RU2756179C1 - Method for producing l-(+)-tartaric acid - Google Patents

Method for producing l-(+)-tartaric acid Download PDF

Info

Publication number
RU2756179C1
RU2756179C1 RU2020130524A RU2020130524A RU2756179C1 RU 2756179 C1 RU2756179 C1 RU 2756179C1 RU 2020130524 A RU2020130524 A RU 2020130524A RU 2020130524 A RU2020130524 A RU 2020130524A RU 2756179 C1 RU2756179 C1 RU 2756179C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tartaric acid
cis
enzyme
seq
sequence
Prior art date
Application number
RU2020130524A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич Розанов
Сергей Евгеньевич Пельтек
Антон Владимирович Коржук
Константин Викторович Старостин
Валерия Шляхтун
Original Assignee
Публичное акционерное общество «СИБУР Холдинг»
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 Публичное акционерное общество «СИБУР Холдинг» filed Critical Публичное акционерное общество «СИБУР Холдинг»
Priority to RU2020130524A priority Critical patent/RU2756179C1/en
Priority to PCT/RU2021/000387 priority patent/WO2022060246A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756179C1 publication Critical patent/RU2756179C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/16Enzymes or microbial cells immobilised on or in a biological cell

Abstract

FIELD: biotechnology.SUBSTANCE: invention relates to biotechnology, in particular, to the field of producing L-(+)-tartaric acid from cis-epoxysuccinates of alkaline or alkaline earth metals. In particular, the invention relates to the application of an enzyme with an amino acid sequence at least 70% identical to SEQ ID NO:1 for hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkaline and alkaline earth metals.EFFECT: invention provides a possibility of effectively producing L-(+)-tartaric acid.5 cl, 3 dwg, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к способу получения L-(+)-винной кислоты, включающему стадию ферментативного гидролиза цис-эпоксисукцината щелочного или щелочноземельного металла.The invention relates to a method for producing L - (+) - tartaric acid, comprising the step of enzymatic hydrolysis of an alkali or alkaline earth metal cis-epoxysuccinate.

Уровень техникиState of the art

Карбоновые и дикарбоновые кислоты, диолы и спирты находят все большее применение в различных отраслях промышленности. В том числе, это относится к L-(+)-винной кислоте. L-(+)-винную кислоту применяют в пищевой, косметической, текстильной, фармацевтической, химической и строительной промышленностях в качестве подкислителя, усилителя вкуса, антиоксиданта и химического растворителя. Традиционно L-(+)-винную кислоту получают из отходов виноделия.Carboxylic and dicarboxylic acids, diols and alcohols are increasingly used in various industries. This also applies to L - (+) - tartaric acid. L - (+) - tartaric acid is used in food, cosmetic, textile, pharmaceutical, chemical and construction industries as an acidifier, flavor enhancer, antioxidant and chemical solvent. Traditionally, L - (+) - tartaric acid is obtained from wine-making waste.

Кроме того, L-(+)-винная кислота может быть получена химическим синтезом (см. документ US5087746 A (опубл. 11.02.1992, MONSANTO CO [US]) или ферментацией (см. Bhat H. K. et al., PRODUCTION OF TARTARIC ACID BY IMPROVED RESISTANT STRAIN OF GLUCONOBACTER-SUBOXYDANS // Research and Industry. - 1986. - Т. 31. - № 2. - С. 148-152) малеинового ангидрида и 5-оксоглуконовой кислоты или глюкозы в качестве исходного сырья.In addition, L - (+) - tartaric acid can be obtained by chemical synthesis (see document US5087746 A (published 02/11/1992, MONSANTO CO [US])) or by fermentation (see Bhat HK et al., PRODUCTION OF TARTARIC ACID BY IMPROVED RESISTANT STRAIN OF GLUCONOBACTER-SUBOXYDANS // Research and Industry. - 1986. - T. 31. - No. 2. - P. 148-152) maleic anhydride and 5-oxogluconic acid or glucose as a raw material.

В настоящее время наиболее эффективным способом является ферментативное получение L-(+)-винной кислоты из недорогого и легко доступного цис-эпоксисукцината (ЦЭС) с использованием цис-эпоксисукцинат гидролаз (ЦЭСГ), как описано, например, в документе US 4010072 A (опубл. 01.03.1977, TOKUYAMA SODA [JP]).Currently, the most effective method is the enzymatic production of L - (+) - tartaric acid from inexpensive and readily available cis-epoxysuccinate (CES) using cis-epoxysuccinate hydrolases (CESH), as described, for example, in document US 4010072 A (publ. . 03/01/1977, TOKUYAMA SODA [JP]).

Эпоксидные гидролазы представляют собой биокатализаторы для асимметричного гидролиза эпоксидов, для которых не требуется ни кофакторов, ни ионов металлов.Epoxy hydrolases are biocatalysts for the asymmetric hydrolysis of epoxides, which require neither cofactors nor metal ions.

