RU2605629C1 - RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN - Google Patents

RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN Download PDF

Info

Publication number
RU2605629C1
RU2605629C1 RU2015154051/10A RU2015154051A RU2605629C1 RU 2605629 C1 RU2605629 C1 RU 2605629C1 RU 2015154051/10 A RU2015154051/10 A RU 2015154051/10A RU 2015154051 A RU2015154051 A RU 2015154051A RU 2605629 C1 RU2605629 C1 RU 2605629C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
xyloglucanase
strain
pichia pastoris
recombinant
producer
Prior art date
Application number
RU2015154051/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Оксана Валентиновна Березина
Сергей Викторович Рыков
Владимир Владимирович Зверлов
Лилия Флюзовна Сахибгараева
Ирина Николаевна Крестьянова
Сергей Викторович Яроцкий
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика")
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 "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика")
Priority to RU2015154051/10A priority Critical patent/RU2605629C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2605629C1 publication Critical patent/RU2605629C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/80Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi
    • C12N15/81Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi for yeasts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/14Fungi; Culture media therefor
    • C12N1/16Yeasts; Culture media therefor
    • C12N1/165Yeast isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405Glucanases
    • C12N9/2434Glucanases acting on beta-1,4-glucosidic bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2330/00Production
    • C12N2330/50Biochemical production, i.e. in a transformed host cell
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2510/00Genetically modified cells
    • C12N2510/02Cells for production
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/645Fungi ; Processes using fungi
    • C12R2001/84Pichia

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to biochemistry, genetic engineering and biotechnology, in particular, to strain Pichia pastoris VKPM Y-4269. This is a producer of secreted thermostable xyloglucanase of GH74 class. Said xyloglucanase encoded by synthetic gene corresponding to SEQ ID NO 1. Present invention also relates to a method for microbiological synthesis of xyloglucanase. Above method involves culturing a recombinant microorganisms, containing gene xyloglucanase, in aerobic conditions in a nutrient medium to maximum accumulation of the end product. This nutritional medium includes sources of carbon, nitrogen and mineral additives. Above method is characterised by that is as a producer is used a recombinant strain Pichia pastoris VKPM Y-4269.
EFFECT: present invention enables to obtain secretable thermostable xyloglucanase of class GH74 with high output and purity.
2 cl, 2 dwg, 3 ex

Description

Группа изобретений относится к биотехнологии, в частности к биосинтезу ксилоглюканазы, и представляет собой рекомбинантный штамм дрожжей Pichia pastoris, содержащий в геноме синтетический ген ксилоглюканазы и способный синтезировать секретируемую термостабильную ксилоглюканазу, а также способ микробиологического синтеза термостабильной ксилоглюканазы на основе заявленного штамма.The group of inventions relates to biotechnology, in particular to xyloglucanase biosynthesis, and is a recombinant strain of Pichia pastoris yeast containing a synthetic xyloglucanase gene in the genome and capable of synthesizing secreted thermostable xyloglucanase, as well as a method of microbiological synthesis of thermostable xyloglucanase based.

Растительная биомасса - дешевый возобновляемый источник сахаров для нужд биотехнологии. Ферментативный гидролиз - эффективный и экологически безопасный способ конверсии растительной биомассы в сахара. Разнообразие растительного сырья обуславливает необходимость использования широкого спектра ферментов для гидролиза.Plant biomass is a cheap renewable source of sugars for biotechnology needs. Enzymatic hydrolysis is an effective and environmentally friendly way to convert plant biomass to sugar. A variety of plant materials necessitates the use of a wide range of enzymes for hydrolysis.

Ксилоглюкан (КГ) - один из основных полисахаридов первичной клеточной стенки двудольных и многих однодольных растений. Молекула КГ состоит из мономеров 1,4-β-D-глюкотетрозы, в которой три из четырех глюкозных остатка связаны α-1,6 связями с остатками D-ксилозы. Некоторые из остатков глюкозы, в свою очередь, могут быть связаны β-1,2 связями с остатками D-галактозы или L-арабинозы. Остатки D-галактозы могут быть связаны α-1,2 связями с остатками L-фукозы. Модификация остатков ксилозы видоспецифична, что определяет множество типов КГ в растениях. В клеточной стенке КГ выполняет структурную функцию, формируя матрикс, в который погружены микрофибриллы целлюлозы, поэтому полный гидролиз целлюлозы невозможен без предварительного гидролиза КГ.Xyloglucan (KG) is one of the main polysaccharides of the primary cell wall of dicotyledons and many monocotyledonous plants. The KG molecule consists of 1,4-β-D-glucotetrose monomers, in which three of the four glucose residues are linked by α-1,6 bonds with D-xylose residues. Some of the glucose residues, in turn, may be linked by β-1,2 bonds to D-galactose or L-arabinose residues. D-galactose residues may be linked by α-1,2 bonds to L-fucose residues. The modification of xylose residues is species-specific, which determines many types of CG in plants. In the cell wall, KG performs a structural function, forming a matrix into which cellulose microfibrils are immersed, therefore, complete hydrolysis of cellulose is impossible without preliminary hydrolysis of KG.

Ферменты, специфически расщепляющие β-1,4 связи молекулы КГ, называются ксилоглюканазами. Эндо-ксилоглюканазы (ксилоглюкан-специфические эндо-β-1,4-глюканазы, ЕС 3.2.1.151) случайным образом расщепляют КГ, в результате чего образуются олигоксилоглюканы различной длины. Экзо-ксилоглюканазы (ЕС 3.2.1.155 и ЕС 3.2.1.150) процессивно гидролизуют молекулу КГ с концов цепи. Полный гидролиз КГ осуществляется в результате совокупного действия обоих типов ферментов. По классификации базы CAZy ферменты, гидролизующие КГ, относятся к семействам гликозил-гидролаз GH74, GH5, GH9, GH12, GH16, GH26, GH44. Ферменты, гидролизующие КГ, могут также гидролизовать и целлюлозу.Enzymes that specifically cleave β-1,4 bonds of the KG molecule are called xyloglucanases. Endo-xyloglucanases (xyloglucan-specific endo-β-1,4-glucanases, EC 3.2.1.151) randomly cleave KG, resulting in the formation of oligoxyloglucans of various lengths. Exo-xyloglucanases (EC 3.2.1.155 and EC 3.2.1.150) processively hydrolyze the KG molecule from the ends of the chain. Complete hydrolysis of KG is carried out as a result of the combined action of both types of enzymes. According to the CAZy base classification, KG hydrolyzing enzymes belong to the GH74, GH5, GH9, GH12, GH16, GH26, GH44 families of glycosyl hydrolases. KG hydrolyzing enzymes can also hydrolyze cellulose.

Олигосахариды, полученные из КГ, могут найти применение в пищевой и кормовой отраслях, а также могут быть использованы в медицине, фармацевтике. Известно, что некоторые растительные олигосахариды обладают иммуномодулирующими/ стимулирующими, пребиотическими, антибиотическими, противовирусными, противоопухолевыми, антипаразитическими, антикоагуляционными, антинейродегернеративными свойствами, а также могут снижать уровень липидов и холестерина. Возможность получения олигосахаридов с такими свойствами делает КГ интересными объектами для изучения и последующего использования.Oligosaccharides obtained from KG can be used in food and feed industries, and can also be used in medicine, pharmaceuticals. It is known that some plant oligosaccharides have immunomodulating / stimulating, prebiotic, antibiotic, antiviral, antitumor, antiparasitic, anticoagulation, antineurodegenerative properties, and can also lower lipids and cholesterol. The possibility of obtaining oligosaccharides with such properties makes KG interesting objects for study and subsequent use.

