RU2693660C1 - METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE - Google Patents

METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE Download PDF

Info

Publication number
RU2693660C1
RU2693660C1 RU2018103832A RU2018103832A RU2693660C1 RU 2693660 C1 RU2693660 C1 RU 2693660C1 RU 2018103832 A RU2018103832 A RU 2018103832A RU 2018103832 A RU2018103832 A RU 2018103832A RU 2693660 C1 RU2693660 C1 RU 2693660C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strh
chromatography
glcnacase
target protein
carried out
Prior art date
Application number
RU2018103832A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Ершов
Ольга Анатольевна Ершова
Вячеслав Сергеевич Леонов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Международный Биотехнологический Центр "Генериум"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Международный Биотехнологический Центр "Генериум" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Международный Биотехнологический Центр "Генериум"
Priority to RU2018103832A priority Critical patent/RU2693660C1/en
Priority to PCT/RU2019/000045 priority patent/WO2019151901A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2693660C1 publication Critical patent/RU2693660C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/32Bonded phase chromatography
    • B01D15/325Reversed phase
    • B01D15/327Reversed phase with hydrophobic interaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/34Size selective separation, e.g. size exclusion chromatography, gel filtration, permeation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/36Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving ionic interaction
    • B01D15/361Ion-exchange
    • B01D15/363Anion-exchange
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/38Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving specific interaction not covered by one or more of groups B01D15/265 - B01D15/36
    • B01D15/3804Affinity chromatography
    • B01D15/3828Ligand exchange chromatography, e.g. complexation, chelation or metal interaction chromatography
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/16Extraction; Separation; Purification by chromatography

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnologies.
SUBSTANCE: invention relates to the biotechnology. Disclosed is an industrial method of producing a biologically active preparation of recombinant exo-beta-N-acetylglucosaminidase StrH (β-N-GlcNAcase StrH) produced in accordance with GMP rules. Method includes consecutive stages of metal chelate chromatography for sorption of target protein with hexahistidine tag; gel filtration in breakthrough mode to purify the target protein from contaminating impurities of cell proteins which are coelaxing with the target protein at all steps; anion-exchange chromatography on sorbent, optimized for capture and purification of proteins with high molecular weight; hydrophobic chromatography, where the contaminant impurities of hydrophobic proteins and bacterial endotoxins are purified.
EFFECT: method is suitable for use at the remodeling step in preparing the therapeutically functional preparations of glycoproteins with given properties, as well as for developing tools for high-sensitivity analysis of glycan chains of glycoproteins of plant tissues, animals and eukaryotic microorganisms.
9 cl, 8 dwg, 7 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способам получения и производства терапевтических препаратов, выделения и очистки рекомбинантных белков, в частности в получении высокоочищенного препарата рекомбинантной экзо-бета-N-ацетилглюкозаминидазы StrH (β-N-GlcNAcase StrH). Основными сферами применения полученной предлагаемым способом бактериальной β-N-GlcNAcase StrH является включение ее в технологический процесс получения ряда медицинских лекарственных препаратов (ЛС), а также биомедицинские исследования в области гликобиологии.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to methods for producing and producing therapeutic drugs, isolating and purifying recombinant proteins, in particular in obtaining a highly purified preparation of recombinant exo-beta-N-acetylglucosaminidase StrH (β-N-GlcNAcase StrH). The main applications obtained by the proposed method of bacterial β-N-GlcNAcase StrH is its inclusion in the technological process of obtaining a number of medical drugs (B), as well as biomedical research in the field of glycobiology.

Изобретение решает задачу создания способа получения больших количеств высокоочищенной ферментативно активной рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH, пригодной для использования на стадии ремоделирования для получения терапевтически функциональных препаратов гликопротеинов с заданными свойствами, для разработки инструментов для высокочувствительного анализа гликановых цепей гликопротеинов тканей растений, животных и эукариотических микроорганизмов. Изобретение относится также к способу получения препарата рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH, имеющего более высокую степень чистоты по сравнению с коммерческими препаратами, гомогенного по целевому продукту, с более низким содержанием эндотоксинов и ДНК продуцента в сравнении с коммерческими препаратами.The invention solves the problem of creating a method for producing large amounts of highly purified enzymatically active recombinant β-N-GlcNAcase StrH, suitable for use at the remodeling stage to produce therapeutically functional glycoprotein preparations with desired properties, to develop tools for highly sensitive analysis of glycan chains of plant, animal and eukaryotic tissue glycoproteins microorganisms. The invention also relates to a method for producing a recombinant β-N-GlcNAcase StrH preparation having a higher degree of purity as compared to commercial preparations, homogeneous in the target product, with a lower content of endotoxins and producer DNA in comparison with commercial preparations.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1. Схема строения N-гликозилированного человеческого гликопротеина. Названия сахарных остатков расположены под соответствующими им символами. Линии - связи между сахарными остатками, числа наверху - специфичность связи. Стрелки - связи, которые потенциально расщепляются гликозидазами, обозначенными вверху схемы;FIG. 1. Scheme of the structure of N-glycosylated human glycoprotein. The names of the sugar residues are located under the corresponding symbols. Lines - connections between sugar residues, numbers above - specificity of connections. Arrows - links that are potentially broken down by glycosidases, indicated at the top of the scheme;

Фиг. 2. Субстратная специфичность β-N-GlcNAcase StrH. Данные для двух конструктов: 1 - соответствует полноразмерному StrH, 2 - каталитический домен GH20A. Сложность гликанов возрастает от (а) к (е). Активность на всех представленных субстратах наблюдается только для полноразмерного конструкта. Для GH20A наблюдается пониженная активность на субстрате (с) и ее отсутствие на субстратах (d) или (е).FIG. 2. Substrate specificity of the β-N-GlcNAcase StrH. Data for two constructs: 1 - corresponds to full-size StrH, 2 - catalytic domain GH20A. The complexity of glycans increases from (a) to (e). Activity on all presented substrates is observed only for a full-size construct. For GH20A, there is a reduced activity on the substrate (c) and its absence on the substrates (d) or (e).

Фиг. 3. Карта плазмиды рМТ1618 (экспрессионный вектор на основе pET15b для получения стрептококковой β-N-GlcNAcase StrH). Обозначения: Т7 promoter - промотор Т7 РНК-полимеразы; N-terminal His-tagged β-N-GlcNAcase StrH - ген белка His-тэгированного (N-конец) β-N-GlcNAcase StrH, составной частью которого являются последовательности 20 аминокислотных остатков, содержащих гексагистидиновый тэг, и 1117 аминокислотных остатков (без сигнального пептида, одного из двух G5 доменов и якорного пептида) β-N-GlcNAcase StrH Streptococcus pneumoniae; T7 terminator - терминатор T7 РНК-полимеразы; AmpR promoter - промотер гена устойчивости к ампициллину; AmpR - ген устойчивости к ампициллину; ori - ориджин репликации; lacI - ген лактозного репрессора; lacI promoter -промотор гена лактозного репрессора; NdeI - сайт узнавания эндонуклеазы рестрикции NdeI; BamHI - сайт узнавания эндонуклеазы рестрикции BamHIFIG. 3. Map of plasmid pMT1618 (expression vector based on pET15b for producing Streptococcal β-N-GlcNAcase StrH). Legend: T7 promoter - T7 RNA polymerase promoter; N-terminal His-tagged β-N-GlcNAcase StrH is a gene of the His-tagged protein (N-terminus) β-N-GlcNAcase StrH, consisting of sequences of 20 amino acid residues containing the hexahistidine tag, and 1117 amino acid residues (without signal peptide, one of two G5 domains, and an anchor peptide) Streptococcus pneumoniae β-N-GlcNAcase StrH; T7 terminator - T7 RNA polymerase terminator; AmpR promoter - promoter of ampicillin resistance gene; AmpR - ampicillin resistance gene; ori - origin of replication; lacI - lactose repressor gene; lacI promoter - lactose repressor gene promoter; NdeI - restriction endonuclease recognition site NdeI; BamHI - BamHI restriction endonuclease recognition site

Фиг. 4. Динамика накопления биомассы при культивировании штамма-продуцента E. coli ВКПМ В-12747 в объеме 15 л. По оси абсцисс - часы культивирования, по оси ординат - накопление биомассы;FIG. 4. The dynamics of biomass accumulation during the cultivation of E. coli producer strain VKPM B-12747 in a volume of 15 liters. The abscissa axis is the cultivation hours, the ordinate is the accumulation of biomass;

Фиг. 5. Профиль элюции целевого белка β-N-GlcNAcase StrH - гель-фильтрация на Superdex 200.FIG. 5. Elution profile of the target protein β-N-GlcNAcase StrH - gel filtration on Superdex 200.

Фиг. 6. Результат выделения β-N-GlcNAcase StrH. Анализ электрофорезом в ПААГ. Сравнение коммерческого препарата и полученного препарата рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH. Дорожка 1 - маркеры молекулярной массы Thermo Scientific; Дорожка 2 - рекомбинантная коммерческая β-N-ацетилглюкозаминидаза; Дорожка 3 - Очищенный препарат рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH.FIG. 6. The result of the selection of β-N-GlcNAcase StrH. Analysis by electrophoresis in PAG. Comparison of the commercial drug and the resulting recombinant drug β-N-GlcNAcase StrH. Lane 1 — Thermo Scientific molecular weight markers; Lane 2 - recombinant commercial β-N-acetylglucosaminidase; Lane 3 - Purified recombinant β-N-GlcNAcase StrH preparation.

Фиг. 7. Результат анализа ГФ ВЭЖХ. Промышленная серия β-N-GlcNAcase StrH.FIG. 7. The result of the analysis of GF HPLC. Industrial Series β-N-GlcNAcase StrH.

Фиг. 8. Результат анализа ГФ ВЭЖХ. Сравнение коммерческого препарата и препарата рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH с повышенной хроматографической чистотой.FIG. 8. The result of the analysis of GF HPLC. Comparison of a commercial preparation and a recombinant β-N-GlcNAcase StrH preparation with enhanced chromatographic purity.

Отсутствие отечественных коммерчески доступных препаратов рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH из Streptococcus pneumoniae, экспрессированных в E. coli, и чрезвычайно высокая стоимость препаратов у зарубежных производителей таких, как QA-Bio, Amsbio, ProZyme, Sigma делает коммерчески невыгодным использование этих препаратов при производстве лекарственных препаратов. Препараты данных фирм производятся не в соответствии со стандартами «Надлежащей производственной практики»/«Good Manufacturing Practice» (GMP) и предназначены только для аналитических исследований.The absence of domestic commercially available recombinant β-N-GlcNAcase StrH preparations from Streptococcus pneumoniae expressed in E. coli, and the extremely high cost of preparations from foreign manufacturers such as QA-Bio, Amsbio, ProZyme, Sigma makes commercially unprofitable to use these preparations in the production drugs. The preparations of these companies are not made in accordance with the standards of "Good Manufacturing Practice" / "Good Manufacturing Practice" (GMP) and are intended only for analytical studies.

