RU2486243C1 - POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE - Google Patents

POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE Download PDF

Info

Publication number
RU2486243C1
RU2486243C1 RU2011143071/10A RU2011143071A RU2486243C1 RU 2486243 C1 RU2486243 C1 RU 2486243C1 RU 2011143071/10 A RU2011143071/10 A RU 2011143071/10A RU 2011143071 A RU2011143071 A RU 2011143071A RU 2486243 C1 RU2486243 C1 RU 2486243C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iga1 protease
recombinant
iga1
plasmid dna
protease
Prior art date
Application number
RU2011143071/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011143071A (en
Inventor
Лев Давыдович Румш
Оксана Викторовна Серова
Алексей Алексеевич Зинченко
Александр Павлович Аллилуев
Леонид Васильевич Козлов
Ольга Викторовна Котельникова
Лариса Стефановна Жигис
Елена Юрьевна Ягудаева
Светлана Семеновна Андина
Ирина Викторовна Анохина
Вера Сергеевна Зуева
Елена Анатольевна Гордеева
Татьяна Дмитриевна Мелихова
Елена Адамовна Нокель
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А.Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А.Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А.Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН)
Priority to RU2011143071/10A priority Critical patent/RU2486243C1/en
Publication of RU2011143071A publication Critical patent/RU2011143071A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486243C1 publication Critical patent/RU2486243C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: proposed enzymatically inactive IgA1 protease with replacement Ser267Ala for use as a component of a polyvalent vaccine designed to protect people against meningococcal infection and other microorganisms, which pathogenicity is caused by IgA1 protease. The invention includes a polynucleotide encoding the said mutant form of IgA1 protease of Neisseria meningitidis of serogroup B, comprising the said polynucleotide, a recombinant plasmid DNA, the strain Escherichia coli - producer of a mutant form of IgA1 protease according to the invention, the method of preparing a recombinant form of the enzyme using a technology of recombinant DNA, and recombinant inactivated IgA1 protease.
EFFECT: increased level of immunogenicity.
6 cl, 1 tbl, 5 dwg, 7 ex

Description

Изобретение относится к области иммунологии, энзимологии, микробиологии и генной инженерии и касается нового полинуклеотида, кодирующего функционально активную рекомбинантную IgA1 протеазу Neisseria meningitidis, новой рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1-M и клетки-хозяина, прежде всего нового штамма бактерий Escherichia coli BL21(DE3)/pBIGAPS1-M, который может быть использован для получения высокоочищенной генно-инженерной IgA1 протеазы и в качестве компонента поливалентной вакцины, предназначенной для защиты человека, прежде всего детей, от менингококковой инфекции и других микроорганизмов, патогенность которых обусловлена IgA1 протеазой.The invention relates to the field of immunology, enzymology, microbiology and genetic engineering and relates to a new polynucleotide encoding a functionally active recombinant IgA1 protease Neisseria meningitidis, a new recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M and a host cell, especially a new bacterial strain Escherichia coli BL21 DE (DE pBIGAPS1-M, which can be used to obtain highly purified genetically engineered IgA1 protease and as a component of a multivalent vaccine designed to protect humans, especially children, from meningococcal infection uu and other microorganisms which are pathogenic due IgA1 protease.

Проблема эффективной вакцинопрофилактики менингококковой инфекции, вызываемой менингококком серогруппы В, до сих пор не решена. В реестре зарегистрированных менингококковых вакцин ВОЗ не зафиксировано ни одного препарата против менинингококка этой серогруппы. Отсутствие эффективной менингококковой группы В вакцины препятствует ликвидации этой инфекции в нашей стране и за ее пределами. Известно, что сериновая IgA протеаза секретируется некоторыми опасными бактериями, прежде всего Neisseria meningitidis, и расщепляет иммуноглобулины класса А на поверхности слизистых оболочек, разрушая первый защитный барьер иммунитета организма-хозяина. Известна менингококковая IgA1 протеаза, которая в опытах на лабораторных животных проявила себя как высокоэффективная менингококковая поливакцина, а следовательно, и вакцина против менингококка серогруппы В (пат. RU 2407792, Аллилуев А.П. и др., 16.08.2010 г). Было установлено, что выделенная из культуральной жидкости или из продуктов очистки вакцины (менингококковой группы А) IgA1 протеаза высокоэффективна ферментативно и иммунологически, но содержится в указанных источниках в микроколичествах, поэтому могут возникнуть сложности при получении протеазы в препаративных количествах.The problem of effective vaccine prophylaxis of meningococcal infection caused by meningococcus serogroup B has not yet been resolved. The WHO registry of registered meningococcal vaccines has not recorded a single drug against meningococcus of this serogroup. The lack of an effective meningococcal group B vaccine prevents the eradication of this infection in our country and beyond. It is known that serine IgA protease is secreted by some dangerous bacteria, primarily Neisseria meningitidis, and breaks down class A immunoglobulins on the surface of mucous membranes, destroying the first protective barrier of the host organism's immunity. Known meningococcal IgA1 protease, which in experiments on laboratory animals proved to be a highly effective meningococcal polivaccine, and therefore the vaccine against serogroup B meningococcus (US Pat. RU 2407792, Alliluyev A.P. et al., 16.08.2010 g). It was found that IgA1 protease isolated from the culture fluid or from the purification products of the vaccine (meningococcal group A) is highly effective enzymatically and immunologically, but is contained in the indicated amounts in micro quantities, therefore, it may be difficult to obtain the protease in preparative amounts.

В предшествующем уровне техники описано множество попыток создания вакцин, предназначенных для защиты от инфекции менингита группы В. В заявках WO 2005/105141 20051110, WO 95/03413, WO 2005/102384 20051103, WO 03/094960 20031120, WO 2006/024954 20060309, WO 2004/014417 20040219, WO 2005/033148 20050414, WO 2004/032958, WO 03/028661 20030410, WO 2004/014419 A1, WO 02/083711 предлагаются композиции и кандидаты в вакцины на основе липополисахарида, капсулярных олигосахаридов и ряда поверхностных белков менингококка для иммунизации пациента против заболевания, вызываемого Neisseria meningitidis различных серогрупп.The prior art describes many attempts to create vaccines designed to protect against infection of group B meningitis. In the applications WO 2005/105141 20051110, WO 95/03413, WO 2005/102384 20051103, WO 03/094960 20031120, WO 2006/024954 20060309, WO 2004/014417 20040219, WO 2005/033148 20050414, WO 2004/032958, WO 03/028661 20030410, WO 2004/014419 A1, WO 02/083711 offer compositions and candidates for vaccines based on lipopolysaccharide, capsular oligosaccharides and a number of surface protein meninges for immunization of a patient against a disease caused by Neisseria meningitidis of various serogroups.

Однако указанные композиции не включают IgA1 протеазу и не обеспечивают достаточную эффективную защиту от менингококковой инфекции и, в частности, от менингита группы В.However, these compositions do not include IgA1 protease and do not provide sufficient effective protection against meningococcal infection and, in particular, from group B meningitis.

В заявке WO 2004/102199 А2, LEENHOUTS и др., 25.11.2004, описан способ идентификации, выбора и выделения вакцинного компонента для пассивной и активной иммунизации против микроорганизма Streptococcus pneumonia, который подвергается уничтожению опсонофагоцитарными клетками. Методом компьютерного моделирования (in silico) идентифицированы антигены, индуцирующие опсонофагоцитоз, которые предлагается использовать в качестве компонентов вакцины, предназначенной для иммунизации. Идентифицировано три пневмококковых белка: стрептококклипопротеинароматаза (SlrA), IgA1 протеаза класса металлопротеаз и пневмококковый поверхностный белок адгезии A (PsaA) из Streptococcus pneumonia, получены их рекомбинантные варианты, которые изучены в качестве компонентов вакцины. Установлено, что композиция, содержащая все три рекомбинантных варианта, защищает мышей от указанной инфекции, однако каждый компонент в отдельности не обладает защитными свойствами.WO 2004/102199 A2, LEENHOUTS et al., November 25, 2004, describes a method for identifying, selecting and isolating a vaccine component for passive and active immunization against a Streptococcus pneumonia microorganism that is destroyed by opsonophagocytic cells. The method of computer simulation (in silico) identified antigens inducing opsonophagocytosis, which are proposed to be used as components of a vaccine intended for immunization. Three pneumococcal proteins have been identified: streptococclipoproteinaromatase (SlrA), metalloprotease class IgA1 protease and pneumococcal surface adhesion protein A (PsaA) from Streptococcus pneumonia, and their recombinant variants have been obtained and studied as vaccine components. It was found that the composition containing all three recombinant variants protects the mice from the specified infection, however, each component individually does not have protective properties.

В статье Shishir K. Gupta и др., Vaccine, 2010, т.28, стр.7092-7097, описаны результаты компьютерного моделирования последовательностей белков менингококка серогруппы В и выявлены 6 пептидов-эпитопов Т-хелперных клеток из трех белков: стимулирующий Т-клетки белок А, автотранспортный белок А и IgA1 протеаза. Авторы предполагают, что эти пептиды можно использовать в качестве перспективных агентов против менингококка группы В. Однако экспериментальные данные, подтверждающие данную гипотезу, не приводятся.The article by Shishir K. Gupta et al., Vaccine, 2010, v. 28, pp. 7092-7097, describes the results of computer simulation of serogroup B meningococcal protein sequences and identifies 6 peptides of T-helper cell epitopes of three proteins: stimulating T- protein A cells, motor protein A and IgA1 protease. The authors suggest that these peptides can be used as promising agents against group B meningococcus. However, experimental data confirming this hypothesis are not presented.

Известно получение фрагмента IgA1-протеазы, который используют в качестве пептида-носителя (пат. US 7235242, Achtman и др., 26.06.2007). Описан синтез фрагмента IgA1-протеазы, содержащего от 40 до 200 аминокислотных остатков и включающего 40 аминокислотных остатков последовательности SEQ ID NO:1, с использованием автоматического синтезатора. Однако при конъюгации с полисахаридом IgA1 протеаза обеспечивает защиту только от менингококка серогруппы С и не эффективна против менингококков серогруппы В.It is known to obtain a fragment of an IgA1 protease that is used as a carrier peptide (US Pat. US 7,235,242, Achtman et al., June 26, 2007). The synthesis of an IgA1 protease fragment containing from 40 to 200 amino acid residues and including 40 amino acid residues of the sequence SEQ ID NO: 1 is described using an automatic synthesizer. However, when conjugated with an IgA1 polysaccharide, the protease provides protection only against serogroup C meningococcus and is not effective against serogroup B meningococcus.

Известно применение бактериальных IgA1 протеаз для лечения заболеваний, связанных с отложениями IgA1 в тканях и органах организма (пат. US7407653, Plaut и др., 05.08.2008). Растворимые IgA1 протеазы, содержащие различные метки, например полигистидиновый фрагмент, получают рекомбинантным способом. Фермент выделяют по известной методике с использованием ультрафильтрации, ионообменной и металл-хелатной хроматографии. Полученные препараты можно использовать в качестве фермента для лечения аутоиммунных заболеваний, связанных с накоплением IgA, но не в качестве вакцины.The use of bacterial IgA1 proteases for the treatment of diseases associated with IgA1 deposits in the tissues and organs of the body is known (US Pat. US7407653, Plaut et al., 05.08.2008). Soluble IgA1 proteases containing various labels, for example a polyhistidine fragment, are produced by a recombinant method. The enzyme is isolated by a known method using ultrafiltration, ion exchange and metal chelate chromatography. The resulting preparations can be used as an enzyme for the treatment of autoimmune diseases associated with the accumulation of IgA, but not as a vaccine.