В источниках информации имеются сведения о микроорганизмах - природных продуцентах ксилоглюканаз: Geotrichum sp. (Yaoi and Mitsuishi, 2004), Aspergillus japonicus, Chrysosporium lucknowense, Trichoderma reesei (Grishutin et al., 2004; Markov et al., 2005; Qi et al., 2013), Phanerochaete chrysosporium (Ishida et al., 2007). Методами селекции и радиационного мутагенеза получены штаммы, синтезирующие повышенные количества ксилоглюканаз: Penicillium verruculosum (RU 2361918), Penicillium funiculosum (RU 2323254), Aspergillus aculeatus (RU 2303057).The information sources contain information about microorganisms - natural producers of xyloglucanases: Geotrichum sp. (Yaoi and Mitsuishi, 2004), Aspergillus japonicus, Chrysosporium lucknowense, Trichoderma reesei (Grishutin et al., 2004; Markov et al., 2005; Qi et al., 2013), Phanerochaete chrysosporium (Ishida et al., 2007). By methods of selection and radiation mutagenesis, strains synthesizing increased amounts of xyloglucans were obtained: Penicillium verruculosum (RU 2361918), Penicillium funiculosum (RU 2323254), Aspergillus aculeatus (RU 2303057).

Описаны также полученные методами генной инженерии штаммы Escherichia coli - продуценты рекомбинантных ксилоглюканаз из Geotrichum sp. М128 (US 2004038367; Yaoi and Mitsuishi, 2002), Fusarium graminearum (Habrylo et al., 2012), Rhizomucor miehei (Song et al., 2013). В качестве реципиентов для гетерологичной экспрессии грибных ксилоглюканаз используют различные штаммы грибов: в Aspergillus oryzae экспрессированы ксилоглюканазы из Malbranchea cinnamomea (US 6500658), в Fusarium venenatum - ксилоглюканаза из Trichoderma reesei (US 2004067569 A1), в Penicillium canescens - ксилоглюканаза из Penicillium canescens (RU 2358756), в Aspergillus niger - ксилоглюканаза из Thielavia australiensis и собственная ксилоглюканаза (WO 2014138983; Hasper et al., 2002).Genetic engineering strains of Escherichia coli, producers of recombinant xyloglucanases from Geotrichum sp. M128 (US 2004038367; Yaoi and Mitsuishi, 2002), Fusarium graminearum (Habrylo et al., 2012), Rhizomucor miehei (Song et al., 2013). Various strains of fungi are used as recipients for the heterologous expression of fungal xyloglucanases: xyloglucanases from Malbranchea cinnamomea (US 6,500,658) are expressed in Aspergillus oryzae, xyloglucanase Penicillium xenoglucenicum Penicillium isenus (Tr. 2358756), in Aspergillus niger, xyloglucanase from Thielavia australiensis and proprietary xyloglucanase (WO 2014138983; Hasper et al., 2002).

Иногда для гетерологичной экспрессии грибных ксилоглюканаз применяют отличные от E.coli бактериальные реципиенты, например Acidothermus cellulolyticus использован для гетерологичной экспрессии ксилоглюканаз из Acremonium sp., Cladorrhinum foecundissimum, Humicola insolens, Thielavia terrestris, Trichoderma reesei, Aspergillus aculeatus, Aspergillus aculeatus, Aspergillus fumigatus, Myceliophthora thermophila (Vlasenko et al., 2010).Sometimes, bacterial recipients other than E. coli are used for heterologous expression of fungal xyloglucanases, for example, Acidothermus cellulolyticus is used for heterologous expression of xyloglucanases from Acremonium sp., Cladorrhinum foecundissimum, Humicola insolens, Thielavia tergus agerus gerus infusius tergis, trichoderus agerus regius thermophila (Vlasenko et al., 2010).

Описаны также полученные методами генной инженерии штаммы дрожжей Pichia pastoris - продуценты рекомбинантных ксилоглюканаз из Phanerochaete chrysosporium (Ishida et al., 2007).Genetic engineering strains of Pichia pastoris yeast, producers of recombinant xyloglucanases from Phanerochaete chrysosporium (Ishida et al., 2007), are also described.

Используемые для получения рекомбинантного фермента системы гетерологичной экспрессии в бактериях и микроскопических грибах имеют свои технологические и экономические достоинства и недостатки. Способы с применением бактериальных систем экспрессии, например E.coli, имеют такие ограничения, как невозможность воспроизвести все посттрансляционные модификации, характерные для эукариот (гликозилирование, фосфорилирование, образование дисульфидных связей между цистеиновыми остатками) и формирование нерастворимых телец включения. К недостаткам штаммов-продуцентов на основе микроскопических грибов родов Aspergillus и Penicillium относят невысокий уровень синтеза рекомбинантных ферментов по сравнению с E.coli и сложности с проведением генетических манипуляций на штаммах вследствие нестандартизированного и недостаточно разработанного генетического инструментария (Demain and Vaishnav, 2009).The heterologous expression systems used in the production of a recombinant enzyme in bacteria and microscopic fungi have their technological and economic advantages and disadvantages. Methods using bacterial expression systems, such as E. coli, have such limitations as the inability to reproduce all post-translational modifications characteristic of eukaryotes (glycosylation, phosphorylation, the formation of disulfide bonds between cysteine residues) and the formation of insoluble inclusion bodies. The disadvantages of producer strains based on microscopic fungi of the genera Aspergillus and Penicillium include a low level of synthesis of recombinant enzymes compared to E. coli and difficulties with genetic manipulation of the strains due to non-standardized and underdeveloped genetic tools (Demain and Vaishnav, 2009).

Интерес к продукции рекомбинантных белков с использованием метилотрофных дрожжей, в частности рода Pichia, Komagataella или Hansenula, основан на ряде преимуществ этих микррорганизмов как с научной, так и с технологический точки зрения. В отличие от Е. coli метилотрофные дрожжи обладают способностью ко всем посттрансляционным модификациям, характерным для эукариотических клеток, включая секрецию белков в культуральную среду. Невысокое количество эндогенных секретируемых белков дрожжей существенно облегчает выделение и очистку целевого рекомбинантного продукта (Macauley-Patrick and Fazenda, 2005). Культуру метилотрофных дрожжей можно выращивать в ферментерах до более высоких плотностей, по сравнению с традиционно используемыми дрожжами Saccharomyces cerevisiae, что позволяет получить более высокий уровень продукции целевого белка (Gellissen, 2000). Метилотрофные дрожжи обладают одними из самых мощных в природе промоторов. Их отличает также альтернативный механизм гликозилирования белков, позволяющий синтезировать низкоиммуногенный целевой белок.Interest in the production of recombinant proteins using methylotrophic yeast, in particular of the genus Pichia, Komagataella or Hansenula, is based on a number of advantages of these microorganisms both from a scientific and a technological point of view. Unlike E. coli, methylotrophic yeasts are capable of all post-translational modifications characteristic of eukaryotic cells, including the secretion of proteins into the culture medium. The low amount of endogenous secreted yeast proteins significantly facilitates the isolation and purification of the target recombinant product (Macauley-Patrick and Fazenda, 2005). A culture of methylotrophic yeast can be grown in fermenters to higher densities compared to the traditionally used Saccharomyces cerevisiae yeast, which allows a higher level of production of the target protein (Gellissen, 2000). Methylotrophic yeast has some of the most powerful promoters in nature. They are also distinguished by an alternative mechanism of protein glycosylation, which allows the synthesis of a low immunogenic target protein.