Подробные характеристики β-N-GlcNAcase StrH, принадлежащей к большому семейству 20 гликозидаз - гидролаз, которые гидролизуют терминальный сахарный остаток с нередуцирующего конца олигосахаридов и углеводной цепи гликоконьюгатов, таких как гликопротеины и гликолипиды (Фиг. 1.), даны в публикациях Kobata Akira, Use of Endo- and Exoglycosidases for Structural Studies of Glycoconiugates, // Analytical biochemistry - 1979. - V.100. - P. 1-14; Intra J at al., Phylogenetics analyses multiple changes of substrate specificity the glycosil hydrolase 20 family, // BMC Evol. Biol. - 2008. - P. 8214;.Lowrie R. Glascow at al, Systematic Purification of Five Glycosidases from Streptococcus (Diplococcus) pneumoniae, // The Journal of Biological Chemistry - 1977. - V. 252. - N. 23. - Issue of December 10. - P. 8615-8623. Раскрыто большое количество экзо-ацетилглюкозаминидаз, выделенных из множества организмов, таких как бактерии, вирусы, растительные и животные ткани, которые широко используются, как инструмент анализа структуры и функций гликоконьюгатов, олигосахаридов, ассоциированных с гликопротеинами и клеточными мембранами, и пользуются большим спросом в гликобиологических исследованиях и промышленных процессах. Однако все они обладают разной субстрат- специфичностью и многие из описанных гликозидаз имеют ограниченное значение, так как активны только при низких рН, или только на низкомолекулярных субстратах, и, как правило, при производстве препаратов из природных источников существуют трудности с получением чистых препаратов. Обычно они загрязнены примесями других гликозидаз, протеаз, бактериальных эндотоксинов. Кроме того, ограниченное количество экзо-ацетилглюкозаминидаз, которые выделяются и производятся из природных источников, коммерчески доступно. Перечень представлен в Таблице 1. (4. US Patent 7094563 В2, Isolation and composition of novel glycosidases, // 2006.).Detailed characteristics of the β-N-GlcNAcase StrH, belonging to the large family of 20 glycosidase hydrolases, which hydrolyze the terminal sugar residue from the non-reducing end of oligosaccharides and the carbohydrate chain of glycoconjugates, such as glycoproteins and glycolipids (Fig. 1.), are given in Kob publications Use of Endo- and Exoglycosidases for Structural Studies of Glycoconiugates, // Analytical biochemistry - 1979. - V.100. - P. 1-14; Intra J at al., Phylogenetics analyzes for changes in glycosil hydrolase 20 family, // BMC Evol. Biol. - 2008. - P. 8214; .Lowrie R. Glascow at al, Systematic Purification of Five Glycosidases from Streptococcus (Diplococcus) pneumoniae, // The Journal of Biological Chemistry - 1977. - V. 252. - N. 23. - Issue of December 10. - p. 8615-8623. A large number of exo-acetylglucosaminidases isolated from a variety of organisms, such as bacteria, viruses, plant and animal tissues, which are widely used as a tool for analyzing the structure and functions of glycoconjugates, oligosaccharides associated with glycoproteins and cell membranes, and are in great demand for glycobiological research and industrial processes. However, they all have different substrate-specificity and many of the glycosidases described are of limited importance, as they are active only at low pH, or only on low molecular weight substrates, and, as a rule, there are difficulties in obtaining pure preparations from natural sources. They are usually contaminated with impurities of other glycosidases, proteases, and bacterial endotoxins. In addition, a limited number of exo-acetylglucosaminidases, which are isolated and produced from natural sources, are commercially available. The list is presented in Table 1. (4. US Patent 7094563 B2, Isolation and composition of novel glycosidases, // 2006.).

Figure 00000001
Figure 00000001

Впервые β-N-GlcNAcase StrH Diplococcus pneumonia, выделенная из природного источника, охарактеризована в публикации R. Colin Hughes at al., The Extracellular Glycosidases of Diplococcus pneumoniae. Purification and Properties of a β-N-Acetylglucosaminidase. Action on a Derivative of the α-Acid Glycoprotein of Human Plasma, // Biochemistry - 1964. - V. 3. - N. 10. - P. 1543-1548. Было выяснено, что β-N-GlcNAcase StrH активна и при нейтральной рН и на низко- и высокомолекулярных субстратах.For the first time β-N-GlcNAcase StrH Diplococcus pneumonia, isolated from a natural source, described in the publication R. Colin Hughes at al., The Extracellular Glycosidases of Diplococcus pneumoniae. Purification and Properties of β-N-Acetylglucosaminidase. Action on a Derivative of the α-Acid Glycoprotein of Human Plasma, // Biochemistry - 1964. - V. 3. - N. 10. - P. 1543-1548. It was found that the β-N-GlcNAcase StrH is active both at neutral pH and on low and high molecular weight substrates.

В публикации Valerie A. Clarke at al., Cloning and Expression of the β-N-Acetylglucosaminidase Gene from Streptococcus pneumoniae. Generation of truncated enzymes with modified aglycon specificity, // The Journal of Biological Chemistry - 1995. - V. 270. - N. 15. - P. 8805-8814), впервые идентифицирована структура гена β-N-GlcNAcase StrH из Streptococcus pneumoniae. Показано, что экспрессия почти полного ДНК-клона в Escherichia coli продуцировала функциональную и аутентичную β-N-GlcNAcase StrH, имеющую агликонспецифичность, идентичной ферменту дикого типа. Также было показано, что β-N-GlcNAcase StrH полностью гидролизует терминальные остатки GlcNAc из N-гликанов вне зависимости от того, какая ветвь в гликанах (1-3) или (1-6), (Фиг. 2.), (Samantha J. King at al., Deglycosylation of human glycoconjugates by the sequential activities of exoglycosidases expressed by Streptococcus pneumoniae, // Molecular Microbiology - 2005. - V. 59. - N. 3. - P. 961-974).In the publication Valerie A. Clarke at al., Cloning and Expression of the β-N-Acetylglucosaminidase Gene from Streptococcus pneumoniae. Generation of truncated enzymes with modified aglycon specificity, // The Journal of Biological Chemistry - 1995. - V. 270. - N. 15. - P. 8805-8814), the structure of the β-N-GlcNAcase StrH gene from Streptococcus pneumoniae was first identified . The expression of an almost complete DNA clone in Escherichia coli was shown to produce functional and authentic β-N-GlcNAcase StrH, which has aglycon specificity identical to that of the wild type. It was also shown that the β-N-GlcNAcase StrH completely hydrolyzes the terminal GlcNAc residues from N-glycans regardless of which branch in glycans (1-3) or (1-6), (Fig. 2.), (Samantha J. King at al., Deglycosylation of human glycoconjugates expressed by Streptococcus pneumoniae, // Molecular Microbiology - 2005. - V. 59. - N. 3. - P. 961-974).

Получение β-N-GlcNAcase StrH в Escherichia coli в виде гомологичного варианта фермента ранее проводилось в исследовательских целях и раскрыто в публикации Clarke V.A. At al. // Int. J. Biochrom. - 1994. - V. 1. - P. 151-158. Авторы получают β-N-GlcNAcase StrH в виде фьюжен - белка с глутатион - S-трансферазой с использованием аффинной хроматографии на Glutathione Sepharose и последующим расщеплением фьюжен-белка протеазой фактором Ха. Данный метод выделения имеет свои очевидные недостатки для получения фермента в промышленных масштабах:The production of β-N-GlcNAcase StrH in Escherichia coli as a homologous variant of the enzyme was previously carried out for research purposes and is disclosed in Clarke V.A. At al. // int. J. Biochrom. - 1994. - V. 1. - p. 151-158. The authors obtain a β-N-GlcNAcase StrH in the form of a fusion protein with glutathione S-transferase using affinity chromatography on Glutathione Sepharose and the subsequent cleavage of the fusion protein by a protease factor Xa. This isolation method has its obvious drawbacks for the production of an enzyme on an industrial scale:

1. На коммерчески доступный сорбент glutathione (γ-glutamylcysteinylglycine) Sepharose может повлиять γ-глутамилтранспептидаза, находящаяся в неочищенных клеточных лизатах. Следовательно, глутатионный сорбент имеет конечный срок службы и может быть регенерирован и повторно использован 4-20 раз, в отличие от, например, IMAC сорбентов, которые можно использовать практически бесконечно (Michelle Е. Kimple at al, Overview of Affinity Tags for Protein Purification, HHS Public Access Author manuscript, // Curr Protoc Protein Sci. - 2015 - V.73. - P. 1-26).1. The commercially available glutathione (γ-glutamylcysteinylglycine) Sepharose sorbent can be affected by γ-glutamyl transpeptidase, which is found in unpurified cell lysates. Consequently, the glutathione sorbent has a finite service life and can be regenerated and reused 4-20 times, unlike, for example, IMAC sorbents, which can be used almost infinitely (Michelle E. Kimple at al, HHS Public Access Author manuscript, // Curr Protoc Protein Sci. - 2015 - V.73. P. 1-26).

2. Шаперонин - 70 kDa E. coli (белок теплового шока) также адсорбируется на сорбент и коэлюируется с целевым GST-фьюжен белком.2. Chaperonin - 70 kDa E. coli (heat shock protein) is also adsorbed on the sorbent and co-eluted with the target GST-fusion protein.

3. Высокий уровень экспрессии фьюжен белка GST в Е. coli может привести к накоплению агрегированного белка в телах включения. Хроматография на Glutathione Sepharose зависит от правильного рефолдинга GST. Поэтому перед очисткой должен быть проведен рефолдинг, однако большой размер GST 26 кДа и его димеризация в растворе может повлиять на свойства фьюжен белка.3. High expression of GST fusion proteins in E. coli can lead to accumulation of aggregated protein in inclusion bodies. Chromatography on Glutathione Sepharose depends on proper GST refolding. Therefore, a refolding must be carried out before cleaning, however, the large size of GST of 26 kDa and its dimerization in solution may affect the properties of the fusion protein.

4. Высокая стоимость фактора Ха, дополнительная очистка от фактора Ха и продуктов гидролиза, а также дополнительный контроль наличия фактора Ха в готовом продукте значительно увеличивают себестоимость препарата.4. The high cost of factor Xa, additional purification of factor Xa and hydrolysis products, as well as additional control of the presence of factor Xa in the finished product significantly increase the cost of the drug.

