RU2221868C2 - Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase - Google Patents

Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase Download PDF

Info

Publication number
RU2221868C2
RU2221868C2 RU2001123442/13A RU2001123442A RU2221868C2 RU 2221868 C2 RU2221868 C2 RU 2221868C2 RU 2001123442/13 A RU2001123442/13 A RU 2001123442/13A RU 2001123442 A RU2001123442 A RU 2001123442A RU 2221868 C2 RU2221868 C2 RU 2221868C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lans
ecar
asparaginase
enzyme
gene
Prior art date
Application number
RU2001123442/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001123442A (en
Inventor
М.А. Эльдаров
А.А. Жгун
Ю.В. Гервазиев
С.С. Александрова
нюк Н.М. Омель
Н.М. Омельянюк
А.А. Арчаков
бин К.Г. Скр
К.Г. Скрябин
Н.Н. Соколов
Original Assignee
Эльдаров Михаил Анатольевич
Жгун Александр Александрович
Гервазиев Юрий Викторович
Александрова Светлана Серебржановна
Омельянюк Наталья Михайловна
Арчаков Александр Иванович
Скрябин Константин Георгиевич
Соколов Николай Николаевич
Институт биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эльдаров Михаил Анатольевич, Жгун Александр Александрович, Гервазиев Юрий Викторович, Александрова Светлана Серебржановна, Омельянюк Наталья Михайловна, Арчаков Александр Иванович, Скрябин Константин Георгиевич, Соколов Николай Николаевич, Институт биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича РАМН filed Critical Эльдаров Михаил Анатольевич
Priority to RU2001123442/13A priority Critical patent/RU2221868C2/en
Priority to PCT/RU2002/000405 priority patent/WO2003018742A2/en
Priority to AU2002332371A priority patent/AU2002332371A1/en
Publication of RU2001123442A publication Critical patent/RU2001123442A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2221868C2 publication Critical patent/RU2221868C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology, genetic engineering, enzymology, biochemistry. SUBSTANCE: DNA fragment encoding the complete amino acid sequence of L-asparaginase from Erwinia caratovora (ECAR-LANS) is isolated and characterized. Plasmid DNA pBADLANS is constructed wherein enzyme-encoding DNA fragment is under control of regulated promotor pBAD. As result of transformation of E. coli cells with proposed recombinant plasmid and the following selection of transformed clones the new strain is prepared: producer ECAR-LANS (E. coli VKPM = B-8174) providing high yield of recombinant enzyme. The main designation of this enzyme is it using as the main component in preparing the known and development of new antitumor preparations. EFFECT: improved preparing method, valuable medicinal properties of enzyme. 2 cl, 7 dwg, 4 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии и, в частности, к генетической инженерии и представляет собой фрагмент ДНК, кодирующий полную аминокислотную последовательность L-аспарагиназы Erwinia carotovora, и рекомбинантную плазмидную ДНК pBADLANS, обуславливающую синтез L-аспарагиназы Erwinia carotovora (ECAR-LANS) в клетках Escherichia coli. The invention relates to biotechnology and, in particular, to genetic engineering, and is a DNA fragment encoding the complete amino acid sequence of Erwinia carotovora L asparaginase, and pBADLANS recombinant plasmid DNA, which causes the synthesis of Erwinia carotovora L asparaginase (ECAR-LANS) in Escherichia coli cells .

Изобретение может найти применение в микробиологической промышленности и медицине, в частности для создания новых противоопухолевых средств. The invention may find application in the microbiological industry and medicine, in particular for the creation of new antitumor agents.

Бактериальные аспарагиназы - хорошо известные ферментные препараты, которые на протяжении более 30 лет используются в противоопухолевой терапии для лечения острых лимфобластных лейкозов /1/. Эффективность применения аспарагиназ в противоопухолевой терапии ограничена развитием иммунного ответа на вводимые препараты /2/. В этой связи, для проведения необходимых курсов комбинированной химио- и энзимотерапии лейкозов целесообразно располагать набором L-аспарагиназ, обладающих высокой ферментативной активностью, но отличающихся по своим антигенным свойствам. Дополнительные возможности для направленного изменения ферментативных и иммунологических свойств L-аспаргиназ открываются с применением методов генетической инженерии /3/. Этими обстоятельствами определяется интерес к клонированию новых генов бактериальных L-аспарагиназ и их модификации путем сайт-направленного мутагенеза и гетерологичной экспресии. Bacterial asparaginases are well-known enzyme preparations that have been used in antitumor therapy for the treatment of acute lymphoblastic leukemia for more than 30 years / 1 /. The effectiveness of the use of asparaginases in antitumor therapy is limited by the development of the immune response to the administered drugs / 2 /. In this regard, for the necessary courses of combined chemo- and enzyme therapy of leukemia, it is advisable to have a set of L-asparaginases that have high enzymatic activity, but differ in their antigenic properties. Additional opportunities for targeted changes in the enzymatic and immunological properties of L-asparginases are opened using genetic engineering methods / 3 /. These circumstances determine the interest in the cloning of new genes for bacterial L-asparaginases and their modification through site-directed mutagenesis and heterologous expression.