Известен также способ получения предшественника IgA1 протеазы. В статье S. Vitovski и J.R. Sayers, Infection and Immunity, 2007, т.75, №6, стр.2875-2885, описано клонирование полноразмерного гена, кодирующего сигнальный пептид, секретируемую форму протеиназы и автотранспортерный домен, и исследование механизма автопроцессинга IgA1 протеазы из ее предшественника. С этой целью был создан ряд мутированных форм белка-предшественника IgA1 протеазы Neisseria meningitidis серогруппы В (NMB), включая мутант с делецией 32-членного пептида в области сайта автопроцессинга, а также мутант, включающий замену остатка Ser в активном центре на остаток Val с целью получения предшественника, не обладающего автопротеолитической активностью. Для получения мутантов использовали штаммы NMB, выделенные из цереброспинальной жидкости больных менингококком. Было установлено, что указанные мутанты не обладали автопротеолитической активностью и не наблюдалось образование секретируемой зрелой протеазы. Но в этой работе получали только предшественник IgA1 протеазы. Протективные и иммуногенные свойства собственно IgA1 протеазы не исследовали, а также не рассматривается возможность создания вакцины на ее основе.There is also known a method of obtaining a precursor of IgA1 protease. In an article by S. Vitovski and J.R. Sayers, Infection and Immunity, 2007, v. 75, No. 6, pp. 2875-2885, describes the cloning of a full-sized gene encoding a signal peptide, a secreted form of a proteinase and an autotransporter domain, and an investigation of the autoprocessing mechanism of an IgA1 protease from its predecessor. To this end, a series of mutated forms of the serum group B Neisseria meningitidis serum B (NMB) precursor protein IgA1 were created, including a mutant with a deletion of a 32-membered peptide at the site of the autoprocessing site, as well as a mutant involving the replacement of the Ser residue in the active center with the Val residue with the aim of obtaining a precursor that does not have autoproteolytic activity. To obtain the mutants, NMB strains isolated from the cerebrospinal fluid of patients with meningococcus were used. It was found that these mutants did not possess autoproteolytic activity and the formation of secreted mature protease was not observed. But in this work, only the precursor of IgA1 protease was obtained. The protective and immunogenic properties of IgA1 protease itself have not been investigated, and the possibility of creating a vaccine based on it has not been considered.

В заявке LONG и др., WO 20101183337 (А2), 14.10.2010, описан способ получения растворимой рекомбинантной IgA1 протеазы с использованием прямого и/или непрямого продуцирования через тельца включения со значительно более высоким выходом по сравнению с известными разработанными ранее способами, причем выход составляет от 20 до 500 мг растворимой IgA1 протеазы/л культуральной среды. Однако полученные указанным способом препараты и композиции IgA1 протеазы являются ферментативно активными и предназначены только для разрушения IgA1 при лечении заболеваний, связанных с отложением этого белка в тканях организма. Кроме того, в работе получали IgA1 протеазу H. influenzae, экспрессированную в Е.coli.In the application LONG and others, WO 20101183337 (A2), 10/14/2010, describes a method for producing a soluble recombinant IgA1 protease using direct and / or indirect production through inclusion bodies with a significantly higher yield compared to previously known methods, the yield Between 20 and 500 mg of soluble IgA1 protease / L culture medium. However, the preparations and compositions of IgA1 proteases obtained by this method are enzymatically active and are intended only for the destruction of IgA1 in the treatment of diseases associated with the deposition of this protein in the tissues of the body. In addition, the work received IgA1 protease of H. influenzae expressed in E. coli.

Известен способ получения рекомбинантной IgA1 протеазы Neisseria meningitidis серогруппы В (NMB) (Серова О.В. и др., Биофармацевтический журнал, 2011, т.3, №6), согласно которому получали полноразмерную ферментативно активную IgA1 протеазу, обладающую иммуногенными и протективными свойствами в опытах на мышах в отношении менингококков серогрупп В. Однако указанный препарат обладает ферментативной активностью в отношении IgA1 человека, что может привести к нежелательным последствиям при расщеплении иммуноглобулина А1 на слизистых оболочках организма, например развитие воспалительной реакции. Этот способ как ближайший уровень техники был выбран в качестве прототипа.A known method for producing recombinant IgA1 protease Neisseria meningitidis serogroup B (NMB) (Serova OV and others, Biopharmaceutical journal, 2011, t.3, No. 6), according to which received a full-sized enzymatically active IgA1 protease with immunogenic and protective properties in experiments on mice with respect to meningococci of serogroup B. However, this drug has enzymatic activity against human IgA1, which can lead to undesirable consequences when splitting immunoglobulin A1 on the mucous membranes of the body, for example p development of inflammatory response. This method as the closest prior art was selected as a prototype.

Изобретение решает задачу получения рекомбинантной полноразмерной IgA1 протеазы, обладающей повышенными иммуногенными и защитными свойствами в отношении Neisseria meningitidis основных эпидемических серогрупп - А, В и С, но не обладающей ферментативной активностью в отношении IgA1 человека, для создания поливалентной вакцины для защиты человека как от менингококковой инфекции, так и от других патогенов, обусловленных IgA1 протеазой.The invention solves the problem of obtaining a recombinant full-sized IgA1 protease with enhanced immunogenic and protective properties against Neisseria meningitidis of the main epidemic serogroups A, B and C, but lacking enzymatic activity against human IgA1, to create a multivalent vaccine to protect a person from meningococcal infection , and from other pathogens caused by IgA1 protease.

Поставленная задача решается за счет полинуклеотида, кодирующего IgA1 протеазу Neisseria meningitidis серогруппы В штамм Н44/76 с мутацией каталитически активного остатка Ser267 на Ala (SEQ ID NO:1); The problem is solved by polynucleotide encoding IgA1 protease Neisseria meningitidis serogroup B strain H44 / 76 with a mutation of the catalytically active residue Ser267 on Ala (SEQ ID NO: 1);

рекомбинантной плазмидной ДНК, включающей вышеуказанную нуклеотидную последовательность и обеспечивающей экспрессию IgA1 протеазы в клетке-хозяине (pBIGAPS1-M), характеризующейся следующими признаками: длина цепи составляет 8123 п.о.; кодирует секретируемую форму IgA1 протеазы с мутацией каталитически активного остатка Ser267 на Ala, с сигнальной последовательностью на N-конце и гистидиновой меткой на С-конце белка; recombinant plasmid DNA comprising the above nucleotide sequence and providing expression of the IgA1 protease in the host cell (pBIGAPS1-M), characterized by the following features: chain length is 8123 bp; encodes a secreted form of IgA1 protease with a mutation of the catalytically active Ser267 residue on Ala, with a signal sequence at the N-terminus and a histidine tag at the C-terminus of the protein;

нуклеотидную последовательность, кодирующую IgA1 протеазу в плазмиде pBIGAPS1-М, фланкируют уникальные сайты рестрикции эндонуклеазами NdeI и XhoI; the nucleotide sequence encoding the IgA1 protease in the plasmid pBIGAPS1-M is flanked by unique restriction sites by endonuclease NdeI and XhoI;

нуклеотидная последовательность, кодирующая IgA1 протеазу в плазмиде pBIGAPS1-M, содержит уникальный сайт рестрикции эндонуклеазой BamHI; the nucleotide sequence encoding the IgA1 protease in plasmid pBIGAPS1-M contains a unique restriction site with the endonuclease BamHI;

содержит Т7 lac-промотор транскрипции; contains a T7 lac transcription promoter;

генетическим маркером служит нуклеотидная последовательность (kan), определяющая устойчивость трансформированных плазмидой pBIGAPS1-M клеток бактерий к канамицину; the genetic marker is the nucleotide sequence (kan), which determines the resistance of bacterial cells transformed with plasmid pBIGAPS1-M to kanamycin;

клетки-хозяина, прежде всего штамма-продуцента Е. coli BL21 (DE3)/pBIGAPS1-M, содержащего рекомбинантную плазмидную ДНК, который продуцирует зрелую форму мутантной IgA1 протеазы; a host cell, especially a producer strain of E. coli BL21 (DE3) / pBIGAPS1-M, containing recombinant plasmid DNA that produces a mature form of a mutant IgA1 protease;

мутантной IgA1 протеазы с молекулярной массой 107,6 кДа и рассчитанной изоэлектрической точкой 7,4, с аминокислотной последовательностью (SEQ ID NO:2), кодируемой вышеуказанной нуклеотидной последовательностью, обладающей иммуногенными и протективными свойствами, предназначенной для получения поливакцины для профилактики менингококковых инфекций, в том числе вызываемых бактериями N. meningitidis серогруппы В;mutant IgA1 protease with a molecular weight of 107.6 kDa and an calculated isoelectric point of 7.4, with the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) encoded by the above nucleotide sequence having immunogenic and protective properties, designed to obtain a multivaccine for the prevention of meningococcal infections, in including those caused by bacteria N. meningitidis serogroup B;

а также за счет способа получения зрелой формы IgA1 протеазы Neisseria meningitidis серогруппы В, заключающегося в том, что клетку-хозяина трансформируют рекомбинантной плазмидной ДНК, кодирующей мутантную IgA1 протеазу Neisseria meningitidis серогруппы В, с полинуклеотидом (SEQ ID NO:1), культивируют штамм-продуцент, выделяют и очищают целевой продукт из телец включения.and also due to the method of obtaining a mature form of IgA1 protease of Neisseria meningitidis serogroup B, which consists in the fact that the host cell is transformed with a recombinant plasmid DNA encoding the mutant IgA1 protease Neisseria meningitidis serogroup B, with a polynucleotide (SEQ ID NO: 1), cultured producer, isolate and purify the target product from inclusion bodies.

Техническим результатом изобретения является получение высокоочищенной полноразмерной ферментативно неактивной мутантной IgA1 протеазы N. meningitidis серогруппы В (40% фермента от суммарного клеточного белка, 20 мг из 2 г биомассы клеток, чистота препарата - не менее 90%), характеризующейся повышенной иммуногенной и протективной активностью в сравнении с ферментативно активными нативной и рекомбинантной протеазами. Полученный препарат мутантной IgA1 протеазы обладает поливалентным действием в отношении защиты от менингококковой инфекции организма животного независимо от источника ее получения (серогруппы А или В). Отсутствие ферментативной активности в отношении иммуноглобулина А1 человека мутантной IgA1 протеазы позволит избежать дополнительных осложнений при иммунизации человека.The technical result of the invention is to obtain a highly purified full-sized enzymatically inactive mutant IgA1 protease of N. meningitidis serogroup B (40% of the enzyme from the total cellular protein, 20 mg from 2 g of cell biomass, the purity of the drug is not less than 90%), characterized by increased immunogenic and protective activity in Comparison with enzymatically active native and recombinant proteases. The resulting preparation of mutant IgA1 protease has a multivalent effect with respect to protection against meningococcal infection of the animal organism, regardless of its source (serogroup A or B). The lack of enzymatic activity against human immunoglobulin A1 mutant IgA1 protease will avoid additional complications during human immunization.

