RU2441914C1 - Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora - Google Patents

Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora Download PDF

Info

Publication number
RU2441914C1
RU2441914C1 RU2010140842/10A RU2010140842A RU2441914C1 RU 2441914 C1 RU2441914 C1 RU 2441914C1 RU 2010140842/10 A RU2010140842/10 A RU 2010140842/10A RU 2010140842 A RU2010140842 A RU 2010140842A RU 2441914 C1 RU2441914 C1 RU 2441914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
asparaginase
recombinant
lans
substance
erwinia carotovora
Prior art date
Application number
RU2010140842/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Семенович Карасев (RU)
Виктор Семенович Карасев
Ольга Петровна Бочкова (RU)
Ольга Петровна Бочкова
Александр Михайлович Чугунов (RU)
Александр Михайлович Чугунов
Николай Сергеевич Мелик-Нубаров (RU)
Николай Сергеевич Мелик-Нубаров
Ирина Дмитриевна Гроздова (RU)
Ирина Дмитриевна Гроздова
Татьяна Вениаминовна Черновская (RU)
Татьяна Вениаминовна Черновская
Лев Александрович Денисов (RU)
Лев Александрович Денисов
Елена Георгиевна Руденко (RU)
Елена Георгиевна Руденко
Елена Леонидовна Морозова (RU)
Елена Леонидовна Морозова
Владимир Григорьевич Богуш (RU)
Владимир Григорьевич Богуш
Константин Васильевич Сидорук (RU)
Константин Васильевич Сидорук
Игорь Олегович Колтун (RU)
Игорь Олегович Колтун
Галина Евгеньевна Скатова (RU)
Галина Евгеньевна Скатова
Ольга Юрьевна Абакумова (RU)
Ольга Юрьевна Абакумова
Ольга Владимировна Подобед (RU)
Ольга Владимировна Подобед
Николай Николаевич Соколов (RU)
Николай Николаевич Соколов
Original Assignee
Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича РАМН (ИБМХ РАМН)
Закрытое Акционерное Общество "Биокад"
Закрытое акционерное общество БиоХимМак СТ
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 Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича РАМН (ИБМХ РАМН), Закрытое Акционерное Общество "Биокад", Закрытое акционерное общество БиоХимМак СТ filed Critical Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича РАМН (ИБМХ РАМН)
Priority to RU2010140842/10A priority Critical patent/RU2441914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441914C1 publication Critical patent/RU2441914C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biochemistry. ^ SUBSTANCE: invention relates to the area of pharmaceuticals industry and biochemistry. The proposed method for obtaining a substance of the recombinant L-asparaginase from Erwinia carotovora implies covalent modification with polyethyl glycol of the recombinant L-asparaginase split off fom the microbial mass of the genetically engineered producer strain Escherichia coli BL(DE3)/pACYS-LANS(KM) with the deleted gene of resistance to ampicillin in the pACYS-LANS plasmide. Such modification shall be performed by associating N-hydroxysuccinimide ester monometoxypolyethylene glycol- hemisuccinate (mPEG-suc-NHS) to the asparaginase lysine aminogroups. The obtained conjugate shall be subjected to chromatographic purification and freeze-drying. The method also provides for the stabilization of the modified and purified product. ^ EFFECT: obtaining of a new potent substance of PEGylated asparaginase based on Erwinia carotovora enzyme that may be used as antitumor drug. ^ 4 cl, 5 dwg, 5 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится в области фармацевтики и биотехнологии и может быть использовано для получения противоопухолевого химиотерапевтического лекарственного препарата L-аспарагиназы Ervinia carotovora.The invention relates to the field of pharmaceuticals and biotechnology and can be used to obtain the antitumor chemotherapeutic drug L-asparaginase Ervinia carotovora.

Бактериальные аспарагиназы 2-го класса (К.Ф. 3.5.1.1) относятся к периплазматическим ферментам, осуществляющим гидролиз L-аспарагина с образованием L-аспарагиновой кислоты и аммония. Аспарагиназы катализируют также гидролиз L-глутамина, но с меньшей скоростью по сравнению с L-аспарагином. Бактериальные аспарагиназы применяются в качестве противоопухолевых препаратов при комбинированной химиотерапии острого лимфобластного лейкоза, миелобластной лейкемии, болезни Ходжкина и не-Ходжкинской лимфомы, меланосаркомы и множественной миеломы. В лейкозных клетках активность аспарагинсинтазы снижена или полностью отсутствует. В этом случае синтез белка и, соответственно, рост клеток опухоли зависит от уровня экзогенного аспарагина. Введение препарата аспарагиназы приводит к уменьшению уровня аспарагина в крови и тканях и, как следствие, к избирательному ингибированию пролиферации опухолевых клеток. Использование препаратов аспарагиназы в противоопухолевой терапии ограничено различными побочными эффектами. Одной из установленных причин токсичности аспарагиназы является L-глутаминазная активность фермента. Поэтому поиск новых бактериальных аспарагиназ с низкой глутаминазной активностью является важной задачей современной медицинской биотехнологии.Class 2 bacterial asparaginases (K.F. 3.5.1.1) are periplasmic enzymes that hydrolyze L-asparagine to form L-aspartic acid and ammonium. Asparaginases also catalyze the hydrolysis of L-glutamine, but at a lower rate than L-asparagine. Bacterial asparaginases are used as antitumor drugs in combination chemotherapy for acute lymphoblastic leukemia, myeloid leukemia, Hodgkin’s disease and non-Hodgkin’s lymphoma, melanosarcoma and multiple myeloma. In leukemic cells, asparagine synthase activity is reduced or completely absent. In this case, protein synthesis and, accordingly, tumor cell growth depends on the level of exogenous asparagine. The introduction of the asparaginase drug leads to a decrease in the level of asparagine in the blood and tissues and, as a result, to selective inhibition of tumor cell proliferation. The use of asparaginase preparations in antitumor therapy is limited by various side effects. One of the established causes of asparaginase toxicity is the L-glutaminase activity of the enzyme. Therefore, the search for new bacterial asparaginases with low glutaminase activity is an important task of modern medical biotechnology.

В настоящее время два наименее токсичных фермента, а именно нативный препарат L-аспарагиназы из Escherichia coli (EcA), а также модифицированный полиэтиленгликолем «пегилированный» («Oncaspar») и нативный фермент (ErA) Erw. chrysanthemi, нашли применение в онкотерапии (Umesh K.Narta, Shamsher S.Kanwar and Wamik Azmi, Pharmacological and clinical evaluation of l-asparaginase in the treatment of leukemia. Critical Reviews in Oncology/Hematology. 2007, 61(3):208-221).Currently, there are two least toxic enzymes, namely the native preparation of L-asparaginase from Escherichia coli (EcA), as well as “pegylated” (“Oncaspar”) modified with polyethylene glycol and Erw, native enzyme (ErA). chrysanthemi, found application in oncotherapy (Umesh K. Narta, Shamsher S. Kanwar and Wamik Azmi, Pharmacological and clinical evaluation of l-asparaginase in the treatment of leukemia. Critical Reviews in Oncology / Hematology. 2007, 61 (3): 208- 221).

Наименее токсичными признаны препараты, полученные из Erw. chrysanthemi, что указывает на важность исследования аспарагиназ рода Erwinia. Тем не менее, даже аспарагиназы штаммов Erwinia вызывают развитие иммунологической гиперчувствительности к L-аспарагиназе, проявляющееся в диапазоне от слабых аллергических реакций до анафилактического шока.The least toxic drugs are those derived from Erw. chrysanthemi, which indicates the importance of the study of asparaginases of the genus Erwinia. Nevertheless, even asparaginases of Erwinia strains cause the development of immunological hypersensitivity to L-asparaginase, which manifests itself in the range from mild allergic reactions to anaphylactic shock.

Известны способы очистки нативных аспарагиназ из штаммов Erwinia, включающих экстракцию фермента либо из микробных клеток при pH от 11,3 до 11,5 с последующим подкислением экстракта до pH 4,8, либо из ацетонового порошка с последующей хроматографической очисткой на различных сорбентах (например, US 5310670, 10.05.1994).Known methods for purification of native asparaginases from Erwinia strains, including extraction of the enzyme either from microbial cells at a pH of 11.3 to 11.5, followed by acidification of the extract to a pH of 4.8, or from acetone powder, followed by chromatographic purification on various sorbents (for example, US 5310670, 05/10/1994).

