RU2492231C2 - Method of bacteriocins isolation - Google Patents

Method of bacteriocins isolation Download PDF

Info

Publication number
RU2492231C2
RU2492231C2 RU2011131558/10A RU2011131558A RU2492231C2 RU 2492231 C2 RU2492231 C2 RU 2492231C2 RU 2011131558/10 A RU2011131558/10 A RU 2011131558/10A RU 2011131558 A RU2011131558 A RU 2011131558A RU 2492231 C2 RU2492231 C2 RU 2492231C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
culture fluid
centrifuged
added
volume
alcohol
Prior art date
Application number
RU2011131558/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011131558A (en
Inventor
Владимир Иванович Суровцев
Валерий Михайлович Борзенков
Юрий Иванович Хатюшин
Владимир Васильевич Веревкин
Валентина Михайловна Красильникова
Original Assignee
Федеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФБУН ГНЦ ПМБ)
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 бюджетное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФБУН ГНЦ ПМБ) filed Critical Федеральное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФБУН ГНЦ ПМБ)
Priority to RU2011131558/10A priority Critical patent/RU2492231C2/en
Publication of RU2011131558A publication Critical patent/RU2011131558A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2492231C2 publication Critical patent/RU2492231C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: culture fluid of producer strain is concentrated on hollow fibers truncating macromolecules with a molecular weight higher than 15 kDa. The cell concentrate is added to dry NaCl in a final concentration of 0.5 M. Mixed on a shaker for 20 min. The suspension is centrifuged for 15 min at 10000 g and the supernatant is separated, the supernatant pH is made up to 3.0 by four-molar solution of HCl. The suspension is centrifuged. The residue is added to water in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid, the residue is suspended and alcohol is added in amount of 0.1% of the initial volume of the culture fluid. Ethanol or propanol or isopropanol is used as alcohol. Exposed for 30 minutes at 0°C and centrifuged. The alcohol is removed from the solution by evaporation. The peptide fraction is purified. Water is added to 0.1% of the initial volume of the culture fluid, active carbon is added in an amount of 0.5% w/v (v - water volume). Centrifuged removing impurities adsorbed on the carbon. The aqueous solution is passed through the membrane truncating macromolecules with a molecular weight more than 10 kDa.
EFFECT: invention enables to accelerate preparation of bacteriocin and to increase the degree of purification of the resulting product in a yield of 90% of the total activity in the culture fluid.
1 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к биохимии и биотехнологии, а именно к способу очистки бактериоцинов.The invention relates to biochemistry and biotechnology, and in particular to a method for purifying bacteriocins.

Бактериоцинами называются пептиды с молекулярной массой несколько килодальтон, секретируемые некоторыми грамположительными и грамотрицательными бактериями с последующим взаимодействием с мембранами реципиентных микробных клеток. Исследования ряда бактериоцинов показали их нетоксичность, нереактогенность и неаллергенность [Miller KW. Isolation and characterization of pediocin AcH chimeric protein mutants with altered bactericidal activity. Appl. Environ. Microbiology. 1998; 64; 1997-2005].Bacteriocins are peptides with a molecular weight of several kilodaltons, secreted by some gram-positive and gram-negative bacteria, followed by interaction with the membranes of recipient microbial cells. Studies of a number of bacteriocins have shown their non-toxicity, non-reactogenicity and non-allergenicity [Miller KW. Isolation and characterization of pediocin AcH chimeric protein mutants with altered bactericidal activity. Appl. Environ. Microbiology. 1998; 64; 1997-2005].

Бактериоцины могли бы найти широкое применение в медицине и ветеринарии (вместо антибиотиков), а также в пищевой промышленности (как консерванты). Однако этому препятствуют трудности получения очищенных бактериоцинов.Bacteriocins could be widely used in medicine and veterinary medicine (instead of antibiotics), as well as in the food industry (as preservatives). However, this is hindered by difficulties in obtaining purified bacteriocins.

Известно использование только одного бактериоцина в промышленности - низина, секретируемого культурой Streptococcus lactis. В препарате всего лишь 2,5% низина [Mazzotta A.S., Crandall A.D., and Montville T.J. Nisin resistance in Clostridium botulinum spores and vegetative cells. Appl. Environ. Microbiol. 1997; 63: 2654-2659]. Применение же низина высокой чистоты экономически неэффективно.It is known to use only one bacteriocin in industry - nisin secreted by a Streptococcus lactis culture. The preparation contains only 2.5% nisin [Mazzotta A.S., Crandall A.D., and Montville T.J. Nisin resistance in Clostridium botulinum spores and vegetative cells. Appl. Environ. Microbiol. 1997; 63: 2654-2659]. The use of high purity nisin is economically inefficient.

В настоящее время высокоочищенные бактериоцины получают, в основном, для структурных исследований (например, для определения первичной структуры). Обычно используют осаждение сульфатом аммония, ионообменную хроматографию на катионо- и/или анионообменниках, гидрофобную хроматографию, высокоэффективную жидкостную хроматографию, гель-фильтрацию. Если применяют 1-2 способа очистки, то иногда может быть достигнут выход целевого продукта до 60-80% от общей активности в культуральной жидкости, однако чистота его, как правило, недостаточна для использования в медицинской промышленности [Carolissen-Mackay V, Arendse G, Hastings JW. Purification of bacteriocins of lactic acid bacteria: problems and pointers. Int. J. Food Microbiol. 1997; 34: 1-16].Currently, highly purified bacteriocins are obtained mainly for structural studies (for example, to determine the primary structure). Ammonium sulfate precipitation, ion exchange chromatography on cation and / or anion exchangers, hydrophobic chromatography, high performance liquid chromatography, gel filtration are usually used. If 1-2 purification methods are used, sometimes the yield of the target product up to 60-80% of the total activity in the culture fluid can be achieved, however, its purity is usually insufficient for use in the medical industry [Carolissen-Mackay V, Arendse G, Hastings JW. Purification of bacteriocins of lactic acid bacteria: problems and pointers. Int. J. Food Microbiol. 1997; 34: 1-16].

