of macroporous beads were added to Penicillin G 100 Units of the PGA in 1M potassium phosphate buffer (pH 7.5) and incubated at 25° C. for 48 hours. The macroporous polymer beads were vacuum filtered, washed three times with deionized water, and then washed twice with 0.1M calcium phosphate buffer (pH 7.5). The resulting macroporous beads loaded with PGA were weighed. The swelling volume after immobilization is 1.1 to 1.2 times the initial volume of the macroporous beads.

Figure pct00010
Figure pct00010

Figure pct00011
Figure pct00011

실시예 29:Example 29: 아목시실린의 효소적 합성Enzymatic synthesis of amoxicillin

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.3에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 6-APA 그램당 200 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 6-APA 및 유리 또는 염산염 형태의 102-110 mM HPGME로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out in a stirred tank reactor at 20-25° C., pH 6.3 for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 6-APA and 102-110 mM HPGME in free or hydrochloride form, with 200 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 6-APA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00012
Figure pct00012

실시예 30: 암피실린의 효소적 합성Example 30: Enzymatic Synthesis of Ampicillin

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.3-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 6-APA 그램당 150-170 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 6-APA 및 105-110 mM PGME 염산염 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out in a stirred tank reactor at 20-25° C., pH 6.3-6.8 for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 6-APA and 105-110 mM PGME hydrochloride form, with 150-170 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 6-APA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00013
Figure pct00013

실시예 31: 세팔렉신의 효소적 합성Example 31: Enzymatic Synthesis of Cephalexin

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.3-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 7-ADCA 그램당 150-170 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 7-ADCA 및 105-110 mM PGME 염산염 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out in a stirred tank reactor at 20-25° C., pH 6.3-6.8 for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 7-ADCA and 105-110 mM PGME hydrochloride form, with 150-170 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 7-ADCA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00014
Figure pct00014

실시예 32: 세파드록실의 효소적 합성Example 32: Enzymatic Synthesis of Cefadroxil

교반 탱크 반응기에서 3시간 동안 20-25℃, pH 6.3-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 7-ADCA 그램당 200 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 7-ADCA 및 110 mM HPGME 염산염 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out in a stirred tank reactor at 20-25° C., pH 6.3-6.8 for 3 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 7-ADCA and 110 mM HPGME hydrochloride form, with 200 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 7-ADCA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00015
Figure pct00015

실시예 33: 세파클러의 효소적 합성Example 33: Enzymatic Synthesis of Cefaclor

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.5-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 7-ACCA 그램당 225 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 7-ACCA 및 120 mM PGME 염산염 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out at 20-25° C., pH 6.5-6.8 in a stirred tank reactor for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 7-ACCA and 120 mM PGME hydrochloride form, with 225 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 7-ACCA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00016
Figure pct00016

실시예 34: 세프프로질의 효소적 합성Example 34: Enzymatic Synthesis of Cefprozil

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.5-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 7-APCA 그램당 225 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 7-APCA 및 120 mM PGME 염산염 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out at 20-25° C., pH 6.5-6.8 in a stirred tank reactor for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 7-APCA and 120 mM PGME hydrochloride form, with 225 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 7-APCA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00017
Figure pct00017

실시예 35: 세프라딘의 효소적 합성Example 35: Enzymatic Synthesis of Cepradine

교반 탱크 반응기에서 2시간 동안 20-25℃, pH 6.3-6.8에서 반응을 수행하였다. 반응 혼합물은, 10 mL의 물 중 7-ADCA 그램당 250 U의 고정화된 효소 촉매와 함께, 100 mM 7-ADCA 및 130 mM HPGME 형태로 구성된다. 일정한 시간 간격으로 샘플을 채취하여 반응 과정을 모니터링하고 HPLC로 분석하였다.The reaction was carried out in a stirred tank reactor at 20-25° C., pH 6.3-6.8 for 2 hours. The reaction mixture consists of 100 mM 7-ADCA and 130 mM HPGME form, with 250 U of immobilized enzyme catalyst per gram of 7-ADCA in 10 mL of water. Samples were taken at regular time intervals to monitor the course of the reaction and analyzed by HPLC.

Figure pct00018
Figure pct00018

본 발명의 장점:Advantages of the present invention:

1. 이와 같이 얻어진 효소는 아목시실린, 암피실린, 세팔렉신, 세파드록실, 세파클러 등과 같은 반합성 β-락탐 항생제의 효소적 합성에 적합한 것으로 밝혀졌고, 상기 효소를 사용한 효소적 방법은 상업적으로 실행가능하다.1. The enzyme thus obtained was found to be suitable for the enzymatic synthesis of semisynthetic β-lactam antibiotics such as amoxicillin, ampicillin, cephalexin, cefadroxil, cefaclor, etc., and the enzymatic method using the enzyme is commercially viable .

2. 추가 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소는 에폭시 폴리아크릴레이트 수지의 맞춤형 삼원-중합체 시스템에 고정화되고, 반합성 β-락탐 항생제의 생산방법에서 재활용가능성 및 적합성에 대해 평가된다.2. Additional mutant penicillin acylase enzymes are immobilized in a custom terpolymer system of epoxy polyacrylate resins and evaluated for recyclability and suitability in the production method of semisynthetic β-lactam antibiotics.

3. 고정화된 형태의 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소 및 원료 투입, 반응 조건 및 생성물 분리를 포함한 공정 파라미터는 상업적으로 실행가능하도록 설계된다.3. The immobilized form of the mutant penicillin acylase enzyme and the process parameters including raw material input, reaction conditions and product isolation are designed to be commercially viable.