К настоящему времени известны первичные структуры генов бактериальных Erwinia chryzantemi /4/, Escherichia coli /5/, Wolinella succinogenes /6/ и ряда других микроорганизмов, а также описаны рекомбинантные плазмидные ДНК, обеспечивающие синтез L-аспарагиназ в клетках бактерий Escherichia coli /7/ и Erwinia carotovora /8/. Первичная структура гена L-аспарагиназы Erwinia carotovora ранее не была известна, равно как и не описано получение рекомбинантных штаммов, обуславливающих синтез этого фермента. To date, the primary structures of the genes of bacterial Erwinia chryzantemi / 4 /, Escherichia coli / 5 /, Wolinella succinogenes / 6 / and a number of other microorganisms are known, and recombinant plasmid DNAs providing the synthesis of L-asparaginases in Escherichia coli / 7 / bacteria cells have been described. and Erwinia carotovora / 8 /. The primary structure of the Erwinia carotovora L-asparaginase gene was not previously known, nor was the preparation of recombinant strains causing the synthesis of this enzyme described.

Целью предлагаемого изобретения является клонирование гена ECAR-LANS и получение рекомбинантного штамма бактерий, продуцирующего биологически активную ECAR-LANS с высоким выходом. Поставленная цель достигается тем, что осуществлено выделение фрагмента ДНК штамма Erwinia carotovora, кодирующего полную аминокислотную последовательность гена ECAR-LANS, а также тем, что сконструирована рекомбинантная плазмидная ДНК pBADLANS, обеспечивающая синтез ECAR-LANS в клетках кишечной палочки. The aim of the invention is the cloning of the ECAR-LANS gene and the preparation of a recombinant strain of bacteria producing biologically active ECAR-LANS in high yield. This goal is achieved by the fact that the DNA fragment of the Erwinia carotovora strain that encodes the complete amino acid sequence of the ECAR-LANS gene was isolated, as well as by the fact that the recombinant plasmid DNA pBADLANS was designed to ensure the synthesis of ECAR-LANS in E. coli cells.

Сущность модифицированного гена ECAR-LANS состоит в том, что он имеет нуклеотидную последовательность, указанную на фиг.1, которая кодирует синтез белка ECAR-LANS с аминокислотной последовательностью, указанной на той же фигуре. The essence of the modified ECAR-LANS gene is that it has the nucleotide sequence shown in figure 1, which encodes the synthesis of ECAR-LANS protein with the amino acid sequence indicated in the same figure.

Сущность рекомбинантной плазмиды pBADLANS, чья рестрикционная и генетическая карта представлена на фиг.2, состоит в том, что она содержит фрагмент природного гена ECAR-LANS, встроенный в состав экспрессионного дрожжевого вектора pBAD24. Плазмида pBADLANS состоит из следующих элементов:
- фрагмента EcoRI размером 4,5 тпн плазмиды pBAD24 /9/,
- фрагмента EcoRI размером 1,1 тпн, несущего ген ECAR-LANS.
The essence of the recombinant plasmid pBADLANS, whose restriction and genetic map is presented in figure 2, is that it contains a fragment of the natural gene ECAR-LANS, integrated into the expression yeast vector pBAD24. Plasmid pBADLANS consists of the following elements:
a 4.5 kb EcoRI fragment of plasmid pBAD24 / 9 /,
- 1.1 kb EcoRI fragment carrying the ECAR-LANS gene.

Молекулярный вес плазмиды pBADLANS составляет 3,5 Мд, что соответствует размеру в 5,6 тпн. The molecular weight of plasmid pBADLANS is 3.5 Md, which corresponds to a size of 5.6 TPN.

Число копий полученной плазмиды составляет 50-100 на клетку кишечной палочки. The number of copies of the obtained plasmid is 50-100 per E. coli cell.

Плазмида pBADLANS реплицируется в клетках E. coli за счет репликона pUC18. Синтез ECAR-LANS в клетках в трансформированных плазмидой pBADLANS штаммах E. coli осуществляется под контролем регулируемого промотора pBAD и терминатора rrnBTIT Escherichia coli и достигается при культивировании трансформированного штамма на обычных селективных средах при добавлении L-арабинозы до концентрации 0,2%. Plasmid pBADLANS is replicated in E. coli cells due to the replicon pUC18. The synthesis of ECAR-LANS in cells in plasmid pBADLANS transformed with E. coli strains is carried out under the control of the regulated pBAD promoter and the rrnBTIT Escherichia coli terminator and is achieved by culturing the transformed strain on ordinary selective media by adding L-arabinose to a concentration of 0.2%.

Плазмида PBADLANS содержит гены:
- модифицированный природный ген ECAR-LANS, который кодирует синтез этого белка в бактериальной клетке. Этот ген, введенный по месту расщепления EcoRI, имеет нуклеотидную последовательность, показанную на фиг.2. Эта последовательность кодирует полноразмерный предшественник ECAR-LANS с собственным сигнальным пептидом для экспорта белка в периплазму и последующего процессинга;
- blа-ген, обеспечивающий синтез b-лактамазы и влияющий на устойчивость штаммов E.coli, несущих плазмиду, к ампициллину;
- аrаС-ген, являющийся регулятором промотора pBAD.
Plasmid PBADLANS contains the genes:
- A modified natural ECAR-LANS gene that encodes the synthesis of this protein in a bacterial cell. This gene, introduced at the EcoRI cleavage site, has the nucleotide sequence shown in FIG. This sequence encodes a full-sized precursor ECAR-LANS with its own signal peptide for export of protein into the periplasm and subsequent processing;
- bla-gene, providing synthesis of b-lactamase and affecting the resistance of E. coli strains carrying the plasmid to ampicillin;
- araC gene, which is a regulator of the pBAD promoter.