Наиболее близким к заявленному изобретению можно считать способ очистки β-N-GlcNAcase StrH, раскрытый в работе Benjamin Pluvinage at al, Conformational Analysis of StrH, the Surface-Attached exo-β-d-N-Acetylglucosaminidase from Streptococcus pneumoniae, // Journal of Molecular Biology - 2013. - V. 425. - N. 23. - P. 334-349. Данный способ предполагает очистку гомологичного варианта фермента и его вариантов в виде фьюжен белка с полигистидиновой последовательностью, в аналитических количествах. Целевые белки очищали с помощью металлохелатной хроматографии на IMAC Sepharose с последующим гидролизом тромбином и анионообменной хроматографией на UNOsphere Q (Bio-Rad Laboratories), гельфильтрацией на Sephacryl S200(GE Biosciences) с последующим концентрированием ультрафильтрацией с использованием мембраны с отсечением 10 кДа. Данная схема очистки с использованием тромбина является неприемлемой для масштабного производства препарата в силу уже упоминаемых причин по гидролизу фактором Ха. Кроме того, авторы не сообщают об уровне содержания в препарате бактериальных эндотоксинов. Удаление бактериальных эндотоксинов является принципиальным и необходимым требованием, как с точки зрения российских, так и международных стандартов (ГФ XIII, Document Q AS/ 11.452 FINAL July 2012). Однако часто остается технически трудновыполнимой задачей, поэтому содержание бактериальных эндотоксинов в промежуточных продуктах, применяемых при производстве ЛС, является критическим параметром. При оценке качества таких промежуточных продуктов, как гликозидазы, помимо соответствия субстратной специфичности, активности, особо должны оцениваться такие потенциально опасные контаминанты, как бактериальные эндотоксины и клеточная ДНК, в том числе потенциально онкогенная, а также гомогенность препарата.The closest to the claimed invention can be considered the purification method β-N-GlcNAcase StrH, disclosed in Benjamin Pluvinage at al, Conformational Analysis of StrH, the Surface-Attached exo-β-dN-Acetylglucosaminidase from Streptococcus pneumoniae, // Journal of Molecular Biology - 2013. - V. 425. - N. 23. - P. 334-349. This method involves the purification of a homologous variant of the enzyme and its variants in the form of a fusion protein with a polyhistidine sequence, in analytical quantities. The target proteins were purified using metal-chelate chromatography on IMAC Sepharose, followed by hydrolysis with thrombin and anion-exchange chromatography on UNOsphere Q (Bio-Rad Laboratories), gel-filtered on Sephacryl S200 (GE Biosciences), followed by concentration by ultrafiltration using a 10 cm membrane using 10 cm. This purification scheme using thrombin is unacceptable for large-scale production of the drug due to the reasons already mentioned for hydrolysis by factor Xa. In addition, the authors do not report the level of bacterial endotoxins in the preparation. The removal of bacterial endotoxins is a fundamental and necessary requirement, both in terms of Russian and international standards (GF XIII, Document Q AS / 11.452 FINAL July 2012). However, it often remains technically difficult task, therefore, the content of bacterial endotoxins in intermediate products used in the manufacture of drugs is a critical parameter. When assessing the quality of such intermediate products as glycosidases, in addition to the correspondence of the substrate specificity and activity, such potentially dangerous contaminants as bacterial endotoxins and cellular DNA, including potentially oncogenic, as well as the homogeneity of the drug, should be specifically evaluated.

Для решения задачи получения высокоочищенной β-N-GlcNAcase StrH в промышленных объемах авторы изобретения предлагают новый способ получения рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH из Streptococcus pneumoniae, включающий синтез оптимизированной для трансляции в E. coli последовательности ДНК, кодирующий белок β-N-GlcNAcase StrH, нуклеотидная последовательность которого приведена в составе SEQ ID NO 1, конструирование экспрессионного плазмидного вектора, кодирующего химерный белок с N-концевой химеризацией, составленного пептидными последовательностями шести гистидинов, сайт узнавания тромбина а также 1117 аминокислотных остатков (без сигнального пептида, одного из двух G5 доменов и якорного пептида) β-N-GlcNAcase StrH из Streptococcus pneumoniae (аминокислотная последовательность представлена SEQ ID NO 2), получение рекомбинантного белка продукцией в E. coli, очистку белка из растворимой фракции клеточного лизата с помощью металлохелатной хроматографии на IMAC Sepharose, хроматографии в режиме проскока на Blue Sepharose FF, анионобменной хроматографии на Toyopearl Giga Cap Q-650М, хроматографии в режиме проскока на Butyl Capto, концентрирующей анионобменной хроматографию на Q Sepharose FF, с выходом высокоочищенного активного препарата pGlcNAcase StrH, пригодного для использования на производстве ЛС и гликобиологических исследований, не менее 0,04 г с литра бактериальной культуры.To solve the problem of obtaining highly purified β-N-GlcNAcase StrH in industrial volumes, the inventors propose a new method of obtaining recombinant β-N-GlcNAcase StrH from Streptococcus pneumoniae, including the synthesis of β-N-GlcNAcase protein optimized for translation into E. coli DNA StrH, the nucleotide sequence of which is shown in SEQ ID NO 1, constructs an expression plasmid vector encoding a chimeric protein with N-terminal chimerization, composed of six histidine peptide sequences, site recognized thrombin and 1117 amino acid residues (without signal peptide, one of two G5 domains and anchor peptide) β-N-GlcNAcase StrH from Streptococcus pneumoniae (amino acid sequence represented by SEQ ID NO 2), preparation of recombinant protein production in E. coli, purification protein from the soluble fraction of cell lysate using metal chelate chromatography on IMAC Sepharose, chromatography in skip mode on Blue Sepharose FF, anion-exchange chromatography on Toyopearl Giga Cap Q-650M, chromatography in skip mode on Butyl Capto, concentrating anion exchange chromatograph at Q Sepharose FF, with the release of the highly purified active drug pGlcNAcase StrH, suitable for use in the manufacture of drugs and glycobiological studies, not less than 0.04 g per liter of bacterial culture.

Для получения наиболее хроматографически гомогенного препарата (более 98% по результатам гель-фильтрационной ВЭЖХ), применяемого для точных гликобиологических исследований, в схему может быть дополнительно включено концентрирование ультрафильтрацией с использованием мембраны с отсечением 50 к Да и гель - фильтрация на Superdex 200.In order to obtain the most chromatographically homogeneous preparation (more than 98% by gel filtration HPLC) used for accurate glycobiological studies, concentration by ultrafiltration using a 50 kD membrane and gel filtration on Superdex 200 may be additionally included.

Основным техническим результатом изобретения является получение в промышленных масштабах высокоочищенного активного препарата β-N-GlcNAcase StrH, пригодного для использования на производстве ЛС и гликобиологических исследований.The main technical result of the invention is to obtain on an industrial scale highly purified active drug β-N-GlcNAcase StrH, suitable for use in the manufacture of drugs and glycobiological studies.

Для осуществления изобретения был создан штамм генно-инженерно-модифицированного микроорганизма E. coli ВКПМ В-12747: штамм получен трансформацией реципиентного штамма-хозяина BL21(DE3) плазмидами pLysS, несущей ген Т7 лизоцима, являющегося ингибитором Т7 РНК полимеразы, рМТ1618 (pET15b-STRH_STRPN), несущей ген белка β-N-GlcNAcase StrH, составной частью которого являются последовательности 20 аминокислотных остатков, содержащих гексагистидиновый тэг, сайт узнавания тромбина и 1117 аминокислотных остатков (без сигнального пептида, одного из двух G5 доменов и якорного пептида) β-N-GlcNAcase StrH (Фиг. 3.).For the invention was created a strain genetically modified microorganism E. coli VKPM B-12747: strain obtained by transformation of the recipient host strain BL21 (DE3) Plasmids pLysS, carrying the T7 lysozyme gene, an inhibitor of T7 RNA polymerase, rMT1618 (pET15b-STRH_STRPN ), carrying the β-N-GlcNAcase StrH protein gene, which consists of sequences of 20 amino acid residues containing a hexahistidine tag, a thrombin recognition site and 1117 amino acid residues (without a signal peptide, one of two G5 domains and an anchor peptide Teed) β-N-GlcNAcase StrH (Fig. 3.).

Рефолдинг продукта не требуется, так как он синтезируется в бактериальной цитоплазме преимущественно в растворенном состоянии при культивировании E. coli ВКПМ В-12747 с уровнем биосинтеза вариантов целевого белка не менее 40 мг/л культуральной жидкости.Product refolding is not required, since it is synthesized in the bacterial cytoplasm mainly in a dissolved state during the cultivation of E. coli VKPM B-12747 with a level of biosynthesis of variants of the target protein of at least 40 mg / l of culture fluid.

Высокоэффективное извлечение целевого белка β-N-GlcNAcase StrH из клеток достигается в результате процедуры лизиса бактериальных клеток с использованием гомогенизатора высокого давления.Highly efficient extraction of the target protein β-N-GlcNAcase StrH from cells is achieved by the procedure of lysis of bacterial cells using a high-pressure homogenizer.

Получение активного, хроматографически гомогенного с низким содержанием бактериальных эндотоксинов и ДНК хозяина препарата β-N-GlcNAcase StrH достигается благодаря схеме хроматографической очистки, включающей в себя: металлохелатную хроматографию на IMAC Sepharose 6 F F, хроматографию в режиме проскока на Blue Sepharose FF, анионобменную хроматографию на Toyopearl Giga Cap Q-650М, хроматографию в режиме проскока на Butyl Capto, концентрирующую анионобменную хроматографию на Q Sepharose FF. Для получения наиболее хроматографически гомогенного препарата в схему может быть дополнительно включено концентрирование ультрафильтрацией с использованием мембраны с отсечением 50 к Да и гель-фильтрация на Superdex 200.Obtaining active, chromatographically homogeneous with a low content of bacterial endotoxins and host DNA of the drug β-N-GlcNAcase StrH is achieved through chromatographic purification scheme, including: metal chelate chromatography on IMAC Sepharose 6 FF, chromatography in the overshoot mode on Blue Sepharose FF, anion exchange chromatography on Toyopearl Giga Cap Q-650M, slippage chromatography on Butyl Capto, concentrating anion exchange chromatography on Q Sepharose FF. To obtain the most chromatographically homogeneous preparation, concentration by ultrafiltration using a membrane with a cut-off of 50 K and gel filtration on Superdex 200 can be additionally included.

Введение в схему очистки стадии хроматографии на Blue Sepharose в режиме проскока позволяет значительно очистить целевой белок от контаминирующих примесей клеточных белков, коэлюирующихся с целевым белком на всех стадиях.Introduction to the purification scheme of the stage of chromatography on Blue Sepharose in the overshoot mode allows to significantly purify the target protein from contaminating impurities of cellular proteins that co-elute with the target protein at all stages.