4. 고정화된 생촉매의 활성은 효소 과정에서 재활용 후 90%로 유지된다.4. The activity of the immobilized biocatalyst is maintained at 90% after recycling in the enzymatic process.

<110> Fermenta Biotech Ltd. <120> Mutant Penicillin G acylases of Achromobacter CCM4824 <130> PN0978IM <150> IN 202021000782 <151> 2020-01-08 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 2592 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Recombinant DNA <400> 1 atgaagcagc aatggttgtc ggccgccctg ttggcggcca gttcgtgcct gcccgcgatg 60 gcggcgcagc cggtggcgcc agccgccggc cagacgtccg aggcggttgc ggcacggccc 120 caaaccgccg atggcaaggt cacgatccgg cgcgatgcct acggcatgcc gcatgtctat 180 gccgacacgg tgtacggcat cttctacggc tacggctacg cggtggcgca ggaccggctg 240 ttccagatgg agatggcgcg gcgcagcacc cagggccggg tggccgaggt gctgggcgcc 300 tcgatggtgg gcttcgacaa gtcgatccgc gccaatttct cgcccgagcg catccagcgc 360 cagttggcgg cgctgccggc cgccgaccgc caggtgctgg acggctacgc ggctggcatg 420 aacgcctggc tggcgcgggt gcgggcccag ccgggccaac tgatgcccaa ggaattcaat 480 gacctgggtt tcgcgccggc cgactggacc gcctacgacg tggcgatgat cttcgtcggc 540 accatggcca accgcttttc ggacgccaac agcgagatcg acaacctggc gctgctgacg 600 gcgttgaagg accggcatgg cgccgccgat gccatgcgca tcttcaacca gttgcgctgg 660 ctgaccgaca gccgcgcgcc gaccacggtg ccggccgaag cgggcagcta ccagccgccg 720 gtgttccagc cggacggcgc ggacccgctg gcctacgcgc tgccgcgcta cgacggcacg 780 ccgccgatgc tcgagcgggt ggtgcgcgac ccggccacgc ggggcgtggt cgacggcgcg 840 ccggcgacgc tgcgggcgca actggccgcc caatacgcgc aatcgggcca gcccggcatc 900 gccggctttc cgaccaccag caatatgtgg atcgtgggcc gcgaccacgc caaggacgcg 960 cgctcgatcc tgctgaacgg cccgcagttc ggctggtgga atccggccta tacctacggc 1020 atcggcttgc acggcgccgg cttcgacgtg gtcggcaaca cgccgttcgc ctatcccagc 1080 attctgttcg gccacaatgc acacgtgacg tggggttcga ccgcgggctt cggcgatgac 1140 gtcgacatct ttgccgaaaa gctcgatccc gccgaccgca cgcgctattt ccacgacggc 1200 caatggaaga cgctggaaaa gcgcaccgac ctgatcctgg tgaaggacgc ggcgccagtg 1260 acgctggacg tgtaccgcag cgtgcatggc ctgatcgtca agttcgacga cgcgcagcac 1320 gtggcctacg ccaaggcgcg cgcctgggaa ggctatgaac tgcaatcgct gatggcctgg 1380 acccgcaaga cgcaatcggc caactgggaa cagtggaagg cgcaggcggc gcgccatgcg 1440 ctgaccatca actggtacta cgccgacgac cgcggcaaca ttggctacgc gcacacgggc 1500 ttctatccca ggcgccgtcc gggccacgat ccgcgcctgc cggtgcccgg caccggcgag 1560 atggactggc tgggcctgct gccgttctct accaatccgc aggtctacaa cccgcgccag 1620 ggcttcatcg ccaactggaa caaccagccg atgcgcggct acccgtccac cgacctgttc 1680 gccatcgtct ggggccaggc cgaccgctac gccgagatcg agacgcgcct gaaggccatg 1740 accgcgaacg gaggcaaggt cagcgcgcag cagatgtggg acctgatccg caccaccagc 1800 tacgccgacg tcaaccgccg tcatttcctg ccgttcctgc aacgcgcggt gcaagggctg 1860 ccggcggatg atccgcgcgt gcgcctggtg gccggcctgg cggcctggga cggcatgatg 1920 accagcgagc gccaaccggg ttacttcgac aacgccggcc cggcggtcat ggacgcgtgg 1980 ctgcgcgcca tgctgcggcg cacgctggcc gacgagatgc cggccgactt cttcaagtgg 2040 tacagcgcca ccggctaccc gacaccgcag gcgccggcca ccggttcgct caacctgacc 2100 accggcgtca aggtgctgtt caacgccctg gccgggcccg aggctggcgt gccgcagcgc 2160 tatgacttct tcaacggcgc gcgcgccgac gacgtcatcc tcgcggcgct ggacgatgcg 2220 ctggcggcgc tgcgccaggc ctatggccag