Штамм-продуцент ECAR-LANS получают трансформацией клеток Escherichia coli BL21(DE3) /10/ [F-, ompT, hsdSB (rв-, mв-), dcm, gal, λ (DE3), AmpR] предложенной рекомбинантной плазмидной ДНК. Выбор штамма обусловлен тем, что он несет, а также тем, что он дефектен по синтезу протеаз, что существенно влияет на выход синтезируемых гетерологичных белков.The producer strain ECAR-LANS is obtained by transformation of Escherichia coli cells BL21 (DE3) / 10 / [F-, ompT, hsdS B (r in- , m in- ), dcm, gal, λ (DE3), Amp R ] of the proposed recombinant plasmid DNA. The choice of strain is due to the fact that it carries, as well as the fact that it is defective in the synthesis of proteases, which significantly affects the yield of synthesized heterologous proteins.

Полученный после селекции трансформированный клон BL21/pBADLANS способен при культивировании продуцировать ECAR-LANS. Уровень синтеза ECAR-LANS в сконструированном штамме составляет мг/л при титре культуры 1х109 кл/мл, что следует из данных определения ECAR-LANS в образцах биомассы штамма-продуцента с помощью специфической ферментативной реакции.The transformed BL21 / pBADLANS clone obtained after selection is capable of producing ECAR-LANS upon cultivation. The level of synthesis of ECAR-LANS in the constructed strain is mg / L with a culture titer of 1 × 10 9 cells / ml, which follows from the data of the determination of ECAR-LANS in biomass samples of the producer strain using a specific enzymatic reaction.

Полученный штамм бактерий, несущий плазмиду PBADLANS, характеризуется следующими общими признаками. The resulting bacterial strain carrying the plasmid PBADLANS is characterized by the following general characteristics.

Морфологические признаки: Клетки имеют продолговатую палосковидную форму, при делении не почкуются. Morphological signs: Cells have an oblong, palatoid shape, do not bud during division.

Культуральные признаки: Клетки хорошо растут на обычно используемых питательных средах. Время генерации около 30 мин в жидкой LB-среде. На 2-2,5% питательном агаре "Difco" образуются круглые, гладкие, желтоватые колонии с ровными краями. При выращивании на жидких LB- и YT-средах образуется интенсивная ровная мутность. Cultural traits: Cells grow well on commonly used culture media. The generation time is about 30 minutes in a liquid LB medium. On 2-2.5% nutrient agar "Difco" round, smooth, yellowish colonies with smooth edges are formed. When grown on liquid LB and YT media, intense even turbidity forms.

Физиолого-биохимические признаки: Оптимальная температура культивирования - от 35 до 37oС, оптимум рН 7,6.Physiological and biochemical characteristics: The optimum cultivation temperature is from 35 to 37 o C, the optimum pH is 7.6.

Источником азота служат органические соединения (в виде триптона, дрожжевого экстракта). The source of nitrogen is organic compounds (in the form of tryptone, yeast extract).

Штамм депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером ВКПМ. The strain is deposited in the All-Russian collection of industrial microorganisms under the number VKPM.

Способ клонирования гена ECAR-LANS и получения рекомбинантной плазмиды pBADLANS иллюстрируется следующими примерами. The method for cloning the ECAR-LANS gene and producing the recombinant plasmid pBADLANS is illustrated by the following examples.

Пример 1. Выделение центрального фрагмента гена ECAR-LANS
Для клонирования гена ECAR-LANS использовали стратегию, основанную на методе инвертированной полимеразной цепной реакции" ("инвертированной ПЦР, 1) и схематически приведенную на фиг.3.
Example 1. Isolation of the central fragment of the ECAR-LANS gene
For cloning the ECAR-LANS gene, a strategy based on the method of inverted polymerase chain reaction "(" inverted PCR, 1) and schematically shown in figure 3 was used.