К недостаткам подобных способов выделения аспарагиназ Erwinia следует отнести трудности обработки больших объемов фракций на начальных стадиях очистки (щелочной лизис, получение ацетонового порошка), многостадийность процесса очистки и относительно невысокий выход очищенного целевого продукта.The disadvantages of such methods for the isolation of Erwinia asparaginases are the difficulties in processing large volumes of fractions at the initial stages of purification (alkaline lysis, obtaining acetone powder), the multi-stage purification process, and the relatively low yield of the purified target product.

Ранее нами был разработан генно-инженерный продуцент аспарагиназы Erwinia carotovora - (ECAR-LANS), продуцируемый штаммом Escherichia coli BL(DE3)/pACYS_LANS и разработан способ выделения и очистки фермента (RU 2224797, 27.02.2004).Earlier, we developed the genetic engineering producer of asparaginase Erwinia carotovora - (ECAR-LANS), produced by the Escherichia coli strain BL (DE3) / pACYS_LANS, and developed a method for the isolation and purification of the enzyme (RU 2224797, February 27, 2004).

Однако процесс выделения и очистки занимает значительное время, при этом выход целевого продукта следует признать недостаточно высоким, что приводит в высокой стоимости продукта.However, the process of isolation and purification takes considerable time, while the yield of the target product should be recognized not high enough, which leads to a high cost of the product.

Следует также отметить, что эффективность применения аспарагиназ в противоопухолевой терапии ограничена быстрой протеолитической деградацией фермента в крови. В связи с этим актуальным является получение модифицированных форм аспарагиназ штаммов Erwinia, устойчивых к протеолитической деградации в крови, обладающих низкой иммуногенностью при сохранении высокой ферментативной активности.It should also be noted that the effectiveness of asparaginases in antitumor therapy is limited by the rapid proteolytic degradation of the enzyme in the blood. In this regard, it is relevant to obtain modified forms of asparaginases of Erwinia strains that are resistant to proteolytic degradation in the blood, have low immunogenicity while maintaining high enzymatic activity.

Известен препарат ПЭГ-L-аспарагиназы Escherichia coli, в котором аспарагиназа ковалентно связана с моно-метокси-ПЭГ (Keating M.J., Holmes R., Lerner S. Но D.H. (1993) Leuk. Lymphoma 10 Suppl. 153-157).Known drug PEG-L-asparaginase Escherichia coli, in which asparaginase is covalently linked to monomethoxy-PEG (Keating M.J., Holmes R., Lerner S. But D.H. (1993) Leuk. Lymphoma 10 Suppl. 153-157).

В сравнении с нативной аспарагиназой Е.coli ПЭГ-L-аспарагиназа обладает более низкой иммуногенностью и в 5 раза более длительным временем полувыведения из организма.Compared to native E. coli asparaginase, PEG-L-asparaginase has lower immunogenicity and a 5-fold longer half-life from the body.

Однако в литературе отсутствуют данные о применении для химиотерапии острых лейкозов ПЭГилированной аспарагиназы, полученной на основе фермента из штаммов Erwinia.However, in the literature there is no data on the use for chemotherapy of acute leukemia with PEGylated asparaginase, obtained on the basis of an enzyme from Erwinia strains.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения субстанции ПЭГилированной аспарагиназы (ПЭГ-аспарагиназы) на основе фермента из Erwinia carotovora, который пригоден для промышленного масштабирования, а полученный продукт может быть использован для химиотерапии лейкозов.An object of the present invention is to provide a method for producing a pegylated asparaginase (PEG asparaginase) substance based on an enzyme from Erwinia carotovora, which is suitable for industrial scaling, and the resulting product can be used for chemotherapy of leukemia.

Поставленная задача решается описываемым способом получения субстанции рекомбинантной L-аспарагиназы Erwinia carotovora, который включает модифицикацию L-аспарагиназы полиэтиленгликолем, при этом модифицикации подвергают рекомбинантную L-аспарагиназу, выделенную из микробной массы генно-инженерного штамма-продуцента Escherichia coli BL(DE3)/pACYS_LANS(KM), у которого в плазмиде p/ACYS_LANS делетирован ген резистентности к ампициллину, модификацию осуществляют путем присоединения N-гидроксисукцинимидного эфира монометоксиполиэтиленгликоль-гемисукцината (mPEG-suc-NHS) к аминогруппам лизина аспарагиназы, после модификации проводят хроматографическую очистку полученного конъюгата рекомбинантной L-аспарагиназы Erwinia carotovora с полиэтиленгликолем (ПЭГ-аспарагиназы) и его лиофилизацию.The problem is solved by the described method for the preparation of a substance of recombinant L-asparaginase Erwinia carotovora, which involves the modification of L-asparaginase with polyethylene glycol, while the modification is subjected to recombinant L-asparaginase isolated from the microbial mass of the genetically engineered producer strain Escherichia coli p BLACLANS3) KM), in which the ampicillin resistance gene has been deleted in plasmid p / ACYS_LANS, modification is carried out by addition of the monomethoxypolyethylene glycol hemisuccinate N-hydroxysuccinimide ester (mPEG-suc-NHS ) to the amino groups of asparaginase lysine, after modification, the obtained conjugate of the recombinant L-asparaginase Erwinia carotovora with polyethylene glycol (PEG asparaginase) is chromatographed and lyophilized.

Предпочтительно очищенную ПЭГ-аспарагиназу подвергают стабилизации с использованием в качестве стабилизатора соединения, выбранного из ряда: белки, аминокислоты, поливинилпирролидоны, поли- или моносахариды, полиалкиленоксиды, аминосахара, соли.Preferably, the purified PEG asparaginase is stabilized using a compound selected from the range of proteins, amino acids, polyvinyl pyrrolidones, poly- or monosaccharides, polyalkylene oxides, amino sugar, and salts as stabilizer.

Способ предусматривает использование в качестве источника L-аспарагиназы микробной массы штамма, депонированного в ВКМП под коллекционным номером №В-10370, при этом выделение L-аспарагиназы осуществляют путем разрушения клеток на Френч-Прессе с последующим высаливанием целевого продукта сернокислым аммонием и хроматографической очисткой.The method involves the use of the microbial mass of the strain deposited in VKMP under collection number No. B-10370 as a source of L-asparaginase, wherein the isolation of L-asparaginase is carried out by destroying the cells on the French Press, followed by salting out of the target product with ammonium sulfate and chromatographic purification.

В предложенном способе используют рекомбинантную L-аспарагиназу Erwinia carotovora, нуклеотидная последовательность гена которой lanS, a также аминокислотная последовательность L-аспарагиназы представлены на фиг.1.In the proposed method, a recombinant Erwinia carotovora L-asparaginase is used, the nucleotide sequence of which lanS gene, as well as the amino acid sequence of L-asparaginase are shown in FIG.

Использование для модификации рекомбинантной L-аспарагиназы, полученной с помощью штамма-продуцента Escherichia coli BL(DE3)/pACYS_LANS(XM), обеспечивает получение микробной массы штамма-продуцента, в клетках которого содержание аспарагиназы достигает 20% от тотального белка, что позволяет далее использовать высокоэффективные приемы разрушения клеток на Френч-Прессе с высаливанием целевого продукта из бесклеточного экстракта, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс выделения и дальнейшей очистки L-аспарагиназы. Все эти приемы позволяют повысить выход фермента и удешевить стоимость полученной субстанции аспарагиназы.Using for modification of recombinant L-asparaginase obtained using the producer strain Escherichia coli BL (DE3) / pACYS_LANS (XM), provides the microbial mass of the producer strain, in the cells of which the asparaginase content reaches 20% of the total protein, which allows further use highly effective methods of cell destruction at the French Press with salting out of the target product from a cell-free extract, which, in turn, intensifies the process of isolation and further purification of L-asparaginase. All these techniques can increase the yield of the enzyme and reduce the cost of the resulting substance asparaginase.

Что касается выбора метода ковалентной модификации, то он основан на следующем.As for the choice of the covalent modification method, it is based on the following.