gatccggcgg catggaagat cccggcgccg 2280 ccgatggtgt tcgcgcccaa gaacttcctg ggcgtgccgc aggccgacgc caaggcggtg 2340 ctgtgctatc gggccacgca gaaccgcggc accgagaaca acatgacggt gttcgacggt 2400 aaatcggtgc gcgcggtgga tgtggtggcg ccggggcaga gcggcttcgt cgccccggac 2460 ggcacgccgt cgccgcacac ccgcgaccag ttcgacctgt acaacacctt cggcagcaaa 2520 cgggtgtggt tcacggccga tgaggtgcgg cgcaacgcta cgtcggaaga gacgttgcgc 2580 tacccgcggt aa 2592 <210> 2 <211> 863 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Protein sequence of penicillin G acylase produced by Achromobacter CCM4824 <400> 2 Met Lys Gln Gln Trp Leu Ser Ala Ala Leu Leu Ala Ala Ser Ser Cys 1 5 10 15 Leu Pro Ala Met Ala Ala Gln Pro Val Ala Pro Ala Ala Gly Gln Thr 20 25 30 Ser Glu Ala Val Ala Ala Arg Pro Gln Thr Ala Asp Gly Lys Val Thr 35 40 45 Ile Arg Arg Asp Ala Tyr Gly Met Pro His Val Tyr Ala Asp Thr Val 50 55 60 Tyr Gly Ile Phe Tyr Gly Tyr Gly Tyr Ala Val Ala Gln Asp Arg Leu 65 70 75 80 Phe Gln Met Glu Met Ala Arg Arg Ser Thr Gln Gly Arg Val Ala Glu 85 90 95 Val Leu Gly Ala Ser Met Val Gly Phe Asp Lys Ser Ile Arg Ala Asn 100 105 110 Phe Ser Pro Glu Arg Ile Gln Arg Gln Leu Ala Ala Leu Pro Ala Ala 115 120 125 Asp Arg Gln Val Leu Asp Gly Tyr Ala Ala Gly Met Asn Ala Trp Leu 130 135 140 Ala Arg Val Arg Ala Gln Pro Gly Gln Leu Met Pro Lys Glu Phe Asn 145 150 155 160 Asp Leu Gly Phe Ala Pro Ala Asp Trp Thr Ala Tyr Asp Val Ala Met 165 170 175 Ile Phe Val Gly Thr Met Ala Asn Arg Phe Ser Asp Ala Asn Ser Glu 180 185 190 Ile Asp Asn Leu Ala Leu Leu Thr Ala Leu Lys Asp Arg His Gly Ala 195 200 205 Ala Asp Ala Met Arg Ile Phe Asn Gln Leu Arg Trp Leu Thr Asp Ser 210 215 220 Arg Ala Pro Thr Thr Val Pro Ala Glu Ala Gly Ser Tyr Gln Pro Pro 225 230 235 240 Val Phe Gln Pro Asp Gly Ala Asp Pro Leu Ala Tyr Ala Leu Pro Arg 245 250 255 Tyr Asp Gly Thr Pro Pro Met Leu Glu Arg Val Val Arg Asp Pro Ala 260 265 270 Thr Arg Gly Val Val Asp Gly Ala Pro Ala Thr Leu Arg Ala Gln Leu 275 280 285 Ala Ala Gln Tyr Ala Gln Ser Gly Gln Pro Gly Ile Ala Gly Phe Pro 290 295 300 Thr Thr Ser Asn Met Trp Ile Val Gly Arg Asp His Ala Lys Asp Ala 305 310 315 320 Arg Ser Ile Leu Leu Asn Gly Pro Gln Phe Gly Trp Trp Asn Pro Ala 325 330 335 Tyr Thr Tyr Gly Ile Gly Leu His Gly Ala Gly Phe Asp Val Val Gly 340 345 350 Asn Thr Pro Phe Ala Tyr Pro Ser Ile Leu Phe Gly His Asn Ala His 355 360 365 Val Thr Trp Gly Ser Thr Ala Gly Phe Gly Asp Asp Val Asp Ile Phe 370 375 380 Ala Glu Lys Leu Asp Pro Ala Asp Arg Thr Arg Tyr Phe His Asp Gly 385 390 395 400 Gln Trp Lys Thr Leu Glu Lys Arg Thr Asp Leu Ile Leu Val Lys Asp 405 410 415 Ala Ala Pro Val Thr Leu Asp Val Tyr Arg Ser Val His Gly Leu Ile 420 425 430 Val Lys Phe Asp Asp Ala Gln His Val Ala Tyr Ala Lys Ala Arg Ala 435 440 445 Trp Glu Gly Tyr Glu Leu Gln Ser Leu Met Ala Trp Thr Arg Lys Thr 450 455 460 Gln Ser Ala Asn Trp Glu Gln Trp Lys Ala Gln Ala Ala Arg His Ala 465 470 475 480 Leu Thr Ile Asn Trp Tyr Tyr Ala Asp Asp Arg Gly Asn Ile Gly Tyr 485 490 495 Ala His Thr Gly Phe Tyr Pro Arg Arg Arg Pro Gly His Asp Pro Arg 500 505 510 Leu Pro Val Pro Gly Thr Gly Glu Met Asp Trp Leu Gly Leu Leu Pro 515 520 