Один объект настоящего изобретения включает рекомбинантную плазмиду, включающую вышеуказанную нуклеотидную последовательность и обеспечивающую экспрессию мутантной IgA1 протеазы в клетке-хозяине.One aspect of the present invention includes a recombinant plasmid comprising the aforementioned nucleotide sequence and allowing expression of a mutant IgA1 protease in a host cell.

Для получения мутантной формы IgA1-протеиназы, в которой каталитически активный остаток Ser267 заменен на Ala, был использован метод SOE (splicing by overlap extension, сплайсинг при расширении частично перекрывающихся последовательностей). Для этого были сконструированы специфические праймеры (SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:5, SEQ ID NO:6), перекрывающиеся в области сайта мутации, кроме этого, в эти праймеры был введен сайт рестрикции эндонуклеазы BamHI. Амплификацию фрагмента гена проводили в два этапа, используя в качестве матрицы плазмидную ДНК pBIGAPSI, описанную ранее в заявке RU 2453599, Румш Л.Д. и др., от 18.02.2011 г. Был получен фрагмент ДНК длиной около 2900 п.о. Целевой ПНР-продукт был клонирован в вектор рЕТ-24а(+) (Novagen, кат. №69749-3) при использовании уникальных сайтов рестрикции NdeI и XhoI таким образом, чтобы продуцируемый белок содержал His-метку в C-концевой области для последующей очистки белка с помощью металлохелатной хроматографии. Секвенирование полученной ДНК подтвердило наличие мутации. Полученная плазмидная ДНК была названа pBIGAPS1-M.To obtain the mutant form of IgA1 proteinase, in which the catalytically active Ser267 residue is replaced by Ala, the SOE method (splicing by overlap extension, splicing during the expansion of partially overlapping sequences) was used. For this, specific primers were designed (SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6), overlapping in the region of the mutation site, in addition, the BamHI endonuclease restriction site was introduced into these primers . The amplification of the gene fragment was carried out in two stages, using the plasmid DNA pBIGAPSI as described earlier in the application RU 2453599, L. Rumsh. et al., dated February 18, 2011. A DNA fragment of about 2900 bp was obtained. The target PNR product was cloned into pET-24a (+) vector (Novagen, Cat. No. 69749-3) using unique NdeI and XhoI restriction sites so that the protein produced contained His tag in the C-terminal region for subsequent purification protein using metal chelate chromatography. Sequencing of the obtained DNA confirmed the presence of a mutation. The resulting plasmid DNA was named pBIGAPS1-M.

Еще один объект настоящего изобретения включает клетку-хозяина, прежде всего штамм Е. coli, содержащий рекомбинантную нуклеиновую последовательность (см. выше), который продуцирует зрелую форму мутантной IgA1 протеазы. В качестве клетки-хозяина использовали, прежде всего, штамм Е. coli BL21(DE3), на основе которого был получен штамм BL21(DE3)/pBIGAPS1-M, описанный ниже.Another object of the present invention includes a host cell, especially an E. coli strain containing a recombinant nucleic sequence (see above) that produces a mature form of mutant IgA1 protease. As the host cell, first of all, E. coli strain BL21 (DE3) was used, on the basis of which the strain BL21 (DE3) / pBIGAPS1-M was obtained, which is described below.

Другой объект включает способ получения зрелой мутантной формы IgA1 протеазы Neisseria meningitidis серогруппы В, заключающийся в том, что клетку-хозяина Е. coli BL21(DE3) трансформируют описанной выше рекомбинантной плазмидной ДНК, кодирующей IgA1 протеазу Neisseria meningitidis серогруппы В, с полинуклеотидом (SEQ ID NO:1), культивируют клетки-хозяина, как описано ниже, выделяют и очищают целевой продукт из телец включения.Another object includes a method for producing a mature mutant form of IgA1 protease of Neisseria meningitidis serogroup B, which is that the host cell of E. coli BL21 (DE3) is transformed with the above recombinant plasmid DNA encoding IgA1 protease of Neisseria meningitidis serogroup B with a polynucleotide (SE NO: 1), host cells are cultured as described below, the target product is isolated and purified from inclusion bodies.

Еще один объект настоящего изобретения включает IgA1 протеазу с молекулярной массой 107,6 кДа и рассчитанной изоэлектрической точкой 7,4 и аминокислотной последовательностью (SEQ ID NO:2), кодируемую описанным выше полинуклеотидом и полученную указанным выше способом, предназначенную для получения поливакцины для профилактики инфекций, в том числе вызываемых бактериями N. meningitidis серогруппы В.Another object of the present invention includes an IgA1 protease with a molecular weight of 107.6 kDa and an calculated isoelectric point of 7.4 and the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) encoded by the polynucleotide described above and obtained by the above method, designed to obtain a multivaccine for the prevention of infections , including those caused by bacteria N. meningitidis serogroup B.

IgA1 протеаза в качестве активного компонента может быть использована для получения поливакцины для профилактики менинкогокковой инфекции серогрупп А, В, С, а также для инфекций, патогенность которых обусловлена IgA1 протеазой, таких как Clostridium ramosum, Bacteroides melaninogenicus, Capnocytophaga ochracea, Streptococcus pneumonia, Streptococcus sanguis, Streptococcus oralis, Streptococcus mitis, Haemophilus influenzae, Haemophilus influenzae, Haemophilus aegyptius, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, Streptococcus viridans, Streptococcus canis, Streptococcus suis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Moraxella catarrhalis, Helicobacter pylori, Campylobacter jejuni.IgA1 protease as an active component can be used to obtain a multivaccine for the prevention of meninococcal infection of serogroups A, B, C, as well as for infections whose pathogenicity is due to IgA1 protease, such as Clostridium ramosum, Bacteroides melaninogenicus, Capnocytophaga ochracea, Streptocococcus pneumonia, Streptocococcus pneumonia, Streptocococcus pneumonia, Streptocococcus pneumonia , Streptococcus oralis, Streptococcus mitis, Haemophilus influenzae, Haemophilus influenzae, Haemophilus aegyptius, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, Streptococcus viridans, Streptococcus canis, Streptococcus suis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Moraxella catarrhalis, Helicobacter pylori, Campylobacter jejuni.

Для получения штамма-продуцента IgA1 протеазы трансформируют компетентные клетки Escherichia coli BL21(DE3) (Е. coli В F- dcm ompT hsdS(rB- mB-) gal λ(DE3)) (Stratagene Cat. No 200131) плазмидной ДНК pBIGAPS1-М.To obtain a producer strain of IgA1, proteases transform competent Escherichia coli cells BL21 (DE3) (E. coli B F - dcm ompT hsdS (r B - m B - ) gal λ (DE3)) (Stratagene Cat. No 200131) plasmid DNA pBIGAPS1 -M.

Полученный штамм, названный Е. coli BL21(DE3)/pBIGAPS1-M, характеризуется следующими свойствами.The resulting strain, named E. coli BL21 (DE3) / pBIGAPS1-M, is characterized by the following properties.

Культурально-морфологические признаки.Cultural and morphological characters.

Клетки мелкие, палочковидной формы, грамотрицательные, 1×3,5 мкм, подвижные. Штамм хорошо растет на обычных питательных средах (LB-бульон, LB-агар). При росте на агаризованной среде LB колонии округлые, гладкие, полупрозрачные, блестящие, желтоватого цвета. Край ровный, диаметр колоний 2-3 мм, консистенция пастообразная. Рост в жидкой среде LB характеризуется ровным помутнением, осадок легко седиментирует.The cells are small, rod-shaped, gram-negative, 1 × 3.5 μm, motile. The strain grows well on ordinary nutrient media (LB-broth, LB-agar). When growing on LB agar medium, the colonies are rounded, smooth, translucent, shiny, yellowish. The edge is even, the diameter of the colonies is 2-3 mm, the consistency is pasty. Growth in a liquid LB medium is characterized by even turbidity, the sediment easily sedimentes.

Физиолого-биохимические признаки.Physiological and biochemical characteristics.

Клетки растут при 4-42°С, оптимум рН 6,8-7,6. В качестве источника азота используют как минеральные соли аммония, так и органические соединения: аминокислоты, пептон, триптон, дрожжевой экстракт.Cells grow at 4-42 ° C; optimum pH is 6.8-7.6. As a source of nitrogen, both ammonium mineral salts and organic compounds are used: amino acids, peptone, tryptone, yeast extract.

Генетические признаки.Genetic signs.

Клетки проявляют устойчивость к канамицину (до 100 мкг/мл), обусловленную наличием гена устойчивости к антибиотику в рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1-M.Cells show resistance to kanamycin (up to 100 μg / ml), due to the presence of the antibiotic resistance gene in the recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M.

Условия хранения.Storage conditions.

Штамм бактерий Е.coli BL21(DE3)/pBIGAPS1-M хранят на чашках и косяках при 4°С. Пересевы на свежие среды проводят один раз в месяц. Может храниться не менее одного года в среде LB, содержащей 15% глицерина, при -70°С.The bacterial strain E. coli BL21 (DE3) / pBIGAPS1-M is stored on plates and jambs at 4 ° C. Reseeding on fresh media is carried out once a month. It can be stored for at least one year in LB medium containing 15% glycerol at -70 ° C.

Устойчивость к антибиотикам.Antibiotic resistance.

Клетки штамма-продуцента проявляют устойчивость к канамицину (до 100 мкг/мл), обусловленную наличием гена устойчивости в рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1-M.The cells of the producer strain show resistance to kanamycin (up to 100 μg / ml), due to the presence of the resistance gene in recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M.

В качестве клетки-хозяина можно использовать клетки эукариот (например, дрожжевые клетки, растительные клетки, животные клетки и клетки человека), или клетки прокариот (например, бактериальные клетки и т.п.), или клетки, которые индуцируют иммунный ответ. Специалистам в данной области известно множество указанных клеток и клеточных линий (высших) эукариот, например 293Т (линия эмбриональных клеток почек), HeLa (клетки карциномы шейки матки человека), СНО (клетки яичника китайского хомячка) и другие клеточные линии, включая указанные клетки и клеточные линии, разработанные для лабораторных исследований, такие как, например, клетки hTERT-MSC, HEK293, Sf9 или COS. Пригодные эукариотические клетки, кроме того, включают клетки или клеточные линии, пораженные болезнями или инфекциями, например раковые клетки, прежде всего раковые клетки любого типа рака, упомянутого в данном контексте, клетки, пораженные ВИЧ, и/или клетки иммунной системы или центральной нервной системы (ЦНС). Пригодные клетки можно аналогичным образом получить из эукариотических микроорганизмов, таких как дрожжи, например Saccharomyces cerevisiae (Stinchcomb и др., Nature, т.282, стр.39, (1997)), Schizosaccharomyces pombe, Candida, Pichia и гифомицеты родов Aspergillus, Penicillium и т.п. Пригодные клетки аналогичным образом включают клетки прокариот, таких как, например, клетки бактерий, например Escherichia coli, или бактерий рода Bacillus, Lactococcus, Lactobacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Streptococcus, Staphylococcus, предпочтительно Е. coli, и т.п. Клетки человека или клетки животных, например животных, упомянутых в данном контексте, являются прежде всего предпочтительно эукариотическими клетками.Eukaryotic cells (e.g., yeast cells, plant cells, animal cells and human cells), or prokaryotic cells (e.g., bacterial cells, etc.), or cells that induce an immune response can be used as the host cell. Specialists in this field know many of these cells and cell lines of (higher) eukaryotes, for example 293T (line of embryonic kidney cells), HeLa (human cervical carcinoma cells), CHO (Chinese hamster ovary cells) and other cell lines, including these cells and cell lines designed for laboratory research, such as, for example, hTERT-MSC, HEK293, Sf9 or COS cells. Suitable eukaryotic cells also include cells or cell lines affected by diseases or infections, for example cancer cells, especially cancer cells of any type of cancer mentioned in this context, cells infected with HIV and / or cells of the immune system or central nervous system (CNS). Suitable cells can be similarly obtained from eukaryotic microorganisms such as yeast, for example Saccharomyces cerevisiae (Stinchcomb et al., Nature, v. 282, p. 39, (1997)), Schizosaccharomyces pombe, Candida, Pichia and hyphomycetes of the genera Aspergillus, Penicillium etc. Suitable cells likewise include prokaryotic cells, such as, for example, bacterial cells, for example Escherichia coli, or bacteria of the genus Bacillus, Lactococcus, Lactobacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Streptococcus, Staphylococcus, preferably E. coli, and the like. Human cells or animal cells, for example animals referred to in this context, are primarily preferably eukaryotic cells.

