RU2684619C2 - Иммобилизованный белковый материал и его применение и использование в качестве гетерогенных катализаторов - Google Patents
Иммобилизованный белковый материал и его применение и использование в качестве гетерогенных катализаторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684619C2 RU2684619C2 RU2016134892A RU2016134892A RU2684619C2 RU 2684619 C2 RU2684619 C2 RU 2684619C2 RU 2016134892 A RU2016134892 A RU 2016134892A RU 2016134892 A RU2016134892 A RU 2016134892A RU 2684619 C2 RU2684619 C2 RU 2684619C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- immobilized
- cpg
- carrier
- immobilized protein
- protein material
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 114
- 108010058683 Immobilized Proteins Proteins 0.000 title claims abstract description 53
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title description 14
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 77
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 76
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 229920002704 polyhistidine Polymers 0.000 claims abstract description 42
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000027455 binding Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000010523 cascade reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003541 multi-stage reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 142
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 142
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 50
- 108010093096 Immobilized Enzymes Proteins 0.000 claims description 29
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 29
- -1 dihydroxyphenyl group Chemical group 0.000 claims description 17
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- SULYEHHGGXARJS-UHFFFAOYSA-N 2',4'-dihydroxyacetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=C(O)C=C1O SULYEHHGGXARJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 7
- KLAKIAVEMQMVBT-UHFFFAOYSA-N p-hydroxy-phenacyl alcohol Natural products OCC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 KLAKIAVEMQMVBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910021524 transition metal nanoparticle Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004697 chelate complex Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 65
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 30
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 23
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 20
- 229920008712 Copo Polymers 0.000 description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 13
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 11
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 description 10
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 10
- YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N pentadecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC YCOZIPAWZNQLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 10
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 241001661345 Moesziomyces antarcticus Species 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- RQEUFEKYXDPUSK-UHFFFAOYSA-N 1-phenylethylamine Chemical compound CC(N)C1=CC=CC=C1 RQEUFEKYXDPUSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 7
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 description 6
- 101710098554 Lipase B Proteins 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 101001064468 Pseudozyma aphidis (strain ATCC 32657 / CBS 517.83 / DSM 70725 / JCM 10318 / NBRC 10182 / NRRL Y-7954 / St-0401) Lipase A Proteins 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108091006055 affinity-tagged proteins Proteins 0.000 description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 6
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 6
- 235000019439 ethyl acetate Nutrition 0.000 description 6
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 6
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 6
- NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N pyridoxal 5'-phosphate Chemical compound CC1=NC=C(COP(O)(O)=O)C(C=O)=C1O NGVDGCNFYWLIFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000007682 pyridoxal 5'-phosphate Nutrition 0.000 description 6
- 239000011589 pyridoxal 5'-phosphate Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 101000774761 Archaeoglobus fulgidus (strain ATCC 49558 / DSM 4304 / JCM 9628 / NBRC 100126 / VC-16) Alanine dehydrogenase Proteins 0.000 description 5
- 238000005917 acylation reaction Methods 0.000 description 5
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 5
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 5
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 4
- WAPNOHKVXSQRPX-UHFFFAOYSA-N 1-phenylethanol Chemical compound CC(O)C1=CC=CC=C1 WAPNOHKVXSQRPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DVLFYONBTKHTER-UHFFFAOYSA-N 3-(N-morpholino)propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CCCN1CCOCC1 DVLFYONBTKHTER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000005720 Glutathione transferase Human genes 0.000 description 4
- 108010070675 Glutathione transferase Proteins 0.000 description 4
- HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N L-histidine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 4
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 4
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 4
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000010933 acylation Effects 0.000 description 4
- XPNGNIFUDRPBFJ-UHFFFAOYSA-N alpha-methylbenzylalcohol Natural products CC1=CC=CC=C1CO XPNGNIFUDRPBFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012062 aqueous buffer Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000021178 chitin binding proteins Human genes 0.000 description 4
- 108091011157 chitin binding proteins Proteins 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- MTZQAGJQAFMTAQ-UHFFFAOYSA-N ethyl benzoate Chemical compound CCOC(=O)C1=CC=CC=C1 MTZQAGJQAFMTAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940071106 ethylenediaminetetraacetate Drugs 0.000 description 4
- FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N flavin mononucleotide Chemical compound OP(=O)(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 4
- FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N flavin mononucleotide Natural products OP(=O)(O)OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011768 flavin mononucleotide Substances 0.000 description 4
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 4
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 4
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 235000019231 riboflavin-5'-phosphate Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 4
- 238000005891 transamination reaction Methods 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108010025076 Holoenzymes Proteins 0.000 description 3
- 101710098556 Lipase A Proteins 0.000 description 3
- 101710099648 Lysosomal acid lipase/cholesteryl ester hydrolase Proteins 0.000 description 3
- 102100026001 Lysosomal acid lipase/cholesteryl ester hydrolase Human genes 0.000 description 3
- 239000007993 MOPS buffer Substances 0.000 description 3
- 102000008109 Mixed Function Oxygenases Human genes 0.000 description 3
- 108010074633 Mixed Function Oxygenases Proteins 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 102220469850 Protein argonaute-3_W104A_mutation Human genes 0.000 description 3
- 108010008281 Recombinant Fusion Proteins Proteins 0.000 description 3
- 102000007056 Recombinant Fusion Proteins Human genes 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000002210 biocatalytic effect Effects 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 3
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 125000000487 histidyl group Chemical group [H]N([H])C(C(=O)O*)C([H])([H])C1=C([H])N([H])C([H])=N1 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N isopropyl beta-D-thiogalactopyranoside Chemical compound CC(C)S[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N 0.000 description 3
- 230000009871 nonspecific binding Effects 0.000 description 3
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 3
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000005373 porous glass Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N silanol Chemical compound [SiH3]O SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 3
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 3
- DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N (R)-camphor Chemical compound C1C[C@@]2(C)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N 0.000 description 2
- 229930007886 (R)-camphor Natural products 0.000 description 2
- SLBOQBILGNEPEB-UHFFFAOYSA-N 1-chloroprop-2-enylbenzene Chemical compound C=CC(Cl)C1=CC=CC=C1 SLBOQBILGNEPEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N Acetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC=C1 KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010031025 Alanine Dehydrogenase Proteins 0.000 description 2
- 102000007698 Alcohol dehydrogenase Human genes 0.000 description 2
- 108010021809 Alcohol dehydrogenase Proteins 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108090001008 Avidin Proteins 0.000 description 2
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 description 2
- 241000588879 Chromobacterium violaceum Species 0.000 description 2
- QNAYBMKLOCPYGJ-UHFFFAOYSA-N D-alpha-Ala Natural products CC([NH3+])C([O-])=O QNAYBMKLOCPYGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 101710157404 Flavin reductase Proteins 0.000 description 2
- 102100027944 Flavin reductase (NADPH) Human genes 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FFOPEPMHKILNIT-UHFFFAOYSA-N Isopropyl butyrate Chemical compound CCCC(=O)OC(C)C FFOPEPMHKILNIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QNAYBMKLOCPYGJ-UWTATZPHSA-N L-Alanine Natural products C[C@@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-UWTATZPHSA-N 0.000 description 2
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 description 2
- 241000589776 Pseudomonas putida Species 0.000 description 2
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960003767 alanine Drugs 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 2
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 2
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 2
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical group 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 238000005356 chiral GC Methods 0.000 description 2
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005515 coenzyme Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 239000012228 culture supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical group 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 239000012280 lithium aluminium hydride Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 238000006053 organic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- 229920005553 polystyrene-acrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- BEOOHQFXGBMRKU-UHFFFAOYSA-N sodium cyanoborohydride Chemical compound [Na+].[B-]C#N BEOOHQFXGBMRKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012064 sodium phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- DAEPDZWVDSPTHF-UHFFFAOYSA-M sodium pyruvate Chemical compound [Na+].CC(=O)C([O-])=O DAEPDZWVDSPTHF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GGKADXREVJTZMF-UHFFFAOYSA-N 1-Phenylethyl butyrate Chemical compound CCCC(=O)OC(C)C1=CC=CC=C1 GGKADXREVJTZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IKYFHRVPKIFGMH-UHFFFAOYSA-N 1-phenoxypropan-2-amine Chemical compound CC(N)COC1=CC=CC=C1 IKYFHRVPKIFGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QWAVNXZAQASOML-UHFFFAOYSA-N 1-phenoxypropan-2-one Chemical compound CC(=O)COC1=CC=CC=C1 QWAVNXZAQASOML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UDIUFGIXIGLRSM-WKEGUHRASA-N 2,5-Diketocamphane Chemical compound C1C(=O)[C@]2(C)CC(=O)[C@H]1C2(C)C UDIUFGIXIGLRSM-WKEGUHRASA-N 0.000 description 1
- MLONYBFKXHEPCD-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol Chemical compound OCC(N)(CO)CO.OCC(N)(CO)CO MLONYBFKXHEPCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVGKRPYUFRZAQW-UHFFFAOYSA-N 3 prime Natural products CC(=O)NC1OC(CC(O)C1C(O)C(O)CO)(OC2C(O)C(CO)OC(OC3C(O)C(O)C(O)OC3CO)C2O)C(=O)O DVGKRPYUFRZAQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000856 Amylose Polymers 0.000 description 1
- 238000009010 Bradford assay Methods 0.000 description 1
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 1
- 241000723346 Cinnamomum camphora Species 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 1
- 108090000698 Formate Dehydrogenases Proteins 0.000 description 1
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 1
- 108010093488 His-His-His-His-His-His Proteins 0.000 description 1
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 1
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 description 1
- 102000004195 Isomerases Human genes 0.000 description 1
- 108090000769 Isomerases Proteins 0.000 description 1
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- 102000003960 Ligases Human genes 0.000 description 1
- 108090000364 Ligases Proteins 0.000 description 1
- 239000006391 Luria-Bertani Medium Substances 0.000 description 1
- 102000004317 Lyases Human genes 0.000 description 1
- 108090000856 Lyases Proteins 0.000 description 1
- 101710175625 Maltose/maltodextrin-binding periplasmic protein Proteins 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N N-[2-(1H-indol-3-yl)ethyl]-N-methylprop-2-en-1-amine Chemical compound CN(CCC1=CNC2=C1C=CC=C2)CC=C GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 108020004511 Recombinant DNA Proteins 0.000 description 1
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 description 1
- 241000555745 Sciuridae Species 0.000 description 1
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 102000004357 Transferases Human genes 0.000 description 1
- 108090000992 Transferases Proteins 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 229920010741 Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Polymers 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001042 affinity chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000000539 amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 102000023732 binding proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091008324 binding proteins Proteins 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 229930006712 bornane-2,5-dione Natural products 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229930008380 camphor Natural products 0.000 description 1
- 229960000846 camphor Drugs 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229920001688 coating polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 description 1
- DEZRYPDIMOWBDS-UHFFFAOYSA-N dcm dichloromethane Chemical compound ClCCl.ClCCl DEZRYPDIMOWBDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N dichloromethane Natural products ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012149 elution buffer Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- MEGHWIAOTJPCHQ-UHFFFAOYSA-N ethenyl butanoate Chemical compound CCCC(=O)OC=C MEGHWIAOTJPCHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJCSPXHYDFONPU-UHFFFAOYSA-N etoac etoac Chemical compound CCOC(C)=O.CCOC(C)=O OJCSPXHYDFONPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003818 flash chromatography Methods 0.000 description 1
- 229940013640 flavin mononucleotide Drugs 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- DEGPIRUPAKWDBU-UHFFFAOYSA-N isoindole-1,3-dione;sodium Chemical compound [Na].C1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 DEGPIRUPAKWDBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006317 isomerization reaction Methods 0.000 description 1