525 Phe Ser Thr Asn Pro Gln Val Tyr Asn Pro Arg Gln Gly Phe Ile Ala 530 535 540 Asn Trp Asn Asn Gln Pro Met Arg Gly Tyr Pro Ser Thr Asp Leu Phe 545 550 555 560 Ala Ile Val Trp Gly Gln Ala Asp Arg Tyr Ala Glu Ile Glu Thr Arg 565 570 575 Leu Lys Ala Met Thr Ala Asn Gly Gly Lys Val Ser Ala Gln Gln Met 580 585 590 Trp Asp Leu Ile Arg Thr Thr Ser Tyr Ala Asp Val Asn Arg Arg His 595 600 605 Phe Leu Pro Phe Leu Gln Arg Ala Val Gln Gly Leu Pro Ala Asp Asp 610 615 620 Pro Arg Val Arg Leu Val Ala Gly Leu Ala Ala Trp Asp Gly Met Met 625 630 635 640 Thr Ser Glu Arg Gln Pro Gly Tyr Phe Asp Asn Ala Gly Pro Ala Val 645 650 655 Met Asp Ala Trp Leu Arg Ala Met Leu Arg Arg Thr Leu Ala Asp Glu 660 665 670 Met Pro Ala Asp Phe Phe Lys Trp Tyr Ser Ala Thr Gly Tyr Pro Thr 675 680 685 Pro Gln Ala Pro Ala Thr Gly Ser Leu Asn Leu Thr Thr Gly Val Lys 690 695 700 Val Leu Phe Asn Ala Leu Ala Gly Pro Glu Ala Gly Val Pro Gln Arg 705 710 715 720 Tyr Asp Phe Phe Asn Gly Ala Arg Ala Asp Asp Val Ile Leu Ala Ala 725 730 735 Leu Asp Asp Ala Leu Ala Ala Leu Arg Gln Ala Tyr Gly Gln Asp Pro 740 745 750 Ala Ala Trp Lys Ile Pro Ala Pro Pro Met Val Phe Ala Pro Lys Asn 755 760 765 Phe Leu Gly Val Pro Gln Ala Asp Ala Lys Ala Val Leu Cys Tyr Arg 770 775 780 Ala Thr Gln Asn Arg Gly Thr Glu Asn Asn Met Thr Val Phe Asp Gly 785 790 795 800 Lys Ser Val Arg Ala Val Asp Val Val Ala Pro Gly Gln Ser Gly Phe 805 810 815 Val Ala Pro Asp Gly Thr Pro Ser Pro His Thr Arg Asp Gln Phe Asp 820 825 830 Leu Tyr Asn Thr Phe Gly Ser Lys Arg Val Trp Phe Thr Ala Asp Glu 835 840 845 Val Arg Arg Asn Ala Thr Ser Glu Glu Thr Leu Arg Tyr Pro Arg 850 855 860 <110> Fermenta Biotech Ltd. <120> Mutant Penicillin G acylases of Achromobacter CCM4824 <130> PN0978IM <150> IN 202021000782 <151> 2020-01-08 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 2592 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Recombinant DNA <400> 1 atgaagcagc aatggttgtc ggccgccctg ttggcggcca gttcgtgcct gcccgcgatg 60 gcggcgcagc cggtggcgcc agccgccggc cagacgtccg aggcggttgc ggcacggccc 120 caaaccgccg atggcaaggt cacgatccgg cgcgatgcct acggcatgcc gcatgtctat 180 gccgacacgg tgtacggcat cttctacggc tacggctacg cggtggcgca ggaccggctg 240 ttccagatgg agatggcgcg gcgcagcacc cagggccggg tggccgaggt gctgggcgcc 300 tcgatggtgg gcttcgacaa gtcgatccgc gccaatttct cgcccgagcg catccagcgc 360 cagttggcgg cgctgccggc cgccgaccgc caggtgctgg acggctacgc ggctggcatg 420 aacgcctggc tggcgcgggt gcgggcccag ccgggccaac tgatgcccaa ggaattcaat 480 gacctgggtt tcgcgccggc cgactggacc gcctacgacg tggcgatgat cttcgtcggc 540 accatggcca accgcttttc ggacgccaac agcgagatcg acaacctggc gctgctgacg 600 gcgttgaagg accggcatgg cgccgccgat gccatgcgca tcttcaacca gttgcgctgg 660 ctgaccgaca gccgcgcgcc gaccacggtg ccggccgaag cgggcagcta ccagccgccg 720 gtgttccagc cggacggcgc ggacccgctg gcctacgcgc tgccgcgcta cgacggcacg 780 ccgccgatgc tcgagcgggt ggtgcgcgac ccggccacgc ggggcgtggt cgacggcgcg 840 ccggcgacgc tgcgggcgca actggccgcc caatacgcgc aatcgggcca gcccggcatc 900 gccggctttc cgaccaccag caatatgtgg atcgtgggcc gcgaccacgc caaggacgcg 960 cgctcgatcc tgctgaacgg cccgcagttc ggctggtgga atccggccta tacctacggc 