Применение TOYOPEARL GigaCap Q-650M, высокомолекулярного анионообменного сорбента с высоким разрешением, оптимизированным для захвата и очистки белков с большим молекулярным весом. Подобраны условия посадки и съема целевого белка, позволяющие максимально очистить целевой белок от контаминирующих примесей клеточных белков и липополисахаридов. Кроме того, способ отличается от ранее известных также применением хроматографии на Butyl Capto в режиме проскока, позволяющей удалить контаминирующие примеси гидрофобных белков и липополисахаридов.Application of TOYOPEARL GigaCap Q-650M, a high molecular weight, high resolution anion exchange sorbent optimized for capturing and purifying high molecular weight proteins. The conditions of planting and removal of the target protein were selected, allowing maximum purification of the target protein from contaminating impurities of cellular proteins and lipopolysaccharides. In addition, the method differs from the previously known as the use of chromatography on Butyl Capto in the mode of breakthrough, which allows to remove contaminating impurities of hydrophobic proteins and lipopolysaccharides.

Материалы и методыMaterials and methods

Для экспрессии β-N-GlcNAcase StrH получают генно-инженерные конструкции (ГИК) рМТ1618. Для получения ГИК, кодирующих β-N-GlcNAcase StrH, была разработана схема клонирования на базе вектора рЕТ-15b (Novagen), предполагающая получение полной версии, имеющей 6×His-tag на N-конце. Для получения соответствующей ГИК в компании TOP Gene Technologies был заказан синтетический ген, кодирующий β-N-GlcNAcase StrH (геномная последовательность бактерии Streptococcus pneumoniae, кодирующая 1117 аминокислотных остатков (без сигнального пептида, одного из двух G5 доменов и якорного пептида) β-N-ацетилглюкозаминидазы (strH), слитая на 5'-конце с частью векторной последовательности материнской плазмиды pET15b(+), кодирующей 20 аминокислотных остатков, содержащих гексагистидиновый тэг), фланкированный сайтами рестрикции NdeI, BamHI, содержащий внутренние сайты рестрикции NheI для получения «каталитического» домена и стоп-кодоны на 3'-конце последовательности (TGATAA). В TOP Gene Technologies была проведена кодон-оптимизация последовательности для экспрессии белка в E. coli, принимая во внимание требование об отсутствии в последовательности «внутренних» сайтов эндонуклеаз рестрикции NdeI, BamHI, XhoI и NheI. Кодон-оптимизация полученной последовательности β-N-GlcNAcase StrH была проверена на сайте http://gcua.schoedl.de/sequential_v2.html. Соответствие транслируемой аминокислотной последовательности заказанной подтверждено с помощью выравнивания в программе MEGA 6.0. Отсутствие нежелательных сайтов рестрикции подтверждено с помощью программного обеспечения CloneManager 9.0. Для получения ГИК рМТ1618 (pET15b-STRH_STRPN) была проведена наработка и рестрикционное картирование синтетического гена pAPG110- β-N-GlcNAcase StrH. Согласно разработанной схеме было проведено клонирование фрагмента, кодирующего стрептококковую β-N-GlcNAcase StrH из плазмиды pAPG110-STRH_STRPN, в векторную плазмиду pET15b по сайтам рестрикции NdeI, BamHI. Полученные в ходе рестрикции фрагменты очищали и использовали для лигирования. Лигазной смесью трансформировали химически компетентные клетки E. coli XL10-GOLD. Клетки высевали для получения трансформированных клонов.For the expression of β-N-GlcNAcase StrH, genetically engineered constructs (GICs) pMT1618 are obtained. In order to obtain GICs encoding the β-N-GlcNAcase StrH, a cloning scheme based on the pET-15b vector (Novagen) was developed, which implies obtaining a full version with 6 × His-tag at the N-terminus. To generate the appropriate GIC, TOP Gene Technologies ordered a synthetic gene encoding a β-N-GlcNAcase StrH (the genomic sequence of Streptococcus pneumoniae, encoding 1117 amino acid residues (without a signal peptide, one of two G5 domains and an anchor peptide) β-N- acetylglucosaminidase (strH), fused at the 5'-end with part of the vector sequence of the parent plasmid pET15b (+), encoding 20 amino acid residues containing hexa-histidine tag), flanked by the restriction sites NdeI, BamHI, containing the internal restriction sites NheI to obtain the "catalytic" domain and stop codons at the 3'-end of the sequence (TGATAA). Top Gene Technologies carried out a codon-sequence optimization for protein expression in E. coli, taking into account the requirement that the sequence contains no “internal” sites for restriction endonucleases NdeI, BamHI, XhoI and NheI. The codon optimization of the obtained β-N-GlcNAcase StrH sequence was verified at http://gcua.schoedl.de/sequential_v2.html. Compliance of the translated amino acid sequence ordered confirmed by alignment in the program MEGA 6.0. The absence of undesirable restriction sites has been verified using the CloneManager 9.0 software. In order to obtain the pMT1618 GIC (pET15b-STRH_STRPN), the accumulation and restriction mapping of the synthetic gene pAPG110-β-N-GlcNAcase StrH was carried out. According to the developed scheme, cloning of the fragment encoding Streptococcal β-N-GlcNAcase StrH from plasmid pAPG110-STRH_STRPN into the vector plasmid pET15b was carried out at the restriction sites NdeI, BamHI. The restriction fragments were purified and used for ligation. The ligase mixture was used to transform chemically competent cells of E. coli XL10-GOLD. Cells were sown to obtain transformed clones.

Затем выделяли плазмидную ДНК и проводили рестрикционное картирование с использованием эндонуклеазы рестрикции PstI. Образец плазмидной ДНК передавали на секвенирование в "Евроген". Полученная последовательность была выровнена с «теоретической» последовательностью рМТ1618.Then plasmid DNA was isolated and restriction mapping was performed using the restriction endonuclease PstI. A sample of plasmid DNA was transferred for sequencing to Evrogen. The resulting sequence was aligned with the “theoretical” sequence of pMT1618.

Для проведения аналитической экспрессии плазмидную ДНК ГИК рМТ1618 трансформировали в штаммы BL21(DE3) pLysS. На основании аналитической экспрессии отбирали клоны-суперпродуценты β-N-GlcNAcase StrH. Затем получали штамм-суперпродуцент β-N-GlcNAcase StrH. Штамм был депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) под инвентарным номером - ВКПМ В-12747.To conduct analytical expression, the plasmid DNA of pMT1618 GIC was transformed into strains BL21 (DE3) pLysS. Based on the analytical expression, clones superproducers β-N-GlcNAcase StrH were selected. Then received the strain superproducer β-N-GlcNAcase StrH. The strain was deposited in the Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) under accession number - VKPM B-12747.

Для получения целевого белка β-N-GlcNAcase StrH проводили препаративную экспрессию путем культивирования E. coli ВКПМ В-12747 в полноценной питательной среде с относительным содержанием растворенного кислорода не менее 10% при температуре 37°C, значении рН - 6,5-7,6. Длительность процесса культивирования составляла 5-6 часов. Благодаря обогащенной культуральной среде, в течение первого этапа происходил активный рост клеток. Присутствие в среде глюкозы подавляет экспрессию рекомбинантного белка, а, следовательно, снижает нагрузку на клетку штамма-продуцента, что приводит к увеличению количества накапливаемой биомассы.To obtain the target protein β-N-GlcNAcase StrH, preparative expression was performed by culturing E. coli VKPM B-12747 in a complete nutrient medium with a relative content of dissolved oxygen of at least 10% at a temperature of 37 ° C, pH value - 6.5-7, 6 The duration of the cultivation process was 5-6 hours. Thanks to the enriched culture medium, active cell growth took place during the first stage. The presence of glucose in the medium suppresses the expression of the recombinant protein, and, consequently, reduces the load on the cell of the producer strain, which leads to an increase in the amount of accumulated biomass.

С 2,5-3 часа культивирования начинается этап биосинтеза гибридного белка. Экспрессия белка β-N-GlcNAcase StrH находится под контролем промотора, который дерепрессируется внесением раствора ИПТГ до конечной концентрации 0,0476 мас. %. Уровень биосинтеза вариантов целевого белка β-N-GlcNAcase StrH составляет не менее 15 мг/л культуральной жидкости.From 2.5-3 hours of cultivation, the stage of hybrid protein biosynthesis begins. Expression of the β-N-GlcNAcase StrH protein is under the control of a promoter, which is de-repressed by introducing the IPTG solution to a final concentration of 0.0476 wt. % The level of biosynthesis of variants of the target protein β-N-GlcNAcase StrH is at least 15 mg / l of culture fluid.

Бактериальную биомассу собирали центрифугированием и хранили при - 70°C. Клеточную биомассу лизировали, лизат осветляли центрифугированием и проводили выделение белка β-N-GlcNAcase StrH из лизата путем связывания целевого белка металлохелатной хроматографией на колонке с Ni2+ IMAC Sepharose FF. Доочищали фермент последовательными хроматографиями на Blue Sepharose FF в режиме проскока, анионообменной Toyopearl Giga Cap Q-650М, Butyl Capto в режиме проскока, хроматографией на Q HP, концентрированием и гельфильтрацией. На каждом этапе контроль степени очистки проводят электрофорезом в ПААГ.Bacterial biomass was collected by centrifugation and stored at –70 ° C. Cell biomass was lysed, the lysate was clarified by centrifugation, and β-N-GlcNAcase StrH protein was isolated from the lysate by binding the target protein by metal chelate chromatography on a Ni 2+ IMAC Sepharose FF column. Finished the enzyme by successive chromatography on Blue Sepharose FF in skip mode, Toyopearl Giga Cap Q-650M anion-exchange, Butyl Capto in skip mode, HP HP chromatography, concentration and gel filtration. At each stage, the control of the degree of purification is carried out by PAGE.

Выход белка составляет не менее 0,04 мг на литр бактериальной культуры.The protein yield is at least 0.04 mg per liter of bacterial culture.