В качестве ближайшего аналога заявляемого штамма рассмотрим штамм дрожжей Pichia pastoris, содержащий на плазмиде pPICZα-A ген XGH74B из Phanerochaete chrysosporium под контролем промотора АОХ1 и экспрессирующий гликозил-гидролазу класса GH74, специфически гидролизующую ксилоглюкан (Ishida et al., 2007). Этот штамм создан с целью получения рекомбинантного фермента и изучения его структуры и свойств и по уровню синтеза XGH74B не охарактеризован. По результатам сравнительного анализа (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov) уровень гомологии заявляемого в настоящем изобретении синтетического гена mt74sin, кодирующего ксилоглюканазу, и гена XGH74B из Phanerochaete chrysosporium составляет 55%.As the closest analogue of the claimed strain, let us consider a strain of the yeast Pichia pastoris containing the gene XGH74B from the Phanerochaete chrysosporium plasmid pPICZα-A under the control of the AOX1 promoter and expressing the glycosyl hydrolase of class GH74, specifically hydrolyzing xyloglucan (Ishida et al., 2007). This strain was created in order to obtain a recombinant enzyme and to study its structure and properties and has not been characterized by the level of synthesis of XGH74B. According to the results of a comparative analysis (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov), the homology level of the synthetic mt74sin gene encoding xyloglucanase of the present invention and the XGH74B gene from Phanerochaete chrysosporium is 55%.

Ближайшим аналогом заявляемого способа микробиологического синтеза ксилоглюканазы является способ получения ферментного препарата с ксилоглюканазной активностью при ферментации штаммов Penicillium canescens, мультикопийных по гомологичному гену xegA (RU 2358756). Активность ксилоглюканазы в конце ферментации в культуральной жидкости штаммов P. canescens XG9 (ВКМ № F-3939D) составляла не менее 60 ед./мл.The closest analogue of the proposed method of microbiological synthesis of xyloglucanase is a method for producing an enzyme preparation with xyloglucanase activity in the fermentation of Penicillium canescens strains multicopy of the homologous xegA gene (RU 2358756). The xyloglucanase activity at the end of fermentation in the culture fluid of P. canescens XG9 strains (VKM No. F-3939D) was at least 60 units / ml.

Задача заявляемой группы изобретений состоит в разработке способа микробиологического синтеза ксилоглюканазы на основе рекомбинантного штамма Pichia pastoris, сочетающего высокий уровень продукции гетерологичного фермента с его термостабильностью.The task of the claimed group of inventions is to develop a method of microbiological synthesis of xyloglucanase based on a recombinant strain of Pichia pastoris, combining a high level of production of a heterologous enzyme with its thermal stability.

Задачу решают путем:The problem is solved by:

- конструирования рекомбинантного штамма дрожжей Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 - продуцента секретируемой термостабильной ксилоглюканазы GH74, кодируемой синтетическим геном, соответствующим SEQ ID NO 1,- designing a recombinant strain of the yeast Pichia pastoris VKPM Y-4269 - producer of secreted thermostable xyloglucanase GH74 encoded by a synthetic gene corresponding to SEQ ID NO 1,

- разработки способа микробиологического синтеза ксилоглюканазы на основе рекомбинантного штамма дрожжей Pichia pastoris ВКПМ Y-4269- development of a method of microbiological synthesis of xyloglucanase based on a recombinant strain of the yeast Pichia pastoris VKPM Y-4269

Процесс конструирования заявляемого штамма состоит из следующих этапов:The process of constructing the inventive strain consists of the following steps:

- конструирования синтетитического гена mt74sin (SEQ ID NO 1) на основе нуклеотидной последовательности гена mt74, кодирующего ксилоглюканазу семейства GH74 из Myceliophthora thermophila ВКПМ F-244.- designing the synthetic mt74sin gene (SEQ ID NO 1) based on the nucleotide sequence of the mt74 gene encoding xyloglucanase of the GH74 family from Myceliophthora thermophila VKPM F-244.

- конструирования интегративной плазмидной ДНК (плазмиды) pPIC-mt74sin, содержащей синтетический ген ксилоглюканазы mt74sin.- designing an integrative plasmid DNA (plasmid) pPIC-mt74sin containing the synthetic xyloglucanase gene mt74sin.

- конструирования рекомбинантного штамма дрожжей Pichia pastoris/mt74sin, способного синтезировать термостабильную ксилоглюканазу семейства GH74.- designing a recombinant strain of Pichia pastoris / mt74sin yeast capable of synthesizing thermostable xyloglucanase of the GH74 family.

- разработки способа микробиологического синтеза ксилоглюканазы на основе рекомбинантного штамма дрожжей Pichia pastoris/mt74sin, сочетающего высокий уровень синтеза гетерологичной ксилоглюканазы семейства GH74 с ее термостабильностью.- development of a method for microbiological synthesis of xyloglucanase based on a recombinant strain of the yeast Pichia pastoris / mt74sin, combining a high level of synthesis of heterologous xyloglucanase of the GH74 family with its thermal stability.

Этап 1. Конструирование синтетического гена mt74sin на основе нуклеотидной последовательности гена mt74, кодирующего ксилоглюканазу семейства GH74 из штамма Myceliophthora thermophila ВКПМ F-244Step 1. Construction of a synthetic mt74sin gene based on the nucleotide sequence of the mt74 gene encoding xyloglucanase of the GH74 family from strain Myceliophthora thermophila VKPM F-244

Дизайн нуклеотидной последовательности mt74sin разрабатывают на основании кодирующей области гена mt74 из Myceliophthora thermophila ВКПМ F-244, идентичной кодирующей области гена гликозил-гидролазы семейства GH74 MYCTH_116384 (GenBank: AEO58927.1) из Myceliophthora thermophila АТСС 42464/BCRC 31852/DSM 1799 (Sporotrichum thermophile). Ген mt74 из Myceliophthora thermophila ВКПМ F-244 кодирует ксилоглюканазу, что подтверждают путем анализа белков, секретируемых штаммом ВКПМ F-244, с помощью совокупности методов зимограммы и MALDI-TOF.The design of the mt74sin nucleotide sequence is developed based on the coding region of the mt74 gene from Myceliophthora thermophila VKPM F-244, identical to the coding region of the GH74 family glycosyl hydrolase gene MYCTH_116384 (GenBank: AEO58927.1) from Myceliophthora thermophila / DSCRM646464464994 BCMCR4644642 ) The mt74 gene from Myceliophthora thermophila VKPM F-244 encodes xyloglucanase, which is confirmed by analysis of the proteins secreted by the VKPM F-244 strain using a combination of zymogram and MALDI-TOF methods.

Последовательность гена mt74 анализируют, удаляют интроны и, руководствуясь информацией о составе кодонов активно экспрессирующихся генов Pichia pastoris, заменяют нуклеотидные триплеты таким образом, чтобы содержание G+C соответствовало природным генам. Структуру получающейся мРНК анализируют и при необходимости вносят замены с целью удаления обширных вторичных структур и рестрикционных сайтов XhoI и BglII, которыми затем фланкируют последовательность для последующего встраивания в плазмидную конструкцию. Полученную последовательность используют для синтеза ДНК mt74sin. Гомология гена mt74sin и кодирующей области гена MYCTH_116384 из Myceliophthora thermophila АТСС 42464 составляет 73,5%.The mt74 gene sequence is analyzed, introns are deleted, and, guided by information on the composition of the codons of actively expressed Pichia pastoris genes, nucleotide triplets are replaced so that the content of G + C matches the natural genes. The structure of the resulting mRNA is analyzed and, if necessary, made replacements to remove the extensive secondary structures and restriction sites XhoI and BglII, which then flank the sequence for subsequent insertion into the plasmid construct. The resulting sequence is used for the synthesis of mt74sin DNA. The homology of the mt74sin gene and the coding region of the MYCTH_116384 gene from Myceliophthora thermophila ATCC 42464 is 73.5%.