На первом этапе проводили сравнение аминокислотных и нуклеотидных последовательностей бактериальных L-аспарагиназ с использованием информации, доступной с помощью Интернет на сайте Сэнгер Центра в Великобритании /11/, а также на сайте Национального Центра Биотехнологической Информации США /12/. С помощью программы CLUSTAL Х /13/ были выявлены наиболее консервативные участки L-аспарагиназ бактериального происхождения (фиг.4) и синтезированы два синтетических олигонуклеотида Mot3 и Mot4, структура и свойства которых приведены в таблице 1. Эти олигонуклеотиды использовали в качестве праймеров в ПЦР с образцами геномной ДНК, выделенными общепринятым способом /14/ из различных штаммов ервиний, находившихся в лабораторной коллекции. ПЦР проводили с помощью Taq-ДНК полимеразы производства Fermentas (Вильнюс) в соответствии с инструкциями фирмы-изготовителя на приборе MJ-Research в следующих условиях: первоначальный прогрев - 2 мин, 94, затем 25 циклов амплификации - 94, 40". 50, 40". 72, 40". Объем реакционной смеси составлял 50 мкл, концентрация праймеров - 0,5 мкм, концентрация ДНК - 20 нг/мкл. В образцах ДНК, выделенных из штаммов ервиний, условно обозначенных 1А, 2А, 204, идентифицировали продукт реакции размером около 300 пн. ПЦР фрагмент, полученный на ДНК штамма 204, использовали в дальнейшей работе. Фрагмент был клонирован в вектор pT-Adv (Clontech, USA) в соответствии с инструкциями фирмы-изготовителя и его нуклеотидная последовательность определена путем автоматического секвенирования на приборе ABI 373 DNA Sequencer с использованием набора Perkin-Elmer "fluorescent dye Cycle sequencing kit". Сравнение полученной нуклеотидной последовательности с последовательностью ДНК гена LANS Erw. chrysanthemi (GenBank Acc# A 14577, ECRY-LANS) показало, что уровень гомологии между выделенным фрагментом и соответствующим центральным фрагментом гена ECRY-LANS составляет 85% (фиг.4). Таким образом, полученный фрагмент с высокой вероятностью соответствует центральной части искомого гена ECAR-LANS. At the first stage, the amino acid and nucleotide sequences of bacterial L-asparaginases were compared using information available on the Internet at the Sanger Center website in the UK / 11 /, as well as at the website of the US National Center for Biotechnological Information / 12 /. Using the CLUSTAL X / 13 / program, the most conserved regions of L-asparaginases of bacterial origin were identified (Fig. 4) and two synthetic oligonucleotides Mot3 and Mot4 were synthesized, the structure and properties of which are shown in Table 1. These oligonucleotides were used as primers in PCR with genomic DNA samples isolated in a conventional manner / 14 / from various strains of nervinia found in the laboratory collection. PCR was performed using Taq-DNA polymerase manufactured by Fermentas (Vilnius) in accordance with the manufacturer's instructions on an MJ-Research instrument under the following conditions: initial heating - 2 min, 94, then 25 amplification cycles - 94, 40 ". 50, 40 " 72, 40 ". The volume of the reaction mixture was 50 μl, the concentration of primers was 0.5 μm, the DNA concentration was 20 ng / μl. In the DNA samples isolated from strains of nervinia, conventionally designated 1A, 2A, 204, a reaction product with a size of about The 300 bp PCR fragment obtained on the DNA of strain 204 was used in further work.The fragment was cloned into the pT-Adv vector (Clontech, USA) according to the manufacturer's instructions and its nucleotide sequence was determined by automatic sequencing on an ABI 373 DNA instrument Sequencer using P set erkin-Elmer "fluorescent dye Cycle sequencing kit." Comparison of the obtained nucleotide sequence with the DNA sequence of the LANS gene of Erw. chrysanthemi (GenBank Acc # A 14577, ECRY-LANS) showed that the level of homology between the selected fragment and the corresponding central fragment of the ECRY-LANS gene is 85% (figure 4). Thus, the resulting fragment with a high probability corresponds to the Central part of the desired ECAR-LANS gene.

Пример 2. Определение кодирующей последовательности гена ECAR-LANS
Для выделения и определения первичной структуры фланкирующих участков гена ECAR-LANS, перекрывающих кодирующую аминокислотную последовательность данного белка, использовали стратегию "инвертированной ПЦР". На основании данных секвенирования центральной части гена ECAR-LANS штамма 204 провели дизайн двух праймеров - 204F и 204R, структура и положение которых указаны в таблице 2 и на фиг.5.
Example 2. Determination of the coding sequence of the ECAR-LANS gene
To isolate and determine the primary structure of flanking regions of the ECAR-LANS gene that overlap the coding amino acid sequence of this protein, the “inverted PCR” strategy was used. Based on the sequencing data of the central part of the ECAR-LANS gene of strain 204, two primers — 204F and 204R — were designed, the structure and position of which are shown in Table 2 and in FIG. 5.