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 1
- 229930027917 kanamycin Natural products 0.000 description 1
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 1
- 229930182823 kanamycin A Natural products 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 125000003588 lysine group Chemical group [H]N([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(N([H])[H])C(*)=O 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- IEXZQIBYHMBUJQ-SNVBAGLBSA-N n-[(1r)-1-phenylethyl]butanamide Chemical compound CCCC(=O)N[C@H](C)C1=CC=CC=C1 IEXZQIBYHMBUJQ-SNVBAGLBSA-N 0.000 description 1
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 238000002264 polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000001742 protein purification Methods 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 229960001327 pyridoxal phosphate Drugs 0.000 description 1
- 230000006340 racemization Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 description 1
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940054269 sodium pyruvate Drugs 0.000 description 1
- 230000009870 specific binding Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/003—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing enzymes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K1/00—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
- C07K1/14—Extraction; Separation; Purification
- C07K1/16—Extraction; Separation; Purification by chromatography
- C07K1/22—Affinity chromatography or related techniques based upon selective absorption processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K17/00—Carrier-bound or immobilised peptides; Preparation thereof
- C07K17/02—Peptides being immobilised on, or in, an organic carrier
- C07K17/06—Peptides being immobilised on, or in, an organic carrier attached to the carrier via a bridging agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
- C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
- C12N11/082—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
- C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
- C12N11/082—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C12N11/087—Acrylic polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/001—Amines; Imines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/02—Amides, e.g. chloramphenicol or polyamides; Imides or polyimides; Urethanes, i.e. compounds comprising N-C=O structural element or polyurethanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
- C12P17/02—Oxygen as only ring hetero atoms
- C12P17/06—Oxygen as only ring hetero atoms containing a six-membered hetero ring, e.g. fluorescein
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/62—Carboxylic acid esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54353—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals with ligand attached to the carrier via a chemical coupling agent
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/544—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being organic
- G01N33/545—Synthetic resin
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
- G01N33/552—Glass or silica
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
- G01N33/553—Metal or metal coated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/573—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for enzymes or isoenzymes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Hematology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к медицине и касается иммобилизованного белкового материала, содержащего носитель и по меньшей мере один белок, иммобилизованный на носителе. Причем носитель содержит материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, где указанный материал носителя выбран из группы, состоящей из стекла с контролируемой пористостью (CPG) и гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG), и где по меньшей мере один белок содержит аффинный маркер и иммобилизован на носителе специфическим аффинным связыванием с аффинным матриксом, где аффинный маркер представляет собой полигистидиновую метку и где аффинный матрикс содержит хелатируемый ион металла. Группа изобретений также касается применения указанного носителя для иммобилизации белков; применения иммобилизованного белкового материала в качестве гетерогенного катализатора; способа катализа ферментативно катализируемой многостадийной или каскадной реакции, содержащей приведение иммобилизованного белкового материала в контакт по меньшей мере с одним субстратом. Группа изобретений обеспечивает улучшенную стабильность иммобилизованных белков. 10 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 пр., 2 ил., 9 табл.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к иммобилизованному белковому материалу, содержащему белок, который иммобилизован на стеклянном материале или органическом полимере через связывание аффинного маркера. Стеклянный материал может представлять собой пористый стеклянный материал, такой как (гибридное) стекло с контролируемой пористостью. Данное изобретение также относится к использованию иммобилизованного ферментативного материала в качестве гетерогенного биокатализатора химического синтеза. Данное изобретение также относится к способу иммобилизации аффинно маркированных белков на стеклянном материале или органическом полимере и к способу очистки и выделения аффинно маркированных белков путем иммобилизации таких белков на стеклянном материале или органическом полимере.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Белки представляют собой крупные биологические молекулы, образованные одной или несколькими линейными цепями аминокислотных остатков. Ферменты представляют собой специфическую группу белков, которые служат биологическими катализаторами метаболизма всех живых клеток. В качестве таковых ферменты способны преобразовывать органические молекулы в различные молекулы. Вследствие специфической трехмерной структуры каждого конкретного фермента, только очень немногие органические молекулы способны взаимодействовать с активным сайтом фермента таким образом, чтобы преобразование могло иметь место. Ферменты, следовательно, являются обычно высокоселективными катализаторами, а использование ферментов в качестве катализаторов в синтетической органической химии является по этой причине очень многообещающим. Однако, поскольку ферменты представляют собой биологические молекулы, развившиеся в условиях клетки, они часто непригодны для других условий окружающей среды. Когда они используются в органических растворителях, ферменты склонны к агрегации и часто утрате пространственной структуры (т.е., денатурации). Поэтому является привлекательной идеей иммобилизовать ферменты на твердой основе и использовать их как катализаторы в таком иммобилизованном состоянии, поскольку это может улучшить стабильность фермента, позволить создать условия реакции, которые фермент обычно не переносит, и также облегчить отделение от реакционной смеси и выход материала.
Иммобилизация ферментов на твердой подложке выполнялась с использованием различных технологий и различных твердых подложек (Tischer and Wedekind, ʺImmobilized Enzymes: Methods and Applicationsʺ, Topics in Current Chemistry, 1999, vol. 200, pp. 95-126; Brena and Batista-Viera, ʺImmobilization of Enzymes: A Literature Surveyʺ, Methods in Biotechnology: Immobilization of Enzymes and Cells, 2006, second edition, pp. 15-30).
Адсорбция ферментов на твердых поверхностях может приводить к нежелательным взаимодействиям между ферментом и твердой подложкой. Было показано, что адсорбция белка на наночастицах окиси кремния может приводить к изменениям вторичной структуры белка, что приводит к инактивации фермента (Lundqvist et al., Langmuir 2004, vol. 20, pp. 10639-10647). Следовательно, поэтому важно, чтобы твердая подложка не влияла на структуру и активность иммобилизованных ферментов.
Аффинная хроматография с иммобилизованным ионом металла (IMAC) представляет собой технологию очистки белков, которая основывается на аффинности белков к ионам металлов, таким как Fe2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+ и Co2+. Ионы металлов иммобилизованы на агарозном геле и могут селективно адсорбировать белки, содержащие гистидин и цистеин (Porath et al., Nature 1975, vol. 258, pp. 598-599). Усовершенствованная версия этой технологии использует рекомбинантные белки, содержащие слитый полигистидиновый пептид. Поскольку полигистидиновый пептид имеет намного более высокую аффинность к иммобилизованным ионам металлов, чем одиночный остаток гистидина, уровень очистки, который может быть достигнут, намного выше (Hochuli et al., Nat. Biotechnol. 1988, vol. 6, pp. 1321-1325; Ljungquist et al., Eur. J. Biochem. 1989, vol. 186, pp. 563-569). Хотя эта технология может быть успешно применена в хроматографических процедурах для очистки и выделения белков, ферменты, иммобилизованные на геле, менее пригодны в качестве гетерогенных катализаторов в органическом синтезе. Технология IMAC также ограничена, в первую очередь, водными условиями.
В попытках изготовить гетерогенные катализаторы принципы связывания аффинного маркера, основанные на IMAC, были применены для иммобилизации помеченных полигистидином ферментов на модифицированной окиси кремния (Cassimjee et al., Biotechnol. Bioeng. 2008, vol. 99, pp. 712-716; Cassimjee et al., Biotechnol. J. 2011, vol. 6, pp. 463-469). Это оправдало себя для липазы В из Candida antarctica (CalB), но было обнаружено, что другие, менее стабильные ферменты инактивируются в присутствии окиси кремния, особенно в присутствии органических растворителей. Из литературы известно, что наночастицы окиси кремния имеют дестабилизирующий эффект на белки (Lundqvist et al., Langmuir 2004, vol. 20, pp. 10639-10647).
Стекло с контролируемой пористостью (CPG) представляет собой еще один материал, который был использован для иммобилизации ферментов. CPG обычно обрабатывается 3-аминопропилтриэтоксисиланом, а ферментам затем позволяют связаться с аминопропил-CPG через остатки лизина, присутствующие на поверхности ферментов с помощью глютаральдегида в качестве вещества, образующего поперечные связи. Эти результаты при неспецифическом связывании фермента с CPG часто [связаны] с сопутствующей потерей ферментативной активности. Еще один недостаток этого способа состоит в том, что фермент, который надо иммобилизовать, должен быть очищен от других ферментов перед стадией иммобилизации, чтобы устранить иммобилизацию смеси различных ферментов на CPG.
Была описана иммобилизация ферментов на CPG с помощью органотитанатов (Патент США 4,632,904) или с помощью слоев полисахаридов и 1,1'-дикарбонилдиимидазола (Rogalski et al., J. Mol. Catal. B: Enzym. 1999, vol. 6, pp. 29-39).
Engström et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2013, vol. 52, pp. 14006-14010) описали гибридный катализатор, в котором липаза В из Candida antarctica и наносоединения палладия совместно иммобилизованы в компартментах мезопористой двуокиси кремния.
Использование ферментов в качестве катализаторов в химической промышленности, т.е. в биокатализе, является ключом к достижению более высокой рациональности, меньшей токсичности отходов и более высокой рентабельности. Однако высокая стоимость ферментов и часто наблюдающаяся потеря активности после иммобилизации фермента на твердой подложке являются препятствиями для такого развития. Стандартизованная и в целом работоспособная процедура иммобилизации фермента, которая позволила бы повторное использование фермента, была бы в высшей степени желательной. Несмотря на прогресс, достигнутый за последние годы, до сих пор отсутствует общий и простой способ изготовления гетерогенных катализаторов путем иммобилизации ферментов. Существует, следовательно, постоянная потребность в улучшенных способах иммобилизации ферментов на твердой подложке, и в стабильных гетерогенных биокатализаторах, которые могут быть применены в органическом синтезе и в водных условиях реакций, и в условиях органических реакций.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает изготовление CPG-материала с иммобилизованным ферментом из амино-(Hyb)CPG, с использованием полигистидин-меченого фермента и Co2+ в качестве хелатируемого металла. Группа R представляет собой подходящий линкер и варьирует у [разных] продуктов CPG. Схематически изображено хелатоообразование иона кобальта с остатком 2,4-дигидроксифенила и ферментом, меченным полигистидином.
Фиг. 2 показывает изготовление CPG-материала, содержащего иммобилизованный фермент и металлические наночастицы, из амино-(Hyb)CPG, с использованием полигистидин-меченного фермента, Co2+ в качестве хелатируемого металла и палладия в качестве металлических наночастиц. Группа R представляет собой подходящий линкер и варьирует у [разных] продуктов CPG. Схематически изображены и связывание наночастиц палладия с CPG-материалом, и хелатоообразование иона кобальта с остатком 2,4-дигидроксифенила и ферментом, меченым полигистидином.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Удивительно, но было обнаружено, что путем иммобилизации белков на пористом стеклянном материале или пористом органическом полимере связыванием с аффинным маркером, получающийся иммобилизованный белковый материал обладает улучшенными свойствами в отношении стабильности иммобилизованных белков, в которых биологическая функция белков сохраняется. Было обнаружено, что препараты иммобилизованных ферментов обладают высокой каталитической активностью, что делает их пригодными в качестве биокатализаторов.
По данному изобретению белок, содержащий аффинный маркер, иммобилизован путем связывания со специфической группой на аффинном матриксе, присоединенном к пористому стеклянному материалу или пористому органическому полимеру. Вследствие высокой аффинности связывания аффинного маркера со специфической группой на матриксе, связывание белка с матриксом является сильным, и высокоспецифичным. Данное изобретение, таким образом, предоставляет общие способы очистки и иммобилизации белков, таких как ферменты.
Первый объект данного изобретения относится к иммобилизованному белковому материалу, содержащему носитель и, по меньшей мере, один белок, иммобилизованный на носителе, причем носитель содержит материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, упомянутый материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG);
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG); и
(c) пористого органического полимера;
причем, по меньшей мере, один белок содержит аффинный маркер и иммобилизован на носителе специфическим аффинным связыванием с аффинным матриксом.
Иммобилизация белков на носителе через аффинный маркер дает преимущество специфического связывания белков на предопределенном месте. В то же время, однако, способ иммобилизации в целом применим ко многим различным белкам. Аффинным маркером, который используется в данном изобретении, может быть какой-либо маркер, который способен специфически связываться с матриксом, к которому он обладает аффинностью. Аффинное связывание может быть результатом, например, ванн-дер-вальсова взаимодействия, образования водородных связей, ионных связей или гидрофобного взаимодействия. В любом случае, аффинное связывание должно быть достаточно сильным, чтобы позволить аффинному маркеру и матриксу оставаться тесно связанными друг с другом, по меньшей мере, пока определенные специфические условия не будут применены, чтобы диссоциировать аффинный маркер от матрикса.
Другой объект данного изобретения относится к носителю для иммобилизации белков, содержащему материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, упомянутый материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла контролируемой пористости (CPG);
(b) гибридного стекла контролируемой пористости (Hybrid CPG); и
(c) пористого органического полимер;
причем белки иммобилизованы на носителе специфическим аффинным связыванием с аффинным матриксом.