Цис-эпоксисукцинат гидролазная активность была описана для широкой группы микроорганизмов: Acetobacter curtus, Achromobacter tartarogenes, Ach. acinus and Ach. sericatus, Acinetobacter tartarogenes, Agrobacterium aureum, Agr. viscosum, Alcaligenes epoxylytus, Alc. margaritae, Corynebacterium sp., Nocardia tartaricans, Pseudomonas sp., Rhizobium validum, Rhodococcus rhodochrous, Klebsiella sp. и Labrys sp. Cis-epoxysuccinate hydrolase activity has been described for a wide group of microorganisms: Acetobacter curtus , Achromobacter tartarogenes, Ach. acinus and Ach. sericatus , Acinetobacter tartarogenes, Agrobacterium aureum, Agr. viscosum, Alcaligenes epoxylytus, Alc. margaritae, Corynebacterium sp., Nocardia tartaricans, Pseudomonas sp., Rhizobium validum, Rhodococcus rhodochrous, Klebsiella sp. and Labrys sp.

Несмотря на достаточно широкое распространение ЦЭСГ среди бактерий, в базах данных представлены только 2 аминокислотные последовательности ЦЭСГ, для которых достоверно описана реакция преобразования ЦЭС в L-тартрат.Despite the widespread distribution of CESG among bacteria, the databases contain only 2 amino acid sequences of CESG, for which the reaction of the conversion of CES into L-tartrate has been reliably described.

В документе US6379938 B1 (опубл. 30.02.2002 PURATOS NV [BE] определена первая полная последовательность белка ЦЭСГ из бактерии Rhodococcus rhodochrous LMGP-18079 и продемонстрировано, что белок гена обладает ЦЭСГидролазной активностью. Идентичная последовательность также обнаружена в бактерии Rhodococcus opacus (документ Liu Z. et al., Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - Т. 74. - №. 1. - С. 99-106), Nocardia tartaricans CAS-52 (Wang Z., Wang Y., Su Z. Purification and characterization of a cisepoxysuccinic acid hydrolase from Nocardia tartaricans CAS-52, and expression in Escherichia coli //Applied microbiology and biotechnology. - 2013. - Т. 97. - № 6. - С. 2433-2441). В настоящее время последовательность фермента представлена в базе данных NCBI (GenBank ID: JQ267565).In document US6379938 B1 (publ. 30.02.2002 PURATOS NV [BE], the first complete sequence of the CESG protein from the bacteriumRhodococcus rhodochrousLMGP-18079 and it was demonstrated that the protein of the gene has CES hydrolase activity. Identical sequence also found in bacteriaRhodococcus opacus (document Liu Z. et al., Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme // Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - T. 74. - No. 1 . - S. 99-106),Nocardia tartaricans CAS-52 (Wang Z., Wang Y., Su Z. Purification and characterization of a cisepoxysuccinic acid hydrolase from Nocardia tartaricans CAS-52, and expression in Escherichia coli // Applied microbiology and biotechnology. - 2013. - T. 97. - No. 6. - P. 2433-2441). The enzyme sequence is currently listed in the NCBI database (GenBank ID: JQ267565).

Второй известной последовательностью является последовательность гена ЦЭСГ из Klebsiella oxytoca (Cheng Y. et al., Purification and characterization of a novel cisepoxysuccinate hydrolase from Klebsiella sp. that produces L (+)-tartaric acid //Biotechnology letters. - 2014. - Т. 36. - № 11. - С. 2325-2330).The second known sequence is the sequence of the CESG gene from Klebsiella oxytoca (Cheng Y. et al., Purification and characterization of a novel cisepoxysuccinate hydrolase from Klebsiella sp. That produces L (+) - tartaric acid // Biotechnology letters. - 2014. - T. 36. - No. 11. - S. 2325-2330).

Несмотря на то, что данные последовательности обладают ЦЭСГ-активностью, процесс ферментативного раскрытия эпоксида требуется проводить при температуре не более 37° из-за не достаточной стабильности фермента. Использование более высоких температур позволит повысить эффективность процесса и снизить вероятность микробного заражения.Despite the fact that these sequences have CESG activity, the process of enzymatic epoxide opening must be carried out at a temperature of no more than 37 ° due to insufficient enzyme stability. Using higher temperatures will improve the efficiency of the process and reduce the likelihood of microbial contamination.

Таким образом, в настоящее время существует потребность в определении новых последовательностей, проявляющих ЦЭСГ-активность и позволяющих оптимизировать процесс получения тартратов из соответствующих ЦЭС с последующим селективным получение L-(+)-винной кислоты.Thus, there is currently a need to identify new sequences exhibiting CESH activity and allowing to optimize the process of obtaining tartrates from the corresponding CES with subsequent selective production of L - (+) - tartaric acid.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Изобретение заключается в применении фермента, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1 в получении тартратов из цис-эпоксисукцинатов (ЦЭС) щелочных и щелочноземельных металлов.The invention consists in the use of an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the production of tartrates from cis-epoxysuccinates (CES) of alkali and alkaline earth metals.

Данный фермент получают из культуры клетки-хозяина, несущей плазмидную конструкцию, содержащую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO:2.This enzyme is obtained from a culture of a host cell carrying a plasmid construct containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

Также изобретение относится к полинуклеотиду, кодирующему последовательность SEQ ID NO:1, плазмидной конструкции, содержащей полинуклеотид кодирующий фермент, содержащий аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1.The invention also relates to a polynucleotide encoding the sequence of SEQ ID NO: 1, a plasmid construct comprising a polynucleotide encoding an enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

Кроме того, изобретение относится к клетке-хозяину, содержащей полинуклеотид или плазмидную конструкцию, кодирующих фермент, содержащий аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1.In addition, the invention relates to a host cell containing a polynucleotide or plasmid construct encoding an enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

В конечном итоге изобретение относится к способу получения L-(+)-винной кислоты путем гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов.Ultimately, the invention relates to a method for producing L - (+) - tartaric acid by hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals.

Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности фермента в процессе получения тартрата из ЦЭС щелочных и щелочноземельных металлов при температуре до 60°С.The technical result of the invention is to ensure the stability of the enzyme in the process of obtaining tartrate from the CES of alkali and alkaline earth metals at temperatures up to 60 ° C.

Описание фигурDescription of figures

ФИГ.1. Карта плазмиды pQE30-PrCo, экспрессирующей ген ЦЭСГ Prauserella coralliicola. FIG. 1. Map of the plasmid pQE30-PrCo expressing the CESG Prauserella coralliicola gene.

ФИГ.2. Спектр ЯМР 1Н полученной винной кислоты в D2O.FIG. 2. 1 H NMR tartaric acid obtained in D 2 O.

ФИГ.3. Профили активности фермента в зависимости от температуры инкубации раствора фермента перед добавлением субстрата.FIG. 3. Profiles of enzyme activity as a function of the incubation temperature of the enzyme solution before adding the substrate.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Далее приводится описание различных аспектов реализации настоящего изобретения.The following is a description of various aspects of the implementation of the present invention.

В одном из вариантов осуществления изобретения раскрывается фермент, имеющий аминокислотную последовательность SEQ IN NO:1, применяемый для гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов.In one embodiment, the invention provides an enzyme having the amino acid sequence SEQ IN NO: 1 used for hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals.

Указанная последовательность может быть получена следующим образом.The specified sequence can be obtained as follows.

1. Химический синтез нуклеотида, кодирующего указанную последовательность.1. Chemical synthesis of a nucleotide encoding the specified sequence.

2. Необязательно оптимизацию нуклеотидной последовательности по составу кодонов (для повышения уровня экспрессии фермента клеткой хозяина).2. Optional optimization of the nucleotide sequence in terms of codon composition (to increase the level of expression of the enzyme by the host cell).

3. Клонирование нуклеотида в плазмидную конструкцию.3. Cloning of a nucleotide into a plasmid construct.

4. Введение плазмидной конструкции в клетки микроорганизма.4. Introduction of the plasmid construct into the cells of the microorganism.

5. Культивирование клеток.5. Cultivation of cells.

6. Разрушение клеток с получением лизата, содержащего указанную последовательность.6. Disruption of cells to obtain a lysate containing the specified sequence.

Описанный способ получения последовательности приводится только в качестве примера и не ограничивает настоящее изобретение. Примерами конкретных стадий получения последовательности служат стадии получения, описанные в: Liu Z. et al., Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - Т. 74. - № 1. - С. 99-106, EP 2840135 A1 (опубл. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN]), US 6379938 B1 (опубл. 30.04.2002 PURATOS NV [BE]).The described method of obtaining a sequence is provided by way of example only and does not limit the present invention. Examples of specific steps for obtaining a sequence are those described in: Liu Z. et al., Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme // Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - T. 74. - No. 1. - P. 99-106, EP 2840135 A1 (published 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN]), US 6379938 B1 (published 30.04.2002 PURATOS NV [BE]).

Полученная последовательность может быть иммобилизована как описано, например, в Wang Z. et al. Production of tartaric acid using immobilized recominant cisepoxysuccinate hydrolase //Biotechnology letters. - 2017. – Т. 39. - № 12. - С. 1859-1863.The resulting sequence can be immobilized as described, for example, in Wang Z. et al. Production of tartaric acid using immobilized recominant cisepoxysuccinate hydrolase // Biotechnology letters. - 2017. - T. 39. - No. 12. - S. 1859-1863.

В другом варианте осуществления изобретения изобретение относится к полинуклеотиду, кодирующему фермент, имеющий аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1. В некоторых вариантах осуществления, полинуклоетид представлен нуклеотидной последовательностью SEQ ID NO:2.In another embodiment, the invention relates to a polynucleotide encoding an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. In some embodiments, the polynucletide is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

В еще одном варианте осуществления изобретения изобретение относится к плазмидной конструкции для экспрессии фермента, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1, в которую была клонирована нуклеотидная последовательность SEQ ID NO:2.In another embodiment, the invention provides a plasmid construct for expressing an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 has been cloned.

В другом варианте осуществления изобретения изобретение относится к клетке-хозяину для экспрессии фермента, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1, в которую была клонирована нуклеотидная последовательность SEQ ID NO:2, или плазмидная конструкция, содержащая нуклеотидную последовательность SEQ ID NO:2.In another embodiment, the invention provides a host cell for expressing an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 has been cloned, or a plasmid construct comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

В качестве клетки-хозяина могут быть использованы любые известные из уровня техники клетки, например, бактерии, грибы или дрожжи. Предпочтительно, в следствие технологического удобства и доступности, используют бактерии E.coli, в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, используют штамм E.coli депонированный во Всероссийской коллекции промышленных организмов (ВКПМ) под номером B-13524.Any cell known in the art, for example bacteria, fungi or yeast, can be used as a host cell. Preferably, due to the technological convenience and accessibility, E. coli bacteria are used, in the most preferred embodiment of the invention, the E. coli strain deposited in the All-Russian collection of industrial organisms (VKPM) under the number B-13524 is used.