Препараты геномной ДНК штамма 204 в количестве 2-4 мкг гидролизовали различными рестрикционными эндонуклеазами - BamHI, BglII, Bspl201, EcoRI, НаеIII, HindIII, KpnI, PstI, SalI, Sau3A, SpeI, Xba, XhoI по отдельности либо в комбинации двух ферментов, образующих после расщепления ДНК с идентичными "липкими концами", например BamHI+BglII, SalI+XhoI, XbaI+SpeI. После инкубации в течение 10-16 часов при нужной температуре присутствующие в смеси рестрикционные эндонуклеазы инактивировали прогреванием (10-15 мин при 65 градусах), добавляли 1/10 объема раствора, содержащего 100 мМ ДТТ и 10 мМ АТФ, 1-2 единицы Т4 ДНК-лигазы и инкубировали еще 10-12 часов при +4 градусах. Полученные образцы депротеинизировали обработкой смесью фенола с хлороформом (1: 1) и осаждали спиртом по общепринятым методикам /14/. ДНК растворяли в объеме 50 мкл и 10-15 мкл использовали в реакции ПЦР с праймерами 204F/204R, которую проводили с использованием Taq-полимеразы, либо набора Expand Long Template PCR system (Roche Diagnostics GmBh, Mannheim, Германия). Условия ПЦР и характеристики полученных продуктов приведены в таблице 2. Genomic DNA preparations of strain 204 in an amount of 2-4 μg were hydrolyzed with various restriction endonucleases - BamHI, BglII, Bspl201, EcoRI, NaeIII, HindIII, KpnI, PstI, SalI, Sau3A, SpeI, Xba, XhoI individually or in combination of two enzymes that form after cleavage of DNA with identical "sticky ends", for example BamHI + BglII, SalI + XhoI, XbaI + SpeI. After incubation for 10-16 hours at the desired temperature, the restriction endonucleases present in the mixture were inactivated by heating (10-15 min at 65 degrees), 1/10 of the solution containing 100 mM DTT and 10 mM ATP, 1-2 units of T4 DNA was added ligases and incubated for another 10-12 hours at +4 degrees. The obtained samples were deproteinized by treatment with a mixture of phenol with chloroform (1: 1) and precipitated with alcohol according to standard methods / 14 /. DNA was dissolved in a volume of 50 μl and 10-15 μl was used in a PCR reaction with 204F / 204R primers, which was performed using Taq polymerase or the Expand Long Template PCR system kit (Roche Diagnostics GmBh, Mannheim, Germany). PCR conditions and characteristics of the obtained products are shown in table 2.

Образцы, полученные на матрицах Sau3A, HaeIII, EcoRI, SalI выделяли из агарозного геля с помощью набора "Wizard PCR prep purification system" производства Promega (США) в соответствии с инструкцией фирмы изготовителя и определяли их нуклеотидную последовательность путем автоматического секвенирования на приборе ABI 373. DNA Sequencer. В качестве праймеров использовали синтетические олигонулеотиды 204F и 204R. Полная последовательность была восстановлена путем построения "контига" с использованием программы Oligo /15/. Сравнение полученной последовательности со структурой гена ECRY-LANS показало, что уровень гомологии между данными последовательностями составляет 85% (фиг.6). На фиг.1 приведены нуклеотидная последовательность и выведенная из нее полная аминокислотная последовательность гена ECAR-LANS. Сравнение аминокислотных последовательностей ECAR-LANS и ECRY-LANS (фиг.7) подтвердило высокую степень гомологии между двумя белками. Степень идентичности составила 72%, степень сходства - 87%. Samples obtained on Sau3A, HaeIII, EcoRI, SalI matrices were isolated from agarose gel using the Wizard PCR prep purification system kit manufactured by Promega (USA) in accordance with the manufacturer's instructions and their nucleotide sequence was determined by automatic sequencing on an ABI 373 instrument. DNA Sequencer. Synthetic oligonuleotides 204F and 204R were used as primers. The complete sequence was restored by constructing a "contig" using the program Oligo / 15 /. Comparison of the obtained sequence with the ECRY-LANS gene structure showed that the level of homology between these sequences is 85% (Fig.6). Figure 1 shows the nucleotide sequence and deduced from it the complete amino acid sequence of the ECAR-LANS gene. A comparison of the amino acid sequences of ECAR-LANS and ECRY-LANS (Fig. 7) confirmed a high degree of homology between the two proteins. The degree of identity was 72%, the degree of similarity was 87%.

Пример 3. Выделение и клонирование фрагмента нуклеотидной последовательности гена ECAR-LANS, кодирующего полную аминокислотную последовательность этого белка. Example 3. Isolation and cloning of a fragment of the nucleotide sequence of the ECAR-LANS gene encoding the complete amino acid sequence of this protein.