Белок, который должен быть иммобилизован на носителе, может представлять собой какой-либо белок, содержащий аффинный маркер, такой как (рекомбинантный) белок или фермент, содержащий аффинный маркер. Предпочтительно, белок представляет собой фермент, содержащий аффинный маркер. Следует понимать, что маркер должен иметь специфическую аффинность к аффинному матриксу, присоединенному к носителю.
В данной области техники известно множество аффинных маркеров и соответствующих матриксов. Примеры аффинных маркеров, которые могут быть применимы в данном изобретении, и соответствующих групп на матриксе перечислены в таблице ниже:
Аффинный маркер | Соответствующие группы на матриксе |
Полигистидиновая метка | Хелатируемые ионы металлов, например Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+ |
глютатион S-трансфераза (GST) | Глютатион |
Хитин-связывающий белок (CBP) | хитин |
Мальтозосвязывающий белок (MBP) | Поперечно-сшитая амилоза |
FLAG-метка | Моноклональное антитело к FLAG |
Авидин | Биотин |
Стрептавидин | Биотин |
В предпочтительном варианте реализации аффинный маркер на белке представляет собой полигистидиновый маркер и аффинный матрикс, присоединенный к носителю и содержащий хелатируемый ион металла. Хелатируемый ион металла предпочтительно представляет собой ион металла, выбранный из группы, состоящей из Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+ и Zn2+, а более предпочтительно - выбранный из группы, состоящей из Fe3+, Ni2+ и Co2+. В предпочтительном варианте реализации хелатируемый ион металла представляет собой Co2+. В другом предпочтительном варианте реализации хелатируемый ион металла представляет собой Fe3+.
Выбор хелатируемого иона металла может зависеть от предполагаемого использования. Например, если носитель предназначен для очистки и выделения аффинно меченого белка, связывание фермент с носителем должно быть обратимым. В таких случаях предпочтительно, чтобы хелатируемый ион металла представлял собой Ni2+ или Co2+, а наиболее предпочтительно - Co2+. Эти ионы металлов связываются достаточно сильно при иммобилизации с полигистидин-меченым ферментом, но способны отделиться от иммобилизованного фермента, когда применяются специфические условия, такие как обработка буферным раствором, содержащим имидазол или этилендиаминтетраацетат (EDTA).
Для использования иммобилизованных ферментов в гетерогенном биокатализе желательно сильное связывание фермента с носителем. В таких случаях предпочтительно, чтобы хелатируемый ион металла представлял собой Co2+ или Fe3+, наиболее предпочтительно - Fe3+, поскольку это дает особенно сильное связывание полигистидиновой метки с носителем. Как продемонстрировано в примерах, вымывание либо фермента, либо иона металла из иммобилизованного белкового материала, содержащего Fe3+ в качестве хелатируемого иона металла, почти не принимается в расчет. Отсутствие вымывания позволяет использовать иммобилизованный белковый материал (биокатализатор) в каталитических количествах. Использование каталитических количеств особенно важно в реакциях непрерывного действия.
Еще одно преимущество Fe3+ в качестве хелатируемого иона металла состоит в том, что этот металл нетоксичен. Образующийся иммобилизованный белковый материал может, следовательно, быть безопасно применен, например, в пищевой промышленности.
Матрикс аффинно-меченого белка присоединен к поверхности носителя через соответствующий линкер. Поверхность стекла контролируемой пористости (CPG) содержит свободные группы силанола (Si-OH), которые могут быть присоединены к молекуле линкера через ковалентную связь. Обычно поверхность реагирует с бифункциональной алкилсилановой молекулой линкера (длина цепи и структура которого могут варьировать), в результате чего атом кремния ковалентно связывается с силаноловыми группами стеклянной поверхности, причем терминальная группа силана представляет собой функциональную группу, такую как альдегид, амин, эпоксигруппа, галоид или производное карбоновой кислоты. Соответствующая функциональная группа, которая должна использоваться, зависит от природы матрикса, который должен быть присоединен к поверхности CPG. Способы присоединения матрикса к поверхности CPG через соответствующий линкер известны специалистам в данной области техники.
CPG представляет собой прочный и инертный стеклянный материал, который может быть произведен в виде частиц с макро- или мезопорами контролируемого размера. Распределение размеров пор CPG может варьироваться для размеров пор около 10 до 300 нм в диаметре. Это предоставляет удобное микроокружение без затруднений вследствие стерической изоляции. Соединенная между собой структура пор приводит к низкому сопротивлению потоку и облегчает массовый перенос участников реакции и продуктов через материал. Жесткая структура CPG предоставляет прочную несжимаемую среду, пригодную для конструкций высокопродуктивных реакторов и линейного увеличения при высоких скоростях потока. Материал демонстрирует ограниченное набухание в растворителях и является стабильным химически и в отношении размеров в большинстве органических сред и в водной среде при рН ниже 10.
Общепринятое CPG демонстрирует способность к загрузке лигандом, которая обратно пропорционально относится к размеру его пор. Таким образом, подложка CPG с порами крупного размера не может быть загружена таким большим количеством белка, как подложка CPG с порами меньшего размера. Частично это происходит вследствие обратного соотношения между размером пор и площадью поверхности, а частично вследствие того, что доступные на поверхности группы силанола, служащие функционализирующими фрагментами, имеют определенную плотность на единицу площади поверхности, приблизительно 4,5 мкмоль/м2. Общепринятое CPG демонстрирует неравномерное распределение силанола, когда сайты силанола, имеющие стерические затруднения, не могут служить в качестве точек функционального присоединения.
Гибридное стекло с контролируемой пористостью (Hybrid CPG или HybCPG) представляет собой вариант CPG, в котором внутренняя и внешняя поверхности CPG покрыты приблизительно 10 нм пленкой поперечно-сшитого органического полимера, как описано в WO 2009/005631. Полимерное покрытие на Hybrid CPG может содержать функциональные группы, такие как альдегиды, аминогруппы, эпоксигруппы, галоиды, карбоновые кислоты и эфиры или их смеси, к которым может быть присоединен матрикс. Способы присоединения матрикса к соответствующей функциональной группе известны специалистам в данной области техники.
Hybrid CPG предлагает определенные преимущества по сравнению с общепринятым CPG. Как результат полимерного покрытия зависимость между загрузкой и размером пор может быть минимизирована, а пространственное распределение функционализованных сайтов может более точно и одинаково контролироваться. Hybrid CPG в качестве носителя материала для иммобилизации белка может предложить дополнительные преимущества, поскольку дизайн полимерного покрытия может быть адаптирован, чтобы предоставить характеристики поверхности, которые желательны или требуются для данного применения. Например, гомогенный полимер, такой как полистирол, дает более гидрофобную поверхность носителя, тогда как гомогенный полимер, такой как полиакрилонитрил, дает более гидрофильную поверхность носителя. Путем использования смесей двух или более различных полимеров может быть получено сополимерное покрытие, в котором характеристики поверхности носителя специфически адаптированы для данного применения. Тонкий слой покрытия позволяет определенную степень микроскопического набухания в органических растворителях, но без объемного расширения подложки из Hybrid CPG или увеличения реактивного давления. Покрытие также позволяет использование Hybrid CPG в водных средах при рН выше 10.
В дальнейшем описании и прилагающейся формуле изобретения какие-либо ссылки на CPG должны интерпретироваться как включающие в себя и (общепринятое) CPG, и Hybrid CPG, если иное не указано специально.
Материал носителя, отличающийся от CPG и HybCPG, может быть желателен по таким соображениям, как более высокая рентабельность или специфические требования к процессу. Такие материалы включают в себя пористые органические полимерные (пластмассовые) материалы. Эти полимеры функционализованы такими функциональными группами, как альдегиды, аминогруппы, эпоксигруппы, галоиды, карбоновые кислоты или эфиры, или их смеси, к которым может присоединяться матрикс. Способы присоединения матрикса к соответствующей функциональной группе известны специалистам в данной области техники. Функционализованные пластмассы могут быть получены в виде пористых частиц с ограниченным набуханием. Подходящие органические полимеры могут основываться на таких мономерах, как стирол, этилен, пропилен, акриловая кислота, метакриловая кислота, метилакрилат и метилметакрилат. Примеры таких органических полимеров включают в себя функционализованный полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE), полипропилен (PP), политетрафторэтилен (PTFE), и поливинилиден фторид (PVDF), полистирол, полиметакрилат и поли(метилметакрилат). В предпочтительном варианте реализации пористый органический полимер представляет собой функционализованный полистирол или функционализованный полиметакрилат.
Присоединение аффинно меченых белков к HybCPG, описанное в данном документе, демонстрирует возможность использования пористых органических полимерных носителей, поскольку пористая поверхность HybCPG представляет собой сам по себе органический полимер. HybCPG главным образом поддерживает несжимаемую и не набухающую природу CPG, при том, что поверхностные свойства могут быть использованы от органических полимеров. Когда жесткость CPG не требуется, возможно, что органический полимер сам по себе представляет собой лучший вариант. Способ применения присоединения аффинного маркера к таким материалам далее продемонстрирован в данном документе.
Белковый материал, иммобилизованный на CPG, может быть легко продуцирован всего в несколько стадий, начиная либо с амино-CPG, либо с амино-HybCPG, как представлено на Фиг. 1. Например, материалы CPG могут быть обработаны 2,4-дигидроксиацетофеноном, таким образом связывая фенильную группу с CPG через имин. Если желательно, реакционная способность имина может быть затем восстановлена до соответствующего амина с помощью соответствующего восстановителя, такого как, например, борогидрид натрия, цианоборогидрид натрия или литийалюминийгидрид. Хелатируемый ион металла, такой как Co2+ или Fe3+, может быть затем введен в суспензию материала в водном растворе CoCl2 или FeCl3, соответственно. После высушивания полученный материал может быть непосредственно использован как связывающий матрикс для одного или более белков, меченых полигистидином.
Иммобилизованный белковый материал, в котором материал носителя представляет собой органический полимер, может быть получен сходным образом с тем, который описан выше для CPG и HybCPG.
Высокая аффинность полигистидиновой метки к ионам металлов, таким как Co2+ или Fe3+, позволяет проводить иммобилизацию белков, меченных полигистидином, из растворов сырья, содержащих белки, без необходимости экстенсивной очистки раствора перед стадией иммобилизации. Органический материал, который не содержит полигистидиновой метки, свяжется с хелатируемыми ионами металла лишь слабо или совсем не свяжется, и его будет легко удалить из финального материала с иммобилизованными белками путем отмывки, например, водой или буферными водными растворами. Таким образом, если меченый полигистидином белок приготавливался путем внутриклеточной сверхэкспрессии, иммобилизация белка могла быть выполнена непосредственно из клеточного лизата. В качестве альтернативы, если меченый полигистидином белок секретировался организмом-хозяином, иммобилизация белка могла быть выполнена непосредственно из супернатанта клеточной культуры.
Таким образом, еще один объект данного изобретения относится к способу иммобилизации аффинно меченого белка, содержащему стадии:
i) иммобилизации аффинно меченого белка на носителе, содержащем материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, упомянутый материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG);
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG); и
(c) пористых органических полимеров; и
ii) дополнительной отмывки иммобилизованного белкового материала водой или соответствующим буфером.
Еще один объект данного изобретения предоставляет способ изготовления иммобилизованного белкового материала, упомянутый способ содержит:
i) предоставление материала носителя, содержащего аминогруппы, упомянутый материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG);
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG); и
(c) пористого органического полимера;
ii) реагирования материала носителя с 2,4-дигидроксиацетофеноном, таким образом соединяя дигидроксифенильную группу с материалом носителя;
iii) образования хелатного комплекса между дигидроксифенильной группой и ионом металла, способным к связыванию меченого полигистидином белка; и
iv) связывания меченого полигистидином фермента с материалом носителя, содержащим упомянутый ион металла.
Если требуется, способ изготовления иммобилизованного белкового материала, описанный выше, также содержит связывание наночастиц металла переходного ряда с материалом носителя.
В одном из вариантов реализации носитель представляет собой стекло с контролируемой пористостью (CPG). В другом варианте реализации носитель представляет собой гибридное стекло с контролируемой пористостью (Hybrid CPG). В еще одном варианте реализации носитель представляет собой пористый органический полимер.