1020 atcggcttgc acggcgccgg cttcgacgtg gtcggcaaca cgccgttcgc ctatcccagc 1080 attctgttcg gccacaatgc acacgtgacg tggggttcga ccgcgggctt cggcgatgac 1140 gtcgacatct ttgccgaaaa gctcgatccc gccgaccgca cgcgctattt ccacgacggc 1200 caatggaaga cgctggaaaa gcgcaccgac ctgatcctgg tgaaggacgc ggcgccagtg 1260 acgctggacg tgtaccgcag cgtgcatggc ctgatcgtca agttcgacga cgcgcagcac 1320 gtggcctacg ccaaggcgcg cgcctgggaa ggctatgaac tgcaatcgct gatggcctgg 1380 acccgcaaga cgcaatcggc caactgggaa cagtggaagg cgcaggcggc gcgccatgcg 1440 ctgaccatca actggtacta cgccgacgac cgcggcaaca ttggctacgc gcacacgggc 1500 ttctatccca ggcgccgtcc gggccacgat ccgcgcctgc cggtgcccgg caccggcgag 1560 atggactggc tgggcctgct gccgttctct accaatccgc aggtctacaa cccgcgccag 1620 ggcttcatcg ccaactggaa caaccagccg atgcgcggct acccgtccac cgacctgttc 1680 gccatcgtct ggggccaggc cgaccgctac gccgagatcg agacgcgcct gaaggccatg 1740 accgcgaacg gaggcaaggt cagcgcgcag cagatgtggg acctgatccg caccaccagc 1800 tacgccgacg tcaaccgccg tcatttcctg ccgttcctgc aacgcgcggt gcaagggctg 1860 ccggcggatg atccgcgcgt gcgcctggtg gccggcctgg cggcctggga cggcatgatg 1920 accagcgagc gccaaccggg ttacttcgac aacgccggcc cggcggtcat ggacgcgtgg 1980 ctgcgcgcca tgctgcggcg cacgctggcc gacgagatgc cggccgactt cttcaagtgg 2040 tacagcgcca ccggctaccc gacaccgcag gcgccggcca ccggttcgct caacctgacc 2100 accggcgtca aggtgctgtt caacgccctg gccgggcccg aggctggcgt gccgcagcgc 2160 tatgacttct tcaacggcgc gcgcgccgac gacgtcatcc tcgcggcgct ggacgatgcg 2220 ctggcggcgc tgcgccaggc ctatggccag gatccggcgg catggaagat cccggcgccg 2280 ccgatggtgt tcgcgcccaa gaacttcctg ggcgtgccgc aggccgacgc caaggcggtg 2340 ctgtgctatc gggccacgca gaaccgcggc accgagaaca acatgacggt gttcgacggt 2400 aaatcggtgc gcgcggtgga tgtggtggcg ccggggcaga gcggcttcgt cgccccggac 2460 ggcacgccgt cgccgcacac ccgcgaccag ttcgacctgt acaacacctt cggcagcaaa 2520 cgggtgtggt tcacggccga tgaggtgcgg cgcaacgcta cgtcggaaga gacgttgcgc 2580 tacccgcggt aa 2592 <210> 2 <211> 863 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Protein sequence of penicillin G acylase produced by Achromobacter CCM4824 <400> 2 Met Lys Gln Gln Trp Leu Ser Ala Ala Leu Leu Ala Ala Ser Ser Cys 1 5 10 15 Leu Pro Ala Met Ala Ala Gln Pro Val Ala Pro Ala Ala Gly Gln Thr 20 25 30 Ser Glu Ala Val Ala Ala Arg Pro Gln Thr Ala Asp Gly Lys Val Thr 35 40 45 Ile Arg Arg Asp Ala Tyr Gly Met Pro His Val Tyr Ala Asp Thr Val 50 55 60 Tyr Gly Ile Phe Tyr Gly Tyr Gly Tyr Ala Val Ala Gln Asp Arg Leu 65 70 75 80 Phe Gln Met Glu Met Ala Arg Arg Ser Thr Gln Gly Arg Val Ala Glu 85 90 95 Val Leu Gly Ala Ser Met Val Gly Phe Asp Lys Ser Ile Arg Ala Asn 100 105 110 Phe Ser Pro Glu Arg Ile Gln Arg Gln Leu Ala Ala Leu Pro Ala Ala 115 120 125 Asp Arg Gln Val Leu Asp Gly Tyr Ala Ala Gly Met Asn Ala Trp Leu 130 135 140 Ala Arg Val Arg Ala Gln Pro Gly Gln Leu Met Pro Lys Glu Phe Asn 145 150 155 160 Asp Leu Gly Phe Ala Pro Ala Asp Trp Thr Ala Tyr Asp Val Ala Met 165 170 175 Ile Phe Val Gly Thr Met Ala Asn Arg Phe Ser Asp Ala Asn Ser Glu 180 185 190 Ile Asp Asn Leu Ala Leu Leu Thr Ala Leu Lys Asp Arg His Gly Ala 195 200 205 Ala Asp Ala Met Arg Ile Phe Asn Gln Leu Arg Trp Leu Thr Asp Ser 210 215 