Как известно, для модификации молекул белков наиболее подходящим и часто используемым производным полиэтиленгликоля является монометиловый эфир полиэтиленгликоля (мПЭГ), который может быть использован как в виде линейной молекулы с предпочтительной молекулярной массой от 2000 до 5000, так и в виде разветвленной молекулы большого молекулярного веса (см., например, Ton G.N., Fineb J.P., Kwonc G.S. Methoxypoly(ethylene glycol)-conjugated carboxypeptidase A for solid tumor targeting Part I: Synthesis and characterization. Journal of Controlled Release 2005, vol.104, pp.129-139, или Alexandre Learth Scares, Gledson Manso Guimarães, Bronislaw Polakiewicz, Ronaldo Nogueira de Moraes Pitombo and Jose Abrahão-Neto. Effects of polyethylene glycol attachment on physicochemical and biological stability of E.coli L-asparaginase International Journal of Pharmaceutics, 2002, vol.237(1-2), pp.163-170). Использование для получения ПЭГ-аспарагиназы импортных коммерческих препаратов монометокси-ПЭГ-п-нитрофенилкарбамата (mPEG-NPh) не представляется возможным ввиду их дороговизны.As is known, for the modification of protein molecules, the most suitable and frequently used derivative of polyethylene glycol is polyethylene glycol monomethyl ether (mPEG), which can be used either as a linear molecule with a preferred molecular weight of from 2000 to 5000, or as a branched molecule of high molecular weight ( see e.g. Ton GN, Fineb JP, Kwonc GS Methoxypoly (ethylene glycol) -conjugated carboxypeptidase A for solid tumor targeting Part I: Synthesis and characterization Journal of Controlled Release 2005, vol. 104, pp. 129-139, or Alexandre Learth Scares, Gledson Manso Guimarães, Bronislaw Polakiewicz, Ronaldo Nogueira de Moraes Pitombo and Jose Abrahão-Neto. Effects of polyethylene glycol attachment on physicochemical and biological stability of E. coli L-asparaginase International Journal of Pharmaceutics, 2002, vol. 237 (1-2), pp. 163-170). The use of monomethoxy-PEG-p-nitrophenylcarbamate (mPEG-NPh) for the preparation of PEG asparaginase is not possible due to their high cost.

Нами предложен другой подход к получению ПЭГ-аспарагиназы. Предварительно проводят синтез N-гидроксисукцинимидного эфира монометоксиполиэтиленгликоль-гемисукцината (mPEG-suc-NHS), а затем осуществляют его присоединение к аминогруппам аспарагиназы. Данный реагент выгодно отличается от монометилового эфира полиэтиленгликоль-п-нитрометилкарбамата тем, что сложноэфирная связь, соединяющая янтарный ангидрид и полиэтилгликоль, более стабильна, чем уреидильная связь, соединяющая карбоксильную группу и полиэтиленоксид в mPEG-NPh.We have proposed a different approach to the preparation of PEG asparaginase. The synthesis of N-hydroxysuccinimide ester of monomethoxypolyethylene glycol hemisuccinate (mPEG-suc-NHS) is preliminarily carried out, and then it is attached to the amino groups of asparaginase. This reagent compares favorably with polyethylene glycol p-nitromethyl carbamate monomethyl ether in that the ester bond connecting succinic anhydride and polyethylene glycol is more stable than the ureidyl bond connecting the carboxyl group and polyethylene oxide in mPEG-NPh.

Перечень чертежей, иллюстрирующих изобретение:The list of drawings illustrating the invention:

на фиг.1 - нуклеотидная последовательность гена lanS и аминокислотная последовательность L-аспарагиназы Erwinia carotovora;figure 1 - the nucleotide sequence of the lanS gene and the amino acid sequence of L-asparaginase Erwinia carotovora;

на фиг.2 - электрофоретический анализ образцов аспарагиназы в редуцирующих условиях после окрашивания геля красителем Кумасси - 250;figure 2 - electrophoretic analysis of asparaginase samples under reducing conditions after staining the gel with Kumasi dye - 250;

на фиг.3 - электрофоретический анализ образцов аспарагиназы в редуцирующих условиях после окрашивания геля серебром при нагрузке на лунку 5 мкг белка;figure 3 - electrophoretic analysis of asparaginase samples under reducing conditions after staining the gel with silver at a load per well of 5 μg of protein;

на фиг.4 - хроматограмма продуктов реакции пегилирования;figure 4 is a chromatogram of the products of the pegylation reaction;

на фиг.5 (а, б, в) - противоопухолевая цитотоксическая активность субстанций L-аспарагиназ.figure 5 (a, b, c) - antitumor cytotoxic activity of substances of L-asparaginases.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие осуществление изобретения и технический результат, достигаемый при его использовании.Below are examples illustrating the implementation of the invention and the technical result achieved by its use.

Пример 1.Example 1

Стадия 1 - Выращивание продуцента Escherichia coli BL(DE3)/pACYS_LANS(KM) в 300-литровом ферментереStage 1 - Growing producer Escherichia coli BL (DE3) / pACYS_LANS (KM) in a 300 liter fermenter

Штамм продуцент получают путем трансформации компетентных клеток реципиентного штамма E.coli BL21(DE3), («Novagen», Cat. №69387-3) плазмидой pACYC_LANS(KM).The producer strain is obtained by transforming competent cells of the recipient strain of E. coli BL21 (DE3), (Novagen, Cat. No. 69387-3) with the plasmid pACYC_LANS (KM).

Для создания банка клеток используют отдельные клоны трансформантов E.coli BL21(DE3)/pACYC_LANS(ICM), полученные на LB-агаре с канамицином. Для закладки на хранение колонию продуцента выращивают в LB-бульоне до середины логарифмической фазы роста и полученную суспензию вносят в криовиалы, содержащие 30%-ный раствор глицерина, в соотношении 1:1. Смесь тщательно перемешивают и быстро замораживают при температуре -70°С.To create a cell bank, individual clones of E. coli BL21 (DE3) / pACYC_LANS (ICM) transformants obtained on LB agar with kanamycin are used. For laying for storage, a producer colony is grown in LB broth until the middle of the logarithmic growth phase and the resulting suspension is introduced into cryovials containing a 30% glycerol solution in a 1: 1 ratio. The mixture is thoroughly mixed and quickly frozen at a temperature of -70 ° C.

Для отработки методики приготовления посевного материала для ферментации в 300-литровом ферментере используется схема, обеспечивающая оптимальные временные характеристики ведения процесса культивирования в сочетании с минимальным количеством пассажей продуцента на этапе масштабирования. В качестве исходного материала для ферментации используют ночную культуру продуцента, выращенную на среде с глюкозой и канамицином, которую после пересева в свежую питательную среду выращивают до середины экспоненциальной фазы роста и вносят в 30-литровый инокулятор, после культивирования в котором продуцент поступает в 300-литровый ферментер. Культивирование осуществляют в питательной среде на основе LB-M9 бульона, при температуре 37°С, pH 7,0, при аэрации воздухом с расходом 150-70 л/мин. По окончании культивирования культуральную жидкость охлаждают до температуры 14-15°С проточной водопроводной водой, концентрируют в течение 3-х часов на мембранной установке (размер пор у мембран 0,25 мкм) до объема 30 л и сепарируют на сепараторе АСГ-3М при 9000 об/мин для получения влажной биомассы. Уровень активности аспарагиназы определяют методом прямой несслеризации.To develop the methodology for preparing seed for fermentation in a 300-liter fermenter, a scheme is used that provides optimal temporal characteristics of the cultivation process in combination with a minimum number of producer passages at the scaling stage. As a starting material for fermentation, a producer’s night culture grown on a medium with glucose and kanamycin is used, which, after reseeding into a fresh nutrient medium, is grown until the middle of the exponential growth phase and introduced into a 30-liter inoculator, after cultivation in which the producer enters a 300-liter fermenter. Cultivation is carried out in a nutrient medium based on LB-M9 broth, at a temperature of 37 ° C, pH 7.0, with aeration with air at a flow rate of 150-70 l / min. At the end of the cultivation, the culture fluid is cooled to a temperature of 14-15 ° C with running tap water, concentrated for 3 hours on a membrane unit (pore size of the membranes 0.25 μm) to a volume of 30 l and separated on a separator ASG-3M at 9000 rpm to obtain wet biomass. The level of asparaginase activity is determined by direct non-sclerization.

В таблице 1 приведены результаты выращивания штамма-продуцента на колбах.Table 1 shows the results of growing the producer strain on the flasks.