В предпочтительном варианте реализации способ содержит иммобилизацию аффинно меченых белков на CPG или Hybrid CPG. В другом предпочтительном варианте реализации аффинно меченый белок представляет собой меченный полигистидином фермент, а аффинный матрикс содержит хелатируемый ион металла. В более предпочтительном варианте реализации способ содержит иммобилизацию меченых полигистидином ферментов на CPG или Hybrid CPG, в которых используемый хелатируемый ион металла представляет собой Co2+ или Fe3+.
Другой объект данного изобретения предоставляет иммобилизованный белковый материал, который может быть получен способом, описанным выше.
Диссоциация связанного белка может быть достигнута с помощью стандартных способов IMAC. Связанный белок может быть, например, отделен от носителя путем снижения рН или добавления конкурентной молекулы, имеющей равную или большую аффинность к хелатированным ионам металла, чем полигистидиновая группа, таким как применение буферного раствора, содержащего имидазол или этилендиаминтетраацетат (EDTA). После диссоциации очищенных белков с носителя, полигистидиновая метка может быть удалена из белков, если необходимо, с помощью технологий, известных в данной области техники, например, путем расщепления аффинного маркера соответствующим ферментом, таким как специфическая протеаза, с получением таким образом чистого и лишенного метки белка.
Таким образом, еще один объект данного изобретения относится к способу очистки и выделения аффинно меченого белка, содержащему стадии:
i) иммобилизации аффинно меченого белка на носителе, содержащем материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, упомянутый материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG);
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG); и
(c) пористых органических полимеров;
ii) если требуется, отмывки иммобилизованного белкового материала водой или соответствующим буфером; и
iii) диссоциации очищенного белка с аффинного матрикса.
Стадия иммобилизации может быть выполнена в соответствующем буфере. Если необходимо, иммобилизованный белковый материал может быть затем отмыт водой или соответствующим буфером, чтобы удалить какие-либо несвязанные белки и прочие нежелательные соединения из иммобилизованного белкового материала. Диссоциация очищенного белка от аффинного матрикса может быть достигнуто путем применения условий, которые соответствуют конкретному аффинному маркеру. Соответствующие условия диссоциации различных аффинных маркеров известны в данной области техники.
Способ, если необходимо, может содержать дополнительную стадию iv) удаления аффинного маркера из очищенного белка.
В предпочтительном варианте реализации способ содержит очистку и выделение аффинно-меченных белков на CPG или Hybrid CPG. В другом предпочтительном варианте реализации аффинно меченый белок представляет собой меченный полигистидином фермент, а аффинный матрикс содержит хелатируемый ион металла. В более предпочтительном варианте реализации способ содержит очистку и выделение меченых полигистидином ферментов на CPG или Hybrid CPG, в котором используемым хелатируемым ионом металла является Co2+.
Если белки иммобилизованы на носителе, как описано выше, являются ферментами, они содержат активный сайт, который способен катализировать химическую реакцию. В качестве такового иммобилизованный ферментный материал потенциально пригоден в качестве биокатализатора в органическом синтезе. Поэтому еще один объект данного изобретения относится к использованию иммобилизованного ферментного материала, как раскрыто в данном документе, в качестве биокатализатора, например, при трансформациях в органическом синтезе. Данное изобретение также предоставляет способ катализа реакции, катализируемой ферментом, содержащий предоставление иммобилизованного белкового материала по данному изобретению, и приведение упомянутого иммобилизованного белкового материала в контакт, по меньшей мере, с одним субстратом, на котором фермент, который иммобилизован на носителе, способен действовать.
Иммобилизация ферментов на носителе через связывание аффинного маркера, как раскрыто в данном документе, улучшает стабильность используемых ферментов. Было обнаружено, что иммобилизованные ферменты устойчивы и в водных условиях, так же, как в ряде различных органических растворителей. Это делает возможным использованием иммобилизованных ферментных материалов в реакционных условиях, при которых свободные неиммобилизованные ферменты были бы нестабильны. Возможно, что иммобилизованный ферментный материал также может быть использован в более широком диапазоне рН, чем могли бы перенести свободные неиммобилизованные ферменты.
Когда фермент связывается из сырого (неочищенного) препарата, получающийся иммобилизованный белковый материал содержит обогащенный фермент. Поскольку нативная активность фермента по способу сохраняется, иммобилизованный препарат демонстрирует более высокую каталитическую активность на массу белка, чем исходный неиммобилизованный белковый материал.
Другое преимущество данного изобретения состоит в том, что иммобилизованный ферментный материал может быть легко использован повторно. Поскольку иммобилизованный ферментный материал представляет собой гетерогенный катализатор, материал может быть легко собран из реакционной смеси путем фильтрации. Материал может быть затем повторно использован в следующей реакции, если необходимо - после очистки материала. Особенно в случае дорогостоящих и (или) трудно культивируемых ферментов, возможность повторного использования иммобилизованного ферментного материала представляет собой важный аспект.
Фермент, который иммобилизован на носителе, может представлять собой какой-либо фермент, который пригоден в качестве биокатализатора в трансформациях органического синтеза, включая в себя, но, не ограничиваясь этим, ферменты, действующие как оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы. Таким образом, иммобилизованные ферментные материалы могут быть использованы в качестве гетерогенных биокатализаторов в каких-либо органических реакциях, в которых иммобилизованный фермент способен специфически катализировать реакцию. Примеры таких биокаталитических реакций включают в себя, но не ограничиваются ими, реакции ферментативного окисления и восстановления, реакции ферментативного гидролиза и реакции ферментативной изомеризации. Особенно полезными биокаталитическими реакциями являются энантиоселективные реакции. Специфические примеры биокаталитических реакций включают в себя селективное ацилирование спиртов или аминов липазой, трансаминирование ω-трансаминазой, моноокисление с участием CYP P450 или монооксигеназы Байер-Виллигер, окисления спиртов или восстановления кетонов/альдегидов алкогольдегидрогеназой и окисления аминов моноаминоксидазой.
В одном из вариантов реализации два или более различных ферментов могут быть иммобилизованы на носителе, причем каждый из разных ферментов способен катализировать различные реакции. Возможно затем использовать материал, содержащий два или более различных иммобилизованных ферментов в качестве гетерогенного биокатализатора в многостадийной или каскадной реакции. Такой каскадной реакцией может быть, например, реакция, в которой выполняется две или более ферментативно катализируемых реакций на субстрате в две или более стадий (т.е., реакции, в которых субстрат для первого фермента преобразуется в субстрат для второго фермента и так далее), таких как реакция трансаминирования ω-трансаминазой, за которой следует реакция ацилирования липазой. В качестве альтернативы, такая каскадная реакция может представлять собой реакцию, в которой субстрат трансформируется первым ферментом и в которой кофактор первого фермента регенерируется вторым ферментом, такую как селективное/специфичное восстановление кетона/альдегида алкогольдегидрогеназой с сопутствующей регенерацией потребленного НАДН формиатдегидрогеназой.
Когда два или более различных ферментов иммобилизованы на носителе, целесообразно, если разные ферменты содержат одинаковый аффинный маркер, такой как полигистидиновая метка. Если аффинность связывания хелатируемого иона металла одинакова для каждого из ферментов, различные ферменты будут связываться с носителем одинаково сильно. Теоретически, следовательно, при использовании равных количеств n различных ферментов, имеющих один и тот же аффинный маркер, количество каждого из различных ферментов на носителе составит 1/n (не учитывая каких-либо диффузионных эффектов).
Для каскадных реакций, использующих иммобилизованный белковый материал с двумя или более различными иммобилизованными ферментами, и в которых различные ферменты демонстрируют различие в каталитической активности, может быть полезным иммобилизовать большие количества фермента (ферментов), имеющих более низкую каталитическую активность, по сравнению с количеством фермента, имеющего более высокую каталитическую активность. Это ускорит стадию, лимитирующую скорость, и увеличит общую скорость каскада реакций.
В качестве альтернативы каскадные реакции могут быть выполнены путем смешивания одного или более различных иммобилизованных ферментных материалов в желаемых соотношениях.
Еще один объект данного изобретения предоставляет способ катализа ферментативно катализируемой многостадийной каскадной реакции. В этом аспекте способ содержит предоставление иммобилизованного белкового материала, содержащего два или более иммобилизованных фермента по данному изобретению, и приведение упомянутого иммобилизованного белкового материала в контакт, по меньшей мере, с одним субстратом, на котором ферменты, иммобилизованные на носителе, способны действовать.
В еще одном варианте реализации иммобилизованный ферментный материал дополнительно содержит металлические наночастицы, такие как наночастицы металлов переходного ряда, такие как, но, не ограничиваясь ими, кобальт, никель или палладий. Материал, содержащий металлические наночастицы, может быть приготовлен, например, погружением амино-CPG или амино-HybCPG в раствор соответствующего количества соли металла, такой как CoCl2, NiCl2, Li2PdCl4, PdCl2 или Pd(TFA)2, в ацетонитриле или воде, или их смеси. Ионы металла затем восстанавливаются до металлических наночастиц путем добавления избытка соответствующего восстанавливающего агента, такого как гидрид натрия, борогидрид натрия, цианоборогидрид натрия, литийалюминий гидрид и подобное. После добавления 2,4-дигидроксиацетофенона первоначально сформировавшийся имин немедленно восстанавливается до соответствующего амина. После удаления восстанавливающего агента путем отмывки ион металла, такой как Co2+, Fe3+ или Ni2+, хелатируется на матриксе суспензией материала в водном растворе CoCl2, FeCl3 или NiCl2, соответственно. После высушивания полученный материал может быть использован непосредственно в качестве матрикса для одного или более меченного полигистидином фермента; см. Фиг. 2.
Не желая быть связанными теорией, полагают, что металлические наночастицы связываются с материалом CPG через аминогруппы на материале CPG. Также допустимо, что металлические наночастицы, образованные восстановлением ионов металла, достаточно велики, чтобы быть захваченными в поры материала CPG.
Иммобилизованный белковый материал, содержащий и иммобилизованный фермент, и металлические наночастицы, может быть применен в качестве гетерогенного биокатализатора в комбинированных ферментативных и катализируемых металлами переходного ряда реакциях. Примеры таких реакций включают в себя, но не ограничиваются ими, реакции динамического кинетического разделения. Специфический пример таких реакций представляет собой динамическое кинетическое разделение аминов рацемизацией амина палладиевыми (Pd) наночастицами, после которой следовало ацилирование липазой, как и показано в прилагаемых примерах.
Таким образом, еще один объект данного изобретения предоставляет способ катализа комбинированной ферментативно катализируемой и катализируемой металлом переходного ряда реакции. В этом аспекте способ содержит предоставление иммобилизованного белкового материала, который дополнительно содержит наночастицы металла переходного ряда по данному изобретению, и приведение упомянутого иммобилизованного белкового материала в контакт, по меньшей мере, с одним субстратом, на котором фермент и металл переходного ряда, иммобилизованные на носителе, способны действовать.
Примеры иммобилизованного белкового материала раскрыты в данном документе и использование такого материала описано в экспериментальном разделе.
Определения
Термин «аффинный маркер» обозначает определенную группу, такую как органическая или органометаллическая молекула, фрагмент белка или другое, которые присоединены к рекомбинантному белку и которые способны связываться со специфической группой, иммобилизованной на матриксе. Примерами аффинных маркеров являются полигистидиновая метка, глютатион S-трансферазная метка (GST), метка хитин-связывающего белка (CBP), метка белка, связывающего мальтозу (MBP), метка FLAG, авидиновая метка или стрептавидиновая метка. Аффинные маркеры могут быть также обозначены как метки слияния.
Так, как это используется в данном документе, термин «аффинно меченый белок» обозначает рекомбинантный белок, в котором аффинный маркер, как определено выше, добавлен к белку-мишени. Аффинно меченые белки могут быть изготовлены с помощью технологии рекомбинантной ДНК с использованием способов, известных в данной области техники, таких как лигирование фрагментов ДНК или технологии полимеразной цепной реакции (PCR). Аффинно меченые белки могут также обозначаться как «белки с меткой слияния» или «белки слияния».
