RU2509154C1 - RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE - Google Patents

RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE Download PDF

Info

Publication number
RU2509154C1
RU2509154C1 RU2012143985/10A RU2012143985A RU2509154C1 RU 2509154 C1 RU2509154 C1 RU 2509154C1 RU 2012143985/10 A RU2012143985/10 A RU 2012143985/10A RU 2012143985 A RU2012143985 A RU 2012143985A RU 2509154 C1 RU2509154 C1 RU 2509154C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prolidase
tsib
plasmid
recombinant
tev protease
Prior art date
Application number
RU2012143985/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Олегович Попов
Татьяна Владимировна Фатеева
Ольга Владимировна Юдкина
Дмитрий Андреевич Корженевский
Татьяна Владимировна Ракитина
Анна Сергеевна Черкашина
Эльвира Семеновна Слуцкая
Алексей Валерьевич Липкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
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 "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2012143985/10A priority Critical patent/RU2509154C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509154C1 publication Critical patent/RU2509154C1/en

Links

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnologies.
SUBSTANCE: invention refers to biotechnology and gene engineering and represents recombinant pHisTevTSIB0821 plasmid for expression in Escherichia coli cells of TSIB_0821 prolidase from Thermococcus sibiricus archean. The proposed plasmid includes NdeI/SalI-fragment of pET-22b(+) (Novagen) plasmid and a DNA fragment with the size of 1196 pairs of bases, which contains a fused gene consisting of the following structural elements: nucleotide sequence coding 6-histidine tag, nucleotide sequence coding the site of recognition/decomposition of TEV protease, and nucleotide sequence of TSIB_0821 gene, which are connected so that at their biosynthesis in E. coli cells a continuous reading frame can be maintained. E. coli Rosetta(DE3) strain is obtained, which is transformed with the above plasmid, - a producer of chimeric protein including amino acid sequence of TSIB_0821 prolidase, fused on N-end with the 6-histidine tag and the site of recognition/decomposition of TEV protease. A growth and induction method of a producer strain and a method for separation and cleaning from the obtained biomass of functionally active recombinant TSIB_0821 prolidase including the following technological process: two metal affine chromatographies, gel filtration, TEV protease treatment, dialysis, and concentration, have been developed.
EFFECT: invention allows obtaining recombinant prolidase that is similar as much as possible as to structure to its natural equivalent with high and stable yield, level of cleaning and functional activity.
3 cl, 3 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к биотехнологии, в частности к генетической инженерии, и касается способа получения функционально активной рекомбинантной пролидазы термостабильной археи Thermococcus sibiricus (TSIB_0821), а также рекомбинантной плазмиды и трансформированного ею штамма Escherichia coli для наработки рекомбинантной пролидазы TSIB_0821. Изобретение позволяет производить функционально активную рекомбинантную пролидазу для использования в биотехнологических процессах, в том числе проводимых при повышенных температурах и рН, а также как модель для изучения молекулярных механизмов термоустойчивости.The present invention relates to biotechnology, in particular to genetic engineering, and relates to a method for producing a functionally active recombinant prolidase of thermostable archaea Thermococcus sibiricus (TSIB_0821), as well as a recombinant plasmid and Escherichia coli strain transformed by it to produce recombinant prolidase TSIB_0821. The invention allows the production of functionally active recombinant prolidase for use in biotechnological processes, including those carried out at elevated temperatures and pH, and also as a model for studying the molecular mechanisms of thermal stability.

Уровень техникиState of the art

Пролидаза (пролинспецифическая дипептидаза, имидодипептидаза, Е.С. 3.4.13.9., далее именуемая пролидаза) - фермент, гидролизующий дипептиды, в которых пролин находится в С-концевой позиции (Хаа-Рго или X-Pro) [Cunningham, D. & O'connor, В. Proline specific peptidases // Biochim Biophys Acta. -1997. -Vol. 1343. -P. 160-186. и Lowther, W. & Matthews, B. Metalloaminopeptidases: common functional themes in disparate structural surroundings // Chem Rev. -2002. -Vol. 102. - P. 4581-4608]. Пролидазы встречаются в эукариотах, бактериях и археях и являются исключительно перспективными ферментами для использования в медицине и биотехнологии.Prolidase (proline-specific dipeptidase, imidodipeptidase, E.C. 3.4.13.9., Hereinafter referred to as prolidase) is an enzyme that hydrolyzes dipeptides in which proline is in the C-terminal position (Xa-Pro or X-Pro) [Cunningham, D. & O'connor, B. Proline specific peptidases // Biochim Biophys Acta. -1997. -Vol. 1343. -P. 160-186. and Lowther, W. & Matthews, B. Metalloaminopeptidases: common functional themes in disparate structural surroundings // Chem Rev. -2002. -Vol. 102. - P. 4581-4608]. Prolidases are found in eukaryotes, bacteria and archaea and are extremely promising enzymes for use in medicine and biotechnology.

У млекопитающих пролидазы участвуют на заключительных этапах катаболизма при расщеплении молекул, богатых пролином, в первую очередь коллагена [Surazynski, A., Miltyk, W., Palka, J. & Phang, J. M. Prolidase-dependent regulation of collagen biosynthesis // Amino Acids. -2008. -Vol. 35. -P. 731-738]. У человека дефицит пролидаз вызывает развитие ряда заболеваний соединительных тканей [Viglio, S., Annovazzi, L., Conti, В., Genta, I., Perugini, P., Zanone, C., Casado, В., Cetta, G. & ladarola, P. The role of emerging techniques in the investigation ofprolidase deficiency: from diagnosis to,the development of a possible therapeutical approach // J Chromatogr В Analyt Technol Biomed Life Sci. -2006. -Vol. 832. -P. 1-8], для борьбы с которыми в качестве заместительной терапии используют рекомбинантные ферменты [Патент № W002067967. -2002, Патент № KR20050090120. - 2005, Патент № US2006134088. -2006, Патент № W02007110767. -2007., Colonna C., Conti, B„ Perugini, P., Pavanetto, F., Modena, Т., Dorati, R., ladarola, P. & Genta, I. Ex vivo evaluation ofprolidase loaded chitosan nanoparticles for the enzyme replacement therapy // Eur J Pharm. Biopharm. -2008. -Vol. 70. -P. 58-65. и Colonna, С., Conti, В., Perugini, P., Pavanetto, F., Modena, Т., Dorati, R., ladarola, P. & Genta, I. Site-directed PEGylation as successful approach to improve the enzyme replacement in the case ofprolidase // Int J Pharm. -2008. -Vol. 358. -P. 230-237]. В то же время повышенный уровень пролидазной активности является диагностическим маркером ряда онкологических заболеваний [Kama, E., Surazynski, А. & Palka, J. Collagen metabolism disturbances are accompanied by an increase in prolidase activity in lung carcinoma planoepitheliale // Int J Exp Pathol. -2000. -Vol. 81. -P. 341-347], для таргетной терапии которых создают пролинсодержащие инактивированные формы препаратов, которые превращаются в активные противораковые лекарства после расщепления пролидазами [Патент W09745117. -1997, Mittal, S, Song, X., Vig, В. S. & Amidon, G. L. Proline prodrug of melphalan targeted to prolidase, a prodrug activating enzyme overexpressed in melanoma // Pharm Res. -2007. -Vol. 24.-P.1290-1298].In mammals, prolidases are involved in the final stages of catabolism in the cleavage of proline-rich molecules, primarily collagen [Surazynski, A., Miltyk, W., Palka, J. & Phang, J. M. Prolidase-dependent regulation of collagen biosynthesis // Amino Acids. 2008. -Vol. 35. -P. 731-738]. In humans, prolidase deficiency causes the development of a number of connective tissue diseases [Viglio, S., Annovazzi, L., Conti, B., Genta, I., Perugini, P., Zanone, C., Casado, B., Cetta, G. & ladarola, P. The role of emerging techniques in the investigation ofprolidase deficiency: from diagnosis to, the development of a possible therapeutical approach // J Chromatogr In Analyt Technol Biomed Life Sci. 2006. -Vol. 832. -P. 1-8], for the fight against which recombinant enzymes are used as replacement therapy [Patent No. W002067967. -2002, Patent No. KR20050090120. - 2005, Patent No. US2006134088. -2006, Patent No. W02007110767. -2007., Colonna C., Conti, B „Perugini, P., Pavanetto, F., Modena, T., Dorati, R., ladarola, P. & Genta, I. Ex vivo evaluation ofprolidase loaded chitosan nanoparticles for the enzyme replacement therapy // Eur J Pharm. Biopharm. 2008. -Vol. 70. -P. 58-65. and Colonna, C., Conti, B., Perugini, P., Pavanetto, F., Modena, T., Dorati, R., ladarola, P. & Genta, I. Site-directed PEGylation as successful approach to improve the enzyme replacement in the case ofprolidase // Int J Pharm. 2008. -Vol. 358. -P. 230-237]. At the same time, increased prolidase activity is a diagnostic marker of a number of oncological diseases [Kama, E., Surazynski, A. & Palka, J. Collagen metabolism disturbances are accompanied by an increase in prolidase activity in lung carcinoma planoepitheliale // Int J Exp Pathol . -2000. -Vol. 81. -P. 341-347], for targeted therapy of which they create proline-containing inactivated forms of drugs that turn into active anti-cancer drugs after cleavage by prolidases [Patent W09745117. -1997, Mittal, S, Song, X., Vig, B. S. & Amidon, G. L. Proline prodrug of melphalan targeted to prolidase, a prodrug activating enzyme overexpressed in melanoma // Pharm Res. 2007. -Vol. 24.-P.1290-1298].