220 Arg Ala Pro Thr Thr Val Pro Ala Glu Ala Gly Ser Tyr Gln Pro Pro 225 230 235 240 Val Phe Gln Pro Asp Gly Ala Asp Pro Leu Ala Tyr Ala Leu Pro Arg 245 250 255 Tyr Asp Gly Thr Pro Pro Met Leu Glu Arg Val Val Arg Asp Pro Ala 260 265 270 Thr Arg Gly Val Val Asp Gly Ala Pro Ala Thr Leu Arg Ala Gln Leu 275 280 285 Ala Ala Gln Tyr Ala Gln Ser Gly Gln Pro Gly Ile Ala Gly Phe Pro 290 295 300 Thr Thr Ser Asn Met Trp Ile Val Gly Arg Asp His Ala Lys Asp Ala 305 310 315 320 Arg Ser Ile Leu Leu Asn Gly Pro Gln Phe Gly Trp Trp Asn Pro Ala 325 330 335 Tyr Thr Tyr Gly Ile Gly Leu His Gly Ala Gly Phe Asp Val Val Gly 340 345 350 Asn Thr Pro Phe Ala Tyr Pro Ser Ile Leu Phe Gly His Asn Ala His 355 360 365 Val Thr Trp Gly Ser Thr Ala Gly Phe Gly Asp Asp Val Asp Ile Phe 370 375 380 Ala Glu Lys Leu Asp Pro Ala Asp Arg Thr Arg Tyr Phe His Asp Gly 385 390 395 400 Gln Trp Lys Thr Leu Glu Lys Arg Thr Asp Leu Ile Leu Val Lys Asp 405 410 415 Ala Ala Pro Val Thr Leu Asp Val Tyr Arg Ser Val His Gly Leu Ile 420 425 430 Val Lys Phe Asp Asp Ala Gln His Val Ala Tyr Ala Lys Ala Arg Ala 435 440 445 Trp Glu Gly Tyr Glu Leu Gln Ser Leu Met Ala Trp Thr Arg Lys Thr 450 455 460 Gln Ser Ala Asn Trp Glu Gln Trp Lys Ala Gln Ala Ala Arg His Ala 465 470 475 480 Leu Thr Ile Asn Trp Tyr Tyr Ala Asp Asp Arg Gly Asn Ile Gly Tyr 485 490 495 Ala His Thr Gly Phe Tyr Pro Arg Arg Arg Pro Gly His Asp Pro Arg 500 505 510 Leu Pro Val Pro Gly Thr Gly Glu Met Asp Trp Leu Gly Leu Leu Pro 515 520 525 Phe Ser Thr Asn Pro Gln Val Tyr Asn Pro Arg Gln Gly Phe Ile Ala 530 535 540 Asn Trp Asn Asn Gln Pro Met Arg Gly Tyr Pro Ser Thr Asp Leu Phe 545 550 555 560 Ala Ile Val Trp Gly Gln Ala Asp Arg Tyr Ala Glu Ile Glu Thr Arg 565 570 575 Leu Lys Ala Met Thr Ala Asn Gly Gly Lys Val Ser Ala Gln Gln Met 580 585 590 Trp Asp Leu Ile Arg Thr Thr Ser Tyr Ala Asp Val Asn Arg Arg His 595 600 605 Phe Leu Pro Phe Leu Gln Arg Ala Val Gln Gly Leu Pro Ala Asp Asp 610 615 620 Pro Arg Val Arg Leu Val Ala Gly Leu Ala Ala Trp Asp Gly Met Met 625 630 635 640 Thr Ser Glu Arg Gln Pro Gly Tyr Phe Asp Asn Ala Gly Pro Ala Val 645 650 655 Met Asp Ala Trp Leu Arg Ala Met Leu Arg Arg Thr Leu Ala Asp Glu 660 665 670 Met Pro Ala Asp Phe Phe Lys Trp Tyr Ser Ala Thr Gly Tyr Pro Thr 675 680 685 Pro Gln Ala Pro Ala Thr Gly Ser Leu Asn Leu Thr Thr Gly Val Lys 690 695 700 Val Leu Phe Asn Ala Leu Ala Gly Pro Glu Ala Gly Val Pro Gln Arg 705 710 715 720 Tyr Asp Phe Phe Asn Gly Ala Arg Ala Asp Asp Val Ile Leu Ala Ala 725 730 735 Leu Asp Asp Ala Leu Ala Ala Leu Arg Gln Ala Tyr Gly Gln Asp Pro 740 745 750 Ala Ala Trp Lys Ile Pro Ala Pro Pro Met Val Phe Ala Pro Lys Asn 755 760 765 Phe Leu Gly Val Pro Gln Ala Asp Ala Lys Ala Val Leu Cys Tyr Arg 770 775 780 Ala Thr Gln Asn Arg Gly Thr Glu Asn Asn Met Thr Val Phe Asp Gly 785 790 795 800 Lys Ser Val Arg Ala Val Asp Val Val Ala Pro Gly Gln Ser Gly Phe 805 810 815 Val Ala Pro Asp Gly Thr Pro Ser Pro His Thr Arg Asp Gln Phe Asp 820 825 830 Leu Tyr Asn Thr Phe Gly Ser Lys Arg Val Trp Phe Thr Ala Asp Glu 835 840 845 Val Arg Arg Asn Ala Thr Ser Glu Glu Thr Leu Arg Tyr Pro Arg 850 855 860