Препарат геномной ДНК штамма 204 использовали в ПЦР реакции с олигонуклеотидами N204 и С204, структура и специфичность которых приведены в таблице 1. Использованные праймеры ограничивают фрагмент гена ECAR-LANS, включающий инициаторный кодон трансляции ATG, расположенный в положении + 1 последовательности, указанной на фиг.6, и терминаторный кодон ТАА, расположенный в положении + 1045 той же последовательности. Таким образом, полноразмерный специфичный продукт реакции амплификации должен включать полную кодирующую последовательность гена ECAR-LANS. Использовали следующие условия амплификации: начальная денатурация - 94, 2 мин, затем 30 циклов амплификации - 94, 40 с, 50, 40 с, 72,1 мин 30 с. Реакционную смесь разделяли электрофорезом в 1% агарозном геле и выявляли продукт реакции - единичный фрагмент размером около 1100 пн. Фрагмент выделяли из геля с помощью набора "Wizard PCR preps Purification System" (Promega, США) и клонировали в вектор pT-AdV (Clontech, США), как описано в примере 1. Из полученных индивидуальных клонов трансформантов выделяли плазмидную ДНК по стандартной методике и анализировали ее путем гидролиза рестриктазой EcoRI и разделения продуктов реакции в 1% агарозном геле. Поскольку сайты рестриктазы EcoRI фланкируют с двух сторон место клонирования ПЦР-фрагмента в векторе pT-AdV, то появление в EcoRI-гидролизатах исследуемых плазмидных ДНК фрагмента размером около 1 тпн свидетельствует о наличии в рекомбинантных клонах нужной вставки. Всего отобрали 12 клонов, "положительных" по этому тесту, и использовали их в дальнейшей работе. Для доказательства того, что полученные клоны содержат фрагмент гена ECAR-LANS плазмидную ДНК использовали в "проверочных ПЦР-реакциях" с использованием комбинаций праймеров, указанных в таблице 3. Наличие продуктов ПЦР-реакции с характерными размерами, указанным в таблице 3, подтвердило, что полученные клоны содержат искомый фрагмент. The genomic DNA preparation of strain 204 was used in PCR reaction with oligonucleotides N204 and C204, the structure and specificity of which are shown in Table 1. The primers used limit the ECAR-LANS gene fragment including the ATG translation initiation codon located at position + 1 of the sequence shown in FIG. 6, and the TAA termination codon located at position + 1045 of the same sequence. Thus, a full-sized specific amplification reaction product should include the complete coding sequence of the ECAR-LANS gene. The following amplification conditions were used: initial denaturation - 94, 2 min, then 30 cycles of amplification - 94, 40 s, 50, 40 s, 72.1 min 30 s. The reaction mixture was separated by electrophoresis on a 1% agarose gel and the reaction product — a single fragment about 1100 bp in size — was detected. The fragment was isolated from the gel using the Wizard PCR preps Purification System kit (Promega, USA) and cloned into the pT-AdV vector (Clontech, USA), as described in Example 1. Plasmid DNA was isolated from the obtained individual transformant clones by standard methods and analyzed it by hydrolysis with restriction enzyme EcoRI and separation of reaction products in 1% agarose gel. Since the EcoRI restriction enzyme sites flank on both sides the cloning site of the PCR fragment in the pT-AdV vector, the appearance of a fragment of about 1 TPN in the EcoRI hydrolysates of the studied plasmid DNA indicates the presence of the desired insert in recombinant clones. A total of 12 clones that were "positive" in this test were selected and used in further work. To prove that the obtained clones contain a fragment of the ECAR-LANS gene, plasmid DNA was used in “PCR test reactions” using combinations of primers listed in table 3. The presence of PCR products with the characteristic sizes shown in table 3 confirmed that the resulting clones contain the desired fragment.

Пример 4. Конструирование рекомбинантной плазмиды pBADLANS для экспрессии ECAR-LANS в клетках Escherichia coli. Example 4. Construction of a recombinant plasmid pBADLANS for the expression of ECAR-LANS in Escherichia coli cells.