Изобретение иллюстрируют графические материалы. The invention is illustrated by graphic materials.

Фиг.1. Физическая карта рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1-M. Figure 1. Physical map of recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M.

Рекомбинантная плазмидная ДНК pBIGAPS1-M, содержащая 8123 п.о., кодирующая секретируемую мутантную форму IgA1-протеиназы, состоящая из: Recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M containing 8123 bp encoding a secreted mutant form of IgA1 proteinase, consisting of:

bigaps1-M - область, кодирующая сигнальный пептид, секретируемую мутантную форму IgA1 протеазы и гистидиновую метку и фланкируемая уникальными сайтами рестрикции эндонуклеазами NdeI (3051) и XhoI (158) (нумерация приведена в соответствии с нумерацией в векторе рЕТ-24а), bigaps1-M содержит также уникальный сайт рестрикции эндонуклеазой BamHI, ori - участок инициации репликации рекомбинантной плазмидной ДНК, T7lac promoter - гибридный промотор транскрипции, Stop - терминатор транскрипции рибосомного оперона Е. coli, kan - ген, определяющий устойчивость микроорганизма к канамицину, f1 origin - участок, позволяющий получать одноцепочечную ДНК, lacI - область, кодирующая lac репрессор.bigaps1-M is a region encoding a signal peptide secreted by a mutant form of IgA1 protease and a histidine tag and flanked by unique restriction sites by the NdeI (3051) and XhoI (158) endonucleases (the numbering is according to the numbering in the pET-24a vector), bigaps1-M also contains a unique restriction site with BamHI endonuclease, ori - a site for the initiation of replication of recombinant plasmid DNA, T7lac promoter - a hybrid transcription promoter, Stop - a terminator for transcription of the ribosomal operon E. coli, kan - a gene that determines the resistance of a microorganism to kanamits Well, f1 origin - land, which yields a single-stranded DNA, lacI - the region encoding the lac repressor.

Фиг.2. Уровень специфических антител в крови иммунизированных мышей.Figure 2. The level of specific antibodies in the blood of immunized mice.

Фиг.3. Защищенность мышей, иммунизированных IgAl-протеазой после заражения менингококком серогруппы В штамм Н44/76.Figure 3. The protection of mice immunized with an IgAl protease after infection with serogroup B meningococcus strain H44 / 76.

Фиг.4. Уровень иммуноглобулина IgA1, выявляемый в коммерческом препарате.Figure 4. IgA1 immunoglobulin level detected in a commercial preparation.

Фиг.5. Электрофорез в ДСН-ПААГ.Figure 5. Electrophoresis in SDS-PAGE.

Пример 1Example 1

Определение и получение полинуклеотида, кодирующего IgA1 протеазу Neisseria meningitidis серогруппы В штамм Н44/76 с мутацией каталитически активного остатка Ser267 (SEQ ID NO:1)Determination and preparation of a polynucleotide encoding IgA1 protease of Neisseria meningitidis serogroup B strain H44 / 76 with a mutation of the catalytically active residue Ser267 (SEQ ID NO: 1)

На основании известной последовательности фрагмента гена iga штамма Н44/76, кодирующего форму протеазы, близкую по размеру к секретируемой (примерно 900-1000 аминокислотных остатков, а.о.), которая описана в дополнительном примере 1, были сконструированы праймеры для замены каталитически активного остатка Ser267 на Ala и последующего клонирования в экспрессионный вектор. Выбранная структура праймеров позволяет амплифицировать продукт полимеразной цепной реакции (ПЦР), пригодный для последующего встраивания в экспрессионные векторы семейства рЕТ (Novagen), используемые для получения белков в штаммах Е.coli, лизогенных по бактериофагу Т7.Based on the known sequence of the iga gene fragment of strain H44 / 76 encoding a protease form that is close in size to the secreted one (approximately 900-1000 amino acid residues, amino acid residues), which is described in Supplementary Example 1, primers were designed to replace the catalytically active residue Ser267 on Ala and subsequent cloning into an expression vector. The selected primer structure allows amplification of the product of polymerase chain reaction (PCR), suitable for subsequent incorporation into expression vectors of the pET family (Novagen), used to obtain proteins in E. coli strains lysogenic by T7 bacteriophage.

Для получения мутантной формы IgA1-протеиназы, в которой каталитически активный остаток Ser267 заменен на Ala, был использован метод SOE (splicing by overlap extension, сплайсинг при расширении частично перекрывающихся последовательностей). Для этого были сконструированы специфические праймеры f3 и f4 (f3 - прямой - 5'-GCTGTGTTAGGCGATGCCGGATCCCCATTATTTGCTTATG-3' SEQ ID №5, f4 - обратный - 5'-CATAAGCAAATAATGGGGATCCGGCATCGCCTAACACAGC-3' SEQ ID №6), перекрывающиеся в области сайта мутации, кроме этого, в эти праймеры был введен сайт рестрикции эндонуклеазы BamHI.To obtain the mutant form of IgA1 proteinase, in which the catalytically active Ser267 residue is replaced by Ala, the SOE method (splicing by overlap extension, splicing during the expansion of partially overlapping sequences) was used. For this, specific primers f3 and f4 were designed (f3 - direct - 5'-GCTGTGTTAGGCGATGCCGGATCCCCATTATTTGCTTATG-3 'SEQ ID No. 5, f4 - reverse - 5'-CATAAGCAAATAATGGGGGATCCGGCATCG6QACAC site 3'-sites) of this, a BamHI endonuclease restriction site was introduced into these primers.

Для последующего клонирования в векторе рЕТ-24(а+) в праймеры (f1 - прямой - 5-CGAGACAGCCATATGAAAACCAAACGTTTTAAAATTAAC-3 SEQ ID №3, f2 - обратный - 5-GGGCTCGAGATTGTACAATCGGGTAATACCG-3 SEQ ID №4), фланкирующие целевой участок гена iga штамма Н44/76, введены последовательности сайтов узнавания рестриктаз NdeI и XhoI (соответственно для f1 и f2), имеющиеся в полилинкере вектора. Строение праймера f2, не содержащего терминирующих кодонов, позволяет получать белок, модифицированный в С-концевой области гексагистидиновой меткой для последующего проведения металлохелатной хроматографии при его выделении.For subsequent cloning in the pET-24 vector (a +) into primers (f1 — direct — 5-CGAGACAGCCATATGAAAACCAAACGTTTTAAAATTAAC-3 SEQ ID No. 3, f2 — reverse — 5-GGGCTCGAGATTGTACAATCGGGTAATACCGma-3 SEQ ID NO. 3) H44 / 76, the sequences of restriction enzyme recognition sites NdeI and XhoI (respectively for f1 and f2), introduced in the vector polylinker, were introduced. The structure of primer f2, which does not contain termination codons, allows one to obtain a protein modified in the C-terminal region with a hexahistidine tag for subsequent metal chelate chromatography during isolation.

Амплификацию фрагмента гена проводили в два этапа, используя в качестве матрицы плазмидную ДНК pBIGAPS1, описанную ранее в заявке RU 2011106149.Amplification of the gene fragment was carried out in two stages, using the plasmid DNA pBIGAPS1 as described previously in the application RU 2011106149 as a matrix.

На первом этапе проводили параллельно две реакции амплификации фрагмента гена, в одной используя праймеры f1 и f4, в другой - f2 и f3. В результате были получены два фрагмента ДНК длиной около 800 и 2100 п.о., соответственно. На втором этапе был получен фрагмент ДНК около 2900 п.о. при использовании в реакции амплификации в качестве матрицы фрагментов ДНК, полученных на первом этапе, а также праймеров f1 и f2.At the first stage, two amplification reactions of the gene fragment were carried out in parallel, in one using primers f1 and f4, in the other, f2 and f3. As a result, two DNA fragments with a length of about 800 and 2100 bp were obtained, respectively. At the second stage, a DNA fragment of about 2900 bp was obtained. when used in the amplification reaction as a matrix of DNA fragments obtained in the first stage, as well as primers f1 and f2.

Амплификацию фрагментов нуклеиновой кислоты проводили по стандартному протоколу за 25 циклов ПЦР. Температуру отжига праймеров подбирали экспериментально. Обработку ПЦР-фрагмента и вектора рестриктазами, лигирование и трансформацию компетентных клеток проводили по стандартным процедурам. Целевой ПЦР-продукт был клонирован в вектор рЕТ-24а(+) (Novagen, кат. №69749-3) при использовании уникальных сайтов рестрикции NdeI и XhoI таким образом, чтобы продуцируемый белок содержал His-метку в C-концевой области для последующей очистки белка с помощью металлохелатной хроматографии. Секвенирование полученной ДНК подтвердило наличие мутации в белке (SEQ ID NO:2). Полученная плазмидная ДНК была названа pBIGAPS1-M.Amplification of nucleic acid fragments was carried out according to the standard protocol for 25 cycles of PCR. The primer annealing temperature was selected experimentally. Processing of the PCR fragment and vector with restriction enzymes, ligation and transformation of competent cells was carried out according to standard procedures. The desired PCR product was cloned into pET-24a (+) vector (Novagen, Cat. No. 69749-3) using unique NdeI and XhoI restriction sites so that the protein produced contained His tag in the C-terminal region for subsequent purification protein using metal chelate chromatography. Sequencing of the obtained DNA confirmed the presence of a mutation in the protein (SEQ ID NO: 2). The resulting plasmid DNA was named pBIGAPS1-M.