Этап 2. Конструирование интегративной плазмидной конструкции pPIC-mt74sinStep 2. Construction of an integrative plasmid construct pPIC-mt74sin

Плазмиду pPIC-mt74sin конструируют путем клонирования полученного на этапе 1 фрагмента ДНК, содержащего синтетический ген mt74sin, в вектор pPIC-101 разработанный для интеграции в штаммы Pichia pastoris (his 4, mut+). Вектор pPIC-101 размером 7404 пары оснований содержит промотор АОХ1; терминатор АОХ1; кодирующую область гена HIS4; кодирующую область гена bla, обеспечивающего устойчивость штаммов Е. coli к ампициллину; репликон pBR-322; последовательность, кодирующую сигнальный пептид α-фактор дрожжей.The plasmid pPIC-mt74sin was constructed by cloning the DNA fragment obtained in step 1 containing the synthetic mt74sin gene into pPIC-101 vector designed for integration into Pichia pastoris strains (his 4, mut +). The pPIC-101 vector of 7404 base pairs contains the AOX1 promoter; AOX1 terminator; the coding region of the HIS4 gene; the coding region of the bla gene, which provides resistance of E. coli strains to ampicillin; Replicon pBR-322; a sequence encoding a signal peptide α-factor yeast.

Плазмида pPIC-mt74sin размером 9285 пар оснований, наряду с генами вектора pPIC-101, содержит кодирующую область синтетического гена mt74sin ксилоглюканазы под контролем промотора АОХ1. (Фиг. 2).Plasmid pPIC-mt74sin, size 9285 base pairs, along with the genes of the vector pPIC-101, contains the coding region of the synthetic xtoglucanase mt74sin gene under the control of the AOX1 promoter. (Fig. 2).

Этап 3. Получение рекомбинантного штамма Pichia pastoris/mt74sinStep 3. Obtaining a recombinant strain of Pichia pastoris / mt74sin

В качестве штамма-реципиента используют штамм Pichia pastoris (his 4, mut+), не синтезирующий ксилоглюканазу. Компетентные клетки данного штамма трансформируют плазмидой pPIC-mt74sin. В результате получают рекомбинантный штамм Pichia pastoris/mt74sin, способный синтезировать термостабильную ксилоглюканазу семейства GH74.As the recipient strain, the Pichia pastoris strain (his 4, mut +) is used, which does not synthesize xyloglucanase. Competent cells of this strain are transformed with the plasmid pPIC-mt74sin. The result is a recombinant strain of Pichia pastoris / mt74sin capable of synthesizing thermostable xyloglucanase of the GH74 family.

Pichia pastoris/mt74sin депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов как Pichia pastoris ВКПМ Y-4269;Pichia pastoris / mt74sin is deposited in the All-Russian collection of industrial microorganisms as Pichia pastoris VKPM Y-4269;

Заявляемый штамм Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 имеет следующие морфологические и физиолого-биохимические характеристики:The inventive strain of Pichia pastoris VKPM Y-4269 has the following morphological and physiological and biochemical characteristics:

Морфологические признакиMorphological features

При культивировании при температуре 28°С в течение 48 часов на агаризованной среде YPD следующего состава, мас. %:When cultured at a temperature of 28 ° C for 48 hours on an agarized YPD medium of the following composition, wt. %:

пептон - 2,peptone - 2,

дрожжевой экстракт - 1,yeast extract - 1,

глюкоза - 2,glucose - 2,

агар - 2,agar - 2,

вода - остальное.water is the rest.

Клетки имеют овальную форму, 3-4 мкм в диаметре; почкуются; почкование истинное, многостороннее; истинного мицелия не образуют. На агаризованной среде YPD формируются колонии светло-бежевого цвета с ровным краем, матовой поверхностью, линзовидным профилем и пастообразной консистенцией. При росте в жидкой среде YPD при 28°С в течение 24 ч культивирования - жидкость мутная, осадок белый, коагуляции не наблюдается, пристеночных пленок культура не образует.The cells are oval, 3-4 microns in diameter; budded; true budding, many-sided; true mycelium does not form. Colonies of light beige color with an even edge, a matte surface, a lenticular profile and a pasty consistency are formed on a YPD agar medium. When growing in a YPD liquid medium at 28 ° С for 24 h of cultivation, the liquid is cloudy, the precipitate is white, coagulation is not observed, the culture does not form wall films.

Физиолого-биохимические признакиPhysiological and biochemical characteristics

Штамм является факультативным анаэробом. Температура роста - 20-33°С (оптимум - 28°С); pH среды культивирования - 4,8-7,4 (оптимум - 6,0). В качестве источников углерода штамм может использовать глюкозу, глицерин, метанол, олеат, сорбитол, рамнозу. Не утилизирует галактозу, ксилозу, арабинозу. В качестве источников азота штамм может использовать аминокислоты, сернокислый аммоний, азотнокислый аммоний. Существенными признаками штамма является отсутствие потребности в гистидине. Штамм Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 синтезирует рекомбинантную секретируемую термостабильную ксилоглюканазу.The strain is an optional anaerobic. Growth temperature - 20-33 ° С (optimum - 28 ° С); The pH of the cultivation medium is 4.8-7.4 (optimum is 6.0). The strain can use glucose, glycerin, methanol, oleate, sorbitol, rhamnose as carbon sources. It does not utilize galactose, xylose, arabinose. As sources of nitrogen, the strain can use amino acids, ammonium sulfate, ammonium nitrate. The essential features of the strain are the lack of need for histidine. The Pichia pastoris strain VKPM Y-4269 synthesizes recombinant secreted thermostable xyloglucanase.

Способ микробиологического синтеза ксилоглюканазы в общем видеThe method of microbiological synthesis of xyloglucanase in General

Посевной материал, представляющий собой клетки рекомбинантного штамма-продуцента, подготавливают путем инкубации в течение 15-24 часов при температуре 29°С на среде YPD при постоянной аэрации на термостатируемой качалке (250 об/мин). Затем выросшую культуру переносят в соотношении 1:200 (по объему) в среду YPgM следующего состава, мас. %:Inoculum, which is a cell of a recombinant producer strain, is prepared by incubation for 15-24 hours at a temperature of 29 ° C on YPD medium with constant aeration on a thermostatic shaker (250 rpm). Then the grown culture is transferred in a ratio of 1: 200 (by volume) to YPgM medium of the following composition, wt. %:

пептон - 2,peptone - 2,

дрожжевой экстракт - 1,yeast extract - 1,

глицерин 0,5,glycerin 0.5,

метанол - 0,5,methanol - 0.5,

вода - остальное.water is the rest.

Процесс биосинтеза ведут к колбах Эрленмейера, содержащих 100 мл среды YPgM, в течение 62 часов в ротационном шейкере-термостате (250 об/мин), при температуре 28°С. Каждые 24 часа проводят индукцию метанолом путем асептического добавления 50% раствора метанола в пробирки до конечной концентрации 0,5%. По истечении 62 часов биомассу отделяют центрифугированием. Наличие рекомбинантной ксилоглюканазы в культуральной среде определяют при помощи электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия с последующей зимограммой (Маниатис и др., 1984). Количественную оценку уровня активности рекомбинантной ксилоглюканазы осуществляют при помощи ДНС-метода (Miller, 1959).The biosynthesis process leads to Erlenmeyer flasks containing 100 ml of YPgM medium for 62 hours in a rotary shaker-thermostat (250 rpm), at a temperature of 28 ° C. Every 24 hours, methanol induction is carried out by aseptically adding 50% methanol solution to the tubes to a final concentration of 0.5%. After 62 hours, the biomass is separated by centrifugation. The presence of recombinant xyloglucanase in the culture medium is determined by polyacrylamide gel electrophoresis in the presence of sodium dodecyl sulfate followed by a zymogram (Maniatis et al., 1984). A quantitative assessment of the level of activity of recombinant xyloglucanase is carried out using the DNS method (Miller, 1959).