Увеличение числа способов очистки ведет к резкому падению выхода, который может составлять проценты или даже десятые доли процента [Mortvedt CI, Nissen-Meyer JM, Sletten K, Nes IF. Purification and amino acid sequence of lactocin S, a bacteriocin produced by Lactobacillus sakei L45. Appl. Environ. Microbiol. 1991; 57: 1829-1834]. Даже после 3-4 x способов очистки чистота бактериоцинов зачастую недостаточна для определения первичной структуры и нужны еще один-два для достижения электрофоретической чистоты. Существенно также, что некоторые из них, например, гель-фильтрацию, трудно применить для крупномасштабного процесса.An increase in the number of cleaning methods leads to a sharp drop in yield, which can be percentages or even tenths of a percent [Mortvedt CI, Nissen-Meyer JM, Sletten K, Nes IF. Purification and amino acid sequence of lactocin S, a bacteriocin produced by Lactobacillus sakei L45. Appl. Environ. Microbiol. 1991; 57: 1829-1834]. Even after 3-4 x purification methods, the purity of the bacteriocins is often insufficient to determine the primary structure and one or two are needed to achieve electrophoretic purity. It is also significant that some of them, for example, gel filtration, are difficult to apply for a large-scale process.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сорбции-десорбции бактериоцинов с поверхности клеток высушенных молочнокислых бактерий (авторы называют его «экстракцией») [Yang R, Johnson MC, Ray В. Novel method to extract large amounts of bacteriocins from lactic acid bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 1992; 58: 3355-3359.]. Было показано, что в процессе ферментации при нейтральных значениях рН бактериоцины, продуцируемые четырьмя видами этих бактерий, сорбируются на клетках, а при рН 1,5-2,0 при перемешивании в течение 1 часа в присутствии 0,1 М NaCl, добавляемого для предотвращения слипания клеток, десорбируются с них. После удаления клеток супернатант диализуют и замораживают.Closest to the proposed is a method of sorption-desorption of bacteriocins from the surface of the cells of dried lactic acid bacteria (the authors call it "extraction") [Yang R, Johnson MC, Ray B. Novel method to extract large amounts of bacteriocins from lactic acid bacteria. Appl. Environ. Microbiol. 1992; 58: 3355-3359.]. It was shown that during fermentation at neutral pH values, the bacteriocins produced by four species of these bacteria are adsorbed on the cells, and at pH 1.5-2.0 with stirring for 1 hour in the presence of 0.1 M NaCl, added to prevent cell adhesion, desorbed from them. After removing the cells, the supernatant is dialyzed and frozen.

К недостаткам этого способа можно отнести сильное варьирование наиболее важных показателей: выхода и чистоты целевых продуктов. Выходы были от 44% до почти 100%, а число белковых пиков по данным электрофореза колебалось от одного до нескольких, что говорит о загрязнении целевого продукта балластными белками.. Кроме того, при масштабировании диализ будет усложнять выделение и очистку и может стать критической операцией. Авторы диализовали 1 л супернатанта, причем поры диализных мешков отсекали молекулы >1 кДа. Такой диализ должен идти весьма медленно и для объемов порядка 5 л будет совершенно неприемлемым.The disadvantages of this method include a strong variation in the most important indicators: yield and purity of the target products. The yields were from 44% to almost 100%, and the number of protein peaks according to electrophoresis ranged from one to several, which indicates contamination of the target product with ballast proteins. In addition, dialing will complicate the isolation and purification during scaling and can be a critical operation. The authors dialyzed 1 L of the supernatant, with pores of the dialysis bags cutting off molecules> 1 kDa. Such dialysis should go very slowly and for volumes of the order of 5 l will be completely unacceptable.

Задачей изобретения является ускорение способа очистки бактериоцинов, увеличение выхода и чистоты целевых продуктов у продуцентов различных видов и родов полностью сохраняющих общую активность культуральной жидкости после осаждения сульфатом аммония и последующего диализа осадка и пригодного для крупномасштабного процесса.The objective of the invention is to accelerate the purification of bacteriocins, increase the yield and purity of the target products from producers of various species and genera that fully preserve the overall activity of the culture fluid after precipitation with ammonium sulfate and subsequent dialysis of the precipitate and suitable for a large-scale process.