Для доказательства того, что клонированные в п.3. фрагменты ДНК способны направлять синтез функционально-активной ECAR-LANS в клетках кишечной палочки, осуществляли конструирование плазмид, содержащих фрагмент гена ECAR-LANS под контролем промотора PBAD вектора pBAD24. Для получения "вставки" по 2 мкг ДНК каждого из 12 "положительных" клонов, отобранных согласно процедуре, описанной в п. 3., объединяли в одной пробирке и проводили гидролиз суммарной ДНК рестриктазой EcoRI. Выделяли из агарозного геля "суммарный" EcoRI-фрагмент размером около 1 тпн, соответствующий фрагменту гена ECAR-LANS. Для получения "вектора" 2 мкг плазмидной ДНК pBAD24 линеаризовали по сайту EcoRI, обрабатывали фосфатазой кишки теленка для предотвращения замыкания вектора "сам на себя" и выделяли из агарозного геля фрагмент размером 4,5 тпн. 20 нг "вектора" лигировали с 50 нг "фрагмента" с помощью Т4 ДНК лигазы в стандартных условиях и смесью трансформировали компетентные клетки штамма E.coli XL1. Индивидуальные клоны трансформантов анализировали на способность направлять синтез функционально-активной ECAR-LANS. Для этого отдельные колонии (30 штук) выращивали на LB-среде, содержащей 100 мкг/мл ампициллина до ОП600 ~ 1,0 в объеме 5 мл. После этого в культуры вносили L-арабинозу до конечной концентрации 0,2% для индукции промотора pBAD и продолжали инкубацию в течение 2 часов. Аликвоты суспензии клеток выросших индивидуальных культур трансформантов использовали для определения L-аспарагиназной активности с помощью разработанного для этой цели микрометода. В основе данного метода лежит периплазматическая локализация экспрессируемой в клетках E.coli ECAR-LANS, благодаря чему субстрат (аспарагин) свободно проникает в клетку и взаимодействует с ферментом. Суспензии клеток (50 мкл) помещали в ячейку 96-луночной плашки и инкубировали (37oС; 20 мин) с 50 мкл L-аспарагина (30 мг/мл в 0,0125 М боратном буфере, рН 9,5). По окончании инкубации в лунки добавляли 50 мкл реактива Несслера. Активность аспарагиназы оценивается визуально по интенсивности развивающегося окрашивания. Контрольные пробы содержат либо бактериальные клетки, либо раствор L-аспарагина. Таким образом, из 30 проанализированных клонов было выявлено 5 "положительных". Отобранные положительные клоны дополнительно анализировали на наличие вставки с фрагментом гена ECAR-LANS. Для этого выделяли плазмидную ДНК, гидролизовали ее рестриктазой EcoRI и выявляли наличие продуктов гидролиза размером 4.5 тпн ("вектор") и 1.1 тпн ("фрагмент"). Один из отобранных клонов вводили путем трансформации в штамм E.coli BL21(DE3). Для количественного определения уровня экспрессии ECAR-LANS в полученных рекомбинантных штаммах отдельные клоны трансформантов BL21(DE3)/pBADLANS выращивали на LB среде в объеме 50 мл в колбах объемом 500 мл при температуре 37oС А600 = 0,6-0,7 ОЕ. Далее вносили индуктор - L-арабинозу до концентрации 0,2% и проводили инкубацию еще в течение 22 часов, отбирая периодически пробы культуральной жидкости для определения роста культуры и активности фермента в бактериальных клетках /16/. Полученные данные обобщены в таблице 4. Как видно из представленных данных, удельная активность фермента достигает максимума около 55 МЕ/мг белка через 4 часа инкубации, что примерно в 50-60 раз выше, чем у исходного дикого штамма Erw.carotovora 204. Таким образом, в этих экспериментах был достигнут достаточно высокий уровень экспрессии рекомбинантной аспарагиназы Erw.carotovora (8-10%) от тотального белка клетки. Сопоставление полученных данных с известными ранее литературными сведениями о характеристиках рекомбинантных штаммов E.coli, продуцирующих бактериальные аспарагиназы, позволяет утверждать, что уровень продукции рекомбнантной ECAR-LANS в созданном нами штамме примерно в 1,5 раза превышает продуктивность лучших из ранее разработанных образцов /8/. Физическая и генетическая карта полученной плазмиды приведена на фиг.2.To prove that cloned in paragraph 3. DNA fragments are capable of directing the synthesis of functionally active ECAR-LANS in E. coli cells; plasmids containing the ECAR-LANS gene fragment under the control of the PBAD promoter vector pBAD24 were constructed. To obtain an “insert”, 2 μg of DNA from each of the 12 “positive” clones selected according to the procedure described in Section 3. were combined in one tube and the total DNA was hydrolyzed with EcoRI restrictase enzyme. A “total” EcoRI fragment of about 1 kb corresponding to the ECAR-LANS gene fragment was isolated from the agarose gel. To obtain a “vector”, 2 μg of plasmid DNA pBAD24 was linearized at the EcoRI site, treated with calf intestine phosphatase to prevent the self-loopback of the vector, and a 4.5 kb fragment was isolated from the agarose gel. 20 ng of the “vector” was ligated with 50 ng of the “fragment” using T4 DNA ligase under standard conditions and the competent cells of E. coli XL1 strain were transformed with the mixture. Individual transformant clones were analyzed for their ability to direct the synthesis of functionally active ECAR-LANS. For this, individual colonies (30 pieces) were grown on LB medium containing 100 μg / ml ampicillin up to OD600 ~ 1.0 in a volume of 5 ml. After that, L-arabinose was added to the cultures to a final concentration of 0.2% to induce the pBAD promoter and incubation was continued for 2 hours. Aliquots of the cell suspension of the grown individual transformant cultures were used to determine L-asparaginase activity using a micromethod developed for this purpose. The method is based on the periplasmic localization of ECAR-LANS expressed in E. coli cells, due to which the substrate (asparagine) freely penetrates the cell and interacts with the enzyme. Cell suspensions (50 μl) were placed in a 96-well plate and incubated (37 ° C; 20 min) with 50 μl of L-asparagine (30 mg / ml in 0.0125 M borate buffer, pH 9.5). At the end of the incubation, 50 μl of Nessler's reagent was added to the wells. Asparaginase activity is assessed visually by the intensity of developing staining. Control samples contain either bacterial cells or a solution of L-asparagine. Thus, of the 30 analyzed clones, 5 "positive" were identified. Selected positive clones were further analyzed for the presence of an insert with an ECAR-LANS gene fragment. To do this, plasmid DNA was isolated, hydrolyzed with EcoRI restriction enzyme and the presence of hydrolysis products of 4.5 TPN ("vector") and 1.1 TPN ("fragment") was detected. One of the selected clones was introduced by transformation into E. coli strain BL21 (DE3). To quantify the level of ECAR-LANS expression in the resulting recombinant strains, individual clones of BL21 (DE3) / pBADLANS transformants were grown on LB medium in a volume of 50 ml in 500 ml flasks at a temperature of 37 ° C A 600 = 0.6-0.7 OE . Then, the inductor L-arabinose was added to a concentration of 0.2% and incubated for another 22 hours, taking periodically samples of the culture fluid to determine the growth of the culture and enzyme activity in bacterial cells / 16 /. The data obtained are summarized in table 4. As can be seen from the data presented, the specific activity of the enzyme reaches a maximum of about 55 IU / mg protein after 4 hours of incubation, which is about 50-60 times higher than that of the original wild strain Erw.carotovora 204. Thus , in these experiments, a fairly high level of expression of recombinant Erw.carotovora asparaginase (8-10%) of the total cell protein was achieved. A comparison of the obtained data with the previously known literature on the characteristics of recombinant strains of E. coli producing bacterial asparaginases suggests that the production level of the recombinant ECAR-LANS in the strain we created is about 1.5 times higher than the productivity of the best of the previously developed samples / 8 / . The physical and genetic map of the obtained plasmid is shown in figure 2.