Claims (10)

반-합성 β-람탐 항생제를 제조하기 위한 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 DNA 서열에 의해 코딩된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제로서,
상기 돌연변이가 서열번호 2의 폴리펩타이드를 갖는 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 아미노산 넘버링에 따른 아미노산 위치 A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 및 B484로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위-지정 돌연변이유발에 의해 생성되고;
상기 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제가
(a) 아미노산 위치 1-40에서의 40개 아미노산으로 구성된 신호 펩타이드,
(b) A1 내지 A209로 표시되는, 아미노산 위치 41-249에서의 209개 아미노산으로 구성된 α-서브유닛,
(c) 아미노산 위치 250-306에서의 57개 아미노산으로 구성된 연결 펩타이드, 및
(d) B1 내지 B557로 표시되는, 아미노산 위치 307-863에서의 557개 아미노산 으로 구성된 β-서브유닛
으로 구성된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.
A mutant penicillin G acylase encoded by the DNA sequence of penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824 for the preparation of semi-synthetic β-ramtam antibiotics,
Amino acid positions A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, according to amino acid numbering of penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824, wherein the mutation has the polypeptide of SEQ ID NO: 2; produced by site-directed mutagenesis having substitution of one or more amino acid positions selected from the group consisting of A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 and B484;
The penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824
(a) a signal peptide consisting of 40 amino acids at amino acid positions 1-40;
(b) the α-subunit consisting of 209 amino acids at amino acid positions 41-249, represented by A1 to A209;
(c) a linking peptide consisting of 57 amino acids at amino acid positions 250-306, and
(d) a β-subunit consisting of 557 amino acids at amino acid positions 307-863, denoted by B1 to B557
A mutant penicillin G acylase composed of
제1항에 있어서, 상기 돌연변이가 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위-지정 돌연변이에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제:
(i) 아미노산 위치 A3에서의 돌연변이는 알라닌(A)을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함하고,
(ii) 아미노산 위치 A27에서의 돌연변이는 이소류신을 아스파라긴(N) 또는 프롤린(P)으로 치환하는 것을 포함하고,
(iii) 아미노산 위치 A77에서의 돌연변이는 아르기닌(R)을 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함하고,
(iv) 아미노산 위치 A144에서의 돌연변이는 아스파라긴(N)을 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함하고,
(v) 아미노산 위치 A145에서의 돌연변이는 아르기닌(R)을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함하고,
(vi) 아미노산 위치 A146에서의 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함하고,
(vii) 아미노산 위치 A192에서의 돌연변이는 알라닌(A)을 글루탐산(E)으로 치환하는 것을 포함하고,
(viii) 아미노산 위치 A195에서의 돌연변이는 글라이신(G)을 류신(L)으로 치환하는 것을 포함하고,
(ix) 아미노산 위치 A196에서의 돌연변이는 세린을 트레오닌(T) 또는 류신(L)으로 치환하는 것을 포함하고,
(x) 아미노산 위치 B23에서의 돌연변이는 글루타민(Q)을 글라이신(G)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xi) 아미노산 위치 B24에서의 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xii) 아미노산 위치 B31에서의 돌연변이는 타이로신(Y)을 세린(S)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xiii) 아미노산 위치 B57에서의 돌연변이는 페닐알라닌(F)을 알라닌(A)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xiv) 아미노산 위치 B69에서의 돌연변이는 알라닌(A)을 글라이신(G)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xv) 아미노산 위치 B77에서의 돌연변이는 이소류신(I)을 시스테인(C)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xvi) 아미노산 위치 B313에서의 돌연변이는 글라이신(G)을 발린(V)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xvii) 아미노산 위치 B464에서의 돌연변이는 트레오닌을 글루타민(Q) 또는 세린(S)으로 치환하는 것을 포함하고,
(xviii) 아미노산 위치 B484에서의 돌연변이는 아스파라긴(N)을 세린(S) 또는 트레오닌(T)으로 치환하는 것을 포함한다.
The mutant penicillin G acylase of claim 1 , wherein said mutation is generated by site-directed mutation with substitution of one or more amino acid positions selected from the group consisting of:
(i) the mutation at amino acid position A3 comprises substituting alanine (A) for leucine (L);
(ii) the mutation at amino acid position A27 comprises substituting isoleucine for asparagine (N) or proline (P);
(iii) the mutation at amino acid position A77 comprises substituting arginine (R) for threonine (T);
(iv) the mutation at amino acid position A144 comprises substituting asparagine (N) for threonine (T);
(v) the mutation at amino acid position A145 comprises replacing arginine (R) with leucine (L);
(vi) the mutation at amino acid position A146 comprises substituting alanine (A) for phenylalanine (F);
(vii) the mutation at amino acid position A192 comprises substituting alanine (A) for glutamic acid (E);
(viii) the mutation at amino acid position A195 comprises replacing glycine (G) with leucine (L);
(ix) the mutation at amino acid position A196 comprises substituting serine for threonine (T) or leucine (L);
(x) the mutation at amino acid position B23 comprises replacing glutamine (Q) with glycine (G);
(xi) the mutation at amino acid position B24 comprises substituting alanine (A) for phenylalanine (F);
(xii) the mutation at amino acid position B31 comprises replacing tyrosine (Y) with serine (S);
(xiii) the mutation at amino acid position B57 comprises substituting alanine (A) for phenylalanine (F);
(xiv) the mutation at amino acid position B69 comprises substituting alanine (A) for glycine (G);
(xv) the mutation at amino acid position B77 comprises replacing isoleucine (I) with cysteine (C);
(xvi) the mutation at amino acid position B313 comprises replacing glycine (G) with valine (V);
(xvii) the mutation at amino acid position B464 comprises substituting threonine for glutamine (Q) or serine (S);
(xviii) the mutation at amino acid position B484 comprises the substitution of asparagine (N) with serine (S) or threonine (T).