Задача решается тем, что предлагаемый способ включает культивирование штамма-продуцента с последующим выделением и очисткой пептидной фракции. Вначале культуральную жидкость концентрируют на полых волокнах, отсекающих макромолекулы >15 кДа и к концентрату клеток добавляют сухой NaCl в конечной концентрации 0,5 М. Перемешивают на качалке в течение 20 мин, суспензию центрифугируют и отделяют супернатант. В супернатанте рН доводят до 3,0 четырехмолярным раствором HCl. Образующуюся суспензию центрифугируют, а осадку добавляют воду в объеме 0,1% от начального объема культуральной жидкости. Суспендируют осадок и добавляют такой же объем спирта, растворяющегося в воде в любом соотношении, выдерживают 30 мин при 0°С и центрифугируют, спирт из раствора удаляют выпариванием, добавляют воду до начального объема спиртового раствора, добавляют активированный уголь в количестве 0,5% w/v (v-объем воды), центрифугируют, удаляя адсорбированные на угле примеси. Водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа. Все этапы центрифугирования проводят при 10000g, 15 мин. Элюат собирают и анализируют.The problem is solved in that the proposed method includes the cultivation of a producer strain, followed by isolation and purification of the peptide fraction. First, the culture fluid is concentrated on hollow fibers, cutting off macromolecules> 15 kDa, and dry NaCl at a final concentration of 0.5 M is added to the cell concentrate. It is stirred on a rocking chair for 20 minutes, the suspension is centrifuged and the supernatant is separated. In the supernatant, the pH was adjusted to 3.0 with a four molar HCl solution. The resulting suspension is centrifuged, and the precipitate is added water in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid. The precipitate was suspended and the same volume of alcohol dissolved in water in any ratio was added, held for 30 minutes at 0 ° C and centrifuged, the alcohol was removed from the solution by evaporation, water was added to the initial volume of the alcohol solution, activated carbon was added in an amount of 0.5% w / v (v-volume of water), centrifuged, removing impurities adsorbed on coal. An aqueous solution is passed through a membrane cutting off macromolecules> 10 kDa. All centrifugation steps are carried out at 10000g, 15 min. The eluate is collected and analyzed.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является добавление спирта, (этанола, пропанола, изопропанола), к фрагментам клеток, на поверхности которых находится бактериоцин. Под действием спирта происходит снятие бактериоцина с поверхностных клеточных фрагментов и предложенный способ очистки можно назвать «гидрофобной хроматографией на поверхностных фрагментах клеток продуцента». В подавляющем большинстве работ считалось, что ведется очистка бактериоцинов, находящихся в растворимом состоянии и использовались способы, которые обычно применяются для очистки растворимых высокомолекулярных белков. Это приводило либо к низкому выходу, если использовались несколько способов для очистки, или к более высокому выходу, но низкой степени очистки, если использовались один-два способа.A distinctive feature of the proposed method is the addition of alcohol (ethanol, propanol, isopropanol) to the fragments of cells on the surface of which there is bacteriocin. Under the action of alcohol, bacteriocin is removed from surface cell fragments and the proposed purification method can be called "hydrophobic chromatography on surface fragments of producer cells". In the overwhelming majority of works, it was believed that bacteriocins in a soluble state were purified and methods that were commonly used for the purification of soluble high molecular weight proteins were used. This led either to a low yield if several cleaning methods were used, or to a higher yield, but a lower degree of purification if one or two methods were used.

Предлагаемый способ основан на общих свойствах бактериоцинов и общих свойствах поверхности клеток продуцентов различных видов и родов полностью сохраняющих общую активность культуральной жидкости после осаждения сульфатом аммония и последующего диализа осадка, поэтому пригоден для очистки не одного, а многих или даже всех бактериоцинов. Все бактериоцины являются низкомолекулярными пептидами (молекулярная масса - 2-7 кДа). Это - гидрофильно-гидрофобные термостабильные вещества. Гидрофильность (и хорошая растворимость в водном растворе) необходимы для доставки бактериоцина к реципиентной клетке, а гидрофобность необходима для связывания с мембранами. Общим свойством поверхности грамотрицательных и грамположительных клеток-продуцентов (пептидогликана и мембран) является их гидрофобность.The proposed method is based on the general properties of bacteriocins and the general properties of the cell surface of producers of various species and genera that completely preserve the overall activity of the culture fluid after precipitation with ammonium sulfate and subsequent dialysis of the precipitate, therefore, it is suitable for cleaning not one, but many or even all bacteriocins. All bacteriocins are low molecular weight peptides (molecular weight - 2-7 kDa). These are hydrophilic-hydrophobic thermostable substances. Hydrophilicity (and good solubility in aqueous solution) are necessary for the delivery of bacteriocin to the recipient cell, and hydrophobicity is necessary for binding to membranes. A common property of the surface of gram-negative and gram-positive producer cells (peptidoglycan and membranes) is their hydrophobicity.

Предлагаемый способ очистки бактериоцинов осуществляют следующим образом:The proposed method for the purification of bacteriocins is as follows:

- культуральную жидкость концентрируют на полых волокнах, отсекающих вещества с молекулярной массой более 15 кДа;- the culture fluid is concentrated on hollow fibers, cutting off substances with a molecular mass of more than 15 kDa;

- к концентрату культуральной жидкости добавляют сухой NaCl с конечной концентрацией 0,5 М и перемешивают на качалке со скоростью 100 кач/мин в течение 20 мин;- dry NaCl with a final concentration of 0.5 M is added to the culture fluid concentrate and stirred on a rocking chair at a speed of 100 cpm for 20 minutes;

- центрифугируют клетки, обработанные 0,5 М NaCl, отделяют их от супернатанта;- centrifuged cells treated with 0.5 M NaCl, separate them from the supernatant;

- доводят рН супернатанта 4 М HCl до значения 3,0 и получают суспензию клеточных фрагментов;- adjust the pH of the supernatant of 4 M HCl to a value of 3.0 and obtain a suspension of cell fragments;

- центрифугируют полученную суспензию, удаляют надосадочную жидкость;- centrifuged the resulting suspension, remove the supernatant;

затем стадия: добавляют воду к осадку клеточных фрагментов в объеме 0.1% от начального объема культуральной жидкости, суспендируют фрагменты, добавляют изопропанол в объеме 0.1% от начального объема культуральной жидкости, выдерживают суспензию в течение 30 мин при 0°С, центрифугируют, отделяют осадок от раствора спирта;then the stage: add water to the sediment of cell fragments in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid, suspend fragments, add isopropanol in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid, hold the suspension for 30 min at 0 ° C, centrifuge, separate the precipitate from alcohol solution;

- удаляют спирт из раствора на роторном испарителе при 60°С;- remove alcohol from the solution on a rotary evaporator at 60 ° C;

- добавляют воду до начального объема спиртового раствора и активированный уголь в количестве 0.5% w/v,- add water to the initial volume of the alcohol solution and activated carbon in an amount of 0.5% w / v,

- выдерживают 15 мин, центрифугируют, удаляют активированный уголь с адсорбированными на нем примесями;- incubated for 15 minutes, centrifuged, remove activated charcoal with impurities adsorbed on it;

- пропускают водный раствор через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа.- an aqueous solution is passed through a membrane cutting off macromolecules> 10 kDa.