В одном из вариантов осуществления изобретения изобретение относится к применению фермента, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO:1, в производстве получения L-(+)-винной кислоты.In one embodiment, the invention relates to the use of an enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the production of L - (+) - tartaric acid.

В еще одном варианте осуществления изобретения изобретение относится к способу получения L-(+)-винной кислоты путем ферментативного гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов, где в качестве фермента используется последовательность SEQ ID NO:1. В качестве последовательности в ферментативном гидролизе также используют последовательность более чем на 70%, предпочтительно более чем на 75%, более чем на 80%, более чем на 85%, более чем на 90%, более чем на 95%, более чем на 99% гомологичную вышеуказанной.In yet another embodiment, the invention relates to a method for producing L - (+) - tartaric acid by enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, wherein SEQ ID NO: 1 is used as the enzyme. As a sequence in enzymatic hydrolysis, a sequence of more than 70%, preferably more than 75%, more than 80%, more than 85%, more than 90%, more than 95%, more than 99 % homologous to the above.

В качестве цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов используют цис-эпоксисукцинаты натрия, кальция, бария и т.п. Предпочтительно используют цис-эпоксисукцинат кальция.As cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline-earth metals, cis-epoxysuccinates of sodium, calcium, barium, etc. are used. Preferably, cis-epoxysuccinate calcium is used.

Ферментативный гидролиз проводят любым известным из уровня техники способом. Примерами таких способов являются, но не ограничивается ими: EP 2840135 A1 (опубл. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN]), US 6379938 B1 (опубл. 30.04.2002 PURATOS NV [BE]), GB 1534195 A (опубл. 29.11.1978, Takeda Chemical Industries [JP]).Enzymatic hydrolysis is carried out by any method known in the art. Examples of such methods are, but are not limited to: EP 2840135 A1 (published 03/25/2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN]), US 6379938 B1 (published 04/30/2002 PURATOS NV [BE]), GB 1534195 A ( publ. 11/29/1978, Takeda Chemical Industries [JP]).

Отличительной особенностью способа получения L-(+)-винной кислоты по настоящему способу является возможность проводить ферментативный гидролиз при температуре выше 40° и до 60°.A distinctive feature of the method for producing L - (+) - tartaric acid according to the present method is the ability to carry out enzymatic hydrolysis at temperatures above 40 ° and up to 60 °.

L-(+)-винную кислоту используют как в пищевой промышленности в качестве усилителя вкуса и подсластителя, так и в строительстве в составе сухих строительных смесей и т.д.L - (+) - tartaric acid is used both in the food industry as a flavor enhancer and sweetener, and in construction as part of dry building mixtures, etc.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Методики определенияDetermination methods

Методика электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) (одномерного белкового гель-электрофореза)Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) technique (one-dimensional protein gel electrophoresis)

Для проведения электрофореза белков к клеточному осадку после промывки от среды добавляли 40 мкл лизирующего буфера додецилсульфата натрия (ДСН-буфера) для нанесения (0,05 М Трис-HCl pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол), ресуспендировали и подвергали воздействию ультразвуковыми волнами в ультразвуковой ванне в течение 15 мин. Полученный лизат кипятили 5 мин при 95оС, центрифугировали 15 мин при 16100 g. После чего супернатант наносили на полиакриламидный ДСН-гель для проведения электрофореза по методу Лэммли (34) в мини-геле (8×10 см, толщиной 1 мм).To carry out electrophoresis of proteins, 40 μL of sodium dodecyl sulfate lysis buffer (SDS buffer) was added to the cell sediment after washing from the medium for application (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue ; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol), resuspended and exposed to ultrasonic waves in an ultrasonic bath for 15 min. The resulting lysate was boiled for 5 min at 95 ° C, centrifuged 15 min at 16100 g. Then the supernatant was applied to a polyacrylamide SDS gel for electrophoresis by the Laemmli method (34) in a mini-gel (8 × 10 cm, 1 mm thick).

Для проведения электрофореза белков супернатанты после ультразвукового разрушения клеток в солевом буфере смешивали в соотношении 1:1 с буфером для нанесения (0,05 М Трис-HCl pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол), затем кипятили в течение 5 минут.To carry out electrophoresis of proteins, supernatants after ultrasonic destruction of cells in saline buffer were mixed in a 1: 1 ratio with a loading buffer (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerin; 5% mercaptoethanol), then boiled for 5 minutes.

Для проведения электрофореза белков после хроматографической очистки образцы смешивали в соотношении 2:1 с буфером для нанесения (0,05 М Трис-HCl pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол), затем кипятили в течение 5 минут.To carry out electrophoresis of proteins after chromatographic purification, the samples were mixed in a 2: 1 ratio with an application buffer (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol), then boiled for 5 minutes.

Концентрацию белка определяли по методу Брэдфорда (см. Bradford, M.M. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding // Anal. Biochem. - 1976. - Vol. 72. - P. 248-254).Protein concentration was determined by the Bradford method (see Bradford, MM A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding // Anal. Biochem. - 1976. - Vol. 72. - P. 248-254).