Пример 2Example 2

А) Получение рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1-MA) Obtaining recombinant plasmid DNA pBIGAPS1-M

Рекомбинантную плазмидную ДНК получали из клеток ночной культуры стандартным щелочным методом (Maniatis, Т., Fritsch, E.F. and Sambrook, J. (1982) Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Sping Harbor Laboratory Press) и использовали для введения в компетентные клетки с помощью теплового шока. Для этого к 50 мкл суспензии компетентных клеток добавляли 100 нг - 1 мкг плазмидной ДНК и инкубировали в течение 40 мин на льду. Полученную смесь инкубировали при 42°С в течение 2 мин, затем инкубировали во льду в течение 2 мин, добавляли 1 мл холодного бульона LB и инкубировали в течение 1 ч при 37°С. После этого 100 мкл суспензии бактериальных клеток высевали на чашки Петри с агаром, содержащим 50 мкг/мл канамицина. Чашки инкубировали в течение ночи при 37°С, бактериальные клетки нескольких выросших колоний использовали для независимого засева микробиологических пробирок с 5 мл жидкой среды LB, содержащей 50 мкг/мл канамицина, с последующим выращиванием бактериальных клеток на качалке при 37°С в течение ночи. После этого в пробирки добавляли глицерин до конечной концентрации 15%, суспензию клеток разливали в пластиковые пробирки и хранили при -70°С.Recombinant plasmid DNA was obtained from overnight cells by the standard alkaline method (Maniatis, T., Fritsch, EF and Sambrook, J. (1982) Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Sping Harbor Laboratory Press) and used to introduce into competent cells using heat shock. For this, 100 ng - 1 μg of plasmid DNA was added to 50 μl of a suspension of competent cells and incubated for 40 min on ice. The resulting mixture was incubated at 42 ° C for 2 min, then incubated in ice for 2 min, 1 ml of cold LB broth was added and incubated for 1 h at 37 ° C. After that, 100 μl of a suspension of bacterial cells were plated on Petri dishes with agar containing 50 μg / ml kanamycin. The cups were incubated overnight at 37 ° C, the bacterial cells of several grown colonies were used for independent inoculation of microbiological tubes with 5 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, followed by growth of bacterial cells on a shaker at 37 ° C overnight. After that, glycerol was added to the tubes to a final concentration of 15%, the cell suspension was poured into plastic tubes and stored at -70 ° C.

Физическая карта рекомбинантной плазмидной ДНК приведена на фигуре 1.A physical map of recombinant plasmid DNA is shown in figure 1.

Б) Получение штаммаB) Obtaining strain

Штамм Е.coli BL21(DE3)/pBIGAPS1-M получали путем введения плазмидной ДНК pBIGAPS1-M в компетентные клетки Е.coli BL21(DE3) с помощью метода теплового шока. Для получения компетентных клеток, бактериальные клетки исходного штамма Escherichia coli BL21(DE3) (E.coli В F- dcm ompT hsdS(rB- mB-) gal λ(DE3)) выращивали в жидкой среде LB в течение ночи при 37°С и использовали для засева 100 мл той же среды. Культуру выращивали до ранней логарифмической фазы на качалке при интенсивной аэрации (до оптической плотности при 600 нм=0.4÷0.5), быстро охлаждали во льду, клетки осаждали центрифугированием в течение 10 мин при 5000 об/мин при +4°С. Осадок дважды промывали в 50 мл 100 мМ CaCl2. Осажденные клетки ресуспендировали в 2 мл 100 мМ CaCl2, с добавлением глицерина до 10%. Разделяли на аликвоты по 50 мкл, быстро замораживали и хранили при -70°С.The E. coli BL21 (DE3) / pBIGAPS1-M strain was obtained by introducing pBIGAPS1-M plasmid DNA into competent E. coli BL21 (DE3) cells using the heat shock method. To obtain competent cells, the bacterial cells of the original strain Escherichia coli BL21 (DE3) (E. coli B F - dcm ompT hsdS (r B - m B - ) gal λ (DE3)) were grown in LB liquid medium overnight at 37 ° C and used for seeding 100 ml of the same medium. The culture was grown to the early logarithmic phase on a rocking chair under intensive aeration (to an optical density at 600 nm = 0.4 ÷ 0.5), it was quickly cooled in ice, the cells were precipitated by centrifugation for 10 min at 5000 rpm at + 4 ° С. The precipitate was washed twice in 50 ml of 100 mm CaCl 2 . The precipitated cells were resuspended in 2 ml of 100 mm CaCl 2 , with the addition of glycerol up to 10%. Aliquots of 50 μl were divided, quickly frozen and stored at -70 ° C.

Пример 3Example 3

Определение продуктивности штамма-продуцента IgA1 протеазыDetermination of the productivity of the producer strain of IgA1 protease

В 15 мл жидкой среды LB, содержащей 50 мкг/мл канамицина, вносили 1% инокулят ночной культуры клеток и выращивали при 37°С на качалке при 180 об/мин в течение 2 ч до мутности 0,8. Затем добавляли индуктор изопропилтиогалактопиранозид (ИПТГ) до конечной концентрации 0,5 мМ и продолжали инкубацию в тех же условиях в течение 2,0 ч. Отбирали пробу 1 мл и центрифугировали в течение 6 мин при 12000 об/мин, после чего клетки суспендировали в 100 мкл деионизированной воды, добавляли 33 мкл буферного раствора, содержащего 125 мМ Трис-HCl, рН 6,8, 20% глицерин, 3% додецилсульфат натрия, 3% меркаптоэтанол и 0,01% бромфеноловый синий, нагревали в течение 10 мин до 95°С. Отбирали аликвоту и анализировали электрофорезом в 10% полиакриламидном геле, содержащем 0,1% додецилсульфат натрия. Гель окрашивали Кумасси R250 и сканировали на лазерном сканере. Продуктивность штамма Е.coli BL21(DE3)/pBIGAPS1 составляет 40% фермента от суммарного клеточного белка.In 15 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, a 1% inoculum of overnight cell culture was added and grown at 37 ° C on a shaker at 180 rpm for 2 h until a turbidity of 0.8. Then the isopropylthiogalactopyranoside inducer (IPTG) was added to a final concentration of 0.5 mM and the incubation was continued for 2.0 hours under the same conditions. A 1 ml sample was taken and centrifuged for 6 min at 12,000 rpm, after which the cells were suspended in 100 μl of deionized water, 33 μl of a buffer solution containing 125 mM Tris-HCl, pH 6.8, 20% glycerol, 3% sodium dodecyl sulfate, 3% mercaptoethanol and 0.01% bromophenol blue was added, heated for 10 min to 95 ° FROM. An aliquot was taken and analyzed by electrophoresis on a 10% polyacrylamide gel containing 0.1% sodium dodecyl sulfate. The gel was stained with Coomassie R250 and scanned on a laser scanner. The productivity of E. coli strain BL21 (DE3) / pBIGAPS1 is 40% of the enzyme from the total cellular protein.

Пример 4Example 4

Выделение рекомбинантной мутантной IgA1 протеазыIsolation of Recombinant Mutant IgA1 Protease

Разрушение клеток и фракционирование лизатаCell disruption and lysate fractionation

Размороженные после хранения клетки (2 г из 1 л индуцированной культуры) ресуспендировали в семикратном объеме 20 мМ Tris-HCl-буфера, рН 8.5, содержащем лизоцим. Суспензию клеток пятикратно обрабатывали ультразвуком и подвергали центрифугированию (1 час, 20000 g). Разделенные фракции растворимых белков (бесклеточный экстракт, БЭ) и нерастворимая часть клеточного лизата (дебрис и нерастворимые белки) изолировали. Согласно результатам электрофоретического анализа целевой белок формирует нерастворимые тельца включения (ТВ), независимо от температурных условий индукции культуры и типа буфера, использованного при разрушении клеток. Нерастворимую часть лизата клеток, содержащую ТВ после центрифугирования, промывали: а) 60 мл буфера 20 мМ Tris-HCl, 1% Triton X-100, 0.1% SDS, центрифугировали 40 мин 10000 g; б) 60 мл буфера 20 мМ Tris-HCl, I M NaCl, центрифугируют 40 мин, 10000 g. Осадок использовали для проведения хроматографии на Ni-агарозе в денатурирующих условиях.Thawed cells after storage (2 g from 1 L of the induced culture) were resuspended in a seven-fold volume of 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.5, containing lysozyme. The cell suspension was five times sonicated and centrifuged (1 hour, 20,000 g). Separated fractions of soluble proteins (cell-free extract, BE) and the insoluble part of the cell lysate (debris and insoluble proteins) were isolated. According to the results of electrophoretic analysis, the target protein forms insoluble inclusion bodies (TB), regardless of the temperature conditions of the culture induction and the type of buffer used to destroy cells. The insoluble portion of the cell lysate containing TB after centrifugation was washed: a) 60 ml of 20 mM Tris-HCl buffer, 1% Triton X-100, 0.1% SDS, centrifuged for 40 min 10,000 g; b) 60 ml of 20 mM Tris-HCl buffer, IM NaCl, centrifuged for 40 min, 10,000 g. The precipitate was used for chromatography on Ni-agarose under denaturing conditions.

Металлхелатная хроматография на Ni-агарозеMetal Chelate Chromatography on Ni-Agarose

ТВ, выделенные из 2 г клеток, растворяли в 20 мл 20 мМ Tris-HCl, рН 8.5, содержащего 8 М мочевину и 5 мМ дитиотреитол (ДТТ). Суммарное количество белка, содержащегося в ТВ, составлял около 40 мг при определении по методу Брэдфорд. После центрифугирования и фильтрования раствор инкубировали в течение ночи с 10 мл Ni-агарозы (Qiagen, Cat No 30410), уравновешенной тем же буфером. Затем сорбент промывали 10V колонки буфером, содержащим 20 мМ Tris-HCl рН 8.5, 8 М мочевину, 250 мМ NaCl. Связавшиеся белки элюировали 5 объемами колонки буфером, содержащим 20 мМ Tris-HCl рН 8.5, 8 М мочевину, 250 мМ NaCl, 400 мМ имидазола. Фракции, содержащие очищенный белок, объединяли и использовали для переведения IgA1 протеазы в растворимую форму. Выход частично очищенного препарата целевого белка на этой стадии составляет - 30 мг из 2 г биомассы клеток.TB isolated from 2 g of cells was dissolved in 20 ml of 20 mM Tris-HCl, pH 8.5, containing 8 M urea and 5 mM dithiothreitol (DTT). The total amount of protein contained in the TV was about 40 mg as determined by the Bradford method. After centrifugation and filtration, the solution was incubated overnight with 10 ml of Ni-agarose (Qiagen, Cat No. 30410), equilibrated with the same buffer. Then the sorbent was washed with a 10V column with buffer containing 20 mM Tris-HCl pH 8.5, 8 M urea, 250 mM NaCl. Bound proteins were eluted with 5 column volumes with buffer containing 20 mM Tris-HCl pH 8.5, 8 M urea, 250 mM NaCl, 400 mM imidazole. Fractions containing purified protein were combined and used to convert the IgA1 protease to a soluble form. The yield of a partially purified preparation of the target protein at this stage is 30 mg from 2 g of cell biomass.

Рефолдинг IgA1 протеазыIgA1 protease refolding

Объединенный элюат (30 мл, 1 мг/мл), полученный после проведения хроматографии на Ni-агарозе, подвергали ступенчатому диализу, постепенно снижая концентрацию мочевины до значения 1,5 М (что позволяет получить препарат с высокой концентрацией белка) в 20 мМ Tris-HCl буфере, рН 8,5, 1 мМ DTT. Далее раствор белка подвергали концентрированию, используя метод ультрафильтрации. Далее раствор подвергали центрифугированию (30 мин, 5000 g) и фильтрованию через стерильную мембрану с размером пор 0.2 мкм. Концентрация белка в конечном препарате составляет 1,8 мг/мл, объем 10 мл.The combined eluate (30 ml, 1 mg / ml) obtained after chromatography on Ni-agarose was subjected to stepwise dialysis, gradually reducing the urea concentration to 1.5 M (which allows to obtain a preparation with a high protein concentration) in 20 mM Tris- HCl buffer, pH 8.5, 1 mM DTT. Next, the protein solution was concentrated using the ultrafiltration method. The solution was then centrifuged (30 min, 5000 g) and filtered through a sterile membrane with a pore size of 0.2 μm. The protein concentration in the final preparation is 1.8 mg / ml, a volume of 10 ml.