Конечный продукт, полученный способ по изобретению, имеет следующие параметры:The final product obtained by the method of the invention has the following parameters:

- содержание белка (УФ-спектрофотометрия) - не менее 0,5 мг/мл;- protein content (UV spectrophotometry) - not less than 0.5 mg / ml;

- содержание бактериальных эндотоксинов (ГФ XIII, гель-тромб тест с ЛАЛ-реактивом ОФС.1.2.4.0006.15) не более 100 ЭЕ/мг;- the content of bacterial endotoxins (GF XIII, gel-thrombus test with LAL-reagent OFS.1.2.4.0006.15) is not more than 100 EU / mg;

- Хроматографическая чистота (ГФ ВЭЖХ) не менее 85%;- Chromatographic purity (GF HPLC) of at least 85%;

- Ферментативная активность (Колориметрический метод, β-N-Acetylglucosaminidase Assay Kit" (Sigma)) не менее 150 U/мг;- Enzymatic activity (Colorimetric method, β-N-Acetylglucosaminidase Assay Kit "(Sigma)) not less than 150 U / mg;

- Остаточная ДНК штамма-продуцента (Количественный ПНР в реальном времени) не более 20 пг/мг;- Residual DNA of the producer strain (Quantitative real-time NDP) not more than 20 pg / mg;

С использованием методов очистки настоящего изобретения удалось получить препарат β-N-GlcNAcase StrH с хроматографической чистотой, определенной с помощью гель-фильтрационной ВЭЖХ, 90% гомогенности и более высокоочищенный - 98,8%-ной гомогенности.Using the purification methods of the present invention, it was possible to obtain the β-N-GlcNAcase StrH preparation with chromatographic purity determined by gel filtration HPLC, 90% homogeneity and more purified - 98.8% homogeneity.

Удельная активность препаратов β-N-GlcNAcase StrH по настоящему изобретению составляет от 230 единиц/мг белка и выше.The specific activity of the β-N-GlcNAcase StrH preparations of the present invention is 230 units / mg protein and higher.

Содержание бактериальных эндотоксинов в препарате β-N-GlcNAcase StrH по настоящему изобретению составляет не более 4 ЕЭ /мг белка.The content of bacterial endotoxins in the β-N-GlcNAcase StrH preparation of the present invention is not more than 4 U / mg protein.

Содержание остаточной ДНК штамма продуцента в препарате β-N-GlcNAcase StrH настоящего изобретения предпочтительно составляет не более 4,0 пг/мг белка.The content of residual DNA of the producer strain in the β-N-GlcNAcase StrH preparation of the present invention is preferably not more than 4.0 pg / mg protein.

Получение β-N-GlcNAcase StrH на основе оптимизированной синтетической последовательности ДНК с короткой последовательностью из шести гистидинов на N-конце рекомбинантного белка происходит без удаления гексагистидинового тэга, что позволяет упростить очистку и удалить из схемы очистки применение дорогостоящих препаратов для удаления тэга. Аминокислотная последовательность β-N-GlcNAcase StrH представлена SEQ ID NO 2. В качестве первой стадии авторы изобретения применяют металлохелатную хроматографию на IMAC Sepharose 6 FF для полной сорбции целевого белка с гексагистидиновым тэгом. Применение на этой стадии промывок кислым буфером с высокой ионной силой позволяет в значительной степени удалить примеси клеточных белков из целевого продукта. Применение хроматографии на Blue Sepharose в режиме проскока позволяет очистить целевой белок от контаминирующих примесей клеточных белков, коэлюирующихся с целевым белком на всех стадиях. Анионообменную хроматографию проводят на Toyopearl Giga Cap Q-650M, высокомолекулярном анионообменном сорбенте с высоким разрешением, оптимизированным для захвата и очистки белков с большим молекулярным весом. Условия посадки и съема целевого белка подобраны таким образом, чтобы максимально очистить целевой белок от контаминирующих примесей клеточных белков и бактериальных эндотоксинов. Хроматография в режиме проскока на Butyl Capto позволяет удалить контаминирующие примеси гидрофобных белков и бактериальных эндотоксинов. Финальная концентрирующая анионообменная хроматография на Q Sepharose FF позволяет получить высокоочищенный активный препарат β-N-GlcNAcase StrH, пригодный для использования на производстве ЛС и гликобиологических исследований, с выходом не менее 0,04 г с литра бактериальной культуры.Production of the β-N-GlcNAcase StrH based on an optimized synthetic DNA sequence with a short sequence of six histidines at the N-terminus of the recombinant protein occurs without removing the hexa-histidine tag, which simplifies the purification and removes from the purification scheme the use of expensive drugs to remove the tag. The amino acid sequence of the β-N-GlcNAcase StrH is represented by SEQ ID NO 2. As a first step, the inventors used metal chelate chromatography on IMAC Sepharose 6 FF for complete sorption of the target protein with a hexa-histidine tag. The use of washings with an acidic buffer with high ionic strength at this stage makes it possible to substantially remove impurities of cellular proteins from the target product. The use of chromatography on Blue Sepharose in the breakthrough mode allows the target protein to be purified from contaminating impurities of cellular proteins that co-elute with the target protein at all stages. Anion-exchange chromatography is performed on Toyopearl Giga Cap Q-650M, a high-resolution, high-molecular-weight, anion-exchange sorbent optimized for capturing and purifying high molecular weight proteins. Conditions of planting and removal of the target protein are selected in such a way as to maximally purify the target protein from contaminating impurities of cellular proteins and bacterial endotoxins. Chromatography in the mode of breakthrough on Butyl Capto allows you to remove contaminating impurities of hydrophobic proteins and bacterial endotoxins. The final concentrating anion-exchange chromatography on Q Sepharose FF allows to obtain a highly purified active drug β-N-GlcNAcase StrH, suitable for use in the production of drugs and glycobiological studies, with a yield of at least 0.04 g per liter of bacterial culture.

С использованием методов очистки настоящего изобретения удалось получить препарат β-N-GlcNAcase StrH с хроматографической чистотой, определенной с помощью гель-фильтрационной ВЭЖХ 90,0%-ной гомогенности (Фиг. 7.).Using the purification methods of the present invention, it was possible to obtain a β-N-GlcNAcase StrH preparation with chromatographic purity determined using gel filtration HPLC and 90.0% homogeneity (Fig. 7.).

Для получения наиболее хроматографически гомогенного препарата (более 98% по результатам гель-фильтрационной ВЭЖХ, Фиг. 8), применяемого для точных гликобиологических исследований, в схему может быть дополнительно включено концентрирование ультрафильтрацией с использованием мембраны с отсечением 50 кДа и гель - фильтрация на Superdex 200.To obtain the most chromatographically homogeneous preparation (more than 98% according to the results of gel filtration HPLC, Fig. 8) used for accurate glycobiological studies, the scheme can be additionally included concentration by ultrafiltration using a 50 kDa cut-off membrane and gel filtration on Superdex 200 .

Удельная активность препаратов β-N-GlcNAcase StrH, полученных раскрытым в изобретении способом, составляет 240 единиц/мг белка; содержание бактериальных эндотоксинов составляет от 2 ЕЭ /мг до 4 ЕЭ /мг белка; содержание остаточной ДНК штамма продуцента составляет не более 4,0 пг/мг белка.The specific activity of the β-N-GlcNAcase StrH preparations obtained by the method disclosed in the invention is 240 units / mg protein; the content of bacterial endotoxins ranges from 2 EE / mg to 4 EE / mg protein; the content of residual DNA of the producer strain is not more than 4.0 pg / mg protein.

Заявленный способ позволяет получить препарат рекомбинантной βN-GlcNAcase StrH, имеющий более высокую степень чистоты по сравнению с коммерческими аналогами, результаты сравнения представлены в Таблице 2.The claimed method allows to obtain a recombinant drug βN-GlcNAcase StrH, having a higher degree of purity compared with commercial analogues, the comparison results are presented in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Для лучшего понимания сущности изобретения ниже следуют примеры его конкретного исполнения:For a better understanding of the invention, the following are examples of its specific implementation:

Пример 1. Микробиологический синтез белка β-N-GlcNAcase StrHExample 1. Microbiological protein synthesis β-N-GlcNAcase StrH

Заявленный способ реализован для штамма-продуцента E. coli ВКПМ В-12747 при культивировании в ферментере (Biotron LiFlus SP/SL-20L, Юж. Корея) в объеме питательной среды 15 л. рН поддерживают на уровне 7,0-7,6. Культивирование ведут при температуре 37°C. Относительное содержание растворенного кислорода поддерживают на уровне 20-100% путем перемешивания со скоростью 800 об/мин и подачи воздуха с объемным расходом 15 л/мин. Инокулят в объеме 0,75 л, выращенный до оптической плотности, измеренной при длине волны 600 нм (ОД600), равной 1,5 о.е. (оптических единиц), вносят в ферментер со стерильной питательной средой.The claimed method is implemented for the producer strain E. coli VKPM B-12747 when cultured in a fermenter (Biotron LiFlus SP / SL-20L, South Korea) in a nutrient medium volume of 15 liters. The pH is maintained at 7.0-7.6. Cultivation is carried out at a temperature of 37 ° C. The relative content of dissolved oxygen is maintained at a level of 20-100% by mixing at a speed of 800 rpm and air supply with a volume flow rate of 15 l / min. Inoculum in a volume of 0.75 l, grown to an optical density measured at a wavelength of 600 nm (OD600), equal to 1.5 p.u. (optical units), bring in a fermenter with a sterile nutrient medium.

В ходе процесса культивирования производят мониторинг основных параметров роста культуры: ОД600, рН, морфология клеток, относительное содержание растворенного кислорода. На 2,5 час культивирования, когда оптическая плотность культуры достигает 3,2 о.е., вносят индуктор-стерильный раствор изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозида до конечной концентрации 0,0476 мас. % (2 мМ). Культивирование проводят на протяжении 5-6 часов. Конечная оптическая плотность -28,2 о.е., выход биомассы - 44 г/л. Продуктивность по целевому продукту штамма E. coli ВКПМ В-12747 составляет 40 мг/л культуральной жидкости. На Фиг. 4. представлена динамика накопления биомассы при культивировании штамма-продуцента E. coli ВКПМ В-12747.During the cultivation process, the main parameters of culture growth are monitored: OD600, pH, cell morphology, and the relative content of dissolved oxygen. At 2.5 hours of cultivation, when the optical density of the culture reaches 3.2 OE, an inducer-sterile solution of isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside is applied to a final concentration of 0.0476 wt. % (2 mM). Cultivation is carried out for 5-6 hours. The final optical density is 28.2 pu, the biomass yield is 44 g / l. The productivity of the target product of E. coli strain VKPM B-12747 is 40 mg / l of culture fluid. FIG. 4. shows the dynamics of biomass accumulation during the cultivation of E. coli producer strain VKPM B-12747.

Пример 2. Выделение и очистка белка β-N-GlcNAcase StrH из бактериальной биомассы. Получение промышленной серии препарата β-N-GlcNAcase StrH.Example 2. Isolation and purification of protein β-N-GlcNAcase StrH from bacterial biomass. Obtaining an industrial series of the drug β-N-GlcNAcase StrH.

2.1 Дезинтеграция биомассы.2.1 Biomass disintegration.