Во всех случаях центрифугирование проводят при 10000g, 15 мин.In all cases, centrifugation is carried out at 10000 g, 15 minutes

Активность бактериоцинов определяют в условных единицах "агарового теста". Для проведения этого теста индикаторный штамм наносят на чашку Петри с агаром, смешанным с питательной средой так, что за ночь при 37°С вырастает сплошной газон культуры. В качестве индикаторного штамма, чувствительного к действию бактериоцина, во всех примерах используют культуру Lister ea monocytogenes.The activity of bacteriocins is determined in arbitrary units of the "agar test". For this test, an indicator strain is applied to a Petri dish with agar mixed with nutrient medium so that a continuous crop lawn grows overnight at 37 ° C. As an indicator strain sensitive to the action of bacteriocin, a Lister ea monocytogenes culture is used in all examples.

В агаре делают лунки диаметром 5 мм. Исследуемые образцы супернатанта, концентрата или элюата добавляют в эти лунки в объеме 10 мкл, титруют с двойным шагом, предварительно инкубируют 3 часа при комнатной температуре, а затем в течение ночи при 37°С. После окончания роста становятся видимыми зоны ингибирования. Величина разбавления, при котором образец далее не проявляет бактерицидной активности, представляет собой значение разбавления, после которого зоны ингибирования не просматриваются (конечное разбавление). За единицу активности принимают максимальное разведение пробы, при котором еще наблюдается лизис клеток индикаторного штамма, отнесенное к 1 мкл раствора или суспензии, в которых присутствуют бактериоцин.5 mm diameter wells are made in agar. Test samples of the supernatant, concentrate or eluate are added to these wells in a volume of 10 μl, titrated in double step, pre-incubated for 3 hours at room temperature, and then overnight at 37 ° C. After growth is complete, inhibition zones become visible. The dilution value at which the sample further does not exhibit bactericidal activity is the dilution value, after which the inhibition zones are not visible (final dilution). The maximum dilution of the sample is taken as the unit of activity, in which lysis of the cells of the indicator strain is still observed, related to 1 μl of the solution or suspension in which bacteriocin is present.

Агаровый тест используется также для определения того, инактивируется ли вещество, вызывающее гибель клеток индикаторного штамма, в присутствии фермента, протеиназы К, т.е. является ли оно полипептидом. Для этого к супернатанту культуральной жидкости в объеме 1 мл и значении рН 7,0-7,2 добавляют раствор фермента с концентрацией 4-5 мг/мл в 0,05М фосфатном буфере, рН 7,0 и объеме 20 мкл. Инкубируют 1 час при 37°С. Отбирают 10 мкл и помещают в лунку с агаром, смешанным с питательной средой. Параллельно добавляют в лунку 10 мкл супернатанта без фермента, титруют оба образца с двойным шагом и сравнивают наличие или отсутствие зон ингибирования роста.An agar test is also used to determine if a substance causing cell death of an indicator strain is inactivated in the presence of an enzyme, proteinase K, i.e. whether it is a polypeptide. For this, a solution of the enzyme with a concentration of 4-5 mg / ml in 0.05 M phosphate buffer, pH 7.0 and a volume of 20 μl is added to the supernatant of the culture fluid in a volume of 1 ml and a pH value of 7.0-7.2. Incubated for 1 hour at 37 ° C. 10 μl was collected and placed in a well with agar mixed with culture medium. In parallel, 10 μl of enzyme-free supernatant is added to the well, both samples are titrated in double step and the presence or absence of growth inhibition zones is compared.

Примеры осуществления способа очистки бактериоцинов.Examples of the method of purification of bacteriocins.

В качестве продуцентов бактериоцинов использовали следующие микроорганизмы из Государственной коллекции патогенных микроорганизмов и клеточных культур «ГКПМ-Оболенск»: Bacillus subtilis, регистрационный номер В-6799; Streptococcus raffinolactis, регистрационный номер S-4515; Streptococcus raffinolactis, регистрационный номер S-4516; Bacillus polymixis, регистрационный номер В-5831. В качестве тест-культуры использовали Listeria monocytogenes, регистрационный номер L-5949.The following microorganisms from the State collection of pathogenic microorganisms and cell cultures “GKPM-Obolensk” were used as producers of bacteriocins: Bacillus subtilis, registration number B-6799; Streptococcus raffinolactis registration number S-4515; Streptococcus raffinolactis registration number S-4516; Bacillus polymixis, registration number B-5831. As a test culture used Listeria monocytogenes, registration number L-5949.