Получение последовательности генаGene Sequence Obtaining

Для создания молекулярно-биологической конструкции SEQ ID NO:2, экспрессирующей белок ЦЭС-гидролазу PrCo, проводили химический синтез последовательности гена с оптимизированным для экспрессии в E.coli кодонным составом.To create a molecular biological construct SEQ ID NO: 2 expressing the protein CES hydrolase PrCo , a chemical synthesis of a gene sequence with a codon composition optimized for expression in E. coli was performed.

Полученный ген клонировали в плазмидную конструкцию pQE30 под контроль мощного Т5 промотора под регуляцией оператора лактозного оперона. Карта плазмиды pQE30-PrCo, экспрессирующей ген ЦЭСГ Prauserella coralliicola, представлена на ФИГ.1. The resulting gene was cloned into the pQE30 plasmid construct under the control of a powerful T5 promoter under the regulation of the lactose operon operator. A map of the plasmid pQE30-PrCo expressing the CESG Prauserella coralliicola gene is shown in FIG . 1.

Получение трансформированных клеток Getting transformed cells E.coliE.coli

Молекулярно-генетическую конструкцию pQE30-PrCo вводили в клетки E.coli Xl-blue при помощи электропорации. Культивирование трансформированных клеток E.coli проводили следующим образом.The molecular genetic construct pQE30-PrCo was introduced into E. coli Xl-blue cells by electroporation. The cultivation of the transformed E. coli cells was carried out as follows.

В качестве основы использовали минимальную солевую среду, содержащую 2,0 г/л Na2SO4, 6,12 г/л (NH4)2SO4, 0,50 г/л NH4Cl, 14,60 г/л K2HPO4, 3,60 г/л NaH2PO4·H2O, 1,00 г/л двухосновного цитрата натрия, 0,36 г/л MgSO4 и 0,1 г/л тиамина гидрохлорида. К приготовленной смеси добавляли 250 мкл раствора микроэлементов, содержащего 0,50 г/л CaCl2·2H2O, 0,18 г/л ZnSO4·7H2O, 0,10 г/л MnSO4·H2O, 20,1 г/л Na2-ЭДТА, 16,70 г/л FeCl3·6H2O, 0,16 г/л CuSO4·5H2O, 0,18 г/л CoCl2·6H2O. Уровень pH питательной среды доводили до значения 7.5. В качестве источника углерода использовали глицерин и глюкозу, 7,5 г/л и 2,5 г/л, соответственно.As a basis, we used a minimal saline medium containing 2.0 g / l Na 2 SO 4 , 6.12 g / l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g / l NH 4 Cl, 14.60 g / l K 2 HPO 4 , 3.60 g / l NaH 2 PO 4 · H 2 O, 1.00 g / l sodium citrate dibasic, 0.36 g / l MgSO 4 and 0.1 g / l thiamine hydrochloride. To the prepared mixture was added 250 μL of a solution of trace elements containing 0.50 g / L CaCl 2 2H 2 O, 0.18 g / L ZnSO 4 7H 2 O, 0.10 g / L MnSO 4 H 2 O, 20 , 1 g / l Na 2 -EDTA, 16.70 g / l FeCl 3 6H 2 O, 0.16 g / l CuSO 4 5H 2 O, 0.18 g / l CoCl 2 6H 2 O. Level The pH of the nutrient medium was adjusted to 7.5. Glycerin and glucose were used as carbon sources, 7.5 g / L and 2.5 g / L, respectively.

Для индукции экспрессии белка через 24 часа инкубации в среду добавляли 150 мкл 1М водного раствора IPTG (изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозид) и ампициллина из расчета 100 мкг/мл. Одновременно с началом индукции экспрессии белка к бактериальной культуре добавляли дополнительные источники углерода - глицерин и раствор, содержащий 100г/л триптона и 50 г/л дрожжевого экстракта.To induce protein expression after 24 hours of incubation, 150 μl of a 1M aqueous solution of IPTG (isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside) and ampicillin were added to the medium at a rate of 100 μg / ml. Simultaneously with the beginning of the induction of protein expression, additional carbon sources - glycerol and a solution containing 100 g / L of tryptone and 50 g / L of yeast extract - were added to the bacterial culture.

Дальнейшую инкубацию культур проводили при температуре 32° в течение 7 часов. Оптическая плотность OD600 культуры по окончании культивирования составляла ~ 6,2. Клеточную культуру осаждали при 3000-4000 об/мин в течении 10 минут, промывали минимальной солевой средой, замораживали в жидком азоте и хранили при -70°С.Further incubation of cultures was carried out at a temperature of 32 ° for 7 hours. The optical density OD600 of the culture at the end of cultivation was ~ 6.2. The cell culture was besieged at 3000-4000 rpm for 10 minutes, washed with minimal saline medium, frozen in liquid nitrogen and stored at -70 ° C.

Аликвоту клеток из образца анализировали на предмет наличия рекомбинантного белка с помощью одномерного гель электрофореза в ПААГ.An aliquot of cells from the sample was analyzed for the presence of the recombinant protein using one-dimensional gel electrophoresis in PAGE.