Буфер А - 20 mM Tris-HCl, 0.5 М NaCl, рН 7.8;Buffer A - 20 mM Tris-HCl, 0.5 M NaCl, pH 7.8;

Замороженную биомассу клеток 180 г, 3ХР по 60 г суспендируют в 350 мл буфера А с PMSF до 0,003% в течение 45 мин на льду и разрушают в проточном гомогенизаторе высокого давления Panda Plus 2000(GEA Niro Soavi). Гомогенизатор промывают 250 мл охлажденной до 0°С водой очищенной, настраивают по охлажденному до 0°С буферу А, настройка II ступени - 140 бар, настройка I ступени - 800 бар, затем лизируют суспензию клеток в этом режиме, собирая лизат в емкость, помещенную в ледяную баню, промывают гомогенизатор 30 мл буфера А. Лизис повторяют еще 2 раза в том же режиме. Лизат объемом 1500 мл осветляют центрифугированием 33250 × g (JLA-16.250) при 4°С в течение 60 мин.180 g of frozen cell biomass, 60 g of 3 XP are suspended in 350 ml of buffer A with PMSF up to 0.003% for 45 minutes on ice and destroyed in a Panda Plus 2000 high-pressure flow homogenizer (GEA Niro Soavi). The homogenizer is washed with 250 ml of cooled to 0 ° С purified water, adjusted by buffer A cooled to 0 ° С, setting II of the stage is 140 bar, setting I of the stage is 800 bar, then lyse the cell suspension in this mode, collecting the lysate in a container placed in an ice bath, wash the homogenizer with 30 ml of buffer A. Lysis is repeated 2 more times in the same mode. A 1500 ml lysate was clarified by centrifuging 3,250 × g (JLA-16.250) at 4 ° C for 60 minutes.

Хроматографии проводят при 4°С, хроматографическая система Akta Purifer 100 (GE).Chromatography was performed at 4 ° C, Akta Purifer 100 chromatography system (GE).

2.2. Хроматография на Ni2+ IMAC Sepharose FF.2.2. Chromatography on Ni 2+ IMAC Sepharose FF.

Супернатант 1500 мл, разбавляют буфером А до 1800 мл, доводят рН до 7,8 2М NaOH, фильтруют через глубинный фильтр Sartopor 2 150 и наносят на колонку с Ni2+ IMAC Sepharose, уравновешенную буфером А. После нанесения колонку промывают буфером А и натрий - ацетатным буфером с 1 М NaCl, рН 5.0. Целевой белок элюируют 250 мМ имидазола.1500 ml of supernatant, diluted with buffer A to 1800 ml, adjusted to pH 7.8 with 2M NaOH, filtered through a Sartopor 2 150 depth filter and applied to an IMAC Sepharose Ni 2+ column, equilibrated with buffer A. After application, the column is washed with buffer A and sodium - acetate buffer with 1 M NaCl, pH 5.0. The target protein is eluted with 250 mM imidazole.

2.3 Хроматография на Blue Sepharose 6 FF 30 мл в режиме проскока.2.3 Chromatography on Blue Sepharose 6 FF 30 ml in slip mode.

Элюат с Ni2+ IMAC Sepharose разбавляют стартовым буфером (50 mM MES, рН 6,5) до проводимости 5,7 mSm/sm, доводят рН до 6,5, и наносят на колонку с Blue Sepharose 6 FF 30 мл, уравновешенную стартовым буфером. Целевой белок собирают в режиме проскока.The Ni 2+ IMAC Sepharose eluate is diluted with a starting buffer (50 mM MES, pH 6.5) to a conductivity of 5.7 mSm / sm, the pH is adjusted to 6.5, and applied to a column with Blue Sepharose 6 FF 30 ml, balanced with starting a buffer. The target protein is collected in the mode of breakthrough.

2.4 Хроматография на Toyopearl Giga Cap Q- 650М.2.4 Chromatography on Toyopearl Giga Cap Q-650M.

Проскок с Blue Sepharose 6 FF разбавляют охлажденной до 4°С водой очищенной до проводимости 1,8 mSm/sm, доводят рН до 6,5 и наносят на колонку с Toyopearl Giga Cap Q- 650M уравновешенную буфером 50 mM MES, рН 6,5. Целевой белок элюируют градиентом от 3 мМ до 0,3 М NaCl в стартовом буфере.The breakthrough with Blue Sepharose 6 FF is diluted with cooled to 4 ° C purified water to a conductivity of 1.8 mSm / sm, the pH is adjusted to 6.5 and applied to the column with Toyopearl Giga Cap Q-650M balanced with a buffer of 50 mM MES, pH 6.5 . The target protein was eluted with a gradient from 3 mM to 0.3 M NaCl in the starting buffer.

2.5 Концентрирование на Q Sepharose FF с предколонкой HiTrap Butyl Capto 5 мл.2.5 Concentration on Q Sepharose FF with a 5 ml HiTrap Butyl Capto precolumn.

Элюат с Toyopearl Giga Cap Q-650М разбавляют водой очищенной до проводимости 2,04 mSm/sm, доводят рН до 7,5 и наносят на колонки с Q Sepharose FF с предколонкой HiTrap Butyl Capto, уравновешенные буфером 20 mM Tris -HCl, рН 7.5. Отмывают стартовым буфером до выхода элюата не сорбировавшихся компонентов, колонку с HiTrap Butyl Capto отсоединяют, отмывают буфером В (20 mM Tris -HCl, ImM EDTA, рН 7.5) и элюируют 250 mM NaCl в буфере В.The eluate from Toyopearl Giga Cap Q-650M is diluted with purified water to a conductivity of 2.04 mSm / sm, the pH is adjusted to 7.5 and applied to Q Sepharose FF columns with a HiTrap Butyl Capto pre-column, equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5 . Wash off with starting buffer until the eluate of the non sorbed components exits, remove the HiTrap Butyl Capto column, wash with buffer B (20 mM Tris-HCl, ImM EDTA, pH 7.5) and elute with 250 mM NaCl in buffer B.

2.6 Разведение, стерилизующая фильтрация и фасовка.2.6 Breeding, sterilizing filtration and packaging.

Элюат с Q Sepharose FF разбавляют буфером В до получения готовой формы и стерильно фильтруют через FILTER-MAX, "rapid" - 150 ml, 0.22 μm, аликвотируют и хранят при минус 20°C.The eluate with Q Sepharose FF is diluted with buffer B until the finished form is obtained and sterile filtered through FILTER-MAX, "rapid" - 150 ml, 0.22 μm, aliquoted and stored at minus 20 ° C.

Получено:Received:

73,6 мг, 118,0 мл, ε280=1,07, С=0.624 мг/мл,73.6 mg, 118.0 ml, ε280 = 1.07, C = 0.624 mg / ml,

Содержание бактериальных эндотоксинов: От 9,6 до 19,2 ЕЭ/мл.The content of bacterial endotoxins: From 9.6 to 19.2 EE / ml.

Активность на синтетическом субстрате: 234 U/мг.Synthetic substrate activity: 234 U / mg.

Чистота образца по ГФ ВЭЖХ составляет: 90,0%.The purity of the sample by GF HPLC is: 90.0%.

Остаточная ДНК штамма продуцента (E. colli): ≤4,0 пг/мг.Residual DNA of producer strain (E. colli): ≤ 4.0 pg / mg.

Пример 3. Получение белка β-N-GlcNAcase StrH с улучшенными качественными характеристиками.Example 3. Obtaining protein β-N-GlcNAcase StrH with improved quality characteristics.

Гель-фильтрацию проводят при RT, хроматографическая система Akta Pure, GE.Gel filtration is performed at RT, Akta Pure, GE chromatography system.

Фракции с концентрирующей анионообменной хроматографии, содержащие целевой белок (получение по примеру 2) объединяют и концентрируют на центриконах Amicon Ultrac, 50 K. Затем концентрат наносят на колонку с Superdex 200, используя в качестве мобильной фазы буфер 20 mM Tris HCl, 0.05 М NaCl, 1 mM EDTA рН 7.5. Элюцию целевого белка проводят в том же буфере. Профиль элюциии представлен на Фиг. 5. Затем элюированный целевой белок β-N-GlcNAcase StrH разбавляют буфером подвижной фазы до концентрации белка не более 1 мг/мл и, соблюдая асептические условия, стерильно фильтруют через фильтр 0,22 мкм, фасуют на аликвоты и хранят при - 20°С.Concentration anion-exchange chromatography fractions containing the target protein (preparation according to Example 2) are combined and concentrated on Amicon Ultrac centricons, 50 K. Then the concentrate is applied to a column with Superdex 200, using 20 mM Tris HCl buffer, 0.05 M NaCl buffer as the mobile phase, 1 mM EDTA pH 7.5. The elution of the target protein is carried out in the same buffer. The elution profile is shown in FIG. 5. Then the eluted target protein β-N-GlcNAcase StrH is diluted with buffer of the mobile phase to a protein concentration of not more than 1 mg / ml and, observing aseptic conditions, is sterile filtered through a 0.22 μm filter, packed in aliquots and stored at –20 ° C .

Пример 4. Анализ активности рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH.Example 4. Analysis of the activity of recombinant β-N-GlcNAcase StrH.

Определение активности рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH проводят постановкой теста на синтетическом субстрате NAG (4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide) используя набор "β-N-Acetylglucosaminidase Assay Kit" (Sigma). В результате гидролиза субстрата NAG (4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide) ферментом β-N-Acetylglucosaminidase образуется продукт p-nitrophenol, содержание которого измеряется колориметрически при длине волны 405 нм. Одна единица активности (1 unit) должна обеспечить гидролиз 1.0 μmole субстрата 4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide с образованием продуктов p-nitrophenol и N-acetyl-β-D-glucosaminide за 1 минуту при рН 4.7 и температуре 37°C. Для проведения теста готовят раствор субстрата «4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide» с концентрацией 1 мг/мл. Для этого растворяют 10 мг субстрата в 10 мл раствора 0.09М «Citrate Buffer Solution». В качестве положительного контроля готовят раствор «β-N-Acetylglucosaminidase from Jack beans» путем разведения в 100 раз в растворе «Dilution Buffer». Готовят раствор «Stop Solution» путем разведения содержимого флакона в 118 мл воды очищенной. В качестве контроля готовят разведения β-N-Acetylglucosaminidase (NAG) (Sigma, cat#A6805) в 50, 100,200, 400 раз в растворе «Dilution Buffer».Determination of recombinant β-N-GlcNAcase StrH activity is carried out by testing a synthetic substrate NAG (4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide) using the β-N-Acetylglucosaminidase Assay Kit (Sigma). Hydrolysis of the substrate NAG (4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide) with the enzyme β-N-Acetylglucosaminidase produces the product p-nitrophenol, the content of which is measured colorimetrically at 405 nm. One unit of activity (1 unit) should hydrolyze 1.0 μmole of the substrate 4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucoside to form p-nitrophenol and N-acetyl-β-D-glucosaminide products in 1 minute at pH 4.7 and temperature 37 ° C For the test, a solution of the substrate "4-Nitrophenyl N-acetyl-β-D-glucosaminide" with a concentration of 1 mg / ml is prepared. To do this, dissolve 10 mg of the substrate in 10 ml of 0.09M solution "Citrate Buffer Solution". As a positive control, a solution of β-N-Acetylglucosaminidase from Jack beans is prepared by diluting 100 times in a solution of Dilution Buffer. Prepare a solution of "Stop Solution" by diluting the contents of the bottle in 118 ml of purified water. As a control, dilutions of β-N-Acetylglucosaminidase (NAG) (Sigma, cat # A6805) are prepared 50, 100,200, 400 times in a Dilution Buffer solution.