Пример 1.Example 1

Культуру Bacillus subtilis В-6799 выращивают в биореакторе с рабочим объемом 8,2 л на солевой среде следующего состава на 1 литр: K2HPO4 - 10,5 г; KH2PO4 - 4,5 г; (NH4)2SO4 - 1,0 г; цитрат Na·H2O - 0,5 г; MgSO4·7H2O (20 г/100 мл) - 1 мл/л; 20%-я глюкоза - 10 мл. Условия выращивания: рН 7,2, температура 37°С, скорость оборотов мешалки 200-250 об/мин, продувка воздухом: 6 л/мин, продолжительность ферментации 10 час до достижения стационарной фазы. Культуральную жидкость концентрируют в 8 раз на полых волокнах, отсекающих макромолекулы с молекулярной массой более 15 кДа. К концентрату добавляют сухой NaCl до конечной концентрации 0,5 М небольшими порциями при постоянном перемешивании на качалке со скоростью 100 кач/мин. Перемешивают в течение 20 мин. Затем центрифугируют при 10000g, 15 мин. Значение рН супернатанта доводят 4М HCl до 3,0, оставляют при 0°С на 30 мин для оседания клеточных фрагментов и центрифугируют 10000g, 15 мин. К осадку добавляют 6 мл воды и суспендируют осадок, добавляют 6 мл изопропанола, выдерживают 30 мин при 0°С, затем центрифугируют при 10000g, 15 мин. Изопропанол выпаривают на роторном испарителе при 60°С и добавляют воду до прежнего объема спиртовой суспензии. Добавляют активированный уголь в количестве 0,5% w/v. Центрифугируют 10000 g, 15 мин, удаляют уголь и адсорбированные на нем примеси. Водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа. Выход составляет 94% от начальной общей активности в культуральной жидкости; получают электрофоретически чистый продукт. Результаты представлены в таблице 1.The culture of Bacillus subtilis B-6799 is grown in a bioreactor with a working volume of 8.2 l in saline medium of the following composition per 1 liter: K 2 HPO 4 - 10.5 g; KH 2 PO 4 - 4.5 g; (NH 4 ) 2 SO 4 - 1.0 g; citrate Na · H 2 O - 0.5 g; MgSO 4 · 7H 2 O (20 g / 100 ml) - 1 ml / l; 20% glucose - 10 ml. Growing conditions: pH 7.2, temperature 37 ° C, stirrer speed 200-250 rpm, air purge: 6 l / min, fermentation time 10 hours until stationary phase is reached. The culture fluid is concentrated 8 times on hollow fibers that cut off macromolecules with a molecular weight of more than 15 kDa. Dry NaCl was added to the concentrate to a final concentration of 0.5 M in small portions with constant stirring on a rocking chair at a speed of 100 cpm. Stirred for 20 minutes. Then centrifuged at 10000g, 15 min. The pH of the supernatant was adjusted with 4M HCl to 3.0, left at 0 ° C for 30 minutes to sediment cell fragments and centrifuged at 10,000 g, 15 minutes. 6 ml of water was added to the precipitate and the precipitate was suspended, 6 ml of isopropanol was added, the mixture was kept at 0 ° С for 30 min, then centrifuged at 10000 g, 15 min. Isopropanol is evaporated on a rotary evaporator at 60 ° C and water is added to the previous volume of the alcohol suspension. Activated carbon is added in an amount of 0.5% w / v. Centrifuged at 10,000 g, 15 min, remove the coal and impurities adsorbed on it. An aqueous solution is passed through a membrane cutting off macromolecules> 10 kDa. The yield is 94% of the initial total activity in the culture fluid; get electrophoretically pure product. The results are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 ОбразецSample Объем, мклVolume μl Конечное разбавлениеFinal dilution Количество условных единицх 106 Number of conventional units 10 6 Выход, %Exit, % Культуральная жидкостьCulture fluid 8,2×106 8.2 × 10 6 27 2 7 10501050 100one hundred Суспензия при рН 3,0Suspension at pH 3.0 106 10 6 210 2 10 10241024 9898 Супернатант после добавления изопропанолаSupernatant after Isopropanol Added 12,0×103 12.0 × 10 3 213 2 13 983983 9494

Таким образом, как видно из результатов таблицы, предлагаемый способ позволяет получить бактериоцин с выходом более 90%.Thus, as can be seen from the results of the table, the proposed method allows to obtain bacteriocin with a yield of more than 90%.

Пример 2.Example 2

Культуру Streptococcus raffmolactis S-4515 выращивают в качалочных колбах при температуре 37°С, 200-250 кач/мин, время культивирования 12 ч, рН 7,0, объем раствора в колбе 250 мл. Состав питатательной среды (г/л): ферментативный гидролизат мяса - 10,0; ферментативный гидролизат казеина - 10,0; дрожжевой экстракт - 2,0; декстроза - 1,0; хлористый натрий - 5,0; бисульфит натрия - 0,1. Культуральную жидкость в объеме 1,5 л концентрируют в 10 раз на полых волокнах, отсекающих макромолекулы с молекулярной массой более 15 кДа и центрифугируют при 10000g, 15 мин. К полученному супернатанту добавляют сухой NaCl до конечной концентрации 0,5М при постоянном перемешивании на качалке со скоростью 100 кач/мин и перемешивают 20 мин. Центрифугируют при 10000g, 15 мин. Значение рН супернатанта доводят 4М HCl до 3, и оставляют при 0°С на 30 мин для оседания клеточных фрагментов. Суспензию центрифугируют при 10000g, 15 мин, надосадочную жидкость удаляют, а к осадку добавляют воду в объеме 1,5 мл., суспендируют осадок и добавляют 1,5 мл пропанола и выдерживают 30 мин при 0°С и центрифугируют при 10000g, 15 мин. Пропанол выпаривают на роторном испарителе при 60°С, добавляют воду до прежнего объема, затем добавляют активированный уголь (0,5% w/v) и центрифугируют при 10000g, 15 мин, удаляя адсорбированные примеси, водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа. Выход бактериоцина: 95% от общей активности в начальной культуральной жидкости, получают электрофоретически чистый продукт.The Streptococcus raffmolactis S-4515 culture was grown in rocking flasks at a temperature of 37 ° C, 200-250 cpm / min, cultivation time 12 h, pH 7.0, the volume of solution in the flask was 250 ml. The composition of the nutrient medium (g / l): enzymatic meat hydrolyzate - 10.0; casein enzymatic hydrolyzate - 10.0; yeast extract - 2.0; dextrose - 1.0; sodium chloride - 5.0; sodium bisulfite - 0.1. The culture fluid in a volume of 1.5 l is concentrated 10 times on hollow fibers, cutting off macromolecules with a molecular weight of more than 15 kDa and centrifuged at 10000 g, 15 minutes Dry NaCl was added to the resulting supernatant to a final concentration of 0.5 M with constant stirring on a shaker at a speed of 100 cpm / min and stirred for 20 minutes. Centrifuged at 10000g, 15 min. The supernatant pH was adjusted with 4M HCl to 3, and left at 0 ° C for 30 minutes to sediment cell fragments. The suspension is centrifuged at 10000 g, 15 min, the supernatant is removed, and water in a volume of 1.5 ml is added to the precipitate, the precipitate is suspended and 1.5 ml of propanol is added and the mixture is kept for 30 min at 0 ° C and centrifuged at 10000 g for 15 min. Propanol is evaporated on a rotary evaporator at 60 ° С, water is added to the previous volume, then activated carbon (0.5% w / v) is added and centrifuged at 10000g, 15 min, removing adsorbed impurities, the aqueous solution is passed through a membrane cutting off the macromolecules> 10 kDa. The yield of bacteriocin: 95% of the total activity in the initial culture fluid, get electrophoretically pure product.