Получение лизатаObtaining a lysate

Культуру клеток 50 мл рекомбинантной E.coli XL blue (с плазмидой pQE30-PrCo) после индукции осаждали центрифугированием при 3000g в течении десяти минут. Клетки ресуспендировали в 10 мл минеральной среды и разрушали ультразвуком. Лизат центрифугировали при 16100g в течение десяти минут.Cell culture of 50 ml of recombinant E. coli XL blue (with plasmid pQE30-PrCo) after induction was precipitated by centrifugation at 3000g for ten minutes. The cells were resuspended in 10 ml of mineral medium and sonicated. The lysate was centrifuged at 16100g for ten minutes.

Для определения наличий ферментативной реакции 10 мкл лизата после центрифугирования добавляли к 90 мкл раствора, содержащего 25 г/л натрия цис-эпоксисукцината, и перемешивали на вортексе. Инкубировали смесь в течении 1 часа при 32°. После чего определяли наличие в растворе тартрата метаванадатным способом.To determine the presence of an enzymatic reaction, 10 μl of the lysate after centrifugation was added to 90 μl of a solution containing 25 g / l of sodium cis-epoxysuccinate, and vortexed. The mixture was incubated for 1 hour at 32 °. Then the presence of tartrate in the solution was determined by the metavanadate method.

Исследуемый лизат демонстрирует наличие активности в сравнении с аналагочным лизатом полученным из штамма E.coli XL blue (с плазмидой pQE30 без встройки целевого гена).The investigated lysate demonstrates the presence of activity in comparison with the analogous lysate obtained from the E. coli XL blue strain (with plasmid pQE30 without insertion of the target gene).

Культивирование Cultivation E.coliE.coli

Ночную культуру выращивали в конических колбах объемом 500 мл, в которые помещали 100 мл среды LB (1% пептон, 1% NaCl и 0,5% дрожжевой экстракт, рН среды 8,0) с добавлением ампициллина в концентрации 100 мкг/мл. Общий объем ночной культуры составлял 400 мл. Культивирование проводили при 37°, при 250 об/мин на шейкере-инкубаторе ЕS-20/60 (Biosan) в течение 16 часов.The overnight culture was grown in 500 ml conical flasks, into which were placed 100 ml of LB medium (1% peptone, 1% NaCl and 0.5% yeast extract, pH 8.0) with the addition of ampicillin at a concentration of 100 μg / ml. The total volume of the overnight culture was 400 ml. The cultivation was carried out at 37 °, at 250 rpm on an ES-20/60 shaker-incubator (Biosan) for 16 hours.

Для культивирования в биореакторе использовали минеральную среду следующего состава: 2,0 г/л Na2SO4, 6,12 г/л (NH4)2SO4, 0,50 г/л NH4Cl, 14,60 г/л K2HPO4, 3,60 г/л NaH2PO4·H2O, 1,00 г/л двухосновного цитрата натрия, 0,36 г/л MgSO4 и 0,1 г/л тиамина гидрохлорида с добавлением к приготовленной смеси 1/1000 раствора микроэлементов, содержащего 0,50 г/л CaCl2·2H2O, 0,18 г/л ZnSO4·7H2O, 0,10 г/л MnSO4·H2O, 20,1 г/л Na2-ЭДТА, 16,70 г/л FeCl3·6H2O, 0,16 г/л CuSO4·5H2O, 0,18 г/л CoCl2·6H2O. Минеральную основу автоклавировали, микроэлементы стерилизовали фильтрованием через 0,22 мкм фильтры.For cultivation in a bioreactor, a mineral medium of the following composition was used: 2.0 g / l Na 2 SO 4 , 6.12 g / l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g / l NH 4 Cl, 14.60 g / l K 2 HPO 4 , 3.60 g / l NaH 2 PO 4 · H 2 O, 1.00 g / l sodium citrate dibasic, 0.36 g / l MgSO 4 and 0.1 g / l thiamine hydrochloride with the addition of to the prepared mixture of 1/1000 of a solution of trace elements containing 0.50 g / l CaCl 2 2H 2 O, 0.18 g / l ZnSO 4 7H 2 O, 0.10 g / l MnSO 4 H 2 O, 20 , 1 g / l Na2-EDTA, 16.70 g / l FeCl 3 6H 2 O, 0.16 g / l CuSO 4 5H 2 O, 0.18 g / l CoCl 2 6H 2 O. Mineral base autoclaved, microelements were sterilized by filtration through 0.22 µm filters.

400 мл ночной культуры добавляли в пятилитровый биореактор Biostat B (Sartorius), содержащий 4 литра описанной выше минеральной среды с добавлением 2,5 г/л глюкозы и 7,5 г/л глицерина. Культивирование проводили при подаче воздуха: 2 литра на литр среды в минуту. Скорость вращения мешалки составляла 800 об/мин. рН среды поддерживали на оптимальный для роста E.coli уровне, равном 7,6. Перед добавлением ночной культуры среду прогревали до 37°, далее поддерживали эту же температуру на протяжении всего эксперимента.400 ml of the overnight culture was added to a five-liter Biostat B bioreactor (Sartorius) containing 4 liters of the above-described mineral medium supplemented with 2.5 g / L glucose and 7.5 g / L glycerol. The cultivation was carried out with air supply: 2 liters per liter of medium per minute. The stirrer rotation speed was 800 rpm. The pH of the medium was maintained at the optimum level for E. coli growth, equal to 7.6. Before adding the overnight culture, the medium was warmed up to 37 °, then the same temperature was maintained throughout the experiment.