Пролидазы бактерий и архей также участвуют в деградации белков и пептидов, регулируя рециклинг пролина [Gonzales, Т. & Robert-Baudouy, J. Bacterial aminopeptidases:Prolidases of bacteria and archaea are also involved in the degradation of proteins and peptides by regulating proline recycling [Gonzales, T. & Robert-Baudouy, J. Bacterial aminopeptidases:

properties and functions // FEMS Microbiol. Rev. -1996. -Vol. 18. -P. 319-344. и Ghosh, M., Grunden, A. M., Dunn, D. M., Weiss, R. & Adams, M. W. Characterization of native and recombinant forms of an unusual cobalt-dependent proline dipeptidase (prolidase) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus furiosus // J Bacteriol. -1998. -Vol. 180. -P. 4781-4789]. Они используются для удаления горечи при ферментации сыров и в других отраслях пищевой промышленности [Courtin, P., Nardi, M., Wegmann, U, Joutsjoki, V., Ogier, J. C., Gripon, J. C, Palva, A., Henrich, B. & Monnet, V. Accelerating cheese proteolysis by enriching Lactococcus lactis proteolytic system with lactobacilli peptidases // International Dairy Journal. -2002. -P. 447-454, Патент № JP2008I78393. -2008, Патент № US2010317736. -2010.J. Кроме того, большинство изученных на сегодня пролидаз, в первую очередь пролидазы из термофильных архей, активны в отношении токсических фосфорорганических молекул, входящих в состав нервно-паралитических газов и пестицидов [Vyas, N.K, Nickitenko, A., Rastogi, V. К., Shah, S. S. & Quiocho, F. A. Structural insights into the dual activities of the nerve agent degrading organophosphate anhydrolase/prolidase // Biochemistry. -2010. -Vol. 49. -P. 547-559. и Theriot, C.M., Tove, S. R. & Grunden, A. M. (eds.) Biotechnological Applications of Recombinant Microbial Prolidases // New York Academic Press. -2009], поэтому высокая исследовательская активность наблюдается в области разработки технологий, нацеленных на использование пролидаз в качестве биосенсоров для детекции токсических веществ данного класса [Simonian, A. L., Grimsley, J. К., Flounders, A. W, Shoeniger, J. S., Cheng, Т.-С., DeFrank, J. J. & Wild, J. R. Enzyme-based biosensor for the direct detection of fluorine-containing organophosphates // Analytica Chimica Acta. -2001. -P. 15-23], средств биодеконтаминации [Cheng, T.C. & DeFrank, J. J. (eds.) Hydrolysis of organophosphorus compounds by bacterial prolidases // Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. -2000] или компонентов антидотов [Petrikovics, I., Mcguinn, W. D., Sylvester, D., Yuzapavik, P., Jiang, J., Way, J. L., Papahadjopoulos, D., Hong, K., Yin, R., Cheng, T. C. & DeFrank, J. J. In vitro studies on sterically stabilized liposomes (SL) as enzyme carriers in organophosphorus (OP) antagonism // Drug Deliv. -2000. -Vol. 7. -P. 83-89].properties and functions // FEMS Microbiol. Rev. -1996. -Vol. 18. -P. 319-344. and Ghosh, M., Grunden, A. M., Dunn, D. M., Weiss, R. & Adams, M. W. Characterization of native and recombinant forms of an unusual cobalt-dependent proline dipeptidase (prolidase) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus furiosus // J Bacteriol. -1998. -Vol. 180. -P. 4781-4789]. They are used to remove bitterness in the fermentation of cheeses and in other food industries [Courtin, P., Nardi, M., Wegmann, U, Joutsjoki, V., Ogier, JC, Gripon, J. C, Palva, A., Henrich , B. & Monnet, V. Accelerating cheese proteolysis by enriching Lactococcus lactis proteolytic system with lactobacilli peptidases // International Dairy Journal. -2002. -P. 447-454, Patent No. JP2008I78393. -2008, Patent No. US2010317736. -2010.J. In addition, the majority of prolidases studied today, primarily prolidases from thermophilic archaea, are active against toxic organophosphorus molecules that are part of nerve gases and pesticides [Vyas, NK, Nickitenko, A., Rastogi, V. K., Shah, SS & Quiocho, FA Structural insights into the dual activities of the nerve agent degrading organophosphate anhydrolase / prolidase // Biochemistry. 2010. -Vol. 49. -P. 547-559. and Theriot, C. M., Tove, S. R. & Grunden, A. M. (eds.) Biotechnological Applications of Recombinant Microbial Prolidases // New York Academic Press. -2009], therefore, high research activity is observed in the development of technologies aimed at the use of prolidases as biosensors for the detection of toxic substances of this class [Simonian, AL, Grimsley, J. K., Flounders, A. W, Shoeniger, JS, Cheng , T.-S., DeFrank, JJ & Wild, JR Enzyme-based biosensor for the direct detection of fluorine-containing organophosphates // Analytica Chimica Acta. -2001. -P. 15-23], biodecontamination agents [Cheng, T.C. & DeFrank, J. J. (eds.) Hydrolysis of organophosphorus compounds by bacterial prolidases // Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. -2000] or antidote components [Petrikovics, I., Mcguinn, WD, Sylvester, D., Yuzapavik, P., Jiang, J., Way, JL, Papahadjopoulos, D., Hong, K., Yin, R., Cheng, TC & DeFrank, JJ In vitro studies on sterically stabilized liposomes (SL) as enzyme carriers in organophosphorus (OP) antagonism // Drug Deliv. -2000. -Vol. 7. -P. 83-89].

На сегодняшний день охарактеризовано немногим более 10 пролидаз из различных организмов, которые перечислены в обзоре [R. Semcer and A. Grunden. Prolidase function in proline metabolism and its medical and biotechnological applications // J. Appl. Microbiol. -2012. doi: 10.1111/j.1365-2672.2012.05310]. Перспективность поиска и всестороннего изучения новых ферментов данного класса, особенно из экстремофильных архей, а также клонирование соответствующих генов и получение рекомбинантных протеаз, в том числе с направленно-измененными методами генетической инженерии свойствами, подтверждается публикациями как в периодических научных журналах, так и в патентной литературе:To date, slightly more than 10 prolidases from various organisms have been characterized, which are listed in the review [R. Semcer and A. Grunden. Prolidase function in proline metabolism and its medical and biotechnological applications // J. Appl. Microbiol. 2012. doi: 10.1111 / j.1365-2672.2012.05.053]. The prospect of the search and comprehensive study of new enzymes of this class, especially from extremophilic archaea, as well as the cloning of the corresponding genes and the production of recombinant proteases, including those with directionally modified methods of genetic engineering properties, is confirmed by publications both in periodical scientific journals and in patent literature :

Патент № US6309868. Cloning of the prolyl-dipeptidyl-peptidase from Aspergillus oryzae.-2001.Patent No. US6309868. Cloning of the prolyl-dipeptidyl-peptidase from Aspergillus oryzae.-2001.

Патент № US2003186420. Prolidase and its gene and method for producing prolidase. -2003.Patent No. US2003186420. Prolidase and its gene and method for producing prolidase. -2003.

Maher, M. J., Ghosh, M., Grunden, A. M., Menon, A. L., Adams, M. W., Freeman, H. C. & Guss, J. M. Structure of the prolidase from Pyrococcus furiosus // Biochemistry. -2004. -Vol. 43, -P. 2771-2783.Maher, M. J., Ghosh, M., Grunden, A. M., Menon, A. L., Adams, M. W., Freeman, H. C. & Guss, J. M. Structure of the prolidase from Pyrococcus furiosus // Biochemistry. 2004. -Vol. 43, -P. 2771-2783.