Таблица 1Table 1 Условия выращивания продуцента на колбахProducer growing conditions on flasks Время индукцииInduction time ОП 560 нмOD 560 nm Активность МЕ/мгActivity ME / mg *(%) аспарагиназы в клетке* (%) asparaginase in the cell Вариант №1 40 мл LB, 180 об/минOption No. 1 40 ml LB, 180 rpm 5 час5 hour 4,84.8 6,76.7 7,47.4 21 час21 hours 4,24.2 1,71.7 6,66.6 Вариант №2 160 мл LB, 90 об/минOption No. 2 160 ml LB, 90 rpm 5 час5 hour 2,72.7 6,56.5 9,09.0 21 час21 hours 4,04.0 35,035.0 20,320.3 25 час25 hour 3,83.8 25,025.0 18,218.2 *содержание аспарагиназы в клетке (% от суммарного белка)* the content of asparaginase in the cell (% of total protein)

В таблице 2 приведены результаты культивирования штамма в 300-литровом ферментере.Table 2 shows the results of the cultivation of the strain in a 300-liter fermenter.

Таблица 2table 2 Результаты культивирования штамма в 300-литровом ферментереThe results of the cultivation of the strain in a 300-liter fermenter Объем культуральной среды (л)The volume of culture medium (l) Выход биомассы (г)Biomass yield (g) Уровень активности аспарагиназы (МЕ/мл)Asparaginase Activity Level (IU / ml) 260260 25002500 140140 260260 19001900 150150

Стадия 2 - Очистка rec-ECAR_LANS из выращенной в ферментере биомассы и характеристика ферментаStage 2 - Purification of rec-ECAR_LANS from biomass grown in the fermenter and enzyme characterization

Вначале проводят получение бесклеточного экстракта.First, cell-free extract is obtained.

Разрушение биомассы проводят на Френч-Прессе в лизирующем буфере (10 мМ ЭДТА, pH 9,5) при соотношении клеток и лизирующего буфера 1:4 и рабочем давлении 1580-1600 бар. Выход активности фермента на стадии бесклеточного экстракта составляет 80-93%.The destruction of biomass is carried out on a French Press in a lysis buffer (10 mM EDTA, pH 9.5) at a cell to lysis buffer ratio of 1: 4 and a working pressure of 1580-1600 bar. The yield of enzyme activity at the stage of cell-free extract is 80-93%.

Стадия 3 - Фракционирование сульфатом аммония и обессоливаниеStage 3 - Ammonium sulfate fractionation and desalination

Процесс солевого фракционирования проводят при температуре +4°С. При насыщении бесклеточного экстракта сульфатом аммония до 20% удается избавиться центрифугированием от части балластных белков, при дальнейшем насыщении сульфатом аммония надосадочной жидкости в интервале от 20 до 60% образуется осадок, который содержит почти всю аспарагиназную активность.The process of salt fractionation is carried out at a temperature of + 4 ° C. When saturating the cell-free extract with ammonium sulfate up to 20%, it is possible to get rid of part of the ballast proteins by centrifugation, with further saturation of the supernatant with ammonium sulfate in the range from 20 to 60%, a precipitate forms that contains almost all asparaginase activity.

Для обессоливания используют колонку с Sephadex G-50 (coarse) объемом 5,5 л (14,0×35,5 см) в 20 мМ калий-фосфатном буфере, содержащем 1 мМ глицина и 1 мМ ЭДТА, pH 5,6. Обессоливание проводят при скоростях потока около 30 мл/мин.For desalination, a 5.5 L (14.0 x 35.5 cm) Sephadex G-50 column (coarse) was used in 20 mM potassium phosphate buffer containing 1 mM glycine and 1 mM EDTA, pH 5.6. Desalination is carried out at flow rates of about 30 ml / min.

Стадия 4 - Ионообменная хроматография на CM-Sepharose FFStage 4 - Ion Exchange Chromatography on CM-Sepharose FF

Обессоленную фракцию сульфат-аммонийного осадка разбавляют этим же буфером вдвое и наносят на колонку с CM-Sepharose FF (10×3,2 см), уравновешенную 20 мМ калий-фосфатным буфером, содержащим 1 мМ глицина и 1 мМ ЭДТА, pH 5,6 со скоростью около 400 мл/час. Проскок контролируют, определяя ферментативную активность качественно (микрометодом) с использованием реактива Несслера. После нанесения образца колонку промывают 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 6,3 с целью удаления балластных белков. Элюцию целевого вещества проводят 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 7,0 и 7,6. Завершающий этап хроматографической очистки полуфабриката аспарагиназы представляет собой стадию концентрирования образца, одновременно сопровождающуюся более глубокой степенью его очистки.The desalted fraction of the ammonium sulfate precipitate was diluted in half with the same buffer and applied to a column of CM-Sepharose FF (10 × 3.2 cm), equilibrated with 20 mM potassium phosphate buffer containing 1 mM glycine and 1 mM EDTA, pH 5.6 at a rate of about 400 ml / hour. The slip is controlled by determining the enzymatic activity qualitatively (micromethod) using Nessler's reagent. After applying the sample, the column is washed with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 6.3, to remove ballast proteins. The elution of the target substance is carried out with 20 mm potassium phosphate buffer, pH 7.0 and 7.6. The final stage of chromatographic purification of the prefabricated asparaginase is a stage of sample concentration, which is simultaneously accompanied by a deeper degree of purification.

Стадия 5 - Подготовка препарата к лиофилизацииStage 5 - Preparation of the drug for lyophilization

Концентрирование проводят на колонке с CM-Sepharose FF (2,5×10,0 см), уравновешенной 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 6,3. В качестве предколонки используют колонку с DEAE-сорбентом CnC-DEAE-Био (5×6 см). Колонки с DEAE-сорбентом также уравновешивают 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 6,3.Concentration is carried out on a column of CM-Sepharose FF (2.5 × 10.0 cm) balanced with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 6.3. A column with a DEAE sorbent CnC-DEAE-Bio (5 × 6 cm) was used as a pre-column. Columns with a DEAE sorbent are also equilibrated with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 6.3.

Целевую фракцию, полученную с 250-миллилитровой колонки с CM-Sepharose FF, разбавляют равным объемом 20 мМ KH2PO4, при этом pH фракции снижается с 7,0 до 6,3-6,4. Нанесение образца осуществляют через предколонку с DEAE-сорбентом на основную колонку с CM-Sepharose FF со скоростью потока 8 мл/мин. После нанесения образца колонку тщательно отмывают 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 6,3 до базовой линии, а затем элюируют белок 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 7,6.The target fraction obtained from a 250 ml CM-Sepharose FF column was diluted with an equal volume of 20 mM KH 2 PO 4 , while the pH of the fraction was reduced from 7.0 to 6.3-6.4. The sample is applied through a pre-column with a DEAE sorbent to the main column with CM-Sepharose FF with a flow rate of 8 ml / min. After applying the sample, the column is washed thoroughly with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 6.3 to the baseline, and then the protein is eluted with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 7.6.

Выход целевого вещества на этой стадии составляет 95-97%.The yield of the target substance at this stage is 95-97%.

В качестве стабилизирующей добавки используют глюкозу, которую добавляют в препарат перед лиофилизацией до конечной концентрации 0,5%.As a stabilizing additive, glucose is used, which is added to the preparation before lyophilization to a final concentration of 0.5%.

Стадия 6 - лиофилизация.Stage 6 - lyophilization.

Лиофилизацию проводят на лиофильной сушке Alpha ("Christ", Switzerland). В одних опытах концентраты, содержащие 0,5% глюкозы, лиофилизируют на полке при -10°С в течение 2 суток, затем полку нагревают до температуры 30°С. В других лиофилизацию проводят в колбах при комнатной температуре. Потери аспарагиназной активности при лиофилизации в обоих случаях составляют от 5 до 10%.Lyophilization is carried out on an Alpha freeze dryer ("Christ", Switzerland). In some experiments, concentrates containing 0.5% glucose are lyophilized on a shelf at -10 ° C for 2 days, then the shelf is heated to a temperature of 30 ° C. In others, lyophilization is carried out in flasks at room temperature. Loss of asparaginase activity during lyophilization in both cases is from 5 to 10%.

Таким образом, получен полупродукт - субстанция аспарагизазы, не подвергнутая модификации полиэтиленгликолем.Thus, an intermediate product is obtained - the substance of asparagase, not subjected to modification by polyethylene glycol.

Характеристики полученной субстанции аспарагиназыCharacteristics of the obtained substance asparaginase

Протокол выделения образца субстанции представлен в таблице 3.The protocol for isolating a sample of the substance is presented in table 3.