Выход белка на конечной стадии составляет 18 мг из 2 г биомассы клеток. Чистота препарата - не менее 90%.The final protein yield is 18 mg from 2 g of cell biomass. The purity of the drug is not less than 90%.

Пример 5Example 5

Определение иммуногенной и протективной активностиDetermination of immunogenic and protective activity

Иммуногенную и протективную активность полученной IgA1 протеазы оценивали на мышах линии Balb/C. Для оценки этих показателей животных иммунизировали различными препаратами IgA1 протеазы (нативная IgA1 протеаза, выделенная из культуры Neisseria meningitidis серогруппы А, полученная, как описано в патенте RU 2407792, рекомбинантная IgA1 протеаза серогруппы В, полученная как описано в дополнительном примере 1, мутантная IgAl протеаза серогруппы В, полученная, как описано в настоящем описании, пример 4) однократно в дозе 20 мкг/мышь. По данным иммуноферментного анализа, проведенного, как описано в патенте РФ №2310853, мутантная рекомбинантная IgA1 протеаза в отличие от нативной и рекомбинантной немутантной IgA1 протеазы не обладает специфической ферментативной активностью, т.е. не гидролизует IgA1 человека.The immunogenic and protective activity of the obtained IgA1 protease was evaluated in Balb / C mice. To evaluate these parameters, animals were immunized with various IgA1 protease preparations (native IgA1 protease isolated from serogroup A Neisseria meningitidis culture, obtained as described in patent RU 2407792, recombinant serogroup B IgA1 protease obtained as described in Supplementary Example 1, mutant serogroup IgAl protease In, obtained as described in the present description, example 4) once at a dose of 20 μg / mouse. According to the enzyme immunoassay carried out as described in RF patent No. 2310853, the mutant recombinant IgA1 protease, in contrast to the native and recombinant non-mutant IgA1 protease, does not have specific enzymatic activity, i.e. does not hydrolyze human IgA1.

Показателем иммуногенности полученной IgA1 протеазы служит нарастание специфических антител в крови мышей на 30-й день после иммунизации, определяемых методом ИФА.An indicator of the immunogenicity of the obtained IgA1 protease is the increase in specific antibodies in the blood of mice on the 30th day after immunization, determined by ELISA.

На фиг.2 показана диаграмма иммуногенной активности указанных выше препаратов IgA1 протеазы. По оси ординат - оптическая плотность сывороток при λ=492 нм. Уже после однократной иммунизации уровень специфических антител в сыворотках мышей, иммунизированных мутантной IgA1 протеазой, возрастает до 1:5000, что превышает этот показатель у мышей, иммунизированных нативной и рекомбинантной IgA1 протеазой (1:2560).Figure 2 shows a diagram of the immunogenic activity of the above preparations of IgA1 protease. The ordinate shows the optical density of the sera at λ = 492 nm. After a single immunization, the level of specific antibodies in the sera of mice immunized with a mutant IgA1 protease increases to 1: 5000, which exceeds this indicator in mice immunized with a native and recombinant IgA1 protease (1: 2560).

Через 1 месяц после иммунизации мышей подразделяли на три группы и заражали живой вирулентной культурой менингококка серогрупп А штамм А208, В штамм Н44/47 и С штамм 0638.1 month after immunization, the mice were divided into three groups and infected with a live virulent culture of meningococcus serogroup A strain A208, B strain H44 / 47 and C strain 0638.

Протективную активность IgA1 протеазы оценивали по уровню бактериемии у иммунизированных животных через 4 часа после заражения менингококком по сравнению с этим же показателем у контрольных (не иммунизированных) мышей.The protective activity of IgA1 proteases was evaluated by the level of bacteremia in immunized animals 4 hours after infection with meningococcus compared with the same indicator in control (non-immunized) mice.

На диаграмме фиг.3 представлены уровень бактериемии (в %) у мышей, однократно иммунизированных указанными выше препаратами IgA1 протеазы (заштрихованные столбики), после заражения менингококком серогрупп А, В и С по сравнению с контрольными, не иммунизированными животными (черные столбики). Уровень бактериемии в группе мышей, иммунизированных мутантной протеазой, составлял соответственно для серогрупп А, В и С 13, 19 и 17 КОЕ, в пересчете на 100 КОЕ в контроле (у не иммунизированных мышей).The diagram of Fig. 3 shows the bacteremia level (in%) in mice immunized once with the above IgA1 protease preparations (shaded bars) after infection of serogroups A, B and C with meningococcus as compared to control non-immunized animals (black bars). The bacteremia level in the group of mice immunized with a mutant protease was respectively for serogroups A, B and C 13, 19 and 17 CFU, in terms of 100 CFU in the control (in non-immunized mice).

Дополнительный пример 1Additional example 1

А) Определение и получение нуклеиновой кислоты, кодирующей IgA1 протеазу Neisseria meningitides серогруппы В штамм Н44/76 (SEQ ID NO:7)A) Determination and preparation of a nucleic acid encoding an IgA1 protease of Neisseria meningitides serogroup B strain H44 / 76 (SEQ ID NO: 7)

Проведение анализа данных геномного банка (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank) выявило, что к настоящему времени для Neisseria meningitidis серогруппы В известен единственный геном штамма МС58. На основании предположения о близости строения генов IgA1 протеаз родственных штаммов, по известной последовательности гена iga МС58, сконструированы праймеры для клонирования фрагмента нуклеиновой кислоты (гена) штамма Н44/76, кодирующего форму протеазы, близкую по размеру к секретируемой (примерно 900-1000 аминокислотных остатков, а.о.). Выбранная структура праймеров позволяет амплифицировать продукт полимеразной цепной реакции (ПЦР), пригодный для последующего встраивания в экспрессионные векторы семейства рЕТ (Novagen), используемые для получения белков в штаммах Е. coli, лизогенных по бактериофагу Т7.An analysis of the data of the genomic bank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank) revealed that so far the only genome of strain MC58 is known for Neisseria meningitidis serogroup B. Based on the assumption that the structure of IgA1 genes of proteases of related strains is similar, according to the known sequence of the iga MC58 gene, primers were designed for cloning a fragment of a nucleic acid (gene) of strain H44 / 76 encoding a protease form that is close in size to the secreted (approximately 900-1000 amino acid residues , a.o.). The selected structure of the primers allows amplification of the product of polymerase chain reaction (PCR), suitable for subsequent incorporation into expression vectors of the pET family (Novagen) used to obtain proteins in E. coli strains lysogenic by T7 bacteriophage.

Для последующего клонирования в векторе рЕТ-24(а+) в праймеры (f1 - прямой - 5-CGAGACAGCCATATGAAAACCAAACGTTTTAAAATTAAC-3 SEQ ID №3, f2 - обратный - 5-GGGCTCGAGATTGTACAATCGGGTAATACCG-3 SEQ ID №4), потенциально фланкирующие целевой участок гена iga штамма Н44/76, введены последовательности сайтов узнавания рестриктаз NdeI и XhoI (соответственно для f1 и f2), имеющиеся в полилинкере вектора. Строение праймера f2, не содержащего терминирующих кодонов, позволяет получать белок, модифицированный в С-концевой области гексагистидиновой меткой для последующего проведения металлохелатной хроматографии при его выделении.For subsequent cloning in the pET-24 vector (a +) into primers (f1 — direct — 5-CGAGACAGCCATATGAAAACCAAACGTTTTAAAATTAAC-3 SEQ ID No. 3, f2 — reverse — 5-GGGCTCGAGATTGTACAATCGGGTAATACCG-4 SEQ ID NO: 3) strain H44 / 76, introduced the sequence of restriction enzyme recognition sites NdeI and XhoI (respectively for f1 and f2), available in the polylinker of the vector. The structure of primer f2, which does not contain termination codons, allows one to obtain a protein modified in the C-terminal region with a hexahistidine tag for subsequent metal chelate chromatography during isolation.

Амплификацию фрагмента нуклеиновой кислоты проводят по стандартному протоколу за 25 циклов ПЦР, используя в качестве матрицы геномную ДНК штамма Н44/76. Температуру отжига праймеров подбирают экспериментально. Обработку ПЦР-фрагмента и вектора рестриктазами, лигирование и трансформацию компетентных клеток проводят по стандартным процедурам. Далее проводят секвенирование клонированной ДНК с нескольких первичных клонов, в результате впервые установлена нуклеотидная последовательность фрагмента нуклеиновой кислоты, кодирующего секретируемую форму IgA1 протеазы из Neisseria meningitides Н44/76, на основании которой определена аминокислотная последовательность белка (SEQ ID NO:8). Полученная плазмидная ДНК была названа pBIGAPS1.Amplification of a nucleic acid fragment is carried out according to the standard protocol for 25 cycles of PCR using the genomic DNA of strain H44 / 76 as a template. The annealing temperature of the primers is selected experimentally. Processing of the PCR fragment and vector with restriction enzymes, ligation and transformation of competent cells is carried out according to standard procedures. Next, the cloned DNA is sequenced from several primary clones, as a result, the nucleotide sequence of a nucleic acid fragment encoding the secreted form of the IgA1 protease from Neisseria meningitides H44 / 76 was first established, based on which the amino acid sequence of the protein was determined (SEQ ID NO: 8). The resulting plasmid DNA was named pBIGAPS1.

Б) Получение рекомбинантной плазмидной ДНК pBIGAPS1B) Obtaining recombinant plasmid DNA pBIGAPS1

Рекомбинантную плазмидную ДНК получают из клеток ночной культуры стандартным щелочным методом (Maniatis, Т., Fritsch, E.F. and Sambrook, J. (1982) Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Sping Harbor Laboratory Press) и используют для введения в компетентные клетки с помощью теплового шока. Для этого к 50 мкл суспензии компетентных клеток добавляют 100 нг - 1 мкг плазмидной ДНК и инкубируют в течение 40 мин на льду. Полученную смесь инкубируют при 42°С в течение 2 мин, затем инкубируют во льду в течение 2 мин, добавляют 1 мл холодного бульона LB и инкубируют в течение 1 ч при 37°С. После этого 100 мкл суспензии бактериальных клеток высевают на чашки Петри с агаром, содержащим 50 мкг/мл канамицина. Чашки инкубируют в течение ночи при 37°С, бактериальные клетки нескольких выросших колоний используют для независимого засева микробиологических пробирок с 5 мл жидкой среды LB, содержащей 50 мкг/мл канамицина, с последующим выращиванием бактериальных клеток на качалке при 37°С в течение ночи. После этого в пробирки добавляют глицерин до конечной концентрации 15%, суспензию клеток разливают в пластиковые пробирки и хранят при -70°С.Recombinant plasmid DNA is obtained from overnight culture cells by the standard alkaline method (Maniatis, T., Fritsch, EF and Sambrook, J. (1982) Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Sping Harbor Laboratory Press) and used to introduce into competent cells using heat shock. For this, 100 ng - 1 μg of plasmid DNA is added to 50 μl of a suspension of competent cells and incubated for 40 minutes on ice. The resulting mixture was incubated at 42 ° C for 2 min, then incubated in ice for 2 min, 1 ml of cold LB broth was added and incubated for 1 h at 37 ° C. After this, 100 μl of a suspension of bacterial cells are plated on Petri dishes with agar containing 50 μg / ml kanamycin. The plates are incubated overnight at 37 ° C, the bacterial cells of several grown colonies are used for independent plating of microbiological tubes with 5 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, followed by growth of bacterial cells on a shaker at 37 ° C overnight. After that, glycerin is added to the tubes to a final concentration of 15%, the cell suspension is poured into plastic tubes and stored at -70 ° C.