Готовят разведения очищенной рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH в 50, 100, 200, 400 раз в растворе «Dilution Buffer». Перед внесением в лунки 96-луночного планшета 5 мкл раствора «Standard Solution» (10 mM p-Nitrophenol) разбавляют в 995 мкл раствора «Stop Solution».Dilutions of purified recombinant β-N-GlcNAcase StrH are prepared 50, 100, 200, 400 times in a Dilution Buffer solution. Before adding 5 μl of Standard Solution (10 mM p-Nitrophenol) to a well of a 96-well plate, dilute it with 995 μl of Stop Solution.

В лунки планшета вносят 98 мкл раствора субстрата, вносят по 2 мкл исследуемых образцов, раствора NAG и положительного контроля. Разбавленный стандартный раствор вносят по 300 мкл в лунку. В качестве «Blank» используют лунки, в которые внесено по 100 мкл раствора субстрата. Схема проведения реакции представлена в Таблице 3.98 μl of the substrate solution are introduced into the wells of the plate, 2 μl of the test samples, the NAG solution and the positive control are added in each. Diluted standard solution is poured into 300 μl per well. As “Blank”, wells are used in which 100 μl of the substrate solution are added. The scheme of the reaction is presented in Table 3.

Figure 00000003
Figure 00000003

Инкубируют планшет при температуре 37°С в течение 11 минут.Incubate the plate at 37 ° C for 11 minutes.

Вносят по 200 мкл раствора «Stop Solution» в лунки, кроме лунок со стандартным раствором.Add 200 μl of Stop Solution solution to the wells, except for the wells with the standard solution.

Измеряют оптическую плотность растворов при длине волны 405 нм.Measure the optical density of the solutions at a wavelength of 405 nm.

Активность фермента вычисляют по формуле:The enzyme activity is calculated by the formula:

Units/ml = (Asample-Ablank)*0,05*0,3*DF/Astandard/time/V, гдеUnits / ml = (Asample-Ablank) * 0.05 * 0.3 * DF / Astandard / time / V, where

Asample - оптическая плотность исследуемых образцов, 405 нмAsample - optical density of the studied samples, 405 nm

Ablank - оптическая плотность раствора «Blank», 405 нмAblank - optical density of the solution “Blank”, 405 nm

0.05 - μmole/ml p-Nitrophenol в стандартном растворе0.05 - μmole / ml p-Nitrophenol in standard solution

0.3 - финальный объем реакционной смеси в лунке после добавления раствора «Stop Solution», мл0.3 - the final volume of the reaction mixture in the well after adding the Stop Solution solution, ml

DF - коэффициент разбавленияDF - dilution factor

A standard - оптическая плотность стандартного раствора, 405 нмA standard - the optical density of the standard solution, 405 nm

time - время инкубации, минtime - incubation time, min

V - объем образцов, млV - sample volume, ml

Результаты тестирования β-N-GlcNAcase StrH представлены в Таблице 4.The test results of the β-N-GlcNAcase StrH are presented in Table 4.

Figure 00000004
Figure 00000004

Пример 5. Электрофоретическое разделение белковExample 5. Electrophoretic separation of proteins

Электрофорез проводят в 4-20% градиентном ПААГ в восстанавливающих условиях, окрашивают солями серебра (Thermo Scientific).Electrophoresis is carried out in 4-20% gradient PAG in reducing conditions, stained with silver salts (Thermo Scientific).

Пробоподготовку образцов проводят разведением образцов до концентрации ~50 мкг/мл добавлением буфера для нанесения проб (S.b.) с добавлением 2 М раствора дитиотреитола (ДТТ). Прогревают в течение 5 минут при (100±2) 0С. Центрифугируют 1 мин., 13000 об/мин и наносят пробы (растворы, полученные при разведении образцов) по 10 мкл в лунку геля, маркеры молекулярной массы - 5 мкл в лунку геля.Sample preparation is carried out by diluting the samples to a concentration of ~ 50 μg / ml by adding sample loading buffer (S.b.) with the addition of 2 M dithiothreitol solution (DTT). Heat up for 5 minutes at (100 ± 2) 0С. Centrifuged for 1 min., 13000 rpm and put samples (solutions obtained by dilution of samples) 10 µl per well of gel, molecular weight markers - 5 µl per well of gel.

Электрофорез проводят при напряжении - 400 В, силе тока - 30 мА, время - до выхода красителя. Затем окрашивают солями серебра по инструкции к набору Thermo Scientific. Результаты представлены на Фиг. 6.Electrophoresis is carried out at a voltage of 400 V, a current of 30 mA, and the time until the dye is released. Then it is stained with silver salts according to the instructions for the Thermo Scientific kit. The results are presented in FIG. 6

Пример 6. Тестирование очищенных препаратов рекомбинантной β-N-GIcNAcase StrH в сравнении с коммерческим препаратом β-N-GlcNAcase на содержание бактериальных эндотоксинов.Example 6. Testing of purified preparations of recombinant β-N-GIcNAcase StrH in comparison with the commercial preparation β-N-GlcNAcase for the content of bacterial endotoxins.

Анализ на содержание бактериальных эндотоксинов проводят методом гель-тромб теста в соответствии с ГФ XIII, гель-тромб тест с ЛАЛ-реактивом ОФС.1.2.4.0006.15. Образцы разводят водой для лал-теста («Пиротест», Россия). Используют для работы: LAL-реактив Endosafe (Charles River, USA) с чувствительностью 0,03 ЕЭ/мл; Контрольный стандартный образец эндотоксина (Charles River, USA) с содержанием 20 ЕЭ/мл. В пробирки для анализа помещают по 100 мкл образцов и по 100 мкл LAL-реактива и инкубируют в течение 60 мин при температуре 37 0С. Положительный результат: образование плотного сгустка геля. При переворачивании пробирки на 180 градусов гель не разрушается. Отрицательный результат: гель не образуется или разрушается при переворачивании пробирки.Analysis of the content of bacterial endotoxins is carried out by the method of gel-thrombus test in accordance with the GF XIII, gel-thrombus test with LAL-reagent OFS.1.2.4.0006.15. Samples diluted with water for lal-test ("Pyrotest", Russia). Used for work: Endosafe LAL-reagent (Charles River, USA) with a sensitivity of 0.03 U / ml; Control standard sample of endotoxin (Charles River, USA) with a content of 20 EE / ml. 100 μl of samples and 100 μl of LAL-reagent are placed in test tubes for analysis and incubated for 60 minutes at 37 ° C. Positive result: the formation of a dense clot of the gel. When turning the tube 180 degrees, the gel does not break. Negative result: the gel does not form or breaks when turning the tube.

Содержание эндотоксинов в конечной точке выражается в ЕЭ/мл и рассчитывается по формуле: «С» = (разведение в конечной точке) × (чувствительность LAL-реактива). Полученные результаты представлены в Таблице 5.The endotoxin content at the end point is expressed in EE / ml and is calculated by the formula: “C” = (dilution at the end point) × (sensitivity of the LAL reagent). The results are presented in Table 5.

Figure 00000005
Figure 00000005

Примечания к таблице:Notes to the table:

«+» - положительный результат; «-» - отрицательный результат.“+” - positive result; "-" - negative result.

Положительный результат: образование плотного сгустка геля. При переворачивании пробирки на 180 градусов гель не разрушается. Отрицательный результат: гель не образуется или разрушается при переворачивании пробирки.Positive result: the formation of a dense clot of the gel. When turning the tube 180 degrees, the gel does not break. Negative result: the gel does not form or breaks when turning the tube.

Содержание эндотоксинов в конечной точке выражается в ЕЭ/мл и рассчитывается по формуле: «С» = (разведение в конечной точке) × (чувствительность LAL-реактива).The endotoxin content at the end point is expressed in EE / ml and is calculated by the formula: “C” = (dilution at the end point) × (sensitivity of the LAL reagent).

Пример 7. Тестирование хроматографической чистоты очищенных препаратов рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH в сравнении с коммерческим препаратом β-N-GlcNAcase.Example 7. Testing the chromatographic purity of purified recombinant β-N-GlcNAcase StrH preparations in comparison with the commercial preparation β-N-GlcNAcase.

Тестирование производят методом ВЭЖХ гель-фильтрации на колонке с Superdex200 Increase 10/300 GL (GE) на хроматографической системе ВЭЖХ Alliance 2695, UV/Visible Detector 2487 (Waters). В качестве подвижной фазы используют буфер 0,02 М NaH2PO4; 0,3 М NaCl; рН=7.0. Очищенный препарат β-N-GlcNAcase StrH вносят без разведения, коммерческий до внесения в систему разводят в 2 раза подвижной фазой. Полученные результаты анализа представлены на Фиг. 7. Тестирование очищенного препарата рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH в сравнении с коммерческим препаратом β-N-GlcNAcase проводят таким же образом. Сравнение хроматографических профилей испытуемых образцов показывает (Фиг. 8.), что β-N-GlcNAcase StrH StrH от МБЦ «Генериум» существенно более однородна по составу, тогда как коммерческая β-N-GlcNAcase более гетерогенна, что вызывает трудности в определении основного пика на хроматограмме коммерческого образца.Testing is performed by HPLC gel filtration on a Superdex200 Increase 10/300 GL (GE) column on an Alliance 2695, UV / Visible Detector 2487 (Waters) chromatography system. A buffer of 0.02 M NaH2PO4 is used as the mobile phase; 0.3 M NaCl; pH = 7.0. The purified β-N-GlcNAcase StrH preparation is applied without dilution, the commercial one is diluted 2 times with a mobile phase before being introduced into the system. The results of the analysis are presented in FIG. 7. Testing the purified recombinant β-N-GlcNAcase preparation StrH in comparison with the commercial preparation β-N-GlcNAcase is carried out in the same way. Comparison of the chromatographic profiles of the test samples shows (Fig. 8.) that the β-N-GlcNAcase StrH StrH from the IBC "Generium" is significantly more uniform in composition, whereas the commercial β-N-GlcNAcase is more heterogeneous, which causes difficulties in determining the main peak on the chromatogram of a commercial sample.