제2항에 있어서, 상기 아미노산 치환이 [A3+A192+196], [A3+A145+A192+A27], [A145+B77], [A3+A145+B31], [A145+A192+B69] 및 [A145+A146+B313]으로 이루어진 군으로부터 선택된 치환과 조합된 B24 위치에서의 치환을 갖는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.3. The method of claim 2, wherein said amino acid substitution is [A3+A192+196], [A3+A145+A192+A27], [A145+B77], [A3+A145+B31], [A145+A192+B69] and A mutant penicillin G acylase having a substitution at position B24 in combination with a substitution selected from the group consisting of [A145+A146+B313]. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 페니실린 G 아실라아제가, 돌연변이 페니실린 아실라아제를 코딩하는 서열번호 1과 적어도 60%의 유사성을 갖는 뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.The mutant penicillin G acylase of claim 1, wherein the mutant penicillin G acylase is encoded by a nucleotide sequence having at least 60% similarity to SEQ ID NO: 1, which encodes the mutant penicillin acylase. . 제4항에 있어서, 상기 서열번호 1이 이. 콜라이(E. coli) BL21에서 발현되는 플라스미드 pKARA9 상에 존재하는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.5. The method of claim 4, wherein SEQ ID NO: 1 is E. A mutant penicillin G acylase, characterized in that it is present on the plasmid pKARA9 expressed in E. coli BL21. 제5항에 있어서, 생성된 돌연변이 이. 콜라이(E. coli) BL21가 MTCC 25429로 기탁되어 있는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.6. The method of claim 5, wherein the resulting mutant E. A mutant penicillin G acylase, characterized in that E. coli BL21 is deposited as MTCC 25429. 제1항에 있어서, 상기 돌연변이 페니실린 아실라아제 효소가 자유 라디칼 현탁 중합에 의해 합성된 삼원-중합체에 고정화되어 있고, 단량체 성분은 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), 알릴 글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(EGDM), 디비닐벤젠(DVB), 에틸 메타크릴레이트(EMA), 메틸 메타크릴레이트(MMA) 및 아크릴로니트릴(AN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제.The method of claim 1, wherein the mutant penicillin acylase enzyme is immobilized on a terpolymer synthesized by free radical suspension polymerization, and the monomer component is glycidyl methacrylate (GMA), allyl glycidyl ether, ethylene Mutant penicillin, characterized in that it is selected from the group consisting of glycol dimethacrylate (EGDM), divinylbenzene (DVB), ethyl methacrylate (EMA), methyl methacrylate (MMA) and acrylonitrile (AN) G acylase. 6-아미노페니실란산(6-APA), 7-데스아세톡시세팔로스포란산(7-ADCA), 7-아미노세팔로스포란산(7-ACA), 7-아미노-3-클로로-3-세펨-4-카복실산(7-ACCA), 및 7-아미노-3-[(Z)-프로펜-1-일]-3-세펨-4-카르복실산(7-APCA)으로부터 선택된 β-락탐 핵 및 히드록시페닐글리신(HPGME) 또는 페닐글리신(PGME) 또는 디히드록시페닐글리신(DHPGME)의 에스테르 또는 아미드로부터 선택된 활성 아실 공여체를, 반-합성 β-락탐 항생제를 합성하기 위한 아실화를 촉매하는 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 포함하는 반-합성 β-락탐 항생제의 제조방법.6-aminopenicillanic acid (6-APA), 7-desacetoxycephalosporanoic acid (7-ADCA), 7-aminocephalosporanoic acid (7-ACA), 7-amino-3-chloro- β selected from 3-cephem-4-carboxylic acid (7-ACCA), and 7-amino-3-[(Z)-propen-1-yl]-3-cephem-4-carboxylic acid (7-APCA) -acylation of lactam nuclei and active acyl donors selected from esters or amides of hydroxyphenylglycine (HPGME) or phenylglycine (PGME) or dihydroxyphenylglycine (DHPGME) to synthesize semi-synthetic β-lactam antibiotics A method for producing a semi-synthetic β-lactam antibiotic comprising a mutant penicillin G acylase that catalyzes 제8항에 있어서, 반-합성 β-락탐 항생제가 암피실린, 아목시실린, 세팔렉신, 세파드록실, 또는 세프라딘으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 반-합성 β-락탐 항생제의 제조방법.The method according to claim 8, wherein the semi-synthetic β-lactam antibiotic is selected from ampicillin, amoxicillin, cephalexin, cefadroxil, or cepradin. 반-합성 β-람탐 항생제를 제조하기 위한 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 DNA 서열에 의해 코딩된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 포함하는 조성물로서,
상기 돌연변이가 서열번호 2의 폴리펩타이드를 갖는 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제의 아미노산 넘버링에 따른 아미노산 위치 A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 및 B484로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 위치의 치환을 갖는 부위-지정 돌연변이유발에 의해 생성되고;
상기 아크로모박터 종(Achromobacter sp.) CCM4824의 페니실린 G 아실라아제가
(a) 아미노산 위치 1-40에서의 40개 아미노산으로 구성된 신호 펩타이드,
(b) A1 내지 A209로 표시되는, 아미노산 위치 41-249에서의 209개 아미노산으로 구성된 α-서브유닛,
(c) 아미노산 위치 250-306에서의 57개 아미노산으로 구성된 연결 펩타이드, 및
(d) B1 내지 B557로 표시되는, 아미노산 위치 307-863에서의 557개 아미노산 으로 구성된 β-서브유닛
으로 구성된 돌연변이 페니실린 G 아실라아제를 포함하는 조성물.
A composition comprising a mutant penicillin G acylase encoded by the DNA sequence of a penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824 for the preparation of a semi-synthetic β-ramtam antibiotic,
Amino acid positions A3, A27, A77, A144, A145, A146, A192, A195, according to amino acid numbering of penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824, wherein the mutation has the polypeptide of SEQ ID NO: 2; produced by site-directed mutagenesis having a substitution of one or more amino acid positions selected from the group consisting of A196, B23, B24, B31, B57, B69, B77, B313, B464 and B484;
The penicillin G acylase of Achromobacter sp. CCM4824
(a) a signal peptide consisting of 40 amino acids at amino acid positions 1-40;
(b) the α-subunit consisting of 209 amino acids at amino acid positions 41-249, represented by A1 to A209;
(c) a linking peptide consisting of 57 amino acids at amino acid positions 250-306, and
(d) a β-subunit consisting of 557 amino acids at amino acid positions 307-863, denoted by B1 to B557
A composition comprising a mutant penicillin G acylase consisting of.
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