Патент № JP2004105091. Heat-resistant proline-containing dipeptidase. -2004. Du, X., Tove, S., Kast-Hutcheson, K. & Grunden, A. M. Characterization of the dinuclearPatent No. JP2004105091. Heat-resistant proline-containing dipeptidase. 2004. Du, X., Tove, S., Kast-Hutcheson, K. & Grunden, A. M. Characterization of the dinuclear

metal center of Pyrococcus furiosus prolidase by analysis of targeted mutants // FEBS Lett. -metal center of Pyrococcus furiosus prolidase by analysis of targeted mutants // FEBS Lett. -

2005. -Vol. 579. -P. 6140-6146.2005. -Vol. 579. -P. 6140-6146.

Lupi, A., Delia Torie, S„ Campari, E., Tenni, R., Cetta, G, Rossi, A. & Forlino, A. Human recombinant prolidase from eukaryotic and prokaryotic sources. Expression, purification, characterization and long-term stability studies // FEBS J. -2006. -Vol. 273. -P. 5466-5478.Lupi, A., Delia Torie, S „Campari, E., Tenni, R., Cetta, G, Rossi, A. & Forlino, A. Human recombinant prolidase from eukaryotic and prokaryotic sources. Expression, purification, characterization and long-term stability studies // FEBS J. -2006. -Vol. 273. -P. 5466-5478.

Патент № JP3819454. New proline dipeptidase and hydrolysis of protein and peptide using the proline dipeptidase. -2006.Patent No. JP3819454. New proline dipeptidase and hydrolysis of protein and peptide using the proline dipeptidase. 2006.

Yang, S.I. & Tanaka, T. Characterization of recombinant prolidase from Lactococcus lactis changes in substrate specificity by metal cations, and allosteric behavior of the peptidase //Yang, S.I. & Tanaka, T. Characterization of recombinant prolidase from Lactococcus lactis changes in substrate specificity by metal cations, and allosteric behavior of the peptidase //

FEBS J. -2008. -Vol. 275. -P. 271-280.FEBS J. -2008. -Vol. 275. -P. 271-280.

Besio, R., Alleva, S., Forlino, A., Lupi, A., Meneghini, C., Minicozzi, V., Profumo, A., Stellato, F., Tenni, R. & Morante, S. Identifying the structure of the active sites of human recombinant prolidase // Eur Biophys J. -2010. -Vol. 39. -P. 935-945.Besio, R., Alleva, S., Forlino, A., Lupi, A., Meneghini, C., Minicozzi, V., Profumo, A., Stellato, F., Tenni, R. & Morante, S. Identifying the structure of the active sites of human recombinant prolidase // Eur Biophys J. -2010. -Vol. 39. -P. 935-945.

Theriot, C. M., Tove, S. R. & Grunden, A. M. Characterization of two proline dipeptidases (prolidases) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii // Appi Microbiol Biotechnol. -2010. -Vol. 86. -P. 177-188.Theriot, C. M., Tove, S. R. & Grunden, A. M. Characterization of two proline dipeptidases (prolidases) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii // Appi Microbiol Biotechnol. 2010. -Vol. 86. -P. 177-188.

Theriot, C. M., Du, X., Tove, S. R. & Grunden, A. M. Improving the catalytic activity of hyperthermophilic Pyrococcus prolidases for detoxification of organophosphorus nerve agents over a broad range of temperatures // Appi Microbiol Biotechnol, -2010. -Vol. 87. -P. 1715-1726.Theriot, C. M., Du, X., Tove, S. R. & Grunden, A. M. Improving the catalytic activity of hyperthermophilic Pyrococcus prolidases for detoxification of organophosphorus nerve agents over a broad range of temperatures // Appi Microbiol Biotechnol, -2010. -Vol. 87. -P. 1715-1726.

Theriot, C. M., Semcer, R. L., Shah, S. S. & Grunden, A. M. Improving the Catalytic Activity of Hyperthermophilic Pyrococcus horikoshii Prolidase for Detoxification of Organophosphorus Nerve Agents over a Broad Range of Temperatures // Archaea. -2011. -Vol. 565127.Theriot, C. M., Semcer, R. L., Shah, S. S. & Grunden, A. M. Improving the Catalytic Activity of Hyperthermophilic Pyrococcus horikoshii Prolidase for Detoxification of Organophosphorus Nerve Agents over a Broad Range of Temperatures // Archaea. 2011. -Vol. 565127.

Приведенные выше работы демонстрируют, что для более полного использования биотехнологического потенциала пролидаз необходимо комбинировать две стратегии: во первых, изучать новые ферменты, во вторых, направленно оптимизировать свойства природных ферментов согласно требованиям технологического процесса. Особый интерес в этом плане представляют пролидазы из экстремофильных микроорганизмов, так как они обладают широким спектром уникальных свойств, а именно способны работать в экстремальных условиях: повышенная температура, кислый или щелочной рН, высокая ионная сила, присутствие высоких концентраций детергентов. Поэтому для поиска генов, кодирующих новые пролидазы, выбран геном гипертермофильной археи Thermococcus Sibiricus MM739, обитающей в гидротермальных источниках и подземных нефтяных резервуарах Западной Сибири при температуре от 40°С до 88°С. Анализ расшифрованного генома Т. Sibiricus показывает наличие в нем гена TSIB 0821 (GenBank accession number ACS89882.1), кодирующего белок, похожий на ранее изученную термофильную протеазу из Pyrococcus horikoshii OT3 (52% гомологии).The above work demonstrates that in order to make fuller use of the biotechnological potential of prolidases, two strategies must be combined: first, to study new enzymes, and secondly, to optimize the properties of natural enzymes in accordance with the requirements of the technological process. Of particular interest in this regard are prolidases from extremophilic microorganisms, since they have a wide range of unique properties, namely they are able to work in extreme conditions: elevated temperature, acidic or alkaline pH, high ionic strength, the presence of high concentrations of detergents. Therefore, to search for genes encoding new prolidases, the gene of the hyperthermophilic archaea Thermococcus Sibiricus MM739, which lives in hydrothermal springs and underground oil reservoirs in Western Siberia at temperatures from 40 ° C to 88 ° C, was selected. Analysis of the decrypted T. Sibiricus genome reveals the presence of the TSIB 0821 gene (GenBank accession number ACS89882.1), which encodes a protein similar to the previously studied thermophilic protease from Pyrococcus horikoshii OT3 (52% homology).