Пример 8. Тестирование очищенных препаратов рекомбинантной β-N-GlcNAcase StrH в сравнении с коммерческим препаратом β-N-GlcNAcase на остаточную ДНК штамма продуцента.Example 8. Testing purified preparations of recombinant β-N-GlcNAcase StrH in comparison with the commercial preparation β-N-GlcNAcase for residual DNA of the producer strain.

Тестирование на остаточную ДНК штамма продуцента проводят методом количественного ПЦР в реальном времени, не более 20 пг/мг. Для дизайна количественной полимеразной цепной реакции (The quantitative polymerase chain reaction - QPCR) была выбрана система Taqman, в которой при размножении специфической последовательности ДНКа, зонд деградируется ДНКа-полимеразой. Набор праймеров и зонд для детекции ДНК штамма продуцента E. colli представлен в Таблице 6. Перед проведением тестирования образцы были очищены с использованием набора QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen). Конечный объем при элюции составил 50 мкл. В реакцию qPCR (пробу) добавляли 10 мкл образца. Количество повторов для каждого образца - 3.Testing for residual DNA of the producer strain is carried out by quantitative real-time PCR, not more than 20 pg / mg. For the design of a quantitative polymerase chain reaction (The quantitative polymerase chain reaction - QPCR), the Taqman system was chosen, in which, when a specific DNA sequence is propagated, the probe is degraded by DNA polymerase. The primer set and probe for detecting the DNA of the E. colli producer strain are presented in Table 6. Before testing, samples were purified using the QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen). The final volume upon elution was 50 μl. In a qPCR reaction (sample), 10 μl of sample was added. The number of repetitions for each sample is 3.

Количество ДНК в пробе менее 0,5 пг ниже предела достоверного обнаружения. Результаты анализа представлены в Таблице 7.The amount of DNA in the sample is less than 0.5 pg below the limit of reliable detection. The results of the analysis are presented in Table 7.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Claims (10)

1. Способ очистки в промышленных объемах рекомбинантной экзо-бета-N-ацетилглюкозаминидазы StrH из растворимой фракции клеточного лизата продуцента, отличающийся тем, что хроматографическую очистку проводят с использованием гексагистидинового тэга, с применением последовательно: стадии металлохелатной хроматографии для сорбции целевого белка с гексагистидиновым тэгом; гель-фильтрации в режиме проскока для очистки целевого белка от контаминирующих примесей клеточных белков, коэлюирующихся с целевым белком на всех стадиях; анионобменной хроматографии на сорбенте, оптимизированным для захвата и очистки белков с большим молекулярным весом; гидрофобной хроматографии, где проводят очистку от контаминирующих примесей гидрофобных белков и бактериальных эндотоксинов.1. Industrial purification method of recombinant exo-beta-N-acetylglucosaminidase StrH from a soluble fraction of a producer cell lysate, characterized in that chromatographic purification is carried out using a hexa-histidine tag, using successively: the stage of metal-chelate chromatography for sorption of the target protein with hexa-histidine by sortizing the target protein with hexa-histidine breakthrough gel filtration to purify the target protein from contaminating impurities of cellular proteins that co-elute with the target protein at all stages; anion exchange chromatography on a sorbent optimized for capturing and purifying high molecular weight proteins; hydrophobic chromatography, where they carry out purification from contaminating impurities of hydrophobic proteins and bacterial endotoxins. 2. Способ по п. 1, где металлхелатную хроматографию проводят на IMAC Sepharose 6 FF.2. The method of claim 1, wherein the metal chelate chromatography is performed on IMAC Sepharose 6 FF. 3. Способ по п. 1, где промывка на стадии металлхелатной хроматографии проводится кислым буфером с высокой ионной силой.3. A method according to claim 1, where the washing at the stage of metal chelate chromatography is carried out with an acidic buffer with high ionic strength. 4. Способ по п. 1, где гель-фильтрацию проводят на Blue Sepharose в режиме проскока.4. The method according to claim 1, where the gel filtration is carried out on Blue Sepharose in the overshoot mode. 5. Способ по п. 1, где анионобменную хроматографию проводят на Toyopearl Giga Cap Q-650M.5. A method according to claim 1, where anion-exchange chromatography is carried out on Toyopearl Giga Cap Q-650M. 6. Способ по п. 1, где гидрофобную хроматографию проводят на сорбенте Capto Butyl.6. The method according to claim 1, where hydrophobic chromatography is carried out on a sorbent of Capto Butyl. 7. Способ по п. 1, где после гидрофобной хроматографии проводят концентрирование препарата на анионобменном сорбенте.7. A method according to claim 1, where, after hydrophobic chromatography, the preparation is concentrated on an anion exchange sorbent. 8. Способ по п. 7, где концентрирование препарата проводят на Q Sepharose FF.8. The method according to claim 7, where the concentration of the drug is carried out on Q Sepharose FF. 9. Способ по п. 1, где дополнительно проводят концентрирование белка ультрафильтрацией с использованием мембраны с отсечением 50 кДа и гель-фильтрацию на Superdex 200.9. The method according to claim 1, wherein the protein is further concentrated by ultrafiltration using a membrane with 50 kDa cut-off and gel filtration on Superdex 200. 9. Способ по п. 1, где аминокислотная последовательность рекомбинантной экзо-бета-N-ацетилглюкозаминидазы StrH с гексагистидиновым тэгом идентична последовательности SEQ ID NO 2.9. The method according to claim 1, wherein the amino acid sequence of the recombinant exo-beta-N-acetylglucosaminidase StrH with the hexahistidine tag is identical to the sequence of SEQ ID NO 2.
RU2018103832A 2018-02-01 2018-02-01 METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE RU2693660C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103832A RU2693660C1 (en) 2018-02-01 2018-02-01 METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE
PCT/RU2019/000045 WO2019151901A1 (en) 2018-02-01 2019-01-25 Method of producing recombinant beta-n-acetylglucosaminidase strh from streptococcus pneumoniae

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018103832A RU2693660C1 (en) 2018-02-01 2018-02-01 METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693660C1 true RU2693660C1 (en) 2019-07-03

Family

ID=67252311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018103832A RU2693660C1 (en) 2018-02-01 2018-02-01 METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2693660C1 (en)
WO (1) WO2019151901A1 (en)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
De Marco J. L., Valadares-Inglis M. C., Felix C. R. Purification and characterization of an N-acetylglucosaminidase produced by a Trichoderma harzianum strain which controls Crinipellis perniciosa //Applied microbiology and biotechnology. - 2004. - Vol. 64. - n. 1. - p. 70-75. *
Pluvinage B. et al. Conformational analysis of StrH, the surface-attached exo-β-dN-acetylglucosaminidase from Streptococcus pneumoniae //Journal of molecular biology. - 2013. - Vol. 425. - n. 2. - p. 334-349. *
Pluvinage B. et al. Conformational analysis of StrH, the surface-attached exo-β-dN-acetylglucosaminidase from Streptococcus pneumoniae //Journal of molecular biology. - 2013. - Vol. 425. - n. 2. - p. 334-349. De Marco J. L., Valadares-Inglis M. C., Felix C. R. Purification and characterization of an N-acetylglucosaminidase produced by a Trichoderma harzianum strain which controls Crinipellis perniciosa //Applied microbiology and biotechnology. - 2004. - Vol. 64. - n. 1. - p. 70-75. Журавлева Н. В., Лукьянов П. А. Хитинолитические ферменты: источники, характеристика и применение в биотехнологии //Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. - 2004. - n. 3. *
Журавлева Н. В., Лукьянов П. А. Хитинолитические ферменты: источники, характеристика и применение в биотехнологии //Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. - 2004. - n. 3. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019151901A1 (en) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jia et al. High-throughput recombinant protein expression in Escherichia coli: current status and future perspectives
EA028490B1 (en) Endoglycosidase from streptococcus pyogenes and methods using same
Reith et al. Characterization of an N-acetylmuramic acid/N-acetylglucosamine kinase of Clostridium acetobutylicum
JP2011172571A (en) Recombinant protein comprising starch binding domain and use thereof
Stojković et al. Coliphage N4 N-acetylmuramidase defines a new family of murein hydrolases
RU2693660C1 (en) METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT BETA-N-ACETYLGLUCOSAMINIDASE StrH FROM STREPTOCOCCUS PNEUMONIAE
JP7388195B2 (en) Trichoderma reesei mutant strain and protein production method
CN112175980B (en) Method for improving activity of polymerase large fragment through site-directed mutagenesis and application
Blackburn et al. Assay for lytic transglycosylases: a family of peptidoglycan lyases
CN116694584A (en) Preparation method of T4DNA ligase
EP1432822B1 (en) Method for recovering and analyzing a cellular component of cultured cells without having to harvest the cells first
Hall et al. Evolution and biochemistry of family 4 glycosidases: implications for assigning enzyme function in sequence annotations
CN108410843B (en) New pullulanase, and coding gene and application thereof
CN110862978A (en) Preparation method of recombinant halophilic archaea protease
CN115976154A (en) Metalloprotease ADAMTS13 activity detection method
RU2698460C1 (en) Method of producing recombinant β-1,4-galactosidase bgaa from streptococcus pneumoniae
RU2698774C1 (en) METHOD OF PRODUCING RECOMBINANT NEURAMINIDASE NanH FROM CLOSTRIDIUM PERERINGENS
Becker et al. Laminarin quantification in microalgae with enzymes from marine microbes
Seydametova et al. Development of a quantitative assay for 2´-fucosyllactose via one-pot reaction with α1, 2-fucosidase and l-fucose dehydrogenase
KR101673195B1 (en) The Recombinant Sialic Acid-Specific Binding Lectin, PSL1b, from the Mushroom Polyporus squamosus
WO2020040257A1 (en) METHOD FOR SYNTHESIZING ENZYME FOR β-GLYCOSIDE OF LACTO-N-BIOSE I OR GALACTO-N-BIOSE USING MODIFIED PHOSPHORYLASE
Chong et al. A preparative hydrophobic interaction chromatography for purification of recombinant nucleocapsid protein of Nipah virus from clarified Escherichia coli homogenate
US8669089B2 (en) Ulvan lyase, method for manufacturing same, and uses thereof
US11248217B2 (en) Engineered carbohydrate-active enzymes for glycan polymers synthesis
US20070037251A1 (en) Novel protein expression system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20220228