Оптическую плотность культуры измеряли каждые 30 минут через 8 часов после начала культивирования. По достижению оптической плотности OD600 = 8,0 проводили индукцию. В среду добавляли 50 мл глицерина и 16 мл раствора (Триптон 100 г/л и дрожжевой экстракт 50 г/л). В качестве индуктора добавляли IPTG до концентрации 1 мкМ/мл. Культивировали при 32° в течение 6,5 часов.The optical density of the culture was measured every 30 minutes 8 hours after the start of the culture. Upon reaching the optical density OD600 = 8.0, induction was performed. 50 ml of glycerol and 16 ml of solution (Trypton 100 g / L and yeast extract 50 g / L) were added to the medium. IPTG was added as an inducer to a concentration of 1 μM / ml. Cultivated at 32 ° for 6.5 hours.

Культуру клеток концентрировали при помощи тангенциальной ультрафильтрации на фильтрах с размером пор 0,2 мкм. Всего с четырех литров культуры получали 56 г клеток. Шесть граммов полученного клеточного осадка суспендировали в 40 мл дистиллированной воды, пробирку помещали в ледяную баню. Клетки разрушали ультразвуком. Лизат осветляли центрифугированием при 12000 g в течении 30 минут.The cell culture was concentrated using tangential ultrafiltration on filters with a pore size of 0.2 μm. 56 g of cells were obtained from a total of four liters of culture. Six grams of the obtained cell pellet was suspended in 40 ml of distilled water, the test tube was placed in an ice bath. The cells were disrupted by ultrasound. The lysate was clarified by centrifugation at 12000 g for 30 minutes.

Цис-эпоксисукцинатгидролазную активность определяли по методике с использованием метаванадата аммония. Активность полученного фермента составила ~ 40 000 U/л культуральной жидкости.Cis-epoxysuccinate hydrolase activity was determined by the method using ammonium metavanadate. The activity of the resulting enzyme was ~ 40,000 U / L of the culture liquid.

Пример 1. Ферментативный гидролиз кальций цис-эпоксисукцината (СаЦЭС)Example 1. Enzymatic hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate (SACES)

В 100 мл дистиллированной воды суспендировали 5,35 гр CaЦЭС.In 100 ml of distilled water, 5.35 g of CaCES was suspended.

К полученной суспензии добавляли 5 мл осветленного лизата препаративно наработанного фермента ЦЭС гидролазы PrCo и инкубировали в течении 20 часов при 28°C при постоянном перемешивании 150 об/мин на шейкере-инкубаторе ЕS-20/60 (Biosan).To the resulting suspension, 5 ml of clarified lysate of the preparatively produced enzyme CES hydrolase PrCo was added and incubated for 20 hours at 28 ° C with constant stirring at 150 rpm on an ES-20/60 incubator shaker (Biosan).

По окончании культивирования осадок фильтровали и высушивали до воздушно-сухого состояния.At the end of the cultivation, the precipitate was filtered and dried to an air-dry state.

Проверка показала, что полученный порошок содержит 90 ± 5% четырехводного гидрата кальция L-тартрата.Inspection showed that the resulting powder contained 90 ± 5% calcium L-tartrate tetrahydrate hydrate.

Согласно данным анализа РФА полученный порошок содержит L-CaC4H4O6•4H2O и не содержит CaЦЭС, что говорит о полноте прохождения реакции.According to the XRD analysis data, the resulting powder contains L-CaC 4 H 4 O 6 • 4H 2 O and does not contain CaCES, which indicates the completeness of the reaction.

Пример 2. Сравнение ферментативной активности в зависимости от температур.Example 2. Comparison of enzymatic activity depending on temperatures.

Проводили качественное определение ЦЭСГ-активности в полученных растворах белков. Активность была продемонстрирована для осветленных лизатов культур клеток E.coli, несущих конструкции, экспрессирующие следующие ЦЭСГ: SEQ ID NO:3 (RhOp из Rhodococcus opacus); SEQ ID NO:4 (KlOx из Klebsiella oxytoca); SEQ ID NO:1 (PrCo из Prauserella coralliicola).A qualitative determination of the CESG activity in the obtained protein solutions was carried out. Activity has been demonstrated for clarified lysates of E. coli cell cultures carrying constructs expressing the following CSEG: SEQ ID NO: 3 (RhOp from Rhodococcus opacus) ; SEQ ID NO: 4 (KlOx from Klebsiella oxytoca) ; SEQ ID NO: 1 (PrCo from Prauserella coralliicola) .

Результат определения представлен на ФИГ.3.The result of the determination is shown in FIG. 3.

Как проиллюстрировано на ФИГ.3, последовательность, обнаруженная в Prauserella coralliicola, по сравнению с известными последовательностями, более стабильна в диапазоне температур, оптимальном для проведения ферментативного гидролиза (45-60°С). Вместе с тем, последовательность, обнаруженная в Prauserella coralliicola, проявляет высокую селективность в процессе гидролиза кальций цис-эпоксисукцината.As illustrated in FIG. 3, the sequence found in Prauserella coralliicola, compared to the known sequences, is more stable in the optimal temperature range for enzymatic hydrolysis (45-60 ° C). At the same time, the sequence found in Prauserella coralliicola is highly selective in the hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate.