Claims (2)

1. Ген L-аспарагиназы Erwinia carotovora с кодирующей последовательностью SEQ ID №1.1. The gene of L-asparaginase Erwinia carotovora with the coding sequence of SEQ ID No. 1. 2. Штамм Escherichia coli ВКПМ № В-8174, содержащий плазмидную ДНК рBADLANS, - продуцент L-аспарагиназы Erwinia carotovora.2. The strain Escherichia coli VKPM No. B-8174 containing the plasmid DNA pBADLANS, the producer of L-asparaginase Erwinia carotovora.
RU2001123442/13A 2001-08-22 2001-08-22 Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase RU2221868C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123442/13A RU2221868C2 (en) 2001-08-22 2001-08-22 Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase
PCT/RU2002/000405 WO2003018742A2 (en) 2001-08-22 2002-08-21 Recombinant l-asparaginase erwinia caratovora
AU2002332371A AU2002332371A1 (en) 2001-08-22 2002-08-21 Recombinant l-asparaginase less thanigreater thanerwinia caratovoraless than/igreater than

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123442/13A RU2221868C2 (en) 2001-08-22 2001-08-22 Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001123442A RU2001123442A (en) 2003-08-10
RU2221868C2 true RU2221868C2 (en) 2004-01-20

Family

ID=32090335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001123442/13A RU2221868C2 (en) 2001-08-22 2001-08-22 Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2221868C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560597C2 (en) * 2010-07-14 2015-08-20 Нестек С.А. Asparaginase obtained from basidiomycetes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINTON et al. Gene, 46, 25-35, 1986. TIWARI et al. Jndian Journal of Biochem. and Biophys, 33, 371-376, 1996. GILBERT et al. J. Gen. Microbiol, 132, 151-160, 1986. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560597C2 (en) * 2010-07-14 2015-08-20 Нестек С.А. Asparaginase obtained from basidiomycetes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Castle et al. Cloning and sequencing of an Agrobacterium tumefaciens beta-glucosidase gene involved in modifying a vir-inducing plant signal molecule
KR20000075076A (en) A method for production of foreign protein using transformed microalgae
KR100312456B1 (en) Gene Derived from Pseudomonas fluorescens Which Promotes the Secretion of Foreign Protein in Microorganism
CN107287171A (en) A kind of enzyme and its application
CN111117942B (en) Genetic engineering bacterium for producing lincomycin and construction method and application thereof
CN113430181A (en) Bacterial laccase derived from Asian elephant intestinal metagenome and gene thereof
RU2221868C2 (en) Gene encoding l-asparaginase in erwinia carotovora and strain escherichia coli vkpm = b-8174 as producer of erwinia caratovora l-asparaginase
JP2004313074A (en) NEW alpha-1,2-MANNOSIDASE AND GENE ENCODING THE SAME, AND METHOD FOR PRODUCING alpha-MANNOSYL SUCCHARIDE COMPOUND USING THE ENZYME
Tarragona-Fiol et al. Production of mature bovine pancreatic ribonuclease in Escherichia coli
KR102026836B1 (en) Novel lipase gene Lip-1420 derived from soil metagenome and use thereof
WO2008047936A1 (en) LYTIC ENZYME INHIBITOR, LYSIS INHIBITOR, INHIBITOR OF DEGRADATION OF POLY-γ-GLUTAMIC ACID, AND METHOD FOR PRODUCTION OF POLY-γ-GLUTAMIC ACID
JPH02457A (en) Structural gene of isoamulase
CN110878293A (en) Application of bacillus licheniformis with deletion of yceD gene in production of heterologous protein
JPH062050B2 (en) Microorganism forming constitutive creatine amidinohydrolase and process for producing the same
EP1097990B1 (en) A mutant kanamycin nucleotidyltransferase and a method of screening thermophilic bacteria using the same
US5660999A (en) P0438, a new calcium-regulated promoter
CN110066814B (en) beta-D-glucosidase gene and encoding protein thereof
KR100270508B1 (en) Novel cephalosporin deacetylase gene and preparation method of protein using the same
JPH07203976A (en) Dna fragment coding for enzyme for fragmenting n-acetylheparosan, recombinant enzyme, and method of fragmenting n-acetylheparosan using said enzyme
RU2441916C1 (en) RECOMBINANT PLASMID DNA pACYC-LANS(KM), STRAINS OF Escherichia coli BL21(DE3), TRANSFORMED RECOMBINANT DNA pACYC-LANS(KM) AND METHOD FOR PRODUCING A SUBSTANCE OF THE RECOMBINANT L-ASPARAGINASE FROM Erwinia carotovora
RU2136754C1 (en) Recombinant dna plasmid pgsde1 encoding tick-borne encephalitis virus protein e and strain of escherichia coli - producer of tick-borne encephalitis virus protein e
RU2140453C1 (en) Recombinant plasmid dna puabc 22 encoding modified activator of uricase type plasminogen, nontranslated dna-element - artificial intergene sequence mgp-14 and strain of bacterium escherichia coli - producer of modified activator of uricase type plasminogen
CN116949025A (en) Phenylalanine ammonia lyase mutant derived from candida nodosa and application thereof
JP3330670B2 (en) Alkene monooxygenase, gene encoding the same, transformed microorganism and alkene epoxidation method
WO1992002625A1 (en) Pharmaceutical compositions containing superoxide dismutase from bacillus stearothermophilus and bacillus caldotenax

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140823