Таблица 3Table 3 Протокол выделения аспарагиназыAsparaginase Isolation Protocol Этап очисткиCleaning stage Белок общийCommon protein Активность аспарагиназыAsparaginase Activity Выход, %Exit, % Общая (ME)General (ME) Удельная (МЕ/мг белка)Specific (IU / mg protein) Суспензия клетокCell suspension -- 971 960971 960 -- 100one hundred Бесклеточный экстрактCell-free extract -- 894 800894,800 -- 9292 Сульфат-аммонийная фракция (20-60%) + Обессоливание (103 г сульф. осадка)Ammonium sulfate fraction (20-60%) + Desalination (103 g sulfate precipitate) 74377437 855 324855 324 115115 8888 Хроматография на СМ-SepharoseChromatography on CM-Sepharose 13391339 641 493641,493 479479 6666 Концентрирование на СМ-Sepharose при pH 6,3Concentration on CM-Sepharose at pH 6.3 13081308 612 334612 334 468468 6363 ЛиофилизацияLyophilization 1277,61277.6 544 297544,297 426426 5656 *Количество биомассы - 128 г (984 718 ME). Лизирующий буфер 10 мМ ЭДТА, pH 9,5 Соотношение биомасса: лизирующий буфер 1:4 Рабочее давление 1580-1600 бар* Biomass amount - 128 g (984 718 ME). Lysis buffer 10 mM EDTA, pH 9.5 Biomass ratio: lysis buffer 1: 4 Operating pressure 1580-1600 bar

Выход фермента на конечном этапе очистки составил 56%, что примерно на 20% ниже, чем при использовании лабораторной методики, что связано с масштабированием процесса выделения целевого продукта и увеличением количества этапов очистки.The enzyme yield at the final stage of purification was 56%, which is approximately 20% lower than when using the laboratory method, which is associated with a scaling of the process of isolation of the target product and an increase in the number of purification steps.

Определение чистоты, гомогенности и молекулярной массы препарата рекомбинантной аспарагиназы Erwinia carotovoraDetermination of the purity, homogeneity and molecular weight of the preparation of recombinant asparaginase Erwinia carotovora

- По данными электрофореза в SDS-PAGE при нагрузке белка 10 или 40 мкг на лунку и окраске геля красителем Кумасси R-250 препараты аспарагиназы представлены в основном одной полосой (фиг.2). В случае окраски геля серебром при нагрузке белка 5 мкг на лунку также выявляется одна основная полоса с молекулярной массой 34-35 кДа и несколько минорных полос с меньшим молекулярным весом (от 15 до 30 кДа) (фиг.3), а также в растворе аспарагиназы E.coli производства немецкой фирмы «Medac». Эти низкомолекулярные компоненты, количество которых возрастает при хранении фермента, являются, по-видимому, продуктами деградации аспарагиназы.- According to the electrophoresis in SDS-PAGE with a protein load of 10 or 40 μg per well and gel staining with Kumasi R-250 dye, asparaginase preparations are presented mainly in one strip (Fig. 2). In the case of silver staining of the gel with a protein load of 5 μg per well, one main band with a molecular weight of 34-35 kDa and several minor bands with a lower molecular weight (from 15 to 30 kDa) are also detected (Fig. 3), as well as in an asparaginase solution E.coli produced by the German company Medac. These low molecular weight components, the amount of which increases during storage of the enzyme, are apparently products of the degradation of asparaginase.

- В денатурирующих условиях по результатам электрофореза в SDS-PAGE аспарагиназа представлена мономером с молекулярной массой 34±2 кДа.- Under denaturing conditions, according to the results of electrophoresis in SDS-PAGE, asparaginase is represented by a monomer with a molecular weight of 34 ± 2 kDa.

- В нативных условиях по данным гель-фильтрации на колонке с "SuperoseR 12" аспарагиназа имеет молекулярную массу 67,6±3 кДа.- Under native conditions, asparaginase has a molecular weight of 67.6 ± 3 kDa according to gel filtration on a Superose R 12 column.

Очищенная субстанция rec-ECAR-LANS полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к иммунобиологическим рекомбинантным препаратам (содержание примесных бактериальных белков E.coli и эндотоксинов) (см. таблицу 4).The purified substance rec-ECAR-LANS fully meets the requirements for immunobiological recombinant preparations (the content of bacterial impurity proteins E.coli and endotoxins) (see table 4).

Таблица 4Table 4 Характеристика полуфабриката L-аспарагиназыCharacterization of the Prefabricated L-Asparaginase ПараметрыOptions ЗначенияValues Концентрация (мг/мл)Concentration (mg / ml) 36,836.8 Содержание мономера по данным SDS-ЭФ (%)The monomer content according to SDS-EF (%) 9292 Гомогенность L-аспарагиназы в нативных условиях по данным гель-фильтрационной хроматографииThe homogeneity of L-asparaginase under native conditions according to gel filtration chromatography 98,1098.10 Содержание эндотоксинов (еЭ/мг)The content of endotoxins (eE / mg) 1,631,63 Содержание белков Е.coli (нг/мг)E.coli protein content (ng / mg) 5858 Специфическая удельная активность (МЕ/мг белка)Specific Specific Activity (IU / mg protein) 386,9386.9

Rec-ECAR-LANS получена в близком к гомогенному состоянии, с удельной активностью, соответствующей бактериальной аспарагиназе Erwinia carotovora. L-глутаминазная активность rec-ECAR-LANS составляет примерно 5% от L-аспарагиназной, что позволит минимизировать побочные токсические эффекты при использовании субстанции, связанные с гидролизом L-глутамина.Rec-ECAR-LANS was obtained in a close to homogeneous state, with a specific activity corresponding to the bacterial asparaginase Erwinia carotovora. L-glutaminase activity of rec-ECAR-LANS is approximately 5% of L-asparaginase, which will minimize toxic side effects when using substances associated with the hydrolysis of L-glutamine.

Стадия 7 - Получение исходных реагентов для синтеза ПЭГилированной формы rec-ECAR_LANSStage 7 - Obtaining starting reagents for the synthesis of pegylated forms rec-ECAR_LANS

1) Синтез монометокси-ПЭГ5000-гемисукцината. Для получения ПЭГ-гемисукцината 50 г монометокси-ПЭГ (мПЭГ) растворяют в абсолютном бензоле и тщательно упаривают бензол в вакууме водоструйного насоса. Благодаря способности бензола образовывать азеотропную смесь с водой при этом происходит удаление следов воды из полимера. Эту процедуру повторяют трижды, после чего полимер растворяют в абсолютном хлороформе и добавляют 10-кратный молярный избыток янтарного ангидрида и абсолютного триэтиламина. Реакционную смесь выдерживают в течение 3-х суток при 60°С, после чего фильтруют через стеклянный фильтр и упаривают хлороформ на роторном испарителе. Далее полученный карбоксилированный мПЭГ растворяют в 30 мл 1 М соляной кислоты, промывают диэтиловым эфиром и экстрагируют модифицированный мПЭГ в хлороформ (300 мл). Хлороформный слой промывают несколько раз 1 М HCl для удаления янтарной кислоты. Затем хлороформный раствор полимера сушат над безводным сульфатом натрия и упаривают на роторном испарителе. На последней стадии полученный продукт растворяют в воде и диализуют против воды, используя бензоилированные мембраны, не пропускающие вещества с молекулярным весом более 2 кДа. Полученный раствор лиофильно высушивают. Полученный продукт представляет собой белый порошок без запаха. Выход продукта составляет 50%.1) Synthesis of monomethoxy-PEG5000-hemisuccinate. To obtain PEG-hemisuccinate, 50 g of monomethoxy-PEG (mPEG) is dissolved in absolute benzene and the benzene is carefully evaporated in a vacuum of a water-jet pump. Due to the ability of benzene to form an azeotropic mixture with water, this removes traces of water from the polymer. This procedure is repeated three times, after which the polymer is dissolved in absolute chloroform and a 10-fold molar excess of succinic anhydride and absolute triethylamine is added. The reaction mixture was kept for 3 days at 60 ° C, after which it was filtered through a glass filter and chloroform was evaporated on a rotary evaporator. Next, the resulting carboxylated mPEG is dissolved in 30 ml of 1 M hydrochloric acid, washed with diethyl ether and the modified mPEG is extracted into chloroform (300 ml). The chloroform layer is washed several times with 1 M HCl to remove succinic acid. Then the chloroform polymer solution is dried over anhydrous sodium sulfate and evaporated on a rotary evaporator. At the last stage, the resulting product is dissolved in water and dialyzed against water using benzoylated membranes that do not allow substances with a molecular weight of more than 2 kDa. The resulting solution was freeze-dried. The resulting product is an odorless white powder. The product yield is 50%.