Термин «полигистидиновая метка» обозначает цепь, по меньшей мере, из двух остатков гистидина, которая присоединена к C- или N-концу белка. Полигистидиновая метка представляет собой предпочтительно цепь, по меньшей мере, из шести гистидиновых остатков. Другие названия, обычно используемые для полигистидиновой метки это - метка полиHis, гистидиновая метка, гексагистидиновая метка, метка 6xHis и метка His6, так же как His-tag™.
Термин «меченый полигистидином фермент» обозначает рекомбинантный фермент, в котором фермент-мишень соединен с полигистидиновой меткой, как определено выше.
Так, как это используется в данном документе, термин «амино-CPG» обозначает материал CPG, который функционализован аминогруппой через соответствующий линкер. Термин «амино-HybCPG», так как он используется в данном документе, обозначает материал Hybrid CPG, в котором полимерное покрытие содержит аминогруппы.
Данное изобретение далее проиллюстрировано с помощью нижеследующих примеров, которые не ограничивают данное изобретение в каком-либо отношении. Все процитированные документы и ссылки включены в данный документ по ссылке.
Сокращения
aw | водная активность |
AlaDH | аланиндегидрогеназа из B. subtilis |
CalA | липаза А из Candida Antarctica (также известна как липаза А из Pseudozyma antarctica) |
CalB | липаза В из Candida Antarctica (также известна как липаза В из Pseudozyma antarctica) |
DCM | дихлорметан |
2,5-DKCMO | 2,5-дикетокамфан монооксигеназа из Pseudomonas putida |
equiv. | эквивалент(ы) |
EtOAc | этилацетат |
FMN | флавин мононуклеотид |
FRE | флавинредуктаза из E. coli |
GC | газовая хроматография |
HEPES | 4-(2-гидроксиэтил)пиперазин-1-этансульфоновая кислота |
IPTG | изопропил-β-D-тиогалактопиранозид |
min | минута (минуты) |
MOPS | 3-(N-морфолино)пропансульфоновая кислота |
MTBE | метил tert-бутиловый эфир (или tert-бутилметиловый эфир) |
NADH | никотинамид аденин динуклеотид (восстановленная форма) |
PLP | пиридоксаль 5-фосфат |
SDS-PAGE | электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия |
Tris | tris(гидроксиметил)аминометан |
ω-TA | ω-трансаминаза из Chromobacterium violaceum |
Экспериментальные способы
Материалы CPG были получены на фирме Prime Synthesis, Inc., (Aston, PA, США). В примерах были использованы нижеследующие стеклянные материалы с контролируемой пористостью:
LCAA CPG представляет собой CPG, дериватизированное длинноцепочечными алкиламинами (CPG-0502-N12).
Copoly-HybCPG-amine (далее также обозначаемое как «HybCPG copo») представляет собой гибридное CPG, покрытое сополимером, образованным из 1:1 акрилонитрила:винилбензил хлорида и поперечносшитые in situ.
VBC HybCPG-amine (далее также обозначаемое как «HybCPG VBC») представляет собой гибридное CPG, покрытое полимером, образованным винилбензил хлорид мономерами и поперечносшитыми in situ.
(Со-)полимеры покрытия поперечно сшиты бифункциональным амином, как описано в WO 2009/005631. Аминогруппы затем вводились на хлорополимерное покрытие путем реакции с фталимидом натрия, после чего следует дефталоилирование с гидразином.
Нижеследующие пористые органические полимеры были использованы в примерах:
ʺMid-Swell Polystyreneʺ (приобретенный на фирме 3-Prime LLC, США; каталожный номер 04-02-03-32), аминофункционализованная полистироловая подложка. Размер пор ~1000 Å (очень широкое распределение), размер частиц 100 мкм, загрузка амина 222 мкмоль/г.
ʺLow-Swell Methacrylate Copolymerʺ (приобретенный на фирме SPRIN Technologies S.p.A., Италия; каталожный номер 1A02BN), аминофункционализированная метакрилатная подложка. Диаметр пор неизвестен, размер частиц 100-300 мкм, загрузка амина 270 мкмоль/г.
Культивирование сверхэкспрессированной ω-трансаминазы из Chromobacterium violaceum было выполнено, как описано в Cassimjee et al. (ACS Catal. 2011, vol. 1, pp. 1051-1055). Культивирование сверхэкспрессированной липазы А из Candida Antarctica было выполнено, как описано у Sandström et al. (Protein Eng Des Sel. 2009, vol 22, pp. 413-420). Культивирование сверхэкспрессированной липазы В и CalB Trp104Ala, нестабильного варианта липазы В из Candida Antarctica, было выполнено, как описано у Engström et al. (Org. Biomol. Chem. 2011, vol. 9, pp. 81-82). Культивирование сверхэкспрессированной 2,5-дикетокамфан монооксигеназы из Pseudomonas putida было выполнено, как описано у Kadow et al. (AMB Express 2011, 1:13). Культивирование сверхэкспрессированной флавинредуктазы из E. coli было выполнено, как описано у Kadow et al. (Appl. Microbiol. Biotechnol. 2013, опубликовано онлайн 5 ноября 2013). Культивирование сверхэкспрессированной аланиндегидрогеназы из B. subtilis было выполнено, как описано у Mutti et al. (Eur. J. Org. Chem. 2012, issue 5, pp. 1003-1007). Когда она отсутствовала, метку His6-tag добавляли к генам с помощью PCR. Меченные полигистидином CalA и CalB были иммобилизованы на Accurel в соответствии с процедурами, описанными у Engström et al. (Org. Biomol. Chem. 2011, vol. 9, pp. 81-82).
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Изготовление хелатирующих носителей CPG для иммобилизации и очистки ферментов, меченных полигистидином
Амино-CPG (5 г) желательного типа обрабатывали 2,4-дигидроксиацетофеноном (1,5 эквив. функциональных аминогрупп на CPG) в метаноле (200 мл) при непрерывном перемешивании в течение 60 мин. Образовавшийся имин восстанавливали последующим добавлением борогидрида натрия (4 эквив.) при непрерывном перемешивании в течение 60 мин. Твердый материал фильтровали, споласкивали насыщенным водным раствором карбоната натрия, водой и затем этанолом, а затем высушивали при 80°С в течение 2 ч. Частицы затем погружали в насыщенный водный раствор CoCl2 (100 мл). После фильтрования и споласкивания водой и этанолом частицы высушивали при 80°C в течение 2 ч. Свойства различных носителей CPG показаны в Табл. 1.
Таблица 1 | |||
Хелатируемый носитель CPG | Пористость 1 (Е) | Аминодериватизация 3 (мкмоль/г) |
Загрузка кобальтом
(II) 4 (мкмоль/г) |
LCAA CPG (Co2+) | 533 | 166 | 2,8 |
HybCPG VBC (Co2+) | 526 2 | 398 | 18,7 |
HybCPG copo (Co2+) | 590 2 | 360 | 25,5 |
1 Измерено с помощью ртутной порометрии. 2 Измерено перед покрытием поперечно-сшитым полимером; доступный диаметр пор HybCPG уменьшен на 160-200 Е после покрытия. 3 Содержание азота перед изготовлением связанного с ферментом CPG согласно Схеме 1. 4 Элементный анализ хелатирующего CPG без связанного фермента. |
Носители, содержащие Fe3+ в качестве хелатируемого иона металла, были изготовлены сходным образом с процедурой, описанной выше, но с использованием водного раствора FeCl3 вместо CoCl2.
Пример 2
Изготовление хелатирующих пористых полистиролового и полиметакрилатного носителей для иммобилизации и очистки меченых полигистидином ферментов
Отмытые (вода/этанол 1:1, 400 мл) и высушенные (вакуум 16 ч после фильтрования) аминофункционализованные пористые частицы из органического полимера (2 г) желаемого типа (см. ниже) были обработаны 2,4-дигидроксиацетофеноном (1,5 эквив. функционализованным аминогруппам на пластмассе) в метаноле (50 мл) при постоянном перемешивании в течение 60 мин. Образовавшийся имин восстанавливали последующим добавлением борогидрида натрия (4 эквив.) при постоянном перемешивании в течение 60 мин. Твердый материал фильтровали, споласкивали насыщенным водным раствором карбоната натрия, водой и этанолом, а затем высушивали под вакуумом при 25°С в течение 16 ч.
Частицы затем погружали в насыщенный водный раствор CoCl2 (100 мл). После фильтрования и споласкивания водой и этанолом частицы высушивали при 25°С в течение 16 ч. Свойства различных хелатирующих пористых пластмассовых носителей показаны в Табл. 2.
Таблица 2 | ||
Хелатируемый пористый пластмассовый носитель | Аминодериватизация (как указано производителем, мкмоль/г) | Загрузка кобальтом (II) (элементный анализ, мкмоль/г) |
Полистирол (Co2+) | 222 | 67 |
Полиметакрилат (Co2+) | 270 | 24 |
Пример 3
Иммобилизация меченых полигистидином ферментов на хелатирующих носителях
Супернатанты клеточной культуры, содержащие CalA или CalB, использовали без забуферивания. Клеточные лизаты ω-TA готовили ресуспендированием клеток в буфере HEPES (50 мМ, 500 мМ NaCl, pH 8,3). После добавления детергентов (BugBuster™ 10X, фирма Novagen) остатки клеток удаляли центрифугированием. Хелатирующий носитель CPG погружали в лизаты или супернатанты, после чего перемешивали на круговой качалке (150 об/мин). Образцы растворов, проанализированные по Брэдфорд в ходе иммобилизации, подтверждают завершение связывания и насыщения хелатирующего носителя CPG, когда концентрация белка начинает снижаться. Анализы активности также проводились на растворах после удаления носителя CPG фильтрованием. Иммобилизованные препараты затем споласкивались буфером (MOPS (50 мМ, pH 7,4) для CalA и CalB; HEPES (см. выше) -для ω-TA) и высушивались под вакуумом в течение 16 ч.
Экстракция иммобилизованного фермента из носителя на CPG была выполнена путем погружения частиц в буфер элюции (50 мМ фосфата натрия, 500 мМ имидазола, pH 7,5) и инкубации на круговой качалке в течение 20 мин. Присутствие и чистота экстрагированных ферментов были визуализированы с помощью SDS-PAGE; были видимы только полосы, соответствующие ферментам, помеченным His6.
Количественная оценка активного сайта ω-TA в растворителе была выполнена, как описано ранее (Cassimjee et al., ACS Catal. 2011, vol. 1, pp. 1051-1055). Количественная оценка активного сайта иммобилизованной ω-TA в растворителе была выполнена путем добавления ω-TA-CPG к 1-фениэтиламину (1 мМ, 1 мл, MTBE aw=0,6, 1 мМ пентадекана). Реакционную смесь перемешивали на круговой качалке (150 об/мин, 24 ч, 22°С). Водная активность растворителя устанавливалась парами гидратов солей (Na2HPO4,×2H2O/7H2O), но не контролировалась после добавления ω-TA-CPG или в ходе реакции. Степень превращения измеряли с помощью GC (образцы 200 мкл в EtOAc, 3 капли уксусного ангидрида и триэтиламина, 8 ч инкубации при 22°С) при пентадекане в качестве внутреннего стандарта.
Количественная оценка активного сайта иммобилизованной ω-TA в буфере была выполнена путем добавления ω-TA-CPG к 1-фенилэтиламину (1 мМ, 1 мл, 50 мМ HEPES, pH 7,0). Реакционную смесь перемешивали на круговой качалке (150 об/мин, 24 ч, 22°С). Образцы (400 мкл) были обработаны водным раствором NaOH (1%), экстрагировались DCM и анализировались с помощью GC после добавления пентадекана (1 мМ, EtOAc). Во всех случаях степень превращения сравнивали с контрольными реакциями с хелатирующим CPG (без связанного фермента).
Выход иммобилизации, т.е. количество активного фермента, удаленного из лизата против количества активного фермента, оставшегося на CPG после отмывки, составлял более чем 99%, основываясь на количественной оценке активного сайта. Результаты показаны в Табл. 3.
Таблица 3 | |||
Носитель CPG | Выход иммобилизации (% активного фермента в MTBE) | Загрузка, активные сайты на MTBE (% вес/вес) | Загрузка, активные сайты в буфере 1 (% вес/вес) |
LCAA CPG (Co2+) | >99% | 24 | 19 |
HybCPG VBC (Co2+) | >99% | 29 | 25 |
HybCPG copo (Co2+) | >99% | 21 | 13 |
1 PLP не добавлялся после иммобилизации. |
Иммобилизация меченых полигистидином ферментов (CalA и CalB) на хелатирующем пористом полистироловом и полиметакрилатном носителях была выполнена, как описано выше для носителей CPG.