Пример 3.Example 3

Культуру Streptococcus raffinolactis S-4516 выращивают в качалочных колбах при температуре 37°С, 200-250 кач/мин, время культивирования 12 ч, рН 7,0, объем раствора в колбе 250 мл. Состав питатательной среды (г/л): ферментативный гидролизат мяса - 10,0; ферментативный гидролизат казеина - 10,0; дрожжевой экстракт - 2,0; декстроза - 1,0; хлористый натрий - 5,0; бисульфит натрия - 0,1. Культуральную жидкость в объеме 1,5 л концентрируют в 10 раз на полых волокнах, отсекающих макромолекулы с молекулярной массой более 15 кДа. К концентрату добавляют сухой NaCl до конечной концентрации 0,5М, перемешивают 20 мин и центрифугируют при 10000g, 15 мин, получая супернатант. Значение рН супернатанта доводят 4М HCl до 3,0 и оставляют в холодильнике при 0°С на 30 мин для оседания клеточных фрагментов. Супернатант центрифугируют при 10000g, 15 мин, надосадочную жидкость удаляют, а к осадку добавляют воду 1,5 мл. Суспендируют в воде, добавляют 1,5 мл пропанола. Через 30 мин центрифугируют при 10000g, 15 мин. Удаляют спирт выпариванием, добавляют воду до прежнего объема. Затем добавляют активированный уголь в количестве 0,5% w/v и центрифугируют при 10000g, 15 мин, удаляют уголь и адсорбированные примеси. Водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа.The Streptococcus raffinolactis S-4516 culture is grown in rocking flasks at a temperature of 37 ° C, 200-250 cpm / min, cultivation time is 12 hours, pH 7.0, the volume of solution in the flask is 250 ml. The composition of the nutrient medium (g / l): enzymatic meat hydrolyzate - 10.0; casein enzymatic hydrolyzate - 10.0; yeast extract - 2.0; dextrose - 1.0; sodium chloride - 5.0; sodium bisulfite - 0.1. The culture fluid in a volume of 1.5 l is concentrated 10 times on hollow fibers that cut off macromolecules with a molecular weight of more than 15 kDa. Dry NaCl was added to the concentrate to a final concentration of 0.5 M, stirred for 20 minutes and centrifuged at 10000 g, 15 minutes to obtain a supernatant. The pH of the supernatant was adjusted with 4M HCl to 3.0 and left in the refrigerator at 0 ° C for 30 minutes to sediment cell fragments. The supernatant is centrifuged at 10000 g, 15 min, the supernatant is removed and 1.5 ml of water is added to the precipitate. Suspended in water, add 1.5 ml of propanol. After 30 min, centrifuged at 10000g, 15 min. The alcohol is removed by evaporation, water is added to the previous volume. Activated carbon is then added in an amount of 0.5% w / v and centrifuged at 10,000 g for 15 minutes, carbon and adsorbed impurities are removed. An aqueous solution is passed through a membrane cutting off macromolecules> 10 kDa.

Выход бактериоцина: 95% от общей активности в начальной культуральной жидкости, продукт электрофоретически чист.The yield of bacteriocin: 95% of the total activity in the initial culture fluid, the product is electrophoretically pure.

Пример 4.Example 4

Культуру Bacillus polymixis B-5831 выращивают в качалочных колбах при температуре 37°С, 200-250 кач/мин, время культивирования 12 ч, рН 7,0, объем раствора в колбе 250 мл. Состав питатательной среды (г/л): мясной экстракт - 5,0; пептон - 4,0; дрожжевой экстракт - 5,0; декстроза - 1,0; хлористый натрий - 2,5; глюкоза - 8,0-10,0 мл;. Культуральную жидкость в объеме 1,5 л концентрируют в 10 раз на полых волокнах, отсекающих макромолекулы с молекулярной массой более 15 кДа. К концентрату добавляют сухой NaCl до конечной концентрации 0,5М при перемешивании на качалке в течение 20 мин, центрифугируют при 10000g, 15 мин, получая супернатант. Значение рН доводят 4М HCl до 3,0 и оставляют при 0°С на 30 мин для оседания клеточных фрагментов. Центрифугируют при 10000g, 15 мин, надосадочную жидкость удаляют, а к осадку добавляют 1,5 мл воды, суспендируют и добавляют 1,5 мл пропанола. Выдерживают 30 мин при 0°С, центрифугируют при 10000g, 15 мин. Пропанол выпаривают на роторном испарителе при 60°С, добавляют воду до прежнего объема спиртовой суспензии, затем добавляют активированный уголь в концентрации 0,5 w/v. Центрифугируют при 10000g, 15 мин, удаляют уголь и адсорбированные им примеси, а водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы >10 кДа. Выход бактериоцина: 93% от общей активности в начальной культуральной жидкости, продукт электрофоретически чист.The culture of Bacillus polymixis B-5831 is grown in rocking flasks at a temperature of 37 ° C, 200-250 cpm / min, the cultivation time is 12 hours, pH 7.0, the volume of solution in the flask is 250 ml. The composition of the nutrient medium (g / l): meat extract - 5.0; peptone - 4.0; yeast extract - 5.0; dextrose - 1.0; sodium chloride - 2.5; glucose - 8.0-10.0 ml; The culture fluid in a volume of 1.5 l is concentrated 10 times on hollow fibers that cut off macromolecules with a molecular weight of more than 15 kDa. Dry NaCl was added to the concentrate to a final concentration of 0.5 M with stirring on a rocking chair for 20 minutes, centrifuged at 10,000 g, 15 minutes to obtain a supernatant. The pH value was adjusted with 4M HCl to 3.0 and left at 0 ° C for 30 minutes to sediment cell fragments. It is centrifuged at 10000 g, 15 min, the supernatant is removed, and 1.5 ml of water are added to the precipitate, suspended and 1.5 ml of propanol are added. Stand for 30 min at 0 ° C, centrifuged at 10000g, 15 min. Propanol is evaporated on a rotary evaporator at 60 ° C, water is added to the previous volume of the alcohol suspension, then activated carbon is added at a concentration of 0.5 w / v. It is centrifuged at 10000 g, 15 min, the coal and its adsorbed impurities are removed, and the aqueous solution is passed through a membrane cutting off macromolecules> 10 kDa. The yield of bacteriocin: 93% of the total activity in the initial culture fluid, the product is electrophoretically pure.