Физическая карта рекомбинантной плазмидной ДНК приведена на фигуре 1.A physical map of recombinant plasmid DNA is shown in figure 1.

В) Получение штаммаC) Obtaining strain

Штамм Е. coli BL21(DE3)/pBIGAPS1 получают путем введения плазмидной ДНК pBIGAPSI в компетентные клетки Е. coli BL21(DE3) с помощью метода теплового шока. Для получения компетентных клеток, бактериальные клетки исходного штамма Escherichia coli BL21(DE3) (E. coli В F- dcm ompT hsdS(rB- mB-) gal λ(DE3)) выращивают в жидкой среде LB в течение ночи при 37°С и используют для засева 100 мл той же среды. Культуру выращивают до ранней логарифмической фазы на качалке при интенсивной аэрации (до оптической плотности при 600 нм=0.4-0.5), быстро охлаждают во льду, клетки осаждают центрифугированием в течение 10 мин при 5000 об/мин при +4°С. Осадок дважды промывают в 50 мл 100 мМ CaCl2. Осажденные клетки ресуспендируют в 2 мл 100 мМ СаС12, с добавлением глицерина до 10%. Разделяют на аликвоты по 50 мкл, быстро замораживают и хранят при -70°С.The E. coli BL21 (DE3) / pBIGAPS1 strain is obtained by introducing pBIGAPSI plasmid DNA into competent E. coli BL21 (DE3) cells using the heat shock method. To obtain competent cells, the bacterial cells of the original strain Escherichia coli BL21 (DE3) (E. coli B F - dcm ompT hsdS (r B - m B - ) gal λ (DE3)) are grown in LB liquid medium overnight at 37 ° C and used for seeding 100 ml of the same medium. The culture is grown to the early logarithmic phase on a rocking chair with intensive aeration (to an optical density at 600 nm = 0.4-0.5), it is quickly cooled in ice, the cells are precipitated by centrifugation for 10 min at 5000 rpm at + 4 ° С. The precipitate is washed twice in 50 ml of 100 mm CaCl 2 . The precipitated cells are resuspended in 2 ml of 100 mm CaCl 2 , with the addition of glycerol up to 10%. Separate into aliquots of 50 μl, quickly freeze and store at -70 ° C.

Г) Выделение рекомбинантной IgA1 протеазыD) Isolation of Recombinant IgA1 Protease

Разрушение клеток и фракционирование лизатаCell disruption and lysate fractionation

Размороженные после хранения клетки (2 г из 1 л индуцированной культуры) ресуспендируют в семикратном объеме 20 мМ Tris-HCl-буфера, рН 8.5, содержащем 1% Тритон-Х100, либо в детергент-содержащем 20 мМ калий-фосфатном буфере, рН 7.5. Суспензия клеток пятикратно обработана ультразвуком и подвергнута центрифугированию (1 час, 20000 g). Разделенные фракции растворимых белков (бесклеточный экстракт, БЭ) и нерастворимая часть клеточного лизата (дебрис и нерастворимые белки) изолируют. Согласно результатам электрофоретического анализа целевой белок формирует нерастворимые тельца включения (ТВ) независимо от температурных условий индукции культуры и типа буфера, использованного при разрушении клеток. Нерастворимую часть лизата клеток, содержащую ТВ, после ресуспендирования в 1% Тритон-Х100 при повторной обработке ультразвуком и последующего центрифугирования используют для проведения хроматографии на Q-сефарозе в денатурирующих условиях.Thawed cells after storage (2 g from 1 L of the induced culture) are resuspended in a seven-fold volume of 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.5, containing 1% Triton-X100, or in detergent-containing 20 mM potassium phosphate buffer, pH 7.5. The cell suspension was sonicated five times and centrifuged (1 hour, 20,000 g). Separated fractions of soluble proteins (cell-free extract, BE) and the insoluble part of the cell lysate (debris and insoluble proteins) are isolated. According to the results of electrophoretic analysis, the target protein forms insoluble inclusion bodies (TBs) regardless of the temperature conditions of the culture induction and the type of buffer used to destroy cells. The insoluble portion of the cell lysate containing TB, after resuspension in 1% Triton-X100 with repeated sonication and subsequent centrifugation, is used for chromatography on Q-Sepharose under denaturing conditions.

Анионообменная хроматография на Q-сефарозеAnion exchange chromatography on Q-Sepharose

ТВ, выделенные из 2 г клеток, индуцированные при 25°С, растворяют в 20 мл Tris-HCl-буфера, рН 8.5, содержащего 6 М мочевину и 20 мМ дитиотреитол (ДТТ). Суммарное количество белка, содержащегося в ТВ, составляет около 50 мг при определении по методу Брэдфорд. После центрифугирования и фильтрования раствор наносят со скоростью 1 мл/мин на 10 мл анионообменного сорбента (две предупакованные картридж-колонки HiTrap Q Sepharose HP, GE Healthcare, Швеция), уравновешенного тем же буфером. Фракции, содержащие очищенный белок и полученные в результате градиентной элюции хлоридом натрия (100 мл, 0-1 М NaCl) в стартовом буфере, объединяют (в сумме - 20 мл) и используют для переведения IgA1-протеазы в растворимую форму. Выход частично очищенного препарата целевого белка на этой стадии составляет - 40 мг из 2 г биомассы клеток.TB, isolated from 2 g of cells induced at 25 ° C, are dissolved in 20 ml of Tris-HCl buffer, pH 8.5, containing 6 M urea and 20 mm dithiothreitol (DTT). The total amount of protein contained in the TV is about 50 mg as determined by the Bradford method. After centrifugation and filtration, the solution was applied at a rate of 1 ml / min per 10 ml of anion exchange sorbent (two pre-packed HiTrap Q Sepharose HP cartridge columns, GE Healthcare, Sweden), equilibrated with the same buffer. The fractions containing purified protein and obtained as a result of gradient elution with sodium chloride (100 ml, 0-1 M NaCl) in the starting buffer are combined (20 ml in total) and used to convert the IgA1 protease into a soluble form. The yield of a partially purified preparation of the target protein at this stage is 40 mg from 2 g of cell biomass.

Рефолдинг IgA1 протеазыIgA1 protease refolding

Объединенный элюат (20 мл, 2 мг/мл), полученный после проведения хроматографии на Q-сефарозе, разбавляют в 10 раз 20 мМ Tris-HCl-буфером, рН 8.5, методом быстрого разбавления (выкапывание раствора белка в буфер). После медленного перемешивания раствора (при концентрации белка 0.2 мг/мл) в течение 20 часов и последующего концентрирования методом ультрафильтрации до исходного объема раствор белка трижды диализуют против 1 л 20 мМ Tris-HCl-буфера, рН 8.5. Далее раствор подвергают центрифугированию (30 мин, 5000 g) и фильтрованию через стерильную мембрану с размером пор 0.2 мкм.The combined eluate (20 ml, 2 mg / ml) obtained after chromatography on Q-Sepharose was diluted 10 times with 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.5, by rapid dilution (digging out the protein solution into the buffer). After slowly mixing the solution (at a protein concentration of 0.2 mg / ml) for 20 hours and subsequent concentration by ultrafiltration to the initial volume, the protein solution is dialyzed three times against 1 L of 20 mM Tris-HCl buffer, pH 8.5. The solution is then centrifuged (30 min, 5000 g) and filtered through a sterile membrane with a pore size of 0.2 μm.

Выход белка на конечной стадии составляет 20 мг из 2 г биомассы клеток. Чистота препарата - не менее 90%.The final protein yield is 20 mg from 2 g of cell biomass. The purity of the drug is not less than 90%.

Дополнительный пример 2Additional example 2

Оценка ферментативной активности образцов рекомбинантой активной и мутантной IgA1 протеазыEvaluation of the enzymatic activity of samples of recombinant active and mutant IgA1 protease

В двух образцах рекомбинантной активной и мутантной IgA1 протеазы (образец 1 и образец 2) определяли ферментативную активность методом ИФА с использованием в качестве субстрата миеломного IgA1 человека и конъюгата анти-IgA человека с пероксидазой хрена, как описано в патенте РФ №2310853.In two samples of the recombinant active and mutant IgA1 proteases (sample 1 and sample 2), the enzymatic activity was determined by ELISA using human myeloma IgA1 and the anti-human IgA conjugate with horseradish peroxidase as a substrate, as described in RF patent No. 2310853.

Анализ ферментативной активности полученных образцов рекомбинантной IgA1 протеазы показал (фиг.4) способность активной IgA1 протеазы катализировать гидролиз иммуноглобулина IgA1 и отсутствие протеолитической активности у мутантного образца.An analysis of the enzymatic activity of the obtained recombinant IgA1 protease samples showed (Fig. 4) the ability of active IgA1 protease to catalyze the hydrolysis of IgA1 immunoglobulin and the absence of proteolytic activity in the mutant sample.

Уровень протеолитической активности IgA1 протеазы определяли также электрофоретическим методом в ДСН-ПААГ. На фиг.5 показан гидролиз IgA1 в присутствии различных концентраций активного фермента и его мутантной формы (образец 1 и образец 2, соответственно).The level of proteolytic activity of IgA1 protease was also determined by electrophoretic method in SDS-PAGE. Figure 5 shows the hydrolysis of IgA1 in the presence of various concentrations of the active enzyme and its mutant form (sample 1 and sample 2, respectively).

Видоспецифическую активность полученных препаратов IgA1 протеазы оценивали методом ИФА по уровню IgA1 в сыворотках мышей и человека. Уровень антител к IgA1 протеазе в крови животных, иммунизированных мутантным препаратом, составлял 1:1280 и не зависел от наличия ферментативной активности в исследуемом образце активной протеазы (см. табл.).The species-specific activity of the obtained IgA1 protease preparations was evaluated by ELISA by the level of IgA1 in the sera of mice and humans. The level of antibodies to IgA1 protease in the blood of animals immunized with a mutant preparation was 1: 1280 and did not depend on the presence of enzymatic activity in the studied sample of active protease (see table).

Оценка видовой специфичности образцов IgA1 протеазыAssessment of species specificity of IgA1 protease samples Номер образцаSample Number Образец IgA1 протеазыIgA1 protease sample Титр IgA1 антителIgA1 antibody titer у мышей*in mice * у человека**in humans ** 1one активнаяactive 1/12801/1280 1/201/20 22 мутантнаяmutant 1/12801/1280 1/6401/640

Таким образом, на основе полученной плазмидной ДНК pBIGAPS1-M создан экспрессионный штамм Е. coli суперпродуцент IgA1 протеазы серогруппы В, выделен белок и осуществлен его рефолдинг, позволяющий получать IgA1 протеазу в количестве на уровне 10-40 мг из 2 г биомассы клеток.Thus, based on the obtained plasmid DNA pBIGAPS1-M, an E. coli expression strain super-producer of serogroup B IgA1 protease was created, a protein was isolated and refolded, which made it possible to obtain IgA1 protease in an amount of 10-40 mg from 2 g of cell biomass.