В качестве прототипа выбран способ получения пролидазы TSIB_0821, слитой на N-конце с последовательностью MRGSHHHHHHGS [Trofimov, A. A., Slutskaya, E. А., Polyakov, К. М., Dorovatovskiic, P. V., Gumerov, V. М., Popov, V. О. Influence of intermolecular contacts on the structure ofrecombinant prolidase from Thermococcus sibiricus // Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. -2012]. Данный способ включает в себя амплификацию гена TSIB_0821 (GenBank accession number ACS89882.1) на матрице геномной ДНК Т. Sibiricus с помощью полимеразной цепной реакции, его клонирование в экспрессирующий вектор pQE80L (Qiagen), получение штамма Escherichia coli Rosetta-gami (DE3) (Novagen), трансформированного плазмидой pQE80L_TSIB0821, наращивание клеток штамма-продуцента, индукцию экспрессии и выделение из полученной биомассы рекомбинантного белка. Недостатком данного способа является невозможность удаления с N-конца рекомбинантной пролидазы TSIB_0821 аминокислотной последовательности шестигистидинового тага, которая, согласно данным рентгеноструктурного анализа слитого белка MRGSHHHHHHGS-TSIB_0821, активно участвует в формировании пространственной укладки полипептида, отрицательно влияя на его функциональную активность и устойчивость к механическим и температурным воздействиям, что делает рекомбинантную пролидазу TSIB_0821, полученную данным способом, непригодной для использования в биотехнологических процессах.As a prototype, the method of obtaining prolidase TSIB_0821 fused at the N-terminus with the sequence MRGSHHHHHHGS [Trofimov, AA, Slutskaya, E. A., Polyakov, K. M., Dorovatovskiic, PV, Gumerov, V. M., Popov, V O. Influence of intermolecular contacts on the structure of recombinant prolidase from Thermococcus sibiricus // Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. -2012]. This method involves amplification of the TSIB_0821 gene (GenBank accession number ACS89882.1) on the T. Sibiricus genomic DNA matrix using a polymerase chain reaction, its cloning into the pQE80L expression vector (Qiagen), and the preparation of Escherichia coli Rosetta-gami strain (DE3) ( Novagen), transformed with plasmid pQE80L_TSIB0821, cell growth of the producer strain, induction of expression and isolation of the recombinant protein from the resulting biomass. The disadvantage of this method is the inability to remove the amino acid sequence of the six-histidine tag from the N-terminus of the recombinant prolidase TSIB_0821, which, according to the X-ray diffraction analysis of the fusion protein MRGSHHHHHHGS-TSIB_0821, is actively involved in the formation of the spatial folding of the polypeptide, negatively affecting its functional activity and resistance to exposure, which makes the recombinant prolidase TSIB_0821, obtained by this method, unsuitable for use in biotechnology biological processes.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей и, соответственно, техническим результатом изобретения является разработка простого и экологически чистого способа получения функционально активной рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, максимально приближенной по структуре к ее природному аналогу.The technical task and, accordingly, the technical result of the invention is the development of a simple and environmentally friendly method for producing a functionally active recombinant prolidase TSIB_0821, as close as possible in structure to its natural counterpart.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, предусматривающим конструирование плазмиды pHisTevTSIB0821, кодирующей синтез рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, слитой на N-конце с последовательностью шестигистидинового тага и сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV, создание на основе данной плазмиды штамма Е. coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 - продуцента рекомбинантной пролидазы TSIB_0821 в виде слитого белка и разработку способа выделения и очистки рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, обеспечивающего отделение N-концевой аминокислотной последовательности шестигистидинового тага от целевого полипептида.The problem is solved by the proposed method, which involves the construction of a plasmid pHisTevTSIB0821 encoding the synthesis of recombinant prolidase TSIB_0821, fused at the N-terminus with a six-histidine tag tag and a TEV protease recognition / cleavage site, and the E. coli Rosetta strain (DE3IB) strain DE21IB / DE21 derived from this plasmid a producer of recombinant prolidase TSIB_0821 in the form of a fusion protein and the development of a method for the isolation and purification of recombinant prolidase TSIB_0821, which ensures the separation of the N-terminal amino acid sequence tigistidinovogo tag from the target polypeptide.

Технический результат заявленного изобретения - получение рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, максимально приближенной по структуре к ее природному аналогу с высоким и стабильным выходом, уровнем очистки и функциональной активности.The technical result of the claimed invention is the production of recombinant prolidase TSIB_0821, which is as close as possible in structure to its natural counterpart with a high and stable yield, level of purification and functional activity.

Реализация технической задачи и получение технического результата обеспечено использованием следующей совокупности существенных признаков:The implementation of the technical task and obtaining the technical result is ensured by the use of the following set of essential features:

- плазмида pHisTevTSIB0821, определяющая синтез рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, характеризуется наличием следующих фрагментов: NdeI/SalI-фрагмента плазмиды pET-22b(+) (Novagen) размером 5365 п.о., NdeI/NcoI-фрагмента, кодирующего шестигистидиновый таг и сайт узнавания/расщепления протеазы TEV (Seq. 1), и NcoI/SalI-фрагмента, содержащего структурную часть гена TSIB_0821, соответствующую открытой рамке считывания 749419-750516 полного геномного сиквенса археи Thermococcus sibiricus MM 739 (gi:2423 97997), адаптированную по 5'- и 3'-концам сайтами рестриказ Ncol и Sail (Seq. 2), соединенных так, чтобы при их биосинтезе в клетках E.coli сохранялась непрерывная рамка считывания;- plasmid pHisTevTSIB0821, which determines the synthesis of recombinant prolidase TSIB_0821, is characterized by the presence of the following fragments: NdeI / SalI fragment of plasmid pET-22b (+) (Novagen) 5365 bp in size, NdeI / NcoI fragment encoding a hexistidine tag and recognition site / cleavage of the TEV protease (Seq. 1), and the NcoI / SalI fragment containing the structural part of the TSIB_0821 gene corresponding to the open reading frame 749419-750516 of the complete genomic sequence of the archaea Thermococcus sibiricus MM 739 (gi: 2423 97997), adapted for 5'- and 3'-ends of the restriction sites Ncol and Sail (Seq. 2), connected so that during their biosynthesis E. coli cells retained a continuous reading frame;

- штамм Е. coli Rosetta(DE3), трансформированный плазмидой pHisTevTSIB0821 по п.1 является индуцибельным продуцентом химерного белка, включающего аминокислотную последовательность пролидазы TSIB_0821, слитую на N-конце с шестигистидиновым тагом и сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV;- E. coli Rosetta strain (DE3), transformed with the plasmid pHisTevTSIB0821 according to claim 1, is an inducible producer of a chimeric protein, including the amino acid sequence of prolifease TSIB_0821, fused at the N-terminus with a six-histidine tag and a TEV protease recognition / cleavage site;

- способ получения рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, характеризуется тем, что после добавления индуктора экспрессии штамм-продуцент по п.2 инкубируют в жидкой питательной среде LB в течение 20 ч при 18°С, затем бактериальные клетки осаждают центрифугированием, суспензию клеток дезинтегрируют в буферном растворе, экстракт центрифугируют, а надосадочную жидкость помещают на колонку с металлоаффинной смолой, с которой, после удаления продуктов неспецифического связывания, элюируют целевой белок, который инкубируют с протеазой TEV, которую вместе отщепленной ею аминокислотной последовательностью удаляют повторной металлохелатной хроматографией, далее целевой продукт концентрируют и финально доочищают гель-фильтрацией.- a method of producing a recombinant prolidase TSIB_0821, characterized in that after the addition of an expression inducer, the producer strain according to claim 2 is incubated in LB liquid medium for 20 hours at 18 ° C, then the bacterial cells are precipitated by centrifugation, the cell suspension is disintegrated in a buffer solution, the extract is centrifuged, and the supernatant is placed on a metal affinity resin column, with which, after removal of the products of non-specific binding, the target protein is eluted, which is incubated with the TEV protease, which cleaved its amino acid sequence removed retransmission metal chelate chromatography, then concentrated and the desired product finally doochischayut gel filtration.

Предложение поясняется следующим.The proposal is explained as follows.

Рекомбинантная плазмида pHisTevTSIB0821 представляет собой кольцевую двухцепочечную ДНК размером 6561 п.о.Recombinant plasmid pHisTevTSIB0821 is a 6561 bp double-stranded circular DNA.

Рекомбинантный штамм Е. coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 характеризуется следующими признаками:Recombinant E. coli Rosetta strain (DE3) / pHisTevTSIB0821 is characterized by the following features:

Культурально-морфологические признаки.Cultural and morphological characters.

Клетки штамма образуют крупные круглые с ровными краями, выпуклые колонии до 5 мм в диаметре, поверхность колоний гладкая, консистенция слизистая. Пигмент не накапливается. Грамотрицательны, спор не образуют, капсулы не имеют. Колонии хорошо растут на простых питательных средах (LB). При росте в жидких средах образуют интенсивную ровную муть.The cells of the strain form large round with smooth edges, convex colonies up to 5 mm in diameter, the surface of the colonies is smooth, the mucous consistency. The pigment does not accumulate. Gram-negative, do not form a spore, do not have capsules. Colonies grow well on simple nutrient media (LB). When growing in liquid media, they form an intense smooth haze.

Физико-биологические признаки.Physico-biological signs.

Штамм Е. coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 видотипичен по своим биохимическим свойствам. Штамм не обладает желатиназной активностью, не ферментирует лизин, расщепляет глюкозу, лактозу, маннит, сахарозу до кислоты и газа. Имеет мутацию в гене lac, обеспечивающую контроль уровня экспрессии, а также трансляцию шести редких кодонов. Оптимальной для роста является температура 37°С, а для продукции TSIB_0821 - 20°С.The strain E. coli Rosetta (DE3) / pHisTevTSIB0821 is speciesotypical in its biochemical properties. The strain does not have gelatinase activity, does not ferment lysine, breaks down glucose, lactose, mannitol, sucrose to acid and gas. It has a mutation in the lac gene, which provides control of the expression level, as well as translation of six rare codons. The optimum temperature for growth is 37 ° C, and for production TSIB_0821 - 20 ° C.

Устойчивость к антибиотикамAntibiotic resistance

Клетки штамма характеризуются устойчивостью к хлорамфениколу (34 мкг/мл) и ампициллину (до 200 мкг/мл).The cells of the strain are resistant to chloramphenicol (34 μg / ml) and ampicillin (up to 200 μg / ml).

Патогенность и токсичностьPathogenicity and toxicity

Рекомбинантный штамм Е. coli Rosetta(DE3)/ pHisTevTSIB0821 не патогенен и не токсичен для теплокровных животных.The recombinant E. coli Rosetta (DE3) / pHisTevTSIB0821 strain is not pathogenic and toxic to warm-blooded animals.

Штамм хранится обычным способом в суспензии с глицерином (25%) при -70°С.The strain is stored in the usual way in suspension with glycerol (25%) at -70 ° C.

Заявляемый способ получения рекомбинантной пролидазы TSIB_0821 заключается в культивировании клеток Е. coli штамма Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 в питательной среде LB, содержащей ампициллин и IPTG, отделении биомассы от культуральной жидкости, разрушении микробных клеток с последующим выделением целевого продукта из фракции растворимых клеточных белков с помощью следующих технологических процессов: две металлоаффинные хроматографии, гель-фильтрация, обработка TEV протеазой, диализ, концентрирование. Выход рекомбинантного белка в результате применения предлагаемого способа выделения и очистки составляет не менее 1 мг с 1 л культуры при чистоте более 97%.The inventive method for producing recombinant prolidase TSIB_0821 consists in culturing E. coli cells of strain Rosetta (DE3) / pHisTevTSIB0821 in LB nutrient medium containing ampicillin and IPTG, separating biomass from the culture fluid, destroying microbial cells, and then isolating the target product from the soluble cell protein fraction with using the following technological processes: two metal affinity chromatography, gel filtration, TEV protease treatment, dialysis, concentration. The output of the recombinant protein as a result of the application of the proposed method of isolation and purification is at least 1 mg from 1 l of culture with a purity of more than 97%.

Рекомбинантная пролидаза TSIB_0821, выделенная и очищенная заявленным способом, характеризуется следующими признаками: молекулярная масса 41 кДа;Recombinant prolidase TSIB_0821, isolated and purified by the claimed method, is characterized by the following features: molecular weight 41 kDa;

оптимальные условия работы фермента: температура 85-100°С, рН 7.5-9.5, 1 мМ Мn2+ в инкубационной среде; удельная активность не менее 400 ед/мг белка, при условии проведения гидролиза при 90°С в реакционной смеси, содержащей 50 мМ MOPS, pH 8.2, 100 мМ NaCI, 1 мМ МnСl2, 5 мМ пептидный субстрат Met-Pro и 1 мкг фермента. Данные по физико-химической характеристике и определению ферментативной активности рекомбинантной пролидазы TSIB_0821 свидетельствуют о наличие у исследуемого полипептида дипептидил-пролидазной активности, присущей его природному аналогу. Рекомбинантная пролидаза TSIB_0821 может быть успешно использована в биотехнологических процессах, проводимых при повышенных температурах и pH, a также как модель для изучения молекулярных механизмов термоустойчивости.optimal conditions of the enzyme: temperature 85-100 ° C, pH 7.5-9.5, 1 mm Mn 2+ in an incubation medium; specific activity of at least 400 u / mg protein, provided that hydrolysis is carried out at 90 ° C in a reaction mixture containing 50 mM MOPS, pH 8.2, 100 mM NaCI, 1 mM MnCl 2 , 5 mM Met-Pro peptide substrate and 1 μg of enzyme . The data on the physicochemical characterization and determination of the enzymatic activity of the recombinant prolidase TSIB_0821 indicate the presence of the dipeptidyl prolidase activity inherent to its natural analogue in the studied polypeptide. Recombinant prolidase TSIB_0821 can be successfully used in biotechnological processes carried out at elevated temperatures and pH, as well as as a model for studying the molecular mechanisms of thermal stability.

Преимуществами заявляемого способа получения пролидазы TSIB 0821 являются:The advantages of the proposed method for producing prolidase TSIB 0821 are:

- использование слитого гена, состоящего из следующих структурных элементов:- the use of a fused gene, consisting of the following structural elements:

- нуклеотидная последовательность, кодирующая шестигистидиновый таг, нуклеотидная последовательность, кодирующая сайт узнавания/расщепления протеазы TEV, и нуклеотидная последовательность гена TSIB_0821, соединенных так, чтобы при их биосинтезе в клетках E.coli сохранялась непрерывная рамка считывания, что позволяет после выделения слитого рекомбинантного белка методом металлоаффинной хроматографии удалять дополнительные аминокислотные последовательности с помощью сайт-специфической TEV протеазы;- a nucleotide sequence encoding a six-histidine tag, a nucleotide sequence encoding a TEV protease recognition / cleavage site, and a nucleotide sequence of the TSIB_0821 gene, connected so that during their biosynthesis in E. coli cells a continuous reading frame is maintained, which allows, after isolation of the fused recombinant protein, the method metal affinity chromatography to remove additional amino acid sequences using site-specific TEV protease;

- использование штамма-продуцента на основе штамма E.coli Rosetta(DE3), обеспечивающего трансляцию шести редких кодонов, что позволяет увеличить эффективность биосинтеза и получать полноразмерный рекомбинантный белок;- the use of a producer strain based on the E. coli Rosetta strain (DE3), which provides translation of six rare codons, which allows to increase the efficiency of biosynthesis and to obtain a full-sized recombinant protein;

- использование минимального числа стадий хроматографической очистки, что позволяет получать чистый рекомбинантный белок за короткое время с минимальными потерями самого белка и его функциональной активности.- the use of a minimum number of stages of chromatographic purification, which allows to obtain pure recombinant protein in a short time with minimal loss of the protein itself and its functional activity.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Способ получения функционально-активной пролидазы на основе использования гена TSIB_0821 термофильной археи Thermococcus sibiricus, слитого на N-конце с нуклеотидной последовательностью, кодирующей шестигистидиновый таг и сайт узнавания/расщепления протеазы TEV, иллюстрируется следующими примерами.A method for producing a functionally active prolidase based on the use of the thermophilic archaea gene Thermococcus sibiricus TSIB_0821 fused at the N-terminus with a nucleotide sequence encoding a six-histidine tag and a TEV protease recognition / cleavage site is illustrated by the following examples.

Пример 1. Конструирование плазмиды pHisTevTSIB0821.Example 1. Construction of the plasmid pHisTevTSIB0821.

Рекомбинантную плазмиду pHisTevTSIB0821, содержащую собранные в единую рамку считывания нуклеотидные последовательности, кодирующие шестигистидиновый , слитый с сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV? и структурный ген TSIB_0821, конструируют на основе коммерческой плазмиды pET-22b(+) (Novagen), в которой фрагмент NdeI/Ncol, кодирующий лидерный пептид ре1В, заменен на фрагмент NdeI/Ncol, кодирующий шестигистидиновый таг, слитый с сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV.Recombinant plasmid pHisTevTSIB0821, containing assembled into a single reading frame nucleotide sequences encoding a six-histidine fused to the TEV protease recognition / cleavage site? and the TSIB_0821 structural gene, are constructed on the basis of the commercial plasmid pET-22b (+) (Novagen), in which the NdeI / Ncol fragment encoding the pe1B leader peptide is replaced by the NdeI / Ncol fragment encoding a six-histidine tag fused to the protease recognition / cleavage site TEV.

2 мкг плазмидной ДНК рЕТ-22Ь(+) обрабатывают рестриктазами Ndel и Sail (Fermentas) в рекомендуемом буфере в течение 1 часа, векторную часть плазмиды размером 5365 п.о. выделяют электрофоретически из 1% агарозного геля с помощью набора для выделения ДНК (Fermentas) в соответствии с рекомендациями производителя.2 μg of plasmid DNA pET-22b (+) is treated with restriction enzymes Ndel and Sail (Fermentas) in the recommended buffer for 1 hour, the vector part of the plasmid size 5365 bp Electrophoretically isolated from 1% agarose gel using a DNA isolation kit (Fermentas) in accordance with the manufacturer's recommendations.

Фрагмент ДНК NdeI/Ncol, кодирующий шестигистидиновый таг, слитый с сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV, получают путем 30 мин отжига при 75°С с последующим охлаждением во льду олигонуклеотидов NdeHisTev For и NcoHisTev_Rev, смешанных в эквимолярных количествах (100 pMol каждого):An NdeI / Ncol DNA fragment encoding a six-histidine tag fused to the TEV protease recognition / cleavage site is obtained by annealing for 30 minutes at 75 ° C followed by cooling in ice of NdeHisTev For and NcoHisTev_Rev oligonucleotides mixed in equimolar amounts (100 pMol each)

NdeHisTev_For 5'-TATGTCGTACTACCATCACCATCACCATCACGATTACGATATCCCNdeHisTev_For 5'-TATGTCGTACTACCATCACCATCACCATCACGATTACGATATCCC

AACGACCGAAAACCTGTATTTTCAGGGCGC-3'AACGACCGAAAACCTGTATTTTCAGGGCCC-3 '

NcoHisTev_Rev 5'-CATGGCGCCCTGAAAATACAGGTTTTCGGTCGTTGGGATATCGTAANcoHisTev_Rev 5'-CATGGCGCCCTGAAAATACAGGTTTTCGGTCGTTGGGATATCGTAA

TCGTGATGGTGATGGTGATGGTAGTACGACA-3'TCGTGATGGTGATGGTGATGGTAGTACGACA-3 '

Фрагмент ДНК, содержащий полноразмерный структурный ген TSIB_0821, получают при помощи полимеразной цепной реакции с использованием в качестве матрицы плазмиды pQE80L_TSIB0821, принятой за прототип [Trofimov A.A. et al., Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. -2012], и праймеров XaaP_For и XaaP_Rev, где XaaP_For - праймер, специфичный по отношению к 5'-концу структурной части гена TSIB_0821 и содержащий сайт рестриктазы Ncol, XaaP_Rev - обратный праймер, специфичный по отношению к 3'-концу структурной части гена TSIB_0821 и содержащий сайт рестриктазы Sail:A DNA fragment containing the full-sized structural gene TSIB_0821 is obtained by polymerase chain reaction using the plasmid pQE80L_TSIB0821 adopted as the prototype [Trofimov A.A. et al., Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. -2012], and primers XaaP_For and XaaP_Rev, where XaaP_For is a primer specific for the 5'-end of the structural part of the TSIB_0821 gene and contains the Ncol restriction site, XaaP_Rev is a reverse primer specific for the 3'-end of the structural part of the TSIB_08 gene and containing the restriction site Sail:

XaaPJFor: 5'- GC CC ATG GAT TAC AAG AGA AGG ATT CAT AAG -3' XaaP_Rev: 5'-TTT GTC GAC СТА TAG CGT GAT CAA TTC CCT ATC-3' Данную реакцию проводят в следующих условиях: 10х Encycio буфер, 50х смесь полимераз Encycio ("Encycio PCR kit", Евроген, Москва), 50х смесь 10mM dNTP, 100 нг геномной ДНК Thermococcus sibiricus MM 739. Процесс амплификации состоит из следующих стадий: прогревание при 94°С - 3 мин, 30 циклов ПЦР (20 с - 95°С, 30 с - 58°С, 1 мин - 72°С) и инкубация 10 мин при 72°С. Продукт амплификации очищают электрофоретически в 1% агарозном геле с последующим выделением из агарозы с помощью набора для выделения ДНК из геля (Fermentas). Фрагмент (1 мкг) обрабатывают рестриктазами Ncol и Sail (Fermentas) в рекомендуемом буфере в течение 1 часа, а продукт рестрикции очищают электрофоретически, как описано выше.XaaPJFor: 5'-GC CC ATG GAT TAC AAG AGA AGG ATT CAT AAG-3 'XaaP_Rev: 5'-TTT GTC GAC STA TAG CGT GAT CAA TTC CCT ATC-3' This reaction is carried out under the following conditions: 10x Encycio buffer, 50x Encycio polymerase mixture (Encycio PCR kit, Eurogen, Moscow), 50x 10mM dNTP mixture, 100 ng of Thermococcus sibiricus MM 739 genomic DNA. The amplification process consists of the following stages: heating at 94 ° C for 3 min, 30 PCR cycles (20 s - 95 ° С, 30 s - 58 ° С, 1 min - 72 ° С) and incubation for 10 min at 72 ° С. The amplification product is purified electrophoretically in a 1% agarose gel, followed by isolation from agarose using a gel isolation kit (Fermentas). The fragment (1 μg) was treated with restriction enzymes Ncol and Sail (Fermentas) in the recommended buffer for 1 hour, and the restriction product was purified electrophoretically as described above.

Полученные фрагменты и векторную часть плазмиды рЕТ-22Ь(+) сшивают при помощи лигазной реакции, проводимой в объеме 20 мкл с использованнием реакционного буфера и фермента Т4 ДНК лигазы фирмы (Fermentas) согласно инструкции производителя. 10 мкл лигазной смеси используют для трансформации компетентных клеток E.coli Match 1. Трансформанты высевают на LB-агар, содержащий 125 мкг/мл ампициллина. Выросшие после инкубирования в течение 16 ч при 37°С одиночные колонии отсевают в жидкую среду LB. содержащую 125 мкг/мл ампициллина, и выращивают в течение 16 ч при 37°С в орбитальной качалке при интенсивности качания 200 об/мин. Выделенную из полученной биомассы плазмидную ДНК проверяют на отсутствие мутаций, возникших при клонировании при помощи автоматического секвенирования.The obtained fragments and the vector part of the plasmid pET-22b (+) are crosslinked using a ligase reaction carried out in a volume of 20 μl using the reaction buffer and T4 enzyme DNA ligase (Fermentas) according to the manufacturer's instructions. 10 μl of the ligase mixture is used to transform competent E. coli Match 1 cells. Transformants are seeded on LB agar containing 125 μg / ml ampicillin. Single colonies grown after incubation for 16 hours at 37 ° C are seeded into LB liquid medium. containing 125 μg / ml ampicillin and grown for 16 hours at 37 ° C in an orbital rocking chair at a rocking intensity of 200 rpm. The plasmid DNA isolated from the obtained biomass is checked for the absence of mutations that occurred during cloning using automatic sequencing.

Пример 2. Получение штамма Е. coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821Example 2. Obtaining a strain of E. coli Rosetta (DE3) / pHisTevTSIB0821

Штамм-продуцент получают путем трансформации клеток штамма Е. coli Rosetta(DES) рекомбинантной плазмидой pHisTevTSIB0821 с использованием традиционной генно-инженерной технологии [Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. // Molecular Cloning. A. Laboratory Manual. 2bd ed. Cold Spring Harbor, NY, 1989]. Трансформанты высевают на LB-агар, содержащий 34 мкг/мл хлорамфеникола и 125 мкг/мл ампициллина. Выросшую после инкубирования в течение 16 ч при 37°С одиночную колонию отсевают в 0.5 мл жидкой среды LB, содержащей 34 мкг/мл хлорамфеникола и 125 мкг/мл ампициллина и выращивают в течение 16 ч при 37°С, а затем переносят в 500 мл колбу с 100 мл жидкой среды LB, содержащей 1 г бактотриптона, 0.5 г бактодрожжевого экстракта и 1 г Nad в 10 мм Трис НС1 рН 7.0, в присутствии 125 мг/мл ампициллина, и выращивают на шейкере при 200 об/мин и температуре 37°С до оптической плотности 0,7 (ОD600), затем добавляют индуктор экспрессии IPTG до конечной концентрации 0,2 мМ и инкубируют далее при 18°С в течение 20 часов.The producer strain is obtained by transforming E. coli Rosetta strain (DES) cells with the recombinant plasmid pHisTevTSIB0821 using traditional genetic engineering technology [Sambrook J., Fritsch EF, Maniatis T. // Molecular Cloning. A. Laboratory Manual. 2bd ed. Cold Spring Harbor, NY 1989]. Transformants are plated on LB agar containing 34 μg / ml chloramphenicol and 125 μg / ml ampicillin. A single colony grown after incubation for 16 hours at 37 ° C is sown in 0.5 ml of LB liquid medium containing 34 μg / ml of chloramphenicol and 125 μg / ml of ampicillin and grown for 16 hours at 37 ° C, and then transferred to 500 ml a flask with 100 ml of LB liquid medium containing 1 g of bactotryptone, 0.5 g of bacterium yeast extract and 1 g of Nad in 10 mm Tris HCl pH 7.0, in the presence of 125 mg / ml ampicillin, and grown on a shaker at 200 rpm and a temperature of 37 ° C to an optical density of 0.7 (OD 600 ), then an IPTG expression inducer is added to a final concentration of 0.2 mM and incubated further at 18 ° C for 20 hours.

Для определения продуктивности штамма водные экстракты клеток анализируют электрофорезом в 10% полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия. Гель окрашивают Кумасси R-250 по стандартной методике и определяют относительное количество белка в полосе целевого продукта. Содержание рекомбинантного белка составляет не менее 1% от всех белков растворимой фракции.To determine the productivity of the strain, the aqueous extracts of the cells are analyzed by electrophoresis in 10% polyacrylamide gel with sodium dodecyl sulfate. The gel is stained with Coomassie R-250 by a standard method and the relative amount of protein in the strip of the target product is determined. The recombinant protein content is at least 1% of all proteins of the soluble fraction.

Пример 3. Выделение, очистка и характеристика рекомбинантной пролидазы TSIB_0821Example 3. Isolation, purification and characterization of recombinant prolidase TSIB_0821

Ночную культуру объемом 10 мл с посевным материалом штамма продуцента стерильно переносят в предварительно подготовленный ферментер RALF PLUS (Bioengineering) с 5 л жидкой среды LB, содержащей на литр 10 г бактотриптона, 5 г бактодрожжевого экстракта и 10 г NaCI в 10 мм Трис НС1, рН 7.0, в присутствии 125 мг/мл ампициллина и противопенного реагента Antifoam 0-60 (Sigma). Культивирование проводят в условиях: температура среды 37±0.1°С, рН 7.0±0.1, аэрация 30 л/ч, частота оборотов мешалки 600 об/мин. Контроль плотности клеток в культуре осуществляют методом выносной пробы на спектрофотометре SmartspectPlus (BioRad) при 600 нм. При достижении оптической плотности 0.7 (ODeoo) проводят индукцию путем добавления IPTG до 0.2 мМ с последующей инкубацией в течение 20 часов при 18°С. Клетки осаждают на центрифуге Beckman при 6000 об/мин в течение 20 мин и замораживают клеточные осадки на -70°С.A 10 ml overnight culture with seed of the producer strain was sterile transferred to a pre-prepared RALF PLUS fermenter (Bioengineering) with 5 L of LB liquid medium containing 10 g of bactotryptone, 5 g of bacterium yeast extract and 10 g of NaCI in 10 mm Tris HCl, pH 10 7.0, in the presence of 125 mg / ml ampicillin and Antifoam 0-60 antifoam reagent (Sigma). Cultivation is carried out under conditions: medium temperature 37 ± 0.1 ° C, pH 7.0 ± 0.1, aeration 30 l / h, stirrer speed 600 rpm. Cell density control in the culture is carried out by the method of remote sampling on a SmartspectPlus spectrophotometer (BioRad) at 600 nm. Upon reaching an optical density of 0.7 (ODeoo), induction is carried out by adding IPTG to 0.2 mM, followed by incubation for 20 hours at 18 ° C. Cells are pelleted in a Beckman centrifuge at 6,000 rpm for 20 minutes and cell pellets are frozen at -70 ° C.

Замороженную биомассу (около 40 г), полученную из 5 л бактериальной культуры, лизируют в 100 мл охлажденного буферного раствора А (400 мМ NaCI, 50 мМ Хепес рН 7.4, 5 мМ имидазол), содержащего также 0.2% Тритон Х-100, 5% глицерол и игибиторы протеаз (Sigma), и обрабатывают ультразвуком с помощью ультразвукового дезинтегратора "Ultrasonic Processor" (Cole Parmer) в течение 5×30 с, охлаждая во льду. Нерастворимые компоненты лизата осаждают центрифугированием при 20000 об/мин, 20 мин, 4°С. Надосадочную жидкость собирают и помещают на колонку с металлоаффинной смолой Ni-NTA Superflow (Quigen), предварительно уравновешенную буфером А. Металлохелатную аффинную хроматографию проводят с использованием хроматографической системы АКТА Prime (GE Healthcare). Элюцию белка проводят буферным раствором А, содержащим 500 мМ имидазол. Фракции, содержащие целевой белок, объединяют и инкубируют с протеазой TEV (Invitrogen) при комнатной температуре в течение 2 часов с последующим диализом против трех литров буферного раствора А в течении 16 часов при 4°С. Для освобождения от шестигистидинового тага и препарата TEV протеазы проводят повторную металлохелатную хроматографию. Фракцию целевого белка, не связавшегося со смолой, концентрируют на центрифужных концентраторах Amicon Ultra 10k (Millipore) и доочищают гель-фильтрацией на колонке Superdex G-75 (GE Healtcare), уравновешенной буферным раствором (200 мМ NaCI, 20 мМ Трис-НСl, рН 8.0, 5% глицерол, 2 мМ Р-меркаптоэтанол и 0.1% b-октилглюкопиранозид). Выход рекомбинантного белка составляет 1 мг с 1 литра культуры при чистоте не менее 97%, определенной с помощью электрофореза в 10% полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия с последующим окрашиванием Кумасси R-250 по стандартной методике. Соответствие полученного рекомбинантного белка его природному аналогу также подтверждают с помощью Maldi-TOF-масс-спектрометрии пептидного фингерпринта.Frozen biomass (about 40 g) obtained from 5 l of the bacterial culture is lysed in 100 ml of chilled buffer solution A (400 mM NaCI, 50 mM Hepes pH 7.4, 5 mM imidazole), also containing 0.2% Triton X-100, 5% glycerol and protease inhibitors (Sigma), and sonicated using an ultrasonic disintegrator "Ultrasonic Processor" (Cole Parmer) for 5 × 30 s, cooling in ice. Insoluble components of the lysate precipitated by centrifugation at 20,000 rpm, 20 min, 4 ° C. The supernatant was collected and placed on a Ni-NTA Superflow (Quigen) metal affinity resin column, previously equilibrated with buffer A. Metal chelate affinity chromatography was performed using an AKTA Prime chromatographic system (GE Healthcare). Protein elution is carried out with buffer solution A containing 500 mM imidazole. The fractions containing the target protein are combined and incubated with TEV protease (Invitrogen) at room temperature for 2 hours, followed by dialysis against three liters of buffer solution A for 16 hours at 4 ° C. To liberate from the six-histidine tag and the TEV protease preparation, repeated metal chelate chromatography is performed. The non-resin bound target protein fraction was concentrated on an Amicon Ultra 10k centrifuge concentrator (Millipore) and further purified by gel filtration on a Superdex G-75 column (GE Healtcare), equilibrated with buffer solution (200 mM NaCI, 20 mM Tris-Hcl, pH 8.0, 5% glycerol, 2 mM P-mercaptoethanol and 0.1% b-octylglucopyranoside). The recombinant protein yield is 1 mg per 1 liter of culture with a purity of at least 97%, determined by electrophoresis in 10% polyacrylamide gel with sodium dodecyl sulfate, followed by Coomassie R-250 staining according to standard methods. The correspondence of the obtained recombinant protein to its natural analogue is also confirmed by peptide fingerprint Maldi-TOF mass spectrometry.

Активность пролидазы определяют по расщеплению различных дипептидных субстратов с остатком пролина в С-концевом положении. Условия проведения реакции:Prolidase activity is determined by cleavage of various dipeptide substrates with a proline residue at the C-terminal position. Reaction conditions:

температура 90°, инкубационная смесь в объеме 500 мкл содержит 50 мМ MOPS, pH 8.2, 100 мМ NaCI, pH 8.2, 1мМ МnСl2 и 5мМ субстрата, 0.1-2 мкг фермента. Протекание реакции контролируют спектрофотометрически при 515 нм по образованию комплекса нингидрин-пролин с коэффициентом экстинкции 4,570 M-1·cм-1, для чего реакцию останавливают добавлением равного объема ледяной уксусной кислоты, затем добавляют 500 мкл нингидринового реагента, содержащего 3% нингидрина вес./об, 60% уксусной кислоты и 40% фосфорной кислоты, и инкубируют 10 мин при 90°С. Для перевода оптических единиц в количество образующегося пролина используют калибровочную кривую. За единицу активности пролидазы принимают количество фермента, катализирующего гидролиз 1 мкмоль пептидного субстрата за 1 мин. Удельную активность выражают в единицах активности фермента на 1 мг белка.temperature 90 °, the incubation mixture in a volume of 500 μl contains 50 mm MOPS, pH 8.2, 100 mm NaCl, pH 8.2, 1 mm Mn 2 and 5 mm substrate, 0.1-2 μg of the enzyme. The progress of the reaction is monitored spectrophotometrically at 515 nm to form a ninhydrin-proline complex with an extinction coefficient of 4.570 M -1 · cm -1 , for which the reaction is stopped by adding an equal volume of glacial acetic acid, then 500 μl of ninhydrin reagent containing 3% ninhydrin weight./ about, 60% acetic acid and 40% phosphoric acid, and incubated for 10 min at 90 ° C. To convert optical units to the amount of proline formed, a calibration curve is used. The unit of prolidase activity is the amount of enzyme that catalyzes the hydrolysis of 1 μmol of peptide substrate in 1 min The specific activity is expressed in units of enzyme activity per 1 mg of protein.

Как следует из приведенных примеров, заявляемое изобретение позволяет получать препаративные количества активной рекомбинантной пролидазы при использовании относительно простых и надежных технологий культивирования клеток штамма-продуцента и выделения белка.As follows from the above examples, the claimed invention allows to obtain preparative amounts of active recombinant prolidase using relatively simple and reliable technologies for culturing cells of the producer strain and protein isolation.

Claims (3)

1. Плазмида pHisTevTSIB0821, определяющая синтез рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, характеризующаяся наличием следующих фрагментов: NdeI/SalI-фрагмента, плазмиды pET-22b(+) (Novagen) размером 5365 п.о., NdeI/NcoI-фрагмента, кодирующего шестигистидиновый таг и сайт узнавания/расщепления протеазы TEV (Seq. 1), и NcoI/SalI-фрагмента, содержащего структурную часть гена TSIB_0821, соответствующую открытой рамке считывания 749419-750516 полного геномного сиквенса археи Thermococcus sibiricus MM 739 (gi:242397997), адаптированную по 5'- и 3'-концам сайтами рестриказ Ncol и Sail (Seq. 2), соединенных так, чтобы при их биосинтезе в клетках E.coli сохранялась непрерывная рамка считывания.1. The plasmid pHisTevTSIB0821, which determines the synthesis of recombinant prolidase TSIB_0821, characterized by the presence of the following fragments: NdeI / SalI fragment, plasmid pET-22b (+) (Novagen) 5365 bp, NdeI / NcoI fragment encoding a six-histidine tag and recognition / cleavage of the TEV protease (Seq. 1), and the NcoI / SalI fragment containing the structural part of the TSIB_0821 gene corresponding to the open reading frame 749419-750516 of the complete genomic sequence of the archaea Thermococcus sibiricus MM 739 (gi: 242397997), adapted according to 5'- and 3'-ends of the restriction sites Ncol and Sail (Seq. 2), connected so that during their biosynthesis se in E.coli cells maintained a continuous reading frame. 2. Штамм Е. coli Rosetta(DE3), трансформированный плазмидой pHisTevTSIB0821 по п.1, - индуцибельный продуцент химерного белка, включающего аминокислотную последовательность пролидазы TSIB_0821, слитую на N-конце с шестигистидиновым тагом и сайтом узнавания/расщепления протеазы TEV.2. The strain E. coli Rosetta (DE3), transformed with the plasmid pHisTevTSIB0821 according to claim 1, is an inducible producer of a chimeric protein comprising the amino acid sequence of prolidase TSIB_0821 fused at the N-terminus with a six-histidine tag and a TEV protease recognition / cleavage site. 3. Способ получения рекомбинантной пролидазы TSIB_0821, характеризующийся тем, что после добавления индуктора экспрессии штамм-продуцент по п.2 инкубируют в жидкой питательной среде LB в течение 20 ч при 18°С, затем бактериальные клетки осаждают центрифугированием, суспензию клеток дезинтегрируют в буферном растворе, экстракт центрифугируют, а надосадочную жидкость помещают на колонку с металлоаффинной смолой, с которой после удаления продуктов неспецифического связывания элюируют целевой белок, который инкубируют с протеазой TEV, которую вместе c отщепленной ею аминокислотной последовательностью удаляют повторной металлохелатной хроматографией, далее целевой продукт концентрируют и финально доочищают гель-фильтрацией. 3. The method of producing recombinant prolidase TSIB_0821, characterized in that after adding the expression inducer, the producer strain according to claim 2 is incubated in LB liquid medium for 20 hours at 18 ° C, then the bacterial cells are precipitated by centrifugation, the cell suspension is disintegrated in a buffer solution , the extract is centrifuged, and the supernatant is placed on a metal affinity resin column, with which, after removal of nonspecific binding products, the target protein is eluted, which is incubated with TEV protease, which is mixed with those with the amino acid sequence cleaved by it are removed by repeated metal chelate chromatography, then the target product is concentrated and finally purified by gel filtration.
RU2012143985/10A 2012-10-16 2012-10-16 RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE RU2509154C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143985/10A RU2509154C1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143985/10A RU2509154C1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2509154C1 true RU2509154C1 (en) 2014-03-10

Family

ID=50192148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012143985/10A RU2509154C1 (en) 2012-10-16 2012-10-16 RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509154C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1547312A3 (en) * 1984-12-28 1994-03-15 Институт молекулярной генетики РАН RECOMBINANT PLASMID PCU201 AND A STRAIN ESCHERICHIA COLI K12 C600 PRODUCING THERMOSTABLE β-GLUCOSIDASE
US6309868B1 (en) * 1997-07-05 2001-10-30 Nestec S.A. Cloning of the prolyl-dipeptidyl-peptidase from Aspergillus oryzae
US20030186420A1 (en) * 2001-12-26 2003-10-02 Kikkoman Corporation Prolidase and its gene and method for producing prolidase

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1547312A3 (en) * 1984-12-28 1994-03-15 Институт молекулярной генетики РАН RECOMBINANT PLASMID PCU201 AND A STRAIN ESCHERICHIA COLI K12 C600 PRODUCING THERMOSTABLE β-GLUCOSIDASE
US6309868B1 (en) * 1997-07-05 2001-10-30 Nestec S.A. Cloning of the prolyl-dipeptidyl-peptidase from Aspergillus oryzae
US20030186420A1 (en) * 2001-12-26 2003-10-02 Kikkoman Corporation Prolidase and its gene and method for producing prolidase

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KITCHENER RL et al. Prolidase function in proline metabolism and its medical and biotechnological applications // J Appl Microbiol. - 2012 Aug; 113(2): 233-47. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107384844B (en) It is a kind of produce phospholipase D recombination bacillus coli and its application
Theriot et al. Characterization of two proline dipeptidases (prolidases) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii
Premkumar et al. An unusual halotolerant α-type carbonic anhydrase from the alga Dunaliella salina functionally expressed in Escherichia coli
Theriot et al. Improving the catalytic activity of hyperthermophilic Pyrococcus horikoshii prolidase for detoxification of organophosphorus nerve agents over a broad range of temperatures
KR20050074313A (en) Cephalosporin c acylases
Kim et al. Cloning and characterization of a novel thermostable esterase from Bacillus gelatini KACC 12197
Chiang et al. One-step purification of insoluble hydantoinase overproduced in Escherichia coli
US11629173B2 (en) Compositions and methods using methanotrophic S-layer proteins for expression of heterologous proteins
US20160298095A1 (en) Nucleic acid molecules for increased protein production
RU2509154C1 (en) RECOMBINANT pHisTevTSIB0821 PLASMID; Escherichia coli Rosetta(DE3)/pHisTevTSIB0821 STRAIN TRANSFORMED BY ABOVE SAID PLASMID, AND METHOD FOR OBTAINING RECOMBINANT TSIB_0821 PROLIDASE
Lu et al. The N-terminal α-helix domain of Pseudomonas aeruginosa lipoxygenase is required for its soluble expression in Escherichia coli but not for catalysis
US20100112662A1 (en) Microorganism for producing recombinant pig liver esterase
Zheng et al. A stereoselective esterase from Bacillus megaterium: Purification, gene cloning, expression and catalytic properties
JP5735772B2 (en) Ergothionase and method for quantification of ergothioneine
US8017354B2 (en) Microorganism for producing recombinant pig liver esterase
Mosbah et al. Involvement of Gly 311 residue on substrate discrimination, pH and temperature dependency of recombinant Staphylococcus xylosus lipase: A study with emulsified substrate
Lako et al. Cloning, expression and characterization of thermostable YdaP from Bacillus licheniformis 9A
JP4371312B2 (en) Modified sarcosine oxidase, gene thereof, recombinant DNA and method for producing modified sarcosine oxidase
US8685691B2 (en) Method for producing aminopeptidase
RU2547584C2 (en) Peptinoglycane hydrolase, expression plasmid, containing peptidoglycane hydrolase-coding dna fragment, bacterium-producer and method of microbiological synthesis of peptidoglycane hydrolase
JP2011067105A (en) Method for degrading unsaturated aliphatic aldehyde by aldehyde dehydrogenase originated from microorganism
Stressler et al. Heterologous expression and pro-peptide supported refolding of the high specific endopeptidase Lys-C
Li et al. Cloning and expression of phospholipase D gene pld from Streptomyces chromofuscus
CN112055751B (en) Modified esterases and their use
KR0184755B1 (en) Thermostable tyrosine phenol-lyase and the preparation process of l-dopa using it