Уровень синтеза ксилоглюканазы заявляемым способом составляет не менее 60 ед/мл культуральной жидкости, что не уступает ближайшему аналогу. Оптимум активности рекомбинантной ксилоглюканазы, продуцируемой штаммом Pichia pastoris ВКПМ Y-4269, - 60°С, pH 5.0. Рекомбинантная ксилоглюканаза, продуцируемая штаммом Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 является термостабильной: при инкубации препарата фермента в течении часа при 50°С, pH 5.0 сохраняется 100% ферментативной активности, а в результате инкубации в течении часа при 60°С, pH 5.0 сохраняется 80% ферментативной активности.The level of synthesis of xyloglucanase by the claimed method is at least 60 units / ml of culture fluid, which is not inferior to the closest analogue. The optimum activity of the recombinant xyloglucanase produced by the strain Pichia pastoris VKPM Y-4269 is 60 ° C, pH 5.0. The recombinant xyloglucanase produced by the Pichia pastoris strain VKPM Y-4269 is thermostable: upon incubation of the enzyme preparation for one hour at 50 ° C, pH 5.0 retains 100% of the enzymatic activity, and as a result of incubation for 60 hours, pH 5.0 retains 80 % enzymatic activity.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами графических изображенийThe invention is illustrated by the following figures of graphic images.

Фиг. 1 - Схема плазмидной ДНК pPIC-101. Плазмидный вектор pPIC-101: промотор АОХ1; терминатор АОХ1; ген HIS4; ген bla, обеспечивающий устойчивость к ампициллину (ApR).FIG. 1 - Scheme of plasmid DNA pPIC-101. Plasmid vector pPIC-101: AOX1 promoter; AOX1 terminator; HIS4 gene; the bla gene providing resistance to ampicillin (ApR).

Фиг. 2 - Схема рекомбинантной плазмидной ДНК pPIC-mt74sin. Плазмидный вектор pPIC-mt74sin: промотор АОХ1; терминатор АОХ1; ген HIS4; ген bla, обеспечивающий устойчивость к ампициллину (ApR); mt74syn.FIG. 2 - Scheme of recombinant plasmid DNA pPIC-mt74sin. Plasmid vector pPIC-mt74sin: AOX1 promoter; AOX1 terminator; HIS4 gene; the bla gene providing ampicillin resistance (ApR); mt74syn.

Пример 1. Конструирование рекомбинантной плазмидной ДНК pPIC-mt74sin, содержащей синтетический ген mt74sin, кодирующий ксилоглюканазу семейства GH74Example 1. Construction of recombinant plasmid DNA pPIC-mt74sin containing the synthetic gene mt74sin encoding xyloglucanase family GH74

Все стандартные генно-инженерные и микробиологические манипуляции проводят по известным методикам (Маниатис с соавт., 1984).All standard genetic engineering and microbiological manipulations are carried out according to known methods (Maniatis et al., 1984).

Синтетический ген mt74sin получают путем оптимизации нуклеотидной последовательности гена mt74 для синтеза в Pichia pastoris. С помощью программы mfold Web Server (http://unafold.rna.albany.edu/doc/old-mfold-manual/) проверяют структуру получающейся мРНК на наличие обширных вторичных структур, а с помощью программы Vector NTI версии 9 (Invitrogen) проверяют на наличие рестрикционных сайтов XhoI и BglII. В последовательность гена вносят замены для удаления нежелательных сайтов рестрикции и вторичных структур. Концы нуклеотидной последовательности модифицируют сайтами рестрикции XhoI и BglII для последующего встраивания фрагментов в плазмидную конструкцию. Полученную последовательность используют для синтеза ДНК mt74sin (SEQ ID NO 1).The mt74sin synthetic gene is obtained by optimizing the nucleotide sequence of the mt74 gene for synthesis in Pichia pastoris. Using the mfold Web Server program (http://unafold.rna.albany.edu/doc/old-mfold-manual/), the structure of the resulting mRNA is checked for extensive secondary structures, and using the Vector NTI program version 9 (Invitrogen) for the presence of restriction sites XhoI and BglII. Substitutions are made to the gene sequence to remove unwanted restriction sites and secondary structures. The ends of the nucleotide sequence are modified with restriction sites XhoI and BglII for subsequent insertion of fragments into the plasmid construct. The resulting sequence is used for the synthesis of mt74sin DNA (SEQ ID NO 1).

Плазмиду p-mt74sin конструируют путем клонирования фрагмента, содержащего ген mt74sin в интегративный вектор pPIC-101 (Фиг. 1).Plasmid p-mt74sin is constructed by cloning a fragment containing the mt74sin gene into the integrative vector pPIC-101 (Fig. 1).

Гидролиз плазмиды pPIC-101 и фрагмента ДНК, содержащего ген mt74sin, проводят рестриктазами BglII и XhoI (Fermentas, Латвия). Реакционную смесь очищают набором для выделения ДНК из реакционных смесей (Биосилика, Россия) согласно инструкции производителя. Лигирование проводят в реакционной смеси объемом 20 мкл, содержащей 20 нг ДНК вектора, 1,5 нг ДНК фрагмента и 5 ед. Т4 ДНК лигазы (Fermentas, Латвия), согласно методике производителя. Полученной лигазной смесью в количестве 5 мкл трансформируют компетентные клетки штамма Е. coli XL1 blue MRF′ (Stratagene, США) (генотип - Δ(mcrA)183 Δ(mcrCB-hsdSMR-mrr)173 endA1 supE44 thi-1 recA1 gyrA96 relA1 lac [F′ proAB lacIqZΔM15 Tn10 (Tetr)]). Плазмидную ДНК полученных трансформантов анализируют путем гидролиза рестриктазами BglII и XhoI. В результате отбирают клоны, содержащие BglII/XhoI фрагменты размером, равным исходному фрагменту вставки. Правильность клонирования подтверждают секвенированием каждой из рекомбинантных вставок методом Сэнгера на генетическом анализаторе ABI 3500 (Life technology, США). В результате получают рекомбинантную плазмиду pPIC-mt74sin размером 9285 пар оснований, содержащую наряду с генами вектора pPIC-101, также синтетический ген mt74sin, кодирующий секретируемую термостабильную ксилоглюканазу семейства GH74 (SEQ ID NO 2) (Фиг. 2).Hydrolysis of the plasmid pPIC-101 and the DNA fragment containing the mt74sin gene is carried out by restriction enzymes BglII and XhoI (Fermentas, Latvia). The reaction mixture is purified with a kit for DNA extraction from reaction mixtures (Biosilica, Russia) according to the manufacturer's instructions. Ligation is carried out in a 20 μl reaction mixture containing 20 ng of DNA vector, 1.5 ng of DNA fragment and 5 units T4 DNA ligase (Fermentas, Latvia), according to the manufacturer's method. Competent cells of E. coli strain XL1 blue MRF ′ (Stratagene, USA) (genotype Δ (mcrA) 183 Δ (mcrCB-hsdSMR-mrr) 173 endA1 supE44 thi-1 recA1 gyrA96 relA1 lac [transform] were transformed with the obtained ligase mixture in an amount of 5 μl F ′ proAB lacIqZΔM15 Tn10 (Tetr)]). Plasmid DNA of the obtained transformants is analyzed by digestion with restriction enzymes BglII and XhoI. As a result, clones containing BglII / XhoI fragments of a size equal to the original fragment of the insert are selected. The correctness of cloning is confirmed by sequencing of each of the recombinant inserts by the Sanger method on an ABI 3500 genetic analyzer (Life technology, USA). The result is a recombinant plasmid pPIC-mt74sin with a size of 9,285 base pairs containing, along with the genes of the vector pPIC-101, also a synthetic gene mt74sin encoding secreted thermostable xyloglucanase of the GH74 family (SEQ ID NO 2) (Fig. 2).

Пример 2. Получение заявляемого штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 - продуцента ксилоглюканазы семейства GH74Example 2. Obtaining the inventive strain of Pichia pastoris VKPM Y-4269 - producer of xyloglucanase family GH74

С целью получения рекомбинантного штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 - продуцента ксилоглюканазы, клетки штамма Pichia pastoris GS115 (his 4, mut+) (Invitrogen) трансформируют плазмидой pPIC-mt74sin. Трансформацию проводят 5 мг линеаризованной плазмидной ДНК, для получения которой исходную плазмиду обрабатывают эндонуклеазой рестрикции MluI.In order to obtain a recombinant strain of Pichia pastoris VKPM Y-4269, a producer of xyloglucanase, cells of the strain Pichia pastoris GS115 (his 4, mut +) (Invitrogen) are transformed with plasmid pPIC-mt74sin. The transformation is carried out with 5 mg of linearized plasmid DNA, to obtain which the original plasmid is treated with restriction endonuclease MluI.