Пример 4
Использование ω-TA-CPG в качестве катализаторов
ω-TA-CPG, приготовленные в Примере 3, были применены в качестве катализаторов в энантиоспецифическом трансаминировании фенокси-2-пропанона:
20 мг ω-TA-CPG были добавлены к 3 мл раствора MTBE (aw=0.6) с 100 мМ рацемического 1-фенилэтиламина и 50 мМ 2-феноксипропанона, и реакционную смесь инкубировали на круговой качалке (150 об/мин) при 50°C. Пентадекан (50 мМ) был использован в качестве внутреннего стандарта. Степень превращения и энантиомерную чистоту 1-фенилэтиламина отслеживали с помощью хиральной газовой хроматографии после взятия образцов (50 мкл) в зарегистрированные моменты времени; образцы были дериватизированы уксусным ангидридом и триэтиламином, как описано выше. Образование 1-феноксипропан-2-амина измеряли без дериватизации. Результаты показаны в Табл. 4.
Таблица 4 | ||
Фермент | Активность в MTBE 1 (мкмоль/мин/г CPG) | Активность в MTBE 1 (мкмоль/мин/г активного фермента) |
ω-TA-LCAA CPG (Co2+) | 0,38 | 1,58 |
ω-TA-HybCPG VBC (Co2+) | 0,70 | 2,41 |
ω-TA-HybCPG copo (Co2+) | 0,06 | 0,29 |
1 Исходная скорость реакции |
Пример 5
Использование иммобилизованных CalA и CalB в качестве катализаторов
CalA-CPGs, CalB-CPGs, CalB-полистирол и CalB-полиметакрилат, приготовленные по Примеру 3, были применены в качестве катализаторов в энантиоселективном ацилировании 1-фенилэтанола (кинетическое разделение):
Реакции кинетического разделения, катализируемый липазой были выполнены путем добавления иммобилизованного фермента (20 мг) к 3 мл раствора толуола (aw=0,1) с 10 мМ 1-фенилэтанола и 100 мМ винилбутирата, и смесь инкубировали на круговой качалке (200 об/мин) при 22°С (для CalA и CalB) или 50°С (для CalB Trp104Ala). Пентадекан (5 мМ) был использован как внутренний стандарт. Степень превращения и энантиомерная чистота 1-фенилэтанола и 1-фенилэтилбутирата были измерены с помощью хиральной GC путем взятия образцов (50 мкл) в регистрируемые моменты времени.
Следующие реакции были включены для сравнения:
- CalB иммобилизованный на Accurel®, пористый полипропиленовый порошок.
- CalB иммобилизованный на амино-HybCPG copo в немодифицированной форме (т.е., не обработанный по Примеру 1).
Иммобилизация CalB (и CalB Trp104Ala) на активированном этанолом Accurel® (Accurel MP1001, размер частиц <1000 мкм, фирма Membrana GmbH, Вупперталь, Германия) проводилась путем добавления пористого материала к концентрированному супернатанту в соотношении 50:1 к количеству фермента (содержание белка измеряли по способу Брэдфорд), после чего следовала инкубация в течение, по меньшей мере, восьми часов. Результаты показаны в Табл. 5.
Таблица 5 | ||||
Фермент | Насыпная плотность 1 (г/см 3 ) | E app |
Активность в толуоле
2
(мкмоль/
мин/г) |
Объемная активность в толуоле (мкмоль/
мин/см 3 ) |
CalB-LCAA CPG (Co2+) | 0,28 | >300 (R) | 0,83 | 0,23 |
CalB-HybCPG VBC (Co2+) | 0,23 | >300 (R) | 0,90 | 0,21 |
CalB-HybCPG copo (Co2+) | 0,245 | >300 (R) | 1,08 | 0,26 |
CalB-Accurel® | 0,10 | >300 (R) | 5,99 | <0,603 |
CalB Trp104Ala-LCAA CPG (Co2+) | 0,28 | n/a | n/d | n/d |
CalB Trp104Ala-HybCPG VBC (Co2+) | 0,23 | 1,3 (R) | 0,19 | 0,04 |
CalB Trp104Ala-HybCPG copo (Co2+) | 0,245 | 1,0 | 0,04 | 0,01 |
CalB Trp104Ala- Accurel® |
0,10 | 7,1 (R) | 0,23 | <0,023 |
CalB+Amino-HybCPG copo4 | 0,245 | >300 (R) | 0,36 | 0,083 |
CalA-LCAA CPG (Co2+) | 0,28 | 1,3 (R) | 16,18 | 4,53 |
CalB-polystyrene (Co2+) | n/d | >300 (R) | 0,068 | n/d |
CalB-polymethacrylate (Co2+) | n/d | >300 (R) | 0,174 | n/d |
1 Сухие носители перед связыванием фермента. 2 Исходная скорость потребления 1-фенилэтанола. 3 Не включая набухания, которое встречается при контакте с растворителем. 4 амино-HybCPG copo было использовано без модификации. |
Пример 6
Изготовление каскадного CPG с тремя различными ферментами (ʺBV-cascade-CPGʺ)
Клеточные лизаты 2,5-DKCMO, FRE и AlaDH были изготовлены путем ресуспендирования клеток в натрий-фосфатном буфере (50 мМ, 500 мМ NaCl, pH 7,5) и добавления BugBuster™ 10X. После центрифугирования и устранения клеточных остатков, хелатирующий Co2+ CPG-носитель был погружен в смесь равных объемов трех клеточных лизатов, после чего следовало перемешивание на круговой качалке (150 об/мин). Анализ образцов растворов по Брэдфорд в ходе иммобилизации подтвердил завершение связывания и насыщение носителя CPG, когда концентрация белка стала снижаться. Анализы активности были выполнены на растворах после удаления CPG путем фильтрования. Иммобилизованные препараты были затем сполоснуты натрий-фосфатным буфером (см. выше), а затем высушены под вакуумом в течение 16 ч.
Пример 7
Ферментативная каскадная реакция с использованием BV-cascade-CPG в качестве катализаторов
Каскадные CPG, приготовленные по Примеру 6, были применены в качестве катализаторов в окислении Байера-Виллигера (+)-камфоры:
65 мг BV-cascade-CPG были добавлены к реакционной смеси фосфатного буфера (100 мМ, pH 7,5) с 2,0 мМ (+)-камфоры, 5,0 мМ L-аланина, 0,3 мМ FMN и 0,5 мМ NADH с общим объемом жидкости 5,0 мл. Затем растворяли кислород (барботирование в течение 30 с), после чего герметизировали сосуд; смесь инкубировали на круговой качалке (150 об/мин) при 22°С. Образцы (500 мкл) экстрагировались в EtOAc с этилбензоатом в качестве внутреннего стандарта и анализировались GC. Степень превращения измеряли через 3 часа. Кислород добавляли через 24 часа и позволяли реакции продолжаться в течение дополнительных 3 часов, после чего степень превращения измеряли снова (27 ч).
Также была поведена сравнительная реакция со свободным (неиммобилизованным) 2,5-DKCMO, FRE и AlaDH (из клеточных лизатов). Пропорции и количества ферментов не измерялись. Результаты показаны в Табл. 6.
Таблица 6 | |||
Фермент | Степень превращения через 3 ч | Степень превращения через 24 ч | Степень превращения через 27 ч1 |
BV-cascade-LCAA CPG (Co2+) | <5% | <5% | <5% |
BV-cascade-HybCPG VBC (Co2+) | 63% | 63% | 88% |
2,5-DKCMO, FRE, AlaDH (Свободные, неиммобилизованные ферменты) | 65% | 65% | 65% |
1 С повторным добавлением кислорода через 24 часа |
Многофазные реакции выполняли путем добавления 1,0 г BV-cascade-CPG к реакционной смеси фосфатного буфера (100 мМ, pH 7,5) с 160 мМ L-аланина, 0,3 мМ FMN и 0,5 мМ NADH при общем объеме жидкости 5,0 мл. 5 мл циклогексана с (+)-камфорой (100 мМ) затем добавляли в качестве второй жидкой фазой. Герметизированный сосуд перемешивали на круговой качалке (100 об/мин) при 22°С при постоянном добавлении кислорода в водную фазу. Образцы (50 мкл) из органической фазы were брали в зарегистрированные моменты времени и анализировали с помощью GC после добавления этилбензоата (2,0 мМ в EtOAc) в качестве внутреннего стандарта. Степень превращения через 72 ч была измерена после экстракции всех компонентов с помощью EtOAc (20 мл).
Были также выполнены сравнительные реакции со свободными (неиммобилизованными) 2,5-DKCMO, FRE и AlaDH (из клеточных лизатов). Пропорции и количества ферментов не были измерены. Результаты показаны в Табл. 7.
Таблица 7 | |
Фермент | Степень превращения через 72 ч |
BV-cascade-LCAA CPG (Co2+) | <5% |
BV-cascade-HybCPG VBC (Co2+) | 56% |
2,5-DKCMO, FRE, AlaDH (свободные неиммобилизованные ферменты) | <5% |
Пример 8
Изготовление каскадного CPG с CalB и Pd-наночастиц («Pd-CalB-CPG»)
Амино-CPG (5 г) погружали в раствор Pd(TFA)2 (0,5 эквив. функциональных аминогрупп CPG) в воде (200 мл) и смесь непрерывно перемешивали в течение 10 мин. Затем добавляли NaBH4 (7 эквив.), и смесь перемешивали в течение дополнительных 30 мин. Затем добавляли 2,4-дигидроксиацетофенон (0,5 эквив.), после чего смесь перемешивали в течение 30 мин. Твердый материал отфильтровывали и тщательно споласкивали водой, а затем погружали в насыщенный водный раствор CoCl2 (100 мл). После фильтрования и отмывки водой твердый материал погружали в раствор меченного полигистидином CalB (очищенного или из супернатанта) и перемешивали в течение 30 мин. Иммобилизованный препарат затем фильтровали, споласкивали буфером (20 мМ MOPS, pH 7,4), а затем высушивали под вакуумом в течение 16 ч.
Пример 9
Каскадная реакция с использованием Pd-CalB-CPGs
Материал, изготовленный по Примеру 8, применяли в качестве катализатора в энантиоселективном ацилировании 1-фенилэтиламина (динамическое кинетическое разделение):
100 мг Pd-CalB-CPG погрузили в раствор 1,0 мл толуола, содержащий 20 мМ рацемического 1-фенилэтиламина и 100 мМ изопропилбутирата. Добавляли 1 мг NaBH4, и реакционный сосуд герметизировали. Систему инкубировали при 65°С при постоянном перемешивании на круговой качалке (100-800 об/мин) в течение 24-48 ч. Степень превращения и энантиомерную чистоту субстрата и продукта (например, (R)-N-(1-фенилэтил)бутирамид) измеряли хиральной GC взятием образцов в определенные моменты времени.
Продукт получали путем разделения фаз, встряхивания органической фазы с 1 N HCl (три раза), чтобы удалить остаточный донор ацила и амина, а затем снова экстракция отмывочных фаз с помощью EtOAc. Комбинированные органические фазы выпаривали под вакуумом с получением продукта, который далее очищали с помощью флэш-хроматографии.
Пример 10
A. Определение вымывания ионов металла
Чтобы определить количество ионов металла, которое вымывается с носителя при заданных условиях, носители, основанные на CPG и HybCPG и содержащие либо Co2+, либо Fe3+, подвергались продолжительной инкубации в водном буфере.
250 мг каждого из LCAA CPG, HybCPG VBC и HybCPG copo, со связанными [с ними] либо Co2+, либо Fe3+, подвергались инкубации в 3 мл водного буфера (HEPES 20 мМ, pH 7,0) в течение 72 ч на вращающемся столике при комнатной температуре.
Количество Co2+ измеряли путем смешивания одной части инкубируемого раствора с одной частью раствора NH4SCN (1,0 M), одной частью раствора HCl (6,0 M) и двумя частями ацетона. Эта процедура дает синее окрашивание, пропорциональное концентрации Co2+, которое количественно оценивали спектрофотометрией на [длине волны] 620 нм. Также тестировали контрольный образец, содержащий только буфер.
Количество Fe3+ измеряли путем смешивания одной части инкубируемого раствора с одной частью раствора NH4SCN (1,0 M) и одной частью раствора HCl (6,0 M). Эта процедура давала красное окрашивание, пропорциональное концентрации Fe3+, которое количественно оценивали с помощью спектрофотометрии на [длине волны] 480 нм. Также тестировали контрольный образец, содержащий только буфер.
После удаления одной половины растворов (1,5 мл) из инкубируемого материала носителей добавляли 1,5 мл 6,0 M раствора HCl, и материалы инкубировали на качалке в течение 1 ч; эта процедура эффективно десорбирует все связанные ионы металла. Одну часть этого инкубируемого раствора затем смешивали с одной частью раствора HCl (3 M) и одной частью раствора NH4SCN (1,0 M). В те образцы, в которых количественно оценивали Co2+, добавляли две части ацетона. Регистрировали поглощение на [длине волны] 620 нм для количественной оценки Co2+ и на [длине волны] 480 нм для количественной оценки Fe3+. Основываясь на измерениях поглощения, значения, соответствующие общему количеству ионов металла рассчитывали для тестируемых объемов в двух разных инкубациях (первая - при pH 7,0, а затем в 3,0 M HCl), и делалась поправка на удаленный объем (1,5 мл после первой инкубации). Фракция вымытых ионов металла при pH 7,0 могла быть таким образом оценена количественно. Результаты представлены в Табл. 8 ниже.
Таблица 8 | |
Носитель | Вымытые ионы металла через 72 ч при pH 7,0 (%) |
LCAA CPG (Co2+) | 16 |
HybCPG VBC (Co2+) | 14 |
HybCPG copo (Co2+) | 7,0 |
LCAA CPG (Fe3+) | 1,5 |
HybCPG VBC (Fe3+) | 0,36 |
HybCPG copo (Fe3+) | 0,61 |
Можно видеть, что связывание Fe3+ к материалу носителя CPG и HybCPG менее склонно к вымыванию, чем Co2+.
B. Определение вымывания фермента
Чтобы определить количество фермента, которое было диссоциировано с носителя при данных условиях, иммобилизованные препараты ω-TA на CPG или HybCPG были подвергнуты длительной инкубации в водном буфере.
12-16 мг каждого из ω-TA-LCAA CPG, ω-TA-HybCPG VBC и ω-TA-HybCPG copo, причем ферменты связаны с либо Co2+, либо Fe3+, инкубировались в 4 мл водного буфера (HEPES 100 мМ, pH 7,0) в течение 1 мин на круговой качалке. После этого времени никаких ферментов нельзя было детектировать в растворе. Это было измерено с помощью теста активности, в котором 1 мл раствора был использован после осаждения иммобилизованного материала. Препараты с оставшимися 3 мл инкубировались в течение 24 ч на круговой качалке, после чего некоторые препараты демонстрировали измеримые количества фермента в растворе.
Анализ активности был выполнен путем взятия 1 мл раствора, добавления 1 мл аналитической смеси (1-фенилэтиламин (10 мМ), пируват натрия (5 мМ) и PLP (1 мкМ), растворенные в том же буфере), и измерения изменения поглощения [на длине волны] 245 нм во времени в течение 5 мин. Также тестировали контрольную реакцию с чистым буфером. На этой длине волны образование ацетофенона - продукта реакции трансаминирования, может быть отслежено как увеличение поглощения при коэффициенте экстинкции 12 мМ-1см-1 (Schätzle et al., Anal. Chem. 2009, vol. 81, pp. 8244-8248). Поскольку кинетические константы известны (Cassimjee et al., Org. Biomol. Chem. 2012, vol. 10, pp. 5466-5470), количество вымытого фермента может быть рассчитано. Перед экспериментом по вымыванию количество связанного фермента в иммобилизованных препаратах было измерено по количественной оценке активности сайта. Количество вымытого через 24 ч для каждого материала показано в Табл. 9.
Таблица 9 | |
Материал | Вымытый фермент через 24 ч при рН 7,0 (%) |
ω-TA-LCAA CPG (Co2+) | 7,9 |
ω-TA-HybCPG VBC (Co2+) | 0,4 |
ω-TA-HybCPG copo (Co2+) | n/d |
ω-TA-LCAA CPG (Fe3+) | 3,4 |
ω-TA-HybCPG VBC (Fe3+) | n/d |
ω-TA-HybCPG copo (Fe3+) | n/d |
Значения показывают, что при протестированных условиях, Fe3+ в качестве хелатируемого иона металла дает меньшее вымывание фермента. HybCPG copo в качестве носителя не приводил к обнаружимому вымыванию фермента при выбранных условиях либо с Co2+, либо с Fe3+ в качестве хелатируемого иона металла. LCAA CPG, которое имело стеклянную поверхность, давало наивысшее количество вымытого фермента. Это может быть результатом неспецифического связывания фермента со стеклянной поверхностью.
Пример 11
Очистка меченой полигистидином ω-TA с помощью HybCPG copo (Co
2+
)
Клеточный лизат (5,0 мл) из осажденной индуцированной IPTG 24 часовой культуры ω-TA в 100 мл среды Лурия-Бертани с добавлением 50 мкг/мл канамицина был приготовлен с использованием BugBuster™. Был добавлен избыток кофермента (PLP), и раствор инкубировали при 37°С в течение 1 ч. Избыток PLP (не связанного ферментом) был затем устранен заменой буфера с помощью колонки PD10 (два прохода) на HEPES-буфер (50 мМ, 500 мМ NaCl, pH 8,2 (Буфер 1)), что дало 7,0 мл раствора, содержащего голофермент, являющийся целью, нативные белки и другие загрязнения.
Колонку заполняли 204 мг HybCPG copo (Co2+), содержащего 26 мкмоль/г Co2+. Материал был предварительно смочен добавлением 7,0 мл Буфера 1, и элюат удаляли.
Активный голофермент измеряли спектрофотометрически при [длине волны] 395 нм, ε=8,1 мМ-1см-1 (Cassimjee et al., ACS Catal. 2011, vol. 1, pp. 1051-1055). После измерения поглощения лизат добавляли на колонку, и собирали элюат. Разность поглощения лизата на этой длине волны перед и после прохождения через колонку до величины измеряли до величины 0,62 (все измерения проводили при длине пути в 1,0 см). Это соответствует 29 мг фермента, связанного теперь с носителем HybCPG copo (Co2+) в колонке.
Затем колонку отмывали 7,0 мл Буфера 1. В собранном элюате поглощение измеряли до достижения 0,11 при Буфере 1 для сравнения. Это соответствует 5 мг фермента, который был отмыт с колонки, предположительно вследствие неспецифического связывания или несвязанности фермента, оставляя 24 мг связанного фермента в колонке.
Диссоциация связанного фермента в колонке выполнялась внесением 5,0 мл Tris-буфера (50 мМ, 500 мМ имидазола, pH 7,5 (Буфер 2)). Элюат собирали, и снова добавляли избыток кофермента. Как описано выше, избыток PLP был удален заменой буфера с использованием колонки PD10 на Буфер 1, что дало общий объем в 7,0 мл раствора с растворенным голоферментом. Поглощение измеряли до 0,465. Это соответствует 22 мг очищенного фермента, или выходу 92%. Раствор выглядел значительно очищенным от загрязняющих белков клетки-хозяина, что также было подтверждено с помощью SDS-PAGE.
Claims (36)
1. Иммобилизованный белковый материал, содержащий носитель и по меньшей мере один белок, иммобилизованный на носителе, причем носитель содержит материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, где указанный материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG) и
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG);
и где по меньшей мере один белок содержит аффинный маркер и иммобилизован на носителе специфическим аффинным связыванием с аффинным матриксом, где аффинный маркер представляет собой полигистидиновую метку и где аффинный матрикс содержит хелатируемый ион металла.
2. Иммобилизованный белковый материал по п. 1, где материал носителя представляет собой стекло с контролируемой пористостью (CPG).
3. Иммобилизованный белковый материал по п. 1, где материал носителя представляет собой гибридное стекло с контролируемой пористостью (Hybrid CPG).
4. Иммобилизованный белковый материал по п. 1, где хелатируемый ион металла представляет собой Co2+.
5. Иммобилизованный белковый материал по п. 1, где хелатируемый ион металла представляет собой Fe3+.
6. Иммобилизованный белковый материал по п. 1, где, по меньшей мере, один из белков представляет собой фермент.
7. Иммобилизованный белковый материал по п. 6, содержащий два или более иммобилизованных фермента.
8. Иммобилизованный белковый материал по п. 6, дополнительно содержащий металлические наночастицы.
9. Иммобилизованный белковый материал по п. 8, где указанные металлические наночастицы представляют собой наночастицы металла переходного ряда.
10. Иммобилизованный белковый материал по п. 8, где металлические наночастицы выбраны из группы, состоящей из наночастиц кобальта, никеля и палладия.
11. Применение носителя, содержащего материал носителя, к которому присоединен аффинный матрикс, где указанный материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG) и
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG); для иммобилизации белков,
где белки иммобилизованы на носителе специфическим аффинным связыванием с аффинным матриксом и где аффинный матрикс содержит хелатируемый ион металла, способный связывать меченный полигистидином белок.
12. Применение по п. 11, где материал носителя представляет собой стекло с контролируемой пористостью (CPG).
13. Применение по п. 11, где материал носителя представляет собой гибридное стекло с контролируемой пористостью (Hybrid CPG).
14. Применение по п. 11, где хелатируемый ион металла представляет собой Co2+.
15. Применение по п. 11, где хелатируемый ион металла представляет собой Fe3+.
16. Способ изготовления иммобилизованного белкового материала, где указанный способ включает:
i) предоставление материала носителя, содержащего аминогруппы, где указанный материал носителя выбран из группы, состоящей из:
(a) стекла с контролируемой пористостью (CPG) и
(b) гибридного стекла с контролируемой пористостью (Hybrid CPG);
ii) реакцию материала носителя с 2,4-дигидроксиацетофеноном, чем осуществляется связывание дигидроксифенильной группы с материалом носителя;
iii) образование хелатного комплекса между дигидроксифенильной группой и ионом металла, способного связывать меченный полигистидином белок; и
iv) связывание меченного полигистидином фермента с материалом носителя, содержащим упомянутый ион металла.
17. Иммобилизованный белковый материал, который получен способом по п. 16.
18. Способ по п. 16, дополнительно включающий связывание наночастицы металла переходного ряда с материалом носителя.
19. Иммобилизованный белковый материал, который получен способом по п. 18.
20. Применение иммобилизованного белкового материала по любому из пп. 6-10, 17 и 19 в качестве гетерогенного катализатора.
21. Применение иммобилизованного белкового материала по любому из пп. 7-10, 17 и 19 в качестве гетерогенного катализатора в многостадийной или каскадной реакции.
22. Способ катализа ферментативно катализируемой реакции, содержащий предоставление иммобилизованного белкового материала по любому из пп. 6-10 и 17 и приведение указанного иммобилизованного белкового материал в контакт с по меньшей мере одним субстратом, на котором фермент, который иммобилизован на указанном материале носителя, способен действовать.
23. Способ катализа ферментативно катализируемой многостадийной или каскадной реакции, содержащий предоставление иммобилизованного белкового материала по любому из пп. 7-10 и 17 и приведение указанного иммобилизованного белкового материала в контакт по меньшей мере с одним субстратом, на котором ферменты, которые иммобилизованы на указанном материале носителя, способны действовать.
24. Способ катализа комбинированной ферментативно катализируемой и катализируемой металлом переходного ряда реакции, содержащий предоставление иммобилизованного белкового материала по любому из пп. 8-10 и 19 и приведение указанного иммобилизованного белкового материала в контакт по меньшей мере с одним субстратом, на котором фермент и металл переходного ряда, которые иммобилизованы на указанном материале носителя, способны действовать.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1450105-0 | 2014-01-31 | ||
SE1450105 | 2014-01-31 | ||
SE1450822 | 2014-07-02 | ||
SE1450822-0 | 2014-07-02 | ||
PCT/SE2015/050108 WO2015115993A1 (en) | 2014-01-31 | 2015-01-30 | Immobilized proteins and use thereof |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016134892A RU2016134892A (ru) | 2018-03-12 |
RU2016134892A3 RU2016134892A3 (ru) | 2018-09-26 |
RU2684619C2 true RU2684619C2 (ru) | 2019-04-10 |
Family
ID=52649088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016134892A RU2684619C2 (ru) | 2014-01-31 | 2015-01-30 | Иммобилизованный белковый материал и его применение и использование в качестве гетерогенных катализаторов |
Country Status (17)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US10793848B2 (ru) |
EP (3) | EP3910337B1 (ru) |
JP (2) | JP6534161B2 (ru) |
KR (2) | KR102465626B1 (ru) |
CN (2) | CN105940104B (ru) |
AU (1) | AU2015211437B2 (ru) |
BR (1) | BR112016017398B1 (ru) |
CA (2) | CA2936690C (ru) |
CL (1) | CL2016001921A1 (ru) |
DK (3) | DK3910337T3 (ru) |
ES (3) | ES2756601T3 (ru) |
FI (1) | FI3910337T3 (ru) |
MX (2) | MX2016009805A (ru) |
PL (3) | PL3910337T3 (ru) |
RU (1) | RU2684619C2 (ru) |
WO (1) | WO2015115993A1 (ru) |
ZA (1) | ZA201605760B (ru) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017151104A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Enzymatic sample purification |
CN109022413A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-18 | 暨南大学 | 一种单胺氧化酶a微反应器及其制备方法和应用 |
CN114599786A (zh) * | 2019-07-17 | 2022-06-07 | 博努莫斯股份有限公司 | 用于生产己糖的固定化酶组合物 |
CN111647561B (zh) * | 2020-05-28 | 2022-12-20 | 大连理工大学 | 纳米抗体在细胞特异性捕获和细胞释放中的应用 |
GB202009513D0 (en) * | 2020-06-22 | 2020-08-05 | Univ Of Stellenbosch | An enzyme-polymer matrix |
CN113061158A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-02 | 南京工业大学 | 一种利用二价金属离子与组氨酸标签纯化并固定化蛋白的方法及其应用 |
CN113122445A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-16 | 南京普瑞特生物科技有限公司 | 固定化酶法拆分制备光学纯1-(1-萘基)乙胺的设备及使用方法 |
GB2614570A (en) | 2022-01-10 | 2023-07-12 | Uab Biomatter Designs | C-nucleoside monophosphate synthesis |
WO2023227795A1 (en) | 2022-05-27 | 2023-11-30 | Enginzyme Ab | Biocatalysts for organic synthesis |
WO2023229519A1 (en) | 2022-05-27 | 2023-11-30 | Bunge Sa | Batch process for enzymatic modification of lipids |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4632904A (en) * | 1983-12-27 | 1986-12-30 | Ciba Corning Diagnostics Corp. | Immobilized enzyme composites having carriers derivatized with an organotitanate |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56115727A (en) * | 1980-02-19 | 1981-09-11 | Kuraray Co Ltd | Carrier for immobilizing physiologically active substance |
US5610274A (en) | 1991-11-20 | 1997-03-11 | Cpg, Inc. | Production and use of magnetic porous inorganic materials |
US6087452A (en) * | 1998-06-02 | 2000-07-11 | University Of Utah | Metal-chelating surfacant |
KR100506646B1 (ko) | 2002-07-22 | 2005-08-03 | 현대모비스 주식회사 | 차량 라디에이터 상부 마운팅 구조 |
US20040115777A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-06-17 | Syngenta Participations Ag | Identification of protein interactions using in vivo post-translationally modified fusion proteins |
EP2170776B1 (en) * | 2007-06-28 | 2018-11-07 | Prime Synthesis, Inc. | Method for preparing a polymer-coated controlled porosity glass particle |
EP2023140A1 (en) | 2007-08-08 | 2009-02-11 | FUJIFILM Corporation | Biosensor chip |
JP2010190891A (ja) | 2009-01-22 | 2010-09-02 | Fujifilm Corp | 担体およびその製造方法並びに抽出操作器具 |
CN102260662B (zh) | 2010-05-24 | 2017-04-05 | 中国科学院过程工程研究所 | 用于固定化酶的载体及其用途和固定有酶的载体 |
SG10201701224UA (en) * | 2012-03-12 | 2017-04-27 | Merck Patent Gmbh | Removal of protein aggregates from biopharmaceutical preparations in a flowthrough mode |
CN102998444B (zh) | 2012-07-15 | 2014-08-06 | 潍坊医学院 | IgG抗体在聚苯乙烯载体表面的立体定向固定方法 |
-
2015
- 2015-01-30 DK DK21184595.3T patent/DK3910337T3/da active
- 2015-01-30 CA CA2936690A patent/CA2936690C/en active Active
- 2015-01-30 CN CN201580005764.2A patent/CN105940104B/zh active Active
- 2015-01-30 ES ES15709372T patent/ES2756601T3/es active Active
- 2015-01-30 FI FIEP21184595.3T patent/FI3910337T3/fi active
- 2015-01-30 MX MX2016009805A patent/MX2016009805A/es unknown
- 2015-01-30 DK DK15709372T patent/DK3100050T3/da active
- 2015-01-30 BR BR112016017398-8A patent/BR112016017398B1/pt active IP Right Grant
- 2015-01-30 ES ES21184595T patent/ES2958266T3/es active Active
- 2015-01-30 JP JP2016549481A patent/JP6534161B2/ja active Active
- 2015-01-30 CA CA3205514A patent/CA3205514A1/en active Pending
- 2015-01-30 EP EP21184595.3A patent/EP3910337B1/en active Active
- 2015-01-30 US US15/112,206 patent/US10793848B2/en active Active
- 2015-01-30 KR KR1020227021766A patent/KR102465626B1/ko active IP Right Grant
- 2015-01-30 ES ES19192953T patent/ES2892319T3/es active Active
- 2015-01-30 KR KR1020167023700A patent/KR102414887B1/ko active IP Right Grant
- 2015-01-30 PL PL21184595.3T patent/PL3910337T3/pl unknown
- 2015-01-30 WO PCT/SE2015/050108 patent/WO2015115993A1/en active Application Filing
- 2015-01-30 DK DK19192953.8T patent/DK3605100T3/da active
- 2015-01-30 PL PL15709372T patent/PL3100050T3/pl unknown
- 2015-01-30 AU AU2015211437A patent/AU2015211437B2/en active Active
- 2015-01-30 RU RU2016134892A patent/RU2684619C2/ru active
- 2015-01-30 CN CN201911330175.8A patent/CN110951720B/zh active Active
- 2015-01-30 EP EP19192953.8A patent/EP3605100B1/en active Active
- 2015-01-30 PL PL19192953T patent/PL3605100T3/pl unknown
- 2015-01-30 EP EP15709372.5A patent/EP3100050B1/en active Active
-
2016
- 2016-07-27 MX MX2022001420A patent/MX2022001420A/es unknown
- 2016-07-28 CL CL2016001921A patent/CL2016001921A1/es unknown
- 2016-08-18 ZA ZA201605760A patent/ZA201605760B/en unknown
-
2019
- 2019-04-15 US US16/383,935 patent/US20190241884A1/en not_active Abandoned
- 2019-05-21 JP JP2019095107A patent/JP6908653B2/ja active Active
-
2021
- 2021-01-19 US US17/152,074 patent/US20210139881A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4632904A (en) * | 1983-12-27 | 1986-12-30 | Ciba Corning Diagnostics Corp. | Immobilized enzyme composites having carriers derivatized with an organotitanate |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
CASSIMJEE K.E., et al., Silica-immobilized His6-tagged enzyme: alanine racemase in hydrophobic solvent.Biotechnol Bioeng. 2008 Feb 15;99(3):712-6. * |
CASSIMJEE K.E., et al., Silica-immobilized His6-tagged enzyme: alanine racemase in hydrophobic solvent.Biotechnol Bioeng. 2008 Feb 15;99(3):712-6. ENGSTROM K., et al., Co-immobilization of an enzyme and a metal into the compartments of mesoporous silica for cooperative tandem catalysis: an artificial metalloenzyme.Angew Chem Int Ed Engl. 2013 Dec 23;52(52):14006-10. doi: 10.1002/anie.201306487. Epub 2013 Nov 12. FANG SM., et al., Immobilized enzyme reactors in HPLC and its application in inhibitor screening: A review.J Pharm Anal. 2012 Apr;2(2):83-89. doi: 10.1016/j.jpha.2011.12.002. Epub 2011 Dec 29. ROTHSTEIN DM., et al., Solid-Phase Supports for Oligo Synthesis.Genetic Engineering & Biotechnology News. Columns.May 01, 2012 (Vol. 32, No. 9), найдено в интернет 25.09.2018, https://www.genengnews.com/gen-articles/solid-phase-supports-for-oligo-synthesis/4096/. KIMPLE ME., et al., Overview of affinity tags for protein purification.Curr Protoc Protein Sci. 2013 Sep 24;73:Unit 9.9. doi: 1 * |
ENGSTROM K., et al., Co-immobilization of an enzyme and a metal into the compartments of mesoporous silica for cooperative tandem catalysis: an artificial metalloenzyme.Angew Chem Int Ed Engl. 2013 Dec 23;52(52):14006-10. doi: 10.1002/anie.201306487. Epub 2013 Nov 12. . * |
FANG SM., et al., Immobilized enzyme reactors in HPLC and its application in inhibitor screening: A review.J Pharm Anal. 2012 Apr;2(2):83-89. doi: 10.1016/j.jpha.2011.12.002. Epub 2011 Dec 29. * |
KIMPLE ME., et al., Overview of affinity tags for protein purification.Curr Protoc Protein Sci. 2013 Sep 24;73:Unit 9.9. doi: 10.1002/0471140864.ps0909s73 * |
ROTHSTEIN DM., et al., Solid-Phase Supports for Oligo Synthesis.Genetic Engineering & Biotechnology News. Columns.May 01, 2012 (Vol. 32, No. 9), найдено в интернет 25.09.2018, https://www.genengnews.com/gen-articles/solid-phase-supports-for-oligo-synthesis/4096/. * |
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2684619C2 (ru) | Иммобилизованный белковый материал и его применение и использование в качестве гетерогенных катализаторов | |
Brena et al. | Immobilization of enzymes: a literature survey | |
Cassimjee et al. | A general protein purification and immobilization method on controlled porosity glass: Biocatalytic applications | |
Brena et al. | Immobilization of enzymes: a literature survey | |
T. sriwong et al. | Recent advances in enzyme immobilization utilizing nanotechnology for biocatalysis | |
Quaglia et al. | His-tagged horse liver alcohol dehydrogenase: immobilization and application in the bio-based enantioselective synthesis of (S)-arylpropanols | |
Alsafadi et al. | Covalent immobilization of alcohol dehydrogenase (ADH2) from Haloferax volcanii: how to maximize activity and optimize performance of halophilic enzymes | |
Erdemir et al. | Catalytic effect of calix [n] arene based sol–gel encapsulated or covalent immobilized lipases on enantioselective hydrolysis of (R/S)-naproxen methyl ester | |
Mao et al. | Flow‐through enzymatic reactors using polymer monoliths: from motivation to application | |
Khanam et al. | Recent advances in immobilized ω-transaminase for chiral amine synthesis | |
Basso et al. | Optimization of metal affinity ketoreductase immobilization for application in batch and flow processes | |
Sánta-Bell et al. | Immobilization of Phenylalanine Ammonia-lyase via EDTA Based Metal Chelate Complexes–Optimization and Prospects | |
Peper et al. | Immobilization and characterization of benzoylformate decarboxylase from Pseudomonas putida on spherical silica carrier | |
Kurjatschij et al. | Production and properties of threonine aldolase immobilisates | |
Peng et al. | Resin adsorption application for product separation and catalyst recycling in coupled enzymatic catalysis to produce 1, 3‐propanediol and dihydroxyacetone for repeated batch | |
Tang et al. | Control of the activity and enantioselectivity in biocatalyzed procedures: immobilization, medium engineering, and protein engineering | |
RU2650668C1 (ru) | Способ получения гетерогенного биокатализатора на основе липазы дрожжей Candida antarctica фракции В | |
Päiviö | Lipase and omega-transaminase catalysis in preparation of alcohol and amine enantiomers |