2) Для получения N-гидроксисукцинимидного эфира ПЭГ-гемисукцината 50 г препарата полиэтиленгликоль-гемисукцината растворяют в 100 мл абсолютного бензола и упаривают в вакууме. Процедуру повторяют трижды для удаления следов воды в препарате ПЭГ. Далее полученный препарат растворяют в 200 мл свежеперегнанного хлористого тионила, кипятят 4 часа с обратным холодильником, выдерживают еще 20 часов при комнатной температуре, после чего хлоритый тионил отгоняют на роторном испарителе. Получившийся продукт представляет собой хлорангидрид mPEG-suc, mPEG-suc-Cl, который сразу же пускают в синтез N-гидроксисукцинимидного эфира. Препарат растворяют в 300 мл абсолютного хлористого метилена и помещают в капельную воронку, присоединенную к трехгорлой колбе. В колбу помещают раствор 1,5 г (8,7 ммоль) N-гидроксисукцинимида и 1 мл (7 ммоль, 0,7 г) абсолютированного триэтиламина в хлористом метилене и охлаждают в ледово-солевой бане до -10°С. Раствор mPEG-suc-Cl осторожно прибавляют к раствору N-гидроксисукцинимида при интенсивном перемешивании, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше -5°С. После прибавления всего хлорангидрида реакционную смесь оставляют перемешиваться при комнатной температуре еще на 18 часов, после чего продукт высаживают гексаном и осадок выделяют на центрифуге. Далее продукт промывают трижды гексаном и высушивают в вакуум-эксикаторе в вакууме водоструйного насоса над щелочью. Продукт хранят в эксикаторе над щелочью во избежание контакта с парами воды.2) To obtain the N-hydroxysuccinimide ester of PEG-hemisuccinate, 50 g of the preparation of polyethylene glycol-hemisuccinate are dissolved in 100 ml of absolute benzene and evaporated in vacuo. The procedure is repeated three times to remove traces of water in the PEG preparation. Next, the resulting preparation was dissolved in 200 ml of freshly distilled thionyl chloride, boiled for 4 hours under reflux, kept for another 20 hours at room temperature, after which the thionyl chloride was distilled off on a rotary evaporator. The resulting product is mPEG-suc acid chloride, mPEG-suc-Cl, which is immediately used in the synthesis of N-hydroxysuccinimide ester. The drug is dissolved in 300 ml of absolute methylene chloride and placed in a dropping funnel attached to a three-necked flask. A solution of 1.5 g (8.7 mmol) of N-hydroxysuccinimide and 1 ml (7 mmol, 0.7 g) of absolute triethylamine in methylene chloride was placed in the flask and cooled in an ice-salt bath to -10 ° C. The mPEG-suc-Cl solution was carefully added to the N-hydroxysuccinimide solution with vigorous stirring, making sure that the temperature did not rise above -5 ° C. After the addition of the total acid chloride, the reaction mixture was allowed to stir at room temperature for another 18 hours, after which the product was precipitated with hexane and the precipitate was isolated in a centrifuge. Next, the product is washed three times with hexane and dried in a vacuum desiccator in a vacuum of a water-jet pump over alkali. The product is stored in a desiccator over alkali to avoid contact with water vapor.

Стадия 8 - Получение ПЭГилированной формы аспарагиназыStage 8 - Obtaining pegylated forms of asparaginase

Сухой лиофилизованный порошок препарата аспарагиназы помещают в сосуд, снабженный магнитной мешалкой. К препарату фермента с концентрацией 35 мг/мл в 20 мМ K2PO4 добавляют 0.5 М борат pH 9.5 (1/5 по объему) для доведения pH среды до 8,5 (оптимально для модификации N-гидроксисукцинимидными эфирами), после чего раствор фермента прибавляют к сухому mPEG-suc-NHS. Раствор интенсивно перемешивают в течение 30 мин при комнатной температуре до полного растворения препарата, после чего охлаждают до +4°С и продолжают инкубацию на холоду при постоянном перемешивании в течение 4 час. После этого фермент отделяют от ПЭГ с помощью гель-хроматографии на колонке с Sephadex G-50.Dry lyophilized powder of the asparaginase preparation is placed in a vessel equipped with a magnetic stirrer. To an enzyme preparation with a concentration of 35 mg / ml in 20 mM K 2 PO 4 add 0.5 M borate pH 9.5 (1/5 by volume) to bring the pH of the medium to 8.5 (optimal for modification with N-hydroxysuccinimide esters), after which the solution the enzyme is added to dry mPEG-suc-NHS. The solution was stirred vigorously for 30 minutes at room temperature until the drug was completely dissolved, then cooled to + 4 ° C and continued incubation in the cold with constant stirring for 4 hours. After this, the enzyme is separated from PEG using gel chromatography on a column of Sephadex G-50.

Стадия 9 - Удаление компонентов реакционной смеси с получением очищенной ПЭГ-аспарагиназыStage 9 - Removal of the components of the reaction mixture to obtain purified PEG asparaginase

Очистку ПЭГ-аспарагиназы проводят в три этапа: реакционную смесь после реакции пегилирования подвергают диализу через мембраны с исключенной молекулярной массой 100 кДа против калий-фосфатного буфера, pH 7,2, в течение суток, после чего полученный препарат подвергают двухстадийной хроматографической очистке на колонке с DEAE-Sepharose FF и на колонке с Диасфером СТ-150.PEG asparaginase is purified in three stages: after the pegylation reaction, the reaction mixture is dialyzed through membranes with an excluded molecular weight of 100 kDa against potassium phosphate buffer, pH 7.2, for a day, after which the resulting preparation is subjected to two-stage chromatographic purification on a column with DEAE-Sepharose FF and on a column with Diasphere ST-150.

Хроматография на колонке с DEAE-Sepharose FF: пробу после диализа объемом 41 мл, содержащую около 500 мг ПЭГ-аспарагиназы, наносят на колонку размером 25×20 мм (объем 10 мл), уравновешенную 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 7,2. Скорость потока 1 мл/мин. После пропускания пробы элюцию ПЭГ-аспарагиназы проводят тем же буфером. Целевое вещество определяется в проскоке и составляет фракцию объемом 46 мл.Column chromatography with DEAE-Sepharose FF: after dialysis, a 41 ml sample containing about 500 mg of PEG asparaginase is applied to a 25 × 20 mm column (10 ml volume), equilibrated with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 7.2 . Flow rate 1 ml / min. After passing the sample, elution of the PEG asparaginase is carried out with the same buffer. The target substance is determined in the slip and makes up a fraction of 46 ml.

Хроматография на колонке с Диасфером СТ-150: пробу объемом 42 мл наносят на колонку размером 25×70 мм (объем 37 мл), уравновешенную 20 мМ калий-фосфатным буфером, pH 7,2. Скорость потока 3 мл/мин. После нанесения пробы элюцию осуществляют тем же буфером. Целевое вещество определяется в проскоке и составляет фракцию объемом 38 мл с концентрацией белка 6,8 мг/мл и удельной активностью ПЭГ-аспарагиназы 350 МЕ/мг.Chromatography on a CT-150 Diasphere column: a 42 ml sample was applied to a 25 × 70 mm column (37 ml volume), equilibrated with 20 mM potassium phosphate buffer, pH 7.2. Flow rate 3 ml / min. After applying the sample, elution is carried out with the same buffer. The target substance is determined in the slip and constitutes a 38 ml fraction with a protein concentration of 6.8 mg / ml and a specific activity of PEG asparaginase of 350 IU / mg.

Таким образом, выход целевого вещества после стадии хроматографической очистки составляет около 50%.Thus, the yield of the target substance after the chromatographic purification step is about 50%.

Пример 2 - Стабилизация очищенной ПЭГ-аспарагиназы с использование различных стабилизаторовExample 2 - Stabilization of purified PEG asparaginase using various stabilizers

Объединенные фракции, содержащие очищенную ПЭГ-аспарагиназу, диализуют против 20 объемов 20 мМ натрий фосфатного буфера, pH 7,2 при температуре 6±3°С. Полученный диализат помещают в пластиковые или стеклянные флаконы с силиконизированной поверхностью, добавляют твин-80 или твин-20 до конечной концентрации 0,002% и стабилизаторы.The combined fractions containing purified PEG asparaginase are dialyzed against 20 volumes of 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.2 at a temperature of 6 ± 3 ° C. The resulting dialysate is placed in plastic or glass vials with a siliconized surface, tween-80 or tween-20 is added to a final concentration of 0.002% and stabilizers.

В качестве стабилизаторов опробованы белки, аминокислоты, поливинилпироллидоны, полисахариды, полиалкиленоксиды, моносахариды, аминосахара, соли (данные сведены в табл.5).As stabilizers, proteins, amino acids, polyvinylpyrrolidones, polysaccharides, polyalkylene oxides, monosaccharides, amino sugar, and salts were tested (the data are summarized in Table 5).

В конкретных примерах использованы следующие вещества. В качестве поливинилпиролидона используют поливинилпирролидон-12000 в концентрации 3-6%, в качестве белка - человеческий сывороточный альбумин в концентрации 1%, в качестве аминокислоты используют L-аргинин в концентрации 2-6%, в качестве полиалкиленоксида используют полиэтиленгликоль 1500 в концентрации 2-5%, в качестве полисахарида используют декстран-60 в концентрации 3-6%, в качестве моносахарида используют маннит в концентрации 4-7%, в качестве аминосахаров используют глюкозамин в концентрации 6-10%, в качестве соли используют натрий хлористый в концентрации 0,9%.In specific examples, the following substances were used. As polyvinylpyrrolidone use polyvinylpyrrolidone-12000 at a concentration of 3-6%, as a protein - human serum albumin at a concentration of 1%, as an amino acid use L-arginine at a concentration of 2-6%, polyethylene glycol 1500 is used as a polyalkylene oxide at a concentration of 2- 5%, dextran-60 at a concentration of 3-6% is used as a polysaccharide, mannitol at a concentration of 4-7% is used as a monosaccharide, glucosamine is used at a concentration of 6-10% as amino sugars, sodium chloride is used as salt concentration of 0.9%.

Стабильность полученных композиций исследована методом ускоренного хранения при температуре (36±2)°С в течение 2 недель. Через 2 недели отбирают аликвоты и анализируют биологическую активность ПЭГ-аспарагиназы. Длительность хранения при температуре (36±2)°С пересчитывают на длительность хранения при температуре (6±2)°С по формулеThe stability of the obtained compositions was studied by accelerated storage at a temperature of (36 ± 2) ° C for 2 weeks. After 2 weeks, aliquots were selected and the biological activity of PEG asparaginase was analyzed. The duration of storage at a temperature of (36 ± 2) ° C is calculated as the duration of storage at a temperature of (6 ± 2) ° C according to the formula

Tx=TexpxA(texp-tk)/10,T x = T exp xA (texp-tk) / 10 ,

где Tx - ориентировочный срок хранения (недели) при температуре (6±2)°С;where T x is the estimated shelf life (weeks) at a temperature of (6 ± 2) ° C;

Texp - срок хранения в эксперименте (36±2)°С;T exp is the storage period in the experiment (36 ± 2) ° С;

texp - температура хранения в эксперименте (36±2)°С;t exp is the storage temperature in the experiment (36 ± 2) ° С;

tk - температура хранения (6±2)°С;t k - storage temperature (6 ± 2) ° С;

А - константа, равная 3.A is a constant equal to 3.

Из формулы следует, что 2 недели хранения при температуре (36±2)°С соответствуют 54 неделям (около года) хранения при температуре (6±2)°С.From the formula it follows that 2 weeks of storage at a temperature of (36 ± 2) ° C correspond to 54 weeks (about a year) of storage at a temperature of (6 ± 2) ° C.

В таблице 5 приведены данные по хранению препаратов стабилизированной ПЭГ-аспарагиназы разными стабилизаторами.Table 5 shows the data on the storage of preparations of stabilized PEG asparaginase with different stabilizers.

Таблица 5Table 5 Влияние различных веществ на стабильность препарата ПЭГ-аспарагиназы в 20 мМ Na-фосфатном буфере, содержащем 0,002% Твина-80 при хранении в течение 2 недель при температуре (36±2)°С.The effect of various substances on the stability of the PEG asparaginase preparation in 20 mM Na-phosphate buffer containing 0.002% Tween-80 when stored for 2 weeks at a temperature of (36 ± 2) ° С. Исходная активность ПЭГ-аспарагиназы, серия 251109 (МЕ/мг)Initial PEG Asparaginase Activity, Series 251109 (IU / mg) Добавляемое веществоAdditive Концентрация (%) (W/V)Concentration (%) (W / V) Активность после хранения (%)Activity after storage (%) 320320 NaClNaCl 0,90.9 350350 Декстран 60Dextran 60 3-63-6 400400 Полиэтиленгликоль 1500Polyethylene glycol 1500 2-52-5 293293 Поливинилпирролидон 12000Polyvinylpyrrolidone 12000 3-63-6 376376 МаннитолMannitol 4-74-7 370370 ГлюкозаминGlucosamine 6-106-10 239239 Человеческий сывороточный альбуминHuman Serum Albumin 1-21-2 260260 L-аргининL-arginine 2-62-6 320320

Полученный нами целевой продукт был исследован на возможность его применения для химиотерапии.The target product we obtained was investigated for the possibility of its use for chemotherapy.

Проведена оценка противоопухолевой цитотоксической активности субстанции ПЭГилированной рекомбинантной аспарагиназы в отношении эукариотических клеток.The antitumor cytotoxic activity of the substance PEGylated recombinant asparaginase against eukaryotic cells was evaluated.

В экспериментах использованы линии лейкозных клеток человека К-562 (хронический миелоидный лейкоз), Jurkat и Molt-4 (острый лимфобластный лейкоз). При определении противоопухолевой активности препарата ПЭГ-аспарагиназы и L-аспарагиназы Erwima carotovora препаратом сравнения служит L-аспарагиназа E.coli («Medac», Германия).In the experiments, the human leukemia cell lines K-562 (chronic myeloid leukemia), Jurkat and Molt-4 (acute lymphoblastic leukemia) were used. When determining the antitumor activity of the PEG-asparaginase and L-asparaginase Erwima carotovora preparation, the comparison drug is E. coli L-asparaginase (Medac, Germany).

В опытах использована ПЭГ-аспарагиназа, полученная при молярном соотношении ПЭГ/белок, равным 1:25, очищенная на колонке с Sephadex G-50. Удельная активность субстанции 314 МЕ/мг белка. Концентрация белка 1,38 мг/мл.In the experiments, PEG asparaginase was used, obtained at a PEG / protein molar ratio of 1:25, purified on a Sephadex G-50 column. The specific activity of the substance is 314 IU / mg protein. The protein concentration is 1.38 mg / ml.

Противоопухолевую активность L-аспарагиназ определяют через 72 часа инкубации клеток К-562, Jurkat и Molt-4 с субстанцией аспарагиназ. Результаты, представленные на фиг.5 (а, б, в), показывают, что противоопухолевая активность ПЭГ-аспарагиназы несколько ниже, чем противоопухолевая активность других L-аспарагиназ. Значительное снижение числа жизнеспособных клеток К-562 и Jurkat наблюдается уже при концентрации ферментов Erwinia carotovora и E.coli 0,5 МЕ/мл, тогда как ПЭГ-аспарагиназы вызывает аналогичное подавление роста клеток при концентрации 5,0 МЕ/мл для линии клеток К-562 и 2,0 МЕ/мл для Jurkat. Линия клеток Molt-4 оказалась менее чувствительной к действию препарата ПЭГ-аспарагиназы по сравнению с К-562 и Jurkat.The antitumor activity of L-asparaginases is determined after 72 hours of incubation of K-562, Jurkat and Molt-4 cells with the asparaginase substance. The results presented in Fig. 5 (a, b, c) show that the antitumor activity of PEG asparaginase is slightly lower than the antitumor activity of other L-asparaginases. A significant decrease in the number of viable K-562 and Jurkat cells is already observed at an Erwinia carotovora and E. coli enzyme concentration of 0.5 IU / ml, while PEG asparaginase causes a similar inhibition of cell growth at a concentration of 5.0 IU / ml for K cell line -562 and 2.0 IU / ml for Jurkat. The Molt-4 cell line was less sensitive to the action of the PEG asparaginase preparation compared to K-562 and Jurkat.

Из представленных данных следует, что полученная заявленным способом ПЭГ-аспарагиназа Erwinia carotovora обладает противоопухолевой цитотоксической активностью в отношении исследованных линий лейкозных клеток человека.From the presented data it follows that the Erwinia carotovora PEG asparaginase obtained by the claimed method has antitumor cytotoxic activity against the studied human leukemia cell lines.

Эффективность субстанции, полученной заявленным способом, позволяет рекомендовать ее в качестве основы для создания противоопухолевых лекарственных средств, при этом разработанный нами способ является простым и пригодным для промышленного масштабирования.The effectiveness of the substance obtained by the claimed method allows us to recommend it as the basis for the creation of anticancer drugs, while the method we developed is simple and suitable for industrial scaling.

Claims (4)

1. Способ получения субстанции рекомбинантной L-аспарагиназы Erwinia carotovora, заключающийся в том, что осуществляют ковалентную модификацию L-аспарагиназы полиэтиленгликолем, причем модификации подвергают рекомбинантную L-аспарагиназу, выделенную из микробной массы генно-инженерного штамма-продуцента Escherichia coli BL(DE3)/pACYS-LANS(KM), у которого в плазмиде p/ACYS-LANS делетирован ген резистентности к ампициллину, модификацию осуществляют путем присоединения N-гидроксисукцинимидного эфира монометоксиполиэтиленгликоль-гемисукцината (mPEG-suc-NHS) к аминогруппам лизина аспарагиназы, проводят хроматографическую очистку полученного конъюгата рекомбинантной L-аспарагиназы Erwinia carotovora с полиэтиленгликолем (ПЭГ-аспарагиназы) и лиофилизацию.1. A method of obtaining a substance of recombinant L-asparaginase Erwinia carotovora, which consists in the fact that carry out covalent modification of L-asparaginase with polyethylene glycol, and modification is subjected to recombinant L-asparaginase isolated from the microbial mass of the genetically engineered producer strain Escherichia coli BL (DE3) pACYS-LANS (KM), in which the ampicillin resistance gene has been deleted in the p / ACYS-LANS plasmid, the modification is carried out by the addition of monomethoxypolyethylene glycol hemisuccinate (mPEG-suc-NHS) N-hydroxysuccinimide ester to amino groups lysine asparaginase, chromatographic purification of the resulting conjugate of recombinant L-asparaginase Erwinia carotovora with polyethylene glycol (PEG-asparaginase) and lyophilization are performed. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенную ПЭГ-аспарагиназу дополнительно подвергают стабилизации с использованием в качестве стабилизатора соединения, выбранного из ряда: белки, аминокислоты, поливинилпирролидоны, поли- или моносахариды, полиалкиленоксиды, аминосахара, соли.2. The method according to claim 1, characterized in that the purified PEG asparaginase is additionally subjected to stabilization using a compound selected from the range of proteins, amino acids, polyvinylpyrrolidones, poly- or monosaccharides, polyalkylene oxides, amino sugar, and salts as stabilizer. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника L-аспарагиназы используют микробную массу штамма, депонированного в ВКМП под коллекционным номером №В-10370, при этом выделение L-аспарагиназы осуществляют путем разрушения клеток на Френч-Прессе с последующим высаливанием целевого продукта сернокислым аммонием и хроматографической очисткой.3. The method according to claim 1, characterized in that the microbial mass of the strain deposited in VKMP under collection number No. B-10370 is used as the source of L-asparaginase, while the isolation of L-asparaginase is carried out by destroying the cells on a French Press followed by salting out the target product with ammonium sulfate and chromatographic purification. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковалентной модификации полиэтиленгликолем подвергают рекомбинантную L-аспарагиназу Erwinia carotovora, нуклеотидная последовательность гена которой lanS и аминокислотная последовательность L-аспарагиназы представлены на фиг.1. 4. The method according to claim 1, characterized in that the recombinant L-asparaginase of Erwinia carotovora, the nucleotide sequence of the gene lanS and the amino acid sequence of L-asparaginase are shown in FIG. 1, is covalently modified with polyethylene glycol.
RU2010140842/10A 2010-10-06 2010-10-06 Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora RU2441914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010140842/10A RU2441914C1 (en) 2010-10-06 2010-10-06 Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010140842/10A RU2441914C1 (en) 2010-10-06 2010-10-06 Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2441914C1 true RU2441914C1 (en) 2012-02-10

Family

ID=45853641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010140842/10A RU2441914C1 (en) 2010-10-06 2010-10-06 Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2441914C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105796507A (en) * 2014-12-29 2016-07-27 江苏众红生物工程创药研究院有限公司 Pharmaceutical composition containing PEGylated asparaginase and preparation method thereof
CN111278852A (en) * 2017-10-27 2020-06-12 菲尼克斯公司 Production method of recombinant Erwinia asparaginase
EP3463308B1 (en) 2016-06-01 2021-12-01 Servier IP UK Limited Formulations of polyalkylene oxide-asparaginase and methods of making and using the same
RU2775696C2 (en) * 2017-06-21 2022-07-06 Джаз Фармасьютикалз Айрлэнд Лимитед Modified l-asparaginase
US11802279B2 (en) 2017-06-21 2023-10-31 Jazz Pharmaceuticals Ireland Ltd. Modified L-asparaginase

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105796507A (en) * 2014-12-29 2016-07-27 江苏众红生物工程创药研究院有限公司 Pharmaceutical composition containing PEGylated asparaginase and preparation method thereof
CN105796507B (en) * 2014-12-29 2019-01-18 江苏众红生物工程创药研究院有限公司 Pharmaceutical composition and preparation method thereof containing Pegaspargase
EP3463308B1 (en) 2016-06-01 2021-12-01 Servier IP UK Limited Formulations of polyalkylene oxide-asparaginase and methods of making and using the same
RU2775696C2 (en) * 2017-06-21 2022-07-06 Джаз Фармасьютикалз Айрлэнд Лимитед Modified l-asparaginase
US11802279B2 (en) 2017-06-21 2023-10-31 Jazz Pharmaceuticals Ireland Ltd. Modified L-asparaginase
CN111278852A (en) * 2017-10-27 2020-06-12 菲尼克斯公司 Production method of recombinant Erwinia asparaginase

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0335423B1 (en) Modified human G-CSF
Meena et al. Lipopeptide antibiotic production by Bacillus velezensis KLP2016
CA2607844C (en) Pegylated g-csf polypeptides and methods of producing same
JP3123078B2 (en) Deacylation of cyclic lipopeptide substances
EP0035429A1 (en) Vaccinal complex containing a specific antigen and vaccine containing it
RU2441914C1 (en) Method for producing a substance of the recombinant l-asparaginase from erwinia carotovora
JP2515389B2 (en) Superoxide dismutase conjugate
EA036064B1 (en) Albumin-binding arginine deiminase fusion protein for treating cancer and arginine-dependent diseases
Son et al. Expression, high cell density culture and purification of recombinant EC-SOD in Escherichia coli
JPH0796558B2 (en) Modified polypeptide
Surovtsev et al. Purification of bacteriocins by chromatographic methods
AU2020214952B2 (en) Recombinant hemoglobins and methods of preparation and use thereof
JP2008502708A (en) Methods for isolating and / or purifying proteins
US20100310633A1 (en) Chitinosanase
RU2326944C2 (en) Method of production and preparation of analogue of human recombinant interferon gamma
CN111087449B (en) Antibacterial peptide and preparation method and application thereof
Chung et al. Structure–activity relationship of biological macromolecules
JP2009538150A (en) PEG-modified arginine / lysine oxidoreductase
Bozorgmehr Comparison of Two Purification Methods for Beta-Toxin of Clostridium perfringens Type B
ES2352924B1 (en) ACTIVE ACID ENDOQUITINASA AT LOW TEMPERATURES, PROCEDURE OF OBTAINING AND USES.
RU2319502C1 (en) SOLUTION FOR INJECTION, RECOMBINANT PLASMID DNA pSX50 ENCODING SYNTHESIS OF HUMAN RECOMBINANT ALPHA-2b INTERFERON, STRAIN Escherichia coli SX50 AS INDUSTRIAL STRAIN-PRODUCER OF HUMAN RECOMBINANT ALPHA-2b INTERFERON AND METHOD FOR INDUSTRIAL PREPARING INTERFERON ALPHA-2b
JPWO2005079835A1 (en) Anticancer drugs containing BL angiostatin
ES2554565B2 (en) Bacterial strains and their uses in acylation and / or deacilation reactions
CN116535467A (en) Antibacterial peptide LK18s and application thereof
JP2018052851A (en) Composition having physiological activity

Legal Events

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

Effective date: 20171007