Культуру дрожжей штамма Pichia pastoris GS115 (his 4, mut+) выращивают на среде YPD, в аэробных условиях (250 об/мин) до оптической плотности 1-2 единицы. Клетки биомассы, отделенные центрифугированием при 3000 g в течение 5 минут, ресуспендируют в буфере, содержащем 1 мМ дитиотрейтол и 100 мМ HEPES, затем инкубируют на шейкере в течение 30 минут и после двукратного промывания холодной деионизированной водой ресуспендируют в 1 мл 1 М сорбитола. Суспензию разделяют на аликвоты по 40 мкл. Электропорацию проводят на приборе GenePulser Xcell (Biorad) в кюветах с зазором 2 мм при 1500 В, 25 мкФ, 600 Ом. После электропорации быстро добавляют 1 мл холодного раствора 1 М сорбитола, инкубируют 1 час при температуре 30°С и высевают на селективную среду для отбора трансформантов. Отбор трансформантов проводят на минимальной среде М9, содержащей, мас. %:The yeast culture of the strain Pichia pastoris GS115 (his 4, mut +) is grown on YPD medium, under aerobic conditions (250 rpm) to an optical density of 1-2 units. Biomass cells separated by centrifugation at 3000 g for 5 minutes are resuspended in buffer containing 1 mM dithiothreitol and 100 mM HEPES, then incubated on a shaker for 30 minutes and, after washing twice with cold deionized water, are resuspended in 1 ml of 1 M sorbitol. The suspension is divided into aliquots of 40 μl. Electroporation is carried out on a GenePulser Xcell (Biorad) instrument in cuvettes with a gap of 2 mm at 1500 V, 25 μF, 600 Ohms. After electroporation, 1 ml of a cold solution of 1 M sorbitol is quickly added, incubated for 1 hour at a temperature of 30 ° C and plated on a selective medium for selection of transformants. The selection of transformants is carried out on a minimal medium M9 containing, by weight. %:

KH2PO4 - 0,1;KH 2 PO 4 - 0.1;

MgSO4 - 0,05;MgSO 4 - 0.05;

NaCl - 0,01;NaCl - 0.01;

CaCl2 - 0,01;CaCl 2 - 0.01;

(NH4)2SO4 - 0,35;(NH 4 ) 2 SO 4 0.35;

глюкоза - 2;glucose - 2;

тиамин - 0,02;thiamine - 0.02;

рибофлавин - 0,02;riboflavin - 0.02;

никотиновая кислота - 0,02;nicotinic acid - 0.02;

п-аминобензойная кислота - 0,02;p-aminobenzoic acid - 0.02;

пантотенат кальция - 0,02;calcium pantothenate - 0.02;

биотин - 0,0002;biotin - 0.0002;

пиридоксин - 0,02;pyridoxine - 0.02;

инозит - 1;inositol - 1;

фолиевая кислота - 0,02;folic acid - 0.02;

вода - остальное.water is the rest.

Клетки инкубируют при 29°С в течение 3 суток. Трансформанты выявляют методом ПЦР-скрининга. В результате получают заявляемый штамм Pichia pastoris ВКПМ Y-4269, продуцирующий секретируюмую термостабильную ксилоглюканазу.Cells are incubated at 29 ° C for 3 days. Transformants are detected by PCR screening. The result is the claimed strain of Pichia pastoris VKPM Y-4269, producing a secreted thermostable xyloglucanase.

Пример 3. Микробиологический синтез термостабильной секретируемой ксилоглюканазы заявляемым штаммом Pichia pastoris ВКПМ Y-4269Example 3. Microbiological synthesis of thermostable secreted xyloglucanase of the claimed strain of Pichia pastoris VKPM Y-4269

Посевной матерал выращивают путем инкубации клеток штамма Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 в течение 15-24 часов при температуре 29°С на среде YPD при постоянной аэрации (250 об/мин). Среду YPgM засевают подготовленным посевным материалом и ведут процесс биосинтеза в аэробных условиях при температуре 28°С, проводя индукцию метанолом.The seed material is grown by incubating cells of the Pichia pastoris strain VKPM Y-4269 for 15-24 hours at a temperature of 29 ° C on YPD medium with constant aeration (250 rpm). The YPgM medium is inoculated with prepared seed and the biosynthesis process is carried out under aerobic conditions at a temperature of 28 ° C, by induction with methanol.

Уровень синтеза ксилоглюканазы заявляемым способом составляет не менее 60 Ед/мл, что в 51 раз превышает уровень синтеза ксилоглюканаз природным продуцентом Myceliophthora thermophila ВКПМ F-244 (1,17 ед/мл культуральной жидкости). Оптимум активности рекомбинантной ксилоглюканазы, продуцируемой штаммом Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 - 60°С, pH 5.0. При инкубации в течение часа при 50°С, pH 5.0 сохраняется 100% ферментативной активности, а при инкубации в течение часа при 60°С, pH 5.0 сохраняется 80% ферментативной активности.The level of xyloglucanase synthesis by the claimed method is at least 60 U / ml, which is 51 times higher than the level of xyloglucanase synthesis by the natural producer Myceliophthora thermophila VKPM F-244 (1.17 units / ml of culture fluid). The optimum activity of recombinant xyloglucanase produced by the strain Pichia pastoris VKPM Y-4269 is 60 ° C, pH 5.0. When incubated for one hour at 50 ° C, pH 5.0, 100% of the enzymatic activity is preserved, and when incubated for one hour at 60 ° C, pH 5.0, 80% of the enzymatic activity is preserved.

Таким образом, получен рекомбинантный штамм дрожжей Pichia pastoris ВКПМ Y-4269, способный к биосинтезу секретируемой термостабильной ксилоглюканазы семейства GH74, кодируемой синтетическим геном. При культивировании заявляемым способом уровень синтеза целевого продукта у заявляемого штамма сопоставим с таковым у ближайшего аналога, но в отличие от ближайшего аналога, продуцируемая ксилоглюканаза является термостабильной.Thus, a recombinant yeast strain Pichia pastoris VKPM Y-4269 was obtained, capable of biosynthesis of secreted thermostable xyloglucanase of the GH74 family encoded by a synthetic gene. When culturing by the claimed method, the level of synthesis of the target product of the claimed strain is comparable to that of the nearest analogue, but unlike the closest analogue, the xyloglucanase produced is thermostable.

Источники информацииInformation sources

1. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж., Молекулярное клонирование, М.: Мир, 1984; Клонирование ДНК. Методы. Под ред. Д. Гловера, Пер. с англ., Москва, Мир, 1988.1. Maniatis T., Fritsch E., Sambrook J., Molecular Cloning, M .: Mir, 1984; DNA cloning. Methods Ed. D. Glover, Per. from English., Moscow, Mir, 1988.

2. Demain AL, Vaishnav P. // Production of recombinant proteins by microbes and higher organisms // Biotechnol Adv., 2009.2. Demain AL, Vaishnav P. // Production of recombinant proteins by microbes and higher organisms // Biotechnol Adv., 2009.

3. Grishutin S.G., Gusakov A.V., Markov A.V., Ustinov B.B., Semenova M.V., Sinitsyn A.P. // Specific xyloglucanases as a new class of polysaccharide-degrading enzymes. // Biochim Biophys Acta, 2004.3. Grishutin S.G., Gusakov A.V., Markov A.V., Ustinov B.B., Semenova M.V., Sinitsyn A.P. // Specific xyloglucanases as a new class of polysaccharide-degrading enzymes. // Biochim Biophys Acta, 2004.