Для определения молекулярной массы и чистоты целевого продукта используют метод SDS-PAG электрофореза в 16% полиакриламидном геле (стандартный протокол фирмы Bio-Rad) с набором белков-маркеров от 10 до 170 кДа (фирма Fermentas). 5 мкл раствора бактериоцина, разбавленного до концентрации ~0,5 мг/мл, смешивают с 5 мкл буфера для белкового SDS-PAG электрофореза и прогревают при 60°С. Движение белков происходит при силе тока в разделяющем геле 10 mA в течение 30 мин; в концентрирующем геле 14 mA - 60 мин. Гель фиксируют в растворе 10% уксусной кислоты и 20% изопропанола в течение часа, отмывают дистиллированной водой в течение 2 часов и окрашивают в растворе Кумасси G-250.To determine the molecular weight and purity of the target product using SDS-PAG electrophoresis in 16% polyacrylamide gel (standard protocol from Bio-Rad) with a set of protein markers from 10 to 170 kDa (Fermentas). 5 μl of a solution of bacteriocin diluted to a concentration of ~ 0.5 mg / ml, mixed with 5 μl of buffer for protein SDS-PAG electrophoresis and heated at 60 ° C. The movement of proteins occurs at a current strength of 10 mA in a separation gel for 30 minutes; in a concentrating gel of 14 mA - 60 min. The gel is fixed in a solution of 10% acetic acid and 20% isopropanol for one hour, washed with distilled water for 2 hours and stained in a solution of Coomassie G-250.

На фиг.1 приведена электрофореграмма очистки бактериоцина (пример 2).Figure 1 shows the electrophoregram purification of bacteriocin (example 2).

1 - образец после действия пропанола на фрагменты1 - sample after the action of propanol on the fragments

2 - образец на нитроцеллюлозной мембране2 - a sample on a nitrocellulose membrane

3 - бактериоцин, прошедший через мембрану, отсекающую белки >10 кДа3 - bacteriocin passing through the membrane, cutting off proteins> 10 kDa

4 - белки-маркеры4 - protein markers

Таким образом, предложенный способ очистки, путем удаления бактериоцина с поверхностных клеточных фрагментов под действием спирта можно назвать «гидрофобной хроматографией на поверхностных фрагментах клеток продуцента». Способ применим для крупномасштабного получения бактериоцинов, секретируемых продуцентами разных родов и видов, отсутствуют операции, требующие длительного времени (например, диализ), а результатом является электрофоретически чистый продукт с выходом более 90% от общей активности в культуральной жидкости.Thus, the proposed method of purification by removing bacteriocin from surface cell fragments under the influence of alcohol can be called "hydrophobic chromatography on surface fragments of producer cells". The method is applicable for large-scale production of bacteriocins secreted by producers of various genera and species, there are no operations requiring a long time (for example, dialysis), and the result is an electrophoretically pure product with a yield of more than 90% of the total activity in the culture fluid.

Claims (2)

1. Способ выделения бактериоцинов из культуральной жидкости штамма-продуцента, с последующей очисткой пептидной фракции, характеризующийся тем, что культуральную жидкость концентрируют на полых волокнах, отсекающих макромолекулы с молекулярной массой более 15 кДа, и к концентрату клеток добавляют сухой NaCl в конечной концентрации 0,5 М, перемешивают на качалке в течение 20 мин, суспензию центрифугируют при 10000g 15 мин и отделяют супернатант, рН супернатанта доводят до 3,0 четырехмолярным раствором HCl, образующуюся суспензию центрифугируют, к осадку добавляют воду в объеме 0,1% от начального объема культуральной жидкости, затем суспендируют осадок и добавляют спирт в объеме 0,1% от начального объема культуральной жидкости, выдерживают 30 мин при 0°C и центрифугируют, спирт из раствора удаляют выпариванием, добавляют воду до 0,1% от начального объема культуральной жидкости, добавляют активированный уголь в количестве 0,5% w/v (v-объем воды), центрифугируют, удаляя адсорбированные на угле примеси, водный раствор пропускают через мембрану, отсекающую макромолекулы с молекулярной массой более 10 кДа.1. The method of isolation of bacteriocins from the culture fluid of the producer strain, followed by purification of the peptide fraction, characterized in that the culture fluid is concentrated on hollow fibers that cut off macromolecules with a molecular mass of more than 15 kDa, and dry NaCl is added to the cell concentrate at a final concentration of 0, 5 M, stirred on a rocking chair for 20 minutes, the suspension is centrifuged at 10000 g for 15 minutes and the supernatant is separated, the pH of the supernatant is adjusted to 3.0 with a four-molar HCl solution, the resulting suspension is centrifuged, to adka add water in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid, then the precipitate is suspended and alcohol is added in a volume of 0.1% of the initial volume of the culture fluid, incubated for 30 min at 0 ° C and centrifuged, the alcohol is removed from the solution by evaporation, add water to 0.1% of the initial volume of the culture fluid, add activated carbon in an amount of 0.5% w / v (v-volume of water), centrifuged to remove impurities adsorbed on coal, the aqueous solution is passed through a membrane that cuts off macromolecules with a molecular weight more 10 kDa. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве спирта используют этанол, либо пропанол, либо изопропанол. 2. The method according to claim 1, characterized in that ethanol or propanol or isopropanol is used as the alcohol.
RU2011131558/10A 2011-07-28 2011-07-28 Method of bacteriocins isolation RU2492231C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131558/10A RU2492231C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method of bacteriocins isolation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131558/10A RU2492231C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method of bacteriocins isolation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011131558A RU2011131558A (en) 2013-02-10
RU2492231C2 true RU2492231C2 (en) 2013-09-10

Family

ID=49119358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131558/10A RU2492231C2 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method of bacteriocins isolation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2492231C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694590C2 (en) * 2017-11-28 2019-07-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) Strains bacillus safensis vkpm v-12180, bacillus licheniformis vkpm v-1224, bacillus pumilus vkpm v-12182, bacillus endophyticus vkpm v-12181 - producers of bacteriocins against bacterial pathogens, method for producing nisin

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153505C2 (en) * 1993-09-03 2000-07-27 Сосьете Де Продюи Нестле С.А. Mixture of bacteriocins, strain streptococcus thermophilus as producer of bacteriocins and method of their preparing
RU2409661C2 (en) * 2009-02-12 2011-01-20 Федеральное государственное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФГУН ГНЦ ПМБ) Enterococcus faecium lvp1073 strain, producer of bacteriocin against bacterial pathogens, bacteriocin e1073 against bacterial pathogens, lactobacillus plantarum 1 lvp7 strain - bacteriocin e1073 synthesis inducer, signal peptide sp1073 - bacteriocin e1073 synthesis regulator, method for producing bacteriocin e1073

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153505C2 (en) * 1993-09-03 2000-07-27 Сосьете Де Продюи Нестле С.А. Mixture of bacteriocins, strain streptococcus thermophilus as producer of bacteriocins and method of their preparing
RU2409661C2 (en) * 2009-02-12 2011-01-20 Федеральное государственное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФГУН ГНЦ ПМБ) Enterococcus faecium lvp1073 strain, producer of bacteriocin against bacterial pathogens, bacteriocin e1073 against bacterial pathogens, lactobacillus plantarum 1 lvp7 strain - bacteriocin e1073 synthesis inducer, signal peptide sp1073 - bacteriocin e1073 synthesis regulator, method for producing bacteriocin e1073

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG R. ET ALL. Novel method to extract large amounts of bacteriocins from lactic acid bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 58(10), 10.1992, P.3155-3359. *
В.В. ЛЫСАК. Некоторые свойства бактериоцинов Erwinia. Прикладная биохимия и микробиология, Т.XVI, Вып.3, 1980, С.372-376. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694590C2 (en) * 2017-11-28 2019-07-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" (КемГУ) Strains bacillus safensis vkpm v-12180, bacillus licheniformis vkpm v-1224, bacillus pumilus vkpm v-12182, bacillus endophyticus vkpm v-12181 - producers of bacteriocins against bacterial pathogens, method for producing nisin

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011131558A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2012320330C1 (en) Biosurfactants produced by a new strain of Bacillus subtilis, composition including same, method for obtaining same, and use thereof
US12012622B1 (en) Paenibacillus pabuli-derived enzyme capable of producing galacto-oligosaccharide, and method for producing galacto-oligosaccharide
US20100143535A1 (en) Method for producing composition containing sialic acid compound
TWI748411B (en) Method of purifying botulinum toxin
CN113999793A (en) Lactobacillus plantarum with good fermentation characteristics and fragrance production function and screening method thereof
CN110511896B (en) Lactobacillus plantarum producing multiple bacteriocins, bacteriocin, and extraction method and application of bacteriocin
KR100413335B1 (en) Lactococcus lactis BH5(KCCM-10275) which is produced antimicrobial peptide
RU2492231C2 (en) Method of bacteriocins isolation
RU2532227C1 (en) Strain enterococcus mundtii producing peptide substance with antilisterial ativity
KR100401028B1 (en) Method for the extraction of periplasmic proteins from prokaryotic microorganisms in the presence of arginine
US20230348531A1 (en) Isolation and purification of bacteriocin produced by lactobacillus sakei and antibacterial use thereof and lactic acid bacteria used
CN105861396B (en) Marine-source bacillus antibacterial protein MD and preparation method thereof
CN103667201B (en) Hydrogen peroxidase through fermenting and isolation and purification method thereof that marine microorganism bacterial strain YS0810 produces
CN102321595A (en) Sterol esterase and nucleotide sequence thereof, recombinant vectors, recombinant host cell and method for making and test kit
Surovtsev et al. Purification of bacteriocins by chromatographic methods
EP1535999B1 (en) Milk-coagulating enzyme originating in bacterium and process for producing cheese using the same
CN110982745B (en) Production method of pediococcus pentosaceus Z-1, pediococcus pentosaceus bacteriocin Z-1 and pediococcus pentosaceus bacteriocin Z-1
US20220267368A1 (en) Method for preparing botulinum toxin
KR100273742B1 (en) Lactococcus lactis microorganism producing natural antibacterial substances (KFCC 11047)
Stefanov et al. Isolation and Purification of Proteolytic Enzymes, Produced by Strains of Genus Bacillus.
JP5103485B2 (en) Antifungal substance
RU2787787C1 (en) Application of a t5 promoter for the expression of the gene of beta-lytic protease lysobacter capsici vkm b-2533t and strain l. capsici blp pt5 being producer of said protease
Chatterjee et al. ISOLATION, PURIFICATION AND CHARACTERIZATION OF A BACTERIOCIN WITH BROAD SPECTRUM ACTIVITY FROM Lactococcus lactis JC10 FROM PERISHABLE PAPAYA FRUIT.
El-Shafie et al. Purification and characterization of bacteriocin produced by isolated strain of Lactococcus lactis
RU2237719C2 (en) Method for preparing lipopolysaccharides

Legal Events

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

Effective date: 20140729