Claims (5)

1. Применение фермента, имеющего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 70% SEQ ID NO:1, для гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов.1. The use of an enzyme having an amino acid sequence identical at least 70% to SEQ ID NO: 1 for the hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals. 2. Применение по п.1 для гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов при получении L-(+)-винной кислоты.2. Use according to claim 1 for the hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals to obtain L - (+) - tartaric acid. 3. Способ получения L-(+)-винной кислоты путем ферментативного гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве фермента используют фермент, имеющий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 70% SEQ ID NO:1, для гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов.3. A method for producing L - (+) - tartaric acid by enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, characterized in that an enzyme is used as an enzyme having an amino acid sequence identical by at least 70% to SEQ ID NO: 1, for hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals. 4. Способ по п.3, в котором ферментативный гидролиз проводят при температуре более 40°С.4. The method according to claim 3, wherein the enzymatic hydrolysis is carried out at a temperature of more than 40 ° C. 5. Способ по п.3, в котором ферментативный гидролиз проводят при температуре до 60°С.5. The method according to claim 3, wherein the enzymatic hydrolysis is carried out at temperatures up to 60 ° C.
RU2020130524A 2020-09-16 2020-09-16 Method for producing l-(+)-tartaric acid RU2756179C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130524A RU2756179C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Method for producing l-(+)-tartaric acid
PCT/RU2021/000387 WO2022060246A1 (en) 2020-09-16 2021-09-10 Method for producing l-(+)-tartaric acid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130524A RU2756179C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Method for producing l-(+)-tartaric acid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756179C1 true RU2756179C1 (en) 2021-09-28

Family

ID=77999810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130524A RU2756179C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Method for producing l-(+)-tartaric acid

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2756179C1 (en)
WO (1) WO2022060246A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010072A (en) * 1975-02-14 1977-03-01 Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha Process for preparing L-tartaric acid
WO2019229064A2 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 Firmenich Sa Method for producing albicanol compounds

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4010072A (en) * 1975-02-14 1977-03-01 Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha Process for preparing L-tartaric acid
WO2019229064A2 (en) * 2018-05-29 2019-12-05 Firmenich Sa Method for producing albicanol compounds

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GenBank: TKG60628.1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/TKG60628.1?report=genbank&log$=protalign&blast_rank=1&RID=58UN757N01R, 05.05.2019. *
е: GenBank: TKG60628.1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/TKG60628.1?report=genbank&log$=protalign&blast_rank=1&RID=58UN757N01R, 05.05.2019. *
СИНГЕР М. и др., "Гены и геномы", Москва, "Мир", 1998, том 1, стр. 63-64. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022060246A1 (en) 2022-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103635574B (en) improved nitrile hydratase
JPWO2005116206A1 (en) Improved nitrile hydratase
CN101663389A (en) An amidase gene knock-out engineered strain for nitrile hydratase production, its construction and application
JP4708677B2 (en) Method for producing amide compound using microbial catalyst
LU502146B1 (en) PECTATE LYASE (Pel) MUTANT deltaPelG403, AND ENCODING GENE, PREPARATION METHOD AND USE
JP2019516359A (en) Biotechnological methods for the production of acrylamide and related novel strains
JP2015213506A (en) D-succinylase, and method for producing d-amino acid using the same
WO2011138966A1 (en) Method for producing acrylamide using microbial catalyst
JPWO2015186298A1 (en) Improved nitrile hydratase
RU2756179C1 (en) Method for producing l-(+)-tartaric acid
JP5648354B2 (en) Method for preserving microbial cells and suspension of microbial cells
CN111057695B (en) Nitrilase and preparation method and application thereof
Wu et al. Protein engineering of Acidovorax facilis 72W nitrilase for bioprocess development
RU2546239C1 (en) RECOMBINANT STRAIN Escherichia coli, HAVING CONSTITUTIVE ASPARTASE ACTIVITY AND METHOD OF SYNTHESIS OF L-ASPARTIC ACID USING THIS STRAIN AS BIOCATALYST
CN112695048A (en) Method for synthesizing 1, 5-pentanediamine by L-lysine decarboxylase and enzyme method
RU2304165C1 (en) Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same
JP5226509B2 (en) Improved halohydrin epoxidase
JP5702604B2 (en) Improving immobilized microbial nitrilase to produce glycolic acid
CN114350630A (en) L-pantolactone dehydrogenase, mutant and application thereof
Balan et al. Thermostable lipase production by Geobacillus thermodenitrificans in a 5-L stirred-tank bioreactor
CN109280651B (en) Lactate dehydrogenase mutant gene LbLDH1 and fermentation method for efficient expression of lactate dehydrogenase mutant gene LbLDH1 in escherichia coli
JP4709186B2 (en) Method for producing amide compound using microbial catalyst
RU2620942C2 (en) Plasmid-free recombinant escherichia coli strain, with constitutive aspartase activity and method for l-asparagin acid synthesis using this strain as biocatalyst
Ma et al. Study on the Activity of a New Amidase Signature (AS) Family
JP2017055676A (en) Method for attaching and detaching and desorbing microorganism