4. Habrylo O., Song X., Forster A., Jeltsch J.M., Phalip V. // Characterization of the four GH12 Endoxylanases from the plant pathogen Fusarium graminearum. // J. Microbiol Biotechnol., 2012.4. Habrylo O., Song X., Forster A., Jeltsch J.M., Phalip V. // Characterization of the four GH12 Endoxylanases from the plant pathogen Fusarium graminearum. // J. Microbiol Biotechnol., 2012.

5. Hasper A.A., Dekkers E., van Mil M., van de Vondervoort P.J., de Graaff L.H. // EglC, a new endoglucanase from Aspergillus niger with major activity towards xyloglucan. // Appl Environ Microbiol., 2002.5. Hasper A.A., Dekkers E., van Mil M., van de Vondervoort P.J., de Graaff L.H. // EglC, a new endoglucanase from Aspergillus niger with major activity towards xyloglucan. // Appl Environ Microbiol., 2002.

6. Ishida Т., Yaoi K., Hiyoshi A., Igarashi K., Samejima M. // Substrate recognition by glycoside hydrolase family 74 xyloglucanase from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium. // FEBS J., 2007.6. Ishida T., Yaoi K., Hiyoshi A., Igarashi K., Samejima M. // Substrate recognition by glycoside hydrolase family 74 xyloglucanase from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium. // FEBS J., 2007.

7. Markov A.V., Gusakov A.V., Kondratyeva E.G., Okunev O.N., Bekkarevich A.O., Sinitsyn A.P. // New effective method for analysis of the component composition of enzyme complexes from Trichoderma reesei. // Biochemistry (Mosc), 2005.7. Markov A.V., Gusakov A.V., Kondratyeva E.G., Okunev O.N., Bekkarevich A.O., Sinitsyn A.P. // New effective method for analysis of the component composition of enzyme complexes from Trichoderma reesei. // Biochemistry (Mosc), 2005.

8. Miller G.L. // Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar // Analytical Chemistry. 1959.8. Miller G.L. // Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar // Analytical Chemistry. 1959.

9. Qi H., Bai F., Liu A. // Purification and characteristics of xyloglucanase and five other cellulolytic enzymes from Trichoderma reesei QM9414. // Biochemistry (Mosc), 2013.9. Qi H., Bai F., Liu A. // Purification and characteristics of xyloglucanase and five other cellulolytic enzymes from Trichoderma reesei QM9414. // Biochemistry (Mosc), 2013.

10. Yaoi K., Mitsuishi Y. // Purification, characterization, cloning, and expression of a novel xyloglucan-specific glycosidase, oligoxyloglucan reducing end-specific cellobiohydrolase. // J Biol Chem., 2002.10. Yaoi K., Mitsuishi Y. // Purification, characterization, cloning, and expression of a novel xyloglucan-specific glycosidase, oligoxyloglucan reducing end-specific cellobiohydrolase. // J Biol Chem., 2002.

11. Yaoi K., Mitsuishi Y. // Purification, characterization, cDNA cloning, and expression of a xyloglucan endoglucanase from Geotrichum sp. M128 // FEBS Lett., 2004.11. Yaoi K., Mitsuishi Y. // Purification, characterization, cDNA cloning, and expression of a xyloglucan endoglucanase from Geotrichum sp. M128 // FEBS Lett., 2004.

12. Song S., Tang Y., Yang S., Yan Q., Zhou P., Jiang Z. // Characterization of two novel family 12 xyloglucanases from the thermophilic Rhizomucor miehei. // Appl Microbiol Biotechnol., 2013.12. Song S., Tang Y., Yang S., Yan Q., Zhou P., Jiang Z. // Characterization of two novel family 12 xyloglucanases from the thermophilic Rhizomucor miehei. // Appl Microbiol Biotechnol., 2013.

13. Vlasenko E.,

Figure 00000001
M., Cherry J., Xu F. // Substrate specificity of family 5, 6, 7, 9, 12, and 45 endoglucanases // Bioresour Technol., 2010.13. Vlasenko E.,
Figure 00000001
M., Cherry J., Xu F. // Substrate specificity of family 5, 6, 7, 9, 12, and 45 endoglucanases // Bioresour Technol., 2010.

14. Macauley-Patrick S, Fazenda ML (2005) Heterologous protein production using the Pichia pastoris expression system. Yeast 22: 249-270.14. Macauley-Patrick S, Fazenda ML (2005) Heterologous protein production using the Pichia pastoris expression system. Yeast 22: 249-270.

15. Gellissen G (2000) Heterologous protein production in methylotrophic yeasts. Appl. Microbiol. Biotechnol. 54(6): 741-750.15. Gellissen G (2000) Heterologous protein production in methylotrophic yeasts. Appl. Microbiol. Biotechnol. 54 (6): 741-750.

16. RU 2358756 // Способ получения ферментного препарата для расщепления гемицеллюлозных гетерополисахаридов клеточной стенки растений и ферментный препарат (варианты) // Дата приоритета: 26.11.2007.16. RU 2358756 // A method for producing an enzyme preparation for cleaving hemicellulose heteropolysaccharides of the plant cell wall and an enzyme preparation (options) // Priority date: 11.26.2007.

17. RU 2303057 // Штамм мицелиального гриба Aspergillus aculeatus - продуцент комплекса карбогидраз, содержащего ксиланазы, бета-глюканазы, пектиназы и ксилоглюканазы // Дата приоритета: 14.11.200517. RU 2303057 // Strain of the mycelial fungus Aspergillus aculeatus - producer of a complex of carbohydrases containing xylanases, beta-glucanases, pectinases and xyloglucanases // Priority date: 11/14/2005

18. RU 2323254 // Штамм мицелиального гриба Penicillium funiculosum - продуцент комплекса карбогидраз, содержащего целлюлазы, глюканазы, глюкозидазы, ксиланазы и ксилоглюканазы, и способ получения ферментного препарата комплекса карбогидраз для осахаривания лигноцеллюлозных материалов // Дата приоритета: 04.04.2006.18. RU 2323254 // Penicillium funiculosum mycelium strain - producer of a carbohydrase complex containing cellulase, glucanase, glucosidase, xylanase and xyloglucanase, and a method for producing an enzyme preparation of a carbohydrase complex for saccharification of lignocellulosic materials // Priority date: 04.04.2006.

19. RU 2361918 // Штамм мицелиального гриба Penicillium verruculosum - продуцент комплекса целлюлаз, ксиланазы и ксилоглюканазы и способ получения ферментного препарата комплекса целлюлаз, ксиланазы и ксилоглюканазы для гидролиза целлюлозы и гемицеллюлозы // Дата приоритета: 26.02.2008.19. RU 2361918 // Penicillium verruculosum mycelium strain - producer of a complex of cellulases, xylanase and xyloglucanase and a method for producing an enzyme preparation of a complex of cellulases, xylanase and xyloglucanase for hydrolysis of cellulose and hemicellulose // Priority date: 26.02.2008.

20. US 6500658 // Xyloglucanase from Malbranchea // Priority date: US20000653778 20000901; WO2000DK00450 20000811; US19990149397P 1999081720. US 6500658 // Xyloglucanase from Malbranchea // Priority date: US20000653778 20000901; WO2000DK00450 20000811; US19990149397P 19990817

21. US 2004038367 // Novel xyloglucan oligosaccharide-degrading enzyme, polynucleotide encoding the enzyme, and method of preparing the enzyme // Priority date: JP20020083433 2002032521. US 2004038367 // Novel xyloglucan oligosaccharide-degrading enzyme, polynucleotide encoding the enzyme, and method of preparing the enzyme // Priority date: JP20020083433 20020325

22. US 2004067569 A1 // Polypeptides having xyloglucanase activity and nucleic acids encoding same // Priority date: US20030420191 20030418; US20020373987P 20020419.22. US 2004067569 A1 // Polypeptides having xyloglucanase activity and nucleic acids encoding same // Priority date: US20030420191 20030418; US20020373987P20020419.