Впервые получены результаты, свидетельствующие о более высокой иммуногенной и протективной активности мутантной IgA1 протеазы в сравнении с рекомбинантной менингококковой протеазой серогруппы В, как описано в статье Серова О.В. и др., Биофармацевтический журнал, 2012, т.2, №1. Полученный препарат мутантной IgA1 протеазы обладает поливалентным действием в отношении защиты от менингококковой инфекции организма животного независимо от источника ее получения (серогруппы А или В). Отсутствие ферментативной активности в отношении иммуноглобулина А1 человека мутантной IgA1 протеазы позволит избежать дополнительных осложнений при иммунизации человека. Представленные данные по иммуногенности и протективности дают основание считать возможным использование ее в качестве поливакцины для лечения бактерионосительства и профилактики менингококковой инфекции основных эпидемических серогрупп А, В и С, в первую очередь, для профилактики менингококковых инфекций, вызываемых бактериями N. meningitidis серогруппы В, а также других патогенов, активность которых обусловлена наличием IgA1 протеазы.For the first time, results have been obtained indicating a higher immunogenic and protective activity of the mutant IgA1 protease in comparison with the recombinant meningococcal protease of serogroup B, as described in the article by Serova O.V. et al., Biopharmaceutical Journal, 2012, vol. 2, No. 1. The resulting preparation of mutant IgA1 protease has a multivalent effect with respect to protection against meningococcal infection of the animal organism, regardless of its source (serogroup A or B). The lack of enzymatic activity against human immunoglobulin A1 mutant IgA1 protease will avoid additional complications during human immunization. The presented data on immunogenicity and protectiveness give reason to believe that it can be used as a multivaccine for the treatment of bacteriocarriers and the prevention of meningococcal infection of the main epidemic serogroups A, B and C, primarily for the prevention of meningococcal infections caused by bacteria of N. meningitidis serogroup B, as well as other pathogens whose activity is due to the presence of IgA1 protease.

Claims (6)

1. Полинуклеотид, кодирующий мутантную IgA1 протеазу Neisseria meningitidis с нуклеотидной последовательностью (SEQ ID NO:1).1. Polynucleotide encoding a mutant IgA1 protease of Neisseria meningitidis with a nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1). 2. Рекомбинантная плазмидная ДНК, включающая полинуклеотид по п.1 и обеспечивающая экспрессию мутантной IgA1 протеазы в клетке-хозяине.2. Recombinant plasmid DNA comprising the polynucleotide according to claim 1 and providing expression of the mutant IgA1 protease in the host cell. 3. Клетка-хозяин, трансформированная рекомбинантной плазмидной ДНК по п.2, продуцирующая зрелую мутантную форму IgA1 протеазы.3. A host cell transformed with the recombinant plasmid DNA according to claim 2, producing a mature mutant form of IgA1 protease. 4. Клетка-хозяин по п.3, где прокариотическая клетка-хозяин выбрана из ряда, включающего бактерии рода Escherichia, Bacillus, Lactococcus, Lactobacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Streptococcus, Staphylococcus.4. The host cell according to claim 3, where the prokaryotic host cell is selected from the series including bacteria of the genus Escherichia, Bacillus, Lactococcus, Lactobacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Streptococcus, Staphylococcus. 5. Способ получения зрелой мутантной формы IgA1 протеазы Neisseria meningitidis серогруппы В, заключающийся в том, что клетку-хозяина трансформируют рекомбинантной плазмидной ДНК по п.2, культивируют трансформированные клетки по п.3 с получением зрелой мутантной формы IgA1 протеазы, а целевой продукт выделяют из телец включения и очищают.5. A method of obtaining a mature mutant form of IgA1 protease Neisseria meningitidis serogroup B, which consists in the fact that the host cell is transformed with the recombinant plasmid DNA according to claim 2, the transformed cells according to claim 3 are cultured to obtain a mature mutant form of IgA1 protease, and the target product is isolated from inclusion bodies and cleanse. 6. Мутантная IgA1 протеаза N.meningitidis серогруппы В с аминокислотной последовательностью SEQ ID NO:2, обладающая повышенным уровнем иммуногенности по сравнению с ферментом дикого типа. 6. Mutant IgA1 protease N.meningitidis serogroup B with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, which has an increased level of immunogenicity compared to the wild-type enzyme.
RU2011143071/10A 2011-10-26 2011-10-26 POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE RU2486243C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011143071/10A RU2486243C1 (en) 2011-10-26 2011-10-26 POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011143071/10A RU2486243C1 (en) 2011-10-26 2011-10-26 POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011143071A RU2011143071A (en) 2013-05-10
RU2486243C1 true RU2486243C1 (en) 2013-06-27

Family

ID=48702219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011143071/10A RU2486243C1 (en) 2011-10-26 2011-10-26 POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486243C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662888C1 (en) * 2017-04-06 2018-07-31 Алексей Сергеевич Афошин PLASMID EXPRESSING ALKALINE SERINE PROTEINASE COMPRISING A GENE EXPRESSING S1 FAMILY ALKALINE SERINE PROTEINASE FROM STREPTOMYCES AVERMITILIS VKM AC-1301, STRAIN ESCHERICHIA COLI M15 (pRep4, pQE30-A2.1) - PRODUCER OF THE PROTEINASE
RU2701964C2 (en) * 2017-12-21 2019-10-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) Recombinant protein having protective action on meningococcus (embodiments), polynucleotide coding recombinant protein, recombinant plasmid dna containing said polynucleotide, host cell containing said recombinant plasmid dna, method of producing recombinant protein

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СЕРОВА О.В. и др. - Биофармацевтический журнал, 3 (6), 42-47, 2011. ROMANELLO V. et al. Protein Expr. Purif., 45(1), 142-149, 2006. VITOVSKI S. and SAYERS J. Infect. Immunol., 75(6), 2875-2885, 2007. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662888C1 (en) * 2017-04-06 2018-07-31 Алексей Сергеевич Афошин PLASMID EXPRESSING ALKALINE SERINE PROTEINASE COMPRISING A GENE EXPRESSING S1 FAMILY ALKALINE SERINE PROTEINASE FROM STREPTOMYCES AVERMITILIS VKM AC-1301, STRAIN ESCHERICHIA COLI M15 (pRep4, pQE30-A2.1) - PRODUCER OF THE PROTEINASE
RU2701964C2 (en) * 2017-12-21 2019-10-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) Recombinant protein having protective action on meningococcus (embodiments), polynucleotide coding recombinant protein, recombinant plasmid dna containing said polynucleotide, host cell containing said recombinant plasmid dna, method of producing recombinant protein

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011143071A (en) 2013-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wilson et al. Biochemical and physical properties of the Methanococcus jannaschii 20S proteasome and PAN, a homolog of the ATPase (Rpt) subunits of the eucaryal 26S proteasome
JP3955317B2 (en) Immune composition against Helicobacter infection, polypeptide used in the composition, and nucleic acid sequence encoding the polypeptide
Thomas et al. Characterization of flagellum gene families of methanogenic archaea and localization of novel flagellum accessory proteins
KR20140117433A (en) Vaccines against clostridium difficile comprising recombinant toxins
JP2008067707A (en) Lkp pilin structural gene and operon of nontypable haemophilus influenzae
US20040127480A1 (en) Novel bacterial rnase p proteins and their use in identifying antibacterial compounds
JP2004515227A (en) Listeria innocure, genome and its uses
Samazan et al. Production, secretion and purification of a correctly folded staphylococcal antigen in Lactococcus lactis
Pilehchian et al. Fusion of Clostridium perfringens type D and B epsilon and beta toxin genes and it’s cloning in E. coli
BR9506272B1 (en) hin47 isolated and purified mutant protein of haemophilus influenzae, chimeric molecule, nucleic acid molecule, recombinant plasmid, cell e. transformed coli, immunogenic composition, method for determining the presence of antibodies specifically reactive with hin47 protein in a sample, process for determining the presence of hin47 protein in a sample and diagnostic kit for determining the presence of antibodies in a specimen specifically reactive with protein hin47.
JP3920271B2 (en) Methods and compositions for identifying streptococci containing cysteine proteases or fragments thereof
Zheng et al. Immunological characteristics of outer membrane protein omp31 of goat Brucella and its monoclonal antibody
Wilson et al. Molecular and biochemical characterization of a protective 40-kilodalton antigen from Corynebacterium pseudotuberculosis
RU2486243C1 (en) POLYNUCLEOTIDE ENCODING MUTANT RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria meningitidis OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA COMPRISING SAID POLYNUCLEOTIDE, HOST CELL CONTAINING SAID PLASMID DNA, RECOMBINANT IgA1 PROTEASE OF Neisseria memingitidis OF SEROGROUP B, METHOD OF PRODUCING MATURE FORM OF IgA1 PROTEASE
Carr et al. Expression of a recombinant form of the V antigen of Yersinia pestis, using three different expression systems
RU2453599C1 (en) NUCLEIC ACID CODING FUNCTIONALLY ACTIVE RECOMBINANT IgAL PROTEASE NEISSERIA MENINGITIDIS OF SEROGROUP B, RECOMBINANT PLASMID DNA CONTAINING NUCLEOTIDE SEQUENCE CODING ACTIVE IgAL PROTEASE, PRODUCER STRAIN CONTAINING PLASMID DNA PRODUCING MATURE FORM OF IgAL PROTEASE, RECOMBINANT Ig PROTEASE NEISSERIA MENINGITIDIS OF SEROGROUP B, METHOD FOR PRODUCING MATURE FORM IgAL PROTEASE SHOWING IMMUNOGENIC AND PROTECTIVE PROPERTIES
CN108671227B (en) Broad-spectrum multi-subunit vaccine for preventing streptococcus suis infection
WO2009113664A1 (en) Recombinant dermonecrotic toxoid-containing drug for swine atrophic rhinitis
Zinchenko et al. Immunogenic and protective properties of Neisseria meningitidis IgA1 protease and of its truncated fragments
RU2701964C2 (en) Recombinant protein having protective action on meningococcus (embodiments), polynucleotide coding recombinant protein, recombinant plasmid dna containing said polynucleotide, host cell containing said recombinant plasmid dna, method of producing recombinant protein
RU2447151C1 (en) ALKALINE PHOSPHATASE CmAP SYNTHESIS-DETERMINING 40Ph PLASMID, E. coli rosetta(DE3)/40Ph STRAIN - PRODUCER OF CHIMERIC PROTEIN, CONTAINING AMINO ACID SEQUENCE OF RECOMBINANT ALKALINE PHOSPHATASE CmAP, AND PRODUCTION METHOD THEREOF
RU2529359C2 (en) RECOMBINANT PLASMID DNA pPA-OPRF-ETA CODING SYNTHESIS OF RECOMBINANT PROTEIN OPRF-ETA Pseudomonas aeruginosa, STRAIN Escherichia coli PA-OPRF-ETA PRODUCING RECOMBINANT PROTEIN OPRF-ETA Pseudomonas aeruginosa AND METHOD FOR PREPARING RECOMBINANT PROTEIN OPRF-ETA Pseudomonas aeruginosa
JP2004500802A (en) Pyrococcus abyssi genomic sequence and polypeptide, fragments thereof and uses thereof
US20070141698A1 (en) Microbial protein expression system utilizing plant viral coat protein
US20040062760A1 (en) Human complement C3-binding protein from streptococcus pneumoniae