23. WO 2014138983 A1 // Novel cell wall deconstraction enzymes of Malbranchea cinnamomea, Thielavia australiensis, and Paecilomyces byssochlamydoides, and uses thereof // Priority date: US201361783222P 20130314; US201361783313P 20130314; US201361783485P 20130314.23. WO 2014138983 A1 // Novel cell wall deconstraction enzymes of Malbranchea cinnamomea, Thielavia australiensis, and Paecilomyces byssochlamydoides, and uses its // Priority date: US201361783222P 20130314; US201361783313P20130314; US201361783485P 20130314.

Claims (2)

1. Рекомбинантный штамм дрожжей Pichia pastoris ВКПМ Y-4269 - продуцент секретируемой термостабильной ксилоглюканазы класса GH74, кодируемой синтетическим геном, соответствующим SEQ ID NO 1.1. Recombinant yeast strain Pichia pastoris VKPM Y-4269 - producer of secreted thermostable xyloglucanase class GH74 encoded by a synthetic gene corresponding to SEQ ID NO 1. 2. Способ микробиологического синтеза ксилоглюканазы, предусматривающий культивирование рекомбинантных микроорганизмов, содержащих ген ксилоглюканазы, в аэробных условиях в питательной среде, включающей источники углерода, азота и минеральные добавки до максимального накопления целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве продуцента используют рекомбинантный штамм по п. 1. 2. A method of microbiological synthesis of xyloglucanase, comprising cultivating recombinant microorganisms containing the xyloglucanase gene, under aerobic conditions in a nutrient medium including carbon, nitrogen and mineral additives to the maximum accumulation of the target product, characterized in that the recombinant strain according to claim 1 is used as a producer. one.
RU2015154051/10A 2015-12-16 2015-12-16 RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN RU2605629C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154051/10A RU2605629C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154051/10A RU2605629C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605629C1 true RU2605629C1 (en) 2016-12-27

Family

ID=57793594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154051/10A RU2605629C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605629C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771581C1 (en) * 2021-06-28 2022-05-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт") Recombinant yeast strain komagataella phaffii - producer of secreted endo-dissociative xyloglucanase of the gh74 family, encoded by a mutated gene, and a method for microbiological synthesis of secreted endo-dissociative xyloglucanase based on this strain

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7172891B2 (en) * 2002-04-19 2007-02-06 Novozymes, Inc. Polypeptides having xyloglucanase activity and nucleic acids encoding same
RU2323254C2 (en) * 2006-04-04 2008-04-27 Аркадий Пантелеймонович Синицын MYCELIAL FUNGUS PENICILLIUM FUNICULOSUM STRAIN AS PRODUCER OF CARBOHYDRASES COMPLEX CONTAINING CELLULASES, β-GLUCANASES, β-GLUCOSIDASES, XYLANASES AND XYLOGLUCANASES AND METHOD FOR PREPARING ENZYME PREPARATION OF CARBOHYDRASES COMPLEX FOR SACCHARIFICATION OF LIGNOCELULOSE MATERIALS

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7172891B2 (en) * 2002-04-19 2007-02-06 Novozymes, Inc. Polypeptides having xyloglucanase activity and nucleic acids encoding same
RU2323254C2 (en) * 2006-04-04 2008-04-27 Аркадий Пантелеймонович Синицын MYCELIAL FUNGUS PENICILLIUM FUNICULOSUM STRAIN AS PRODUCER OF CARBOHYDRASES COMPLEX CONTAINING CELLULASES, β-GLUCANASES, β-GLUCOSIDASES, XYLANASES AND XYLOGLUCANASES AND METHOD FOR PREPARING ENZYME PREPARATION OF CARBOHYDRASES COMPLEX FOR SACCHARIFICATION OF LIGNOCELULOSE MATERIALS

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISHIDA T et al., Substrate recognition by glycoside hydrolase family 74 xyloglucanase from the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium, THE FEBS JOURNAL, 2007, vol. 274, no. 21, pages 5727-5736. *
KARNAOURI A et al., Genomic insights into the fungal lignocellulolytic system of Myceliophthora thermophila, FRONTIERS IN MICROBIOLOGY, 2014, vol. 5, no. 281, pages 1-22. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771581C1 (en) * 2021-06-28 2022-05-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт") Recombinant yeast strain komagataella phaffii - producer of secreted endo-dissociative xyloglucanase of the gh74 family, encoded by a mutated gene, and a method for microbiological synthesis of secreted endo-dissociative xyloglucanase based on this strain

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Development of highly efficient, low-cost lignocellulolytic enzyme systems in the post-genomic era
Segato et al. High-yield secretion of multiple client proteins in Aspergillus
US20100129880A1 (en) Hosts and fermentation processes for cellulase production
US20150252343A1 (en) Beta-glucosidase from magnaporthe grisea
US20150252340A1 (en) Compositions and methods of us
US20150252344A1 (en) Beta-glucosidase from neurospora crassa
CN108018275B (en) Mutant XYNR of extreme heat-resistant xylanase 1VBR and application thereof
JP2017532967A (en) Compositions and methods related to beta-glucosidase
Shrivastava et al. Characterization, cloning and functional expression of novel xylanase from Thermomyces lanuginosus SS-8 isolated from self-heating plant wreckage material
Mustafa et al. Molecular cloning and comparative sequence analysis of fungal β-Xylosidases
Jain et al. Functional expression of a thermostable endoglucanase from Thermoascus aurantiacus RCKK in Pichia pastoris X-33 and its characterization
Zhao et al. Expression and characterization of GH3 β-Glucosidase from Aspergillus niger NL-1 with high specific activity, glucose inhibition and solvent tolerance
Reis et al. Statistical optimization of mineral salt and urea concentration for cellulase and xylanase production by Penicillium echinulatum in submerged fermentation
Zhao et al. Biochemical and functional characterization of a novel thermoacidophilic, heat and halo-ionic liquids tolerant endo-β-1, 4-glucanase from saline-alkaline lake soil microbial metagenomic DNA
US10435728B2 (en) Endoxylanase mutant, enzyme composition for biomass decomposition, and method of producing sugar solution
RU2605629C1 (en) RECOMBINANT STRAIN OF YEAST Pichia pastoris - PRODUCER OF THE SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE CODED BY SYNTHETIC GENE, AND METHOD FOR MICROBIOLOGICAL SYNTHESIS OF SECRETED THERMOSTABLE XYLOGLUCANASE BASED ON THIS STRAIN
CN107022536B (en) Cellulase mutant with high catalytic efficiency, and gene and application thereof
CN103797116A (en) Saltant type endoglucanase
Amaro-Reyes et al. Homologue expression of a β-xylosidase from native Aspergillus niger
Qin et al. Improved cellulolytic efficacy in Penicilium decumbens via heterologous expression of Hypocrea jecorina endoglucanase II
RU2639248C1 (en) Recombinant pichia pastoris yeast strain - producer of secreted xyloglucanase from aspergillus cervinus fungi and method for xyloglucanase microbiological synthesis based on this strain
Orleneva et al. Identification of the Talaromyces cellulolyticus Gene Encoding an Extracellular Enzyme with β-galactosidase Activity and Testing it as a Reporter for Gene Expression Assays
RU2796447C1 (en) Komagataella phaffii t07/ppzl-4x-oa-xyl-asor strain capable of producing xylanase from aspergillus oryzae fungi
RU2815837C1 (en) Mutant form of xyloglucanase from aspergillus cervinus with increased thermal stability compared to wild-type enzyme, recombinant escherichia coli strain producing this xyloglucanase, and microbiological method synthesis of mutant xyloglucanase from aspergillus cervinus based on this strain
RU2728243C1 (en) Pichia pastoris yeast strain producing xylanase from paenibacillus brasilensis

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner