RU2794803C1 - Purification method of mundticin p436 (ks) - Google Patents

Purification method of mundticin p436 (ks) Download PDF

Info

Publication number
RU2794803C1
RU2794803C1 RU2021136495A RU2021136495A RU2794803C1 RU 2794803 C1 RU2794803 C1 RU 2794803C1 RU 2021136495 A RU2021136495 A RU 2021136495A RU 2021136495 A RU2021136495 A RU 2021136495A RU 2794803 C1 RU2794803 C1 RU 2794803C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mundticin
sorbent
strain
bioreactor
followed
Prior art date
Application number
RU2021136495A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марат Георгиевич Теймуразов
Ольга Ивановна Тазина
Алёна Алексеевна Абаимова
Эдуард Арсеньевич Светоч
Иван Алексеевич Дятлов
Original Assignee
Федеральное бюджетное учреждение науки "Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное бюджетное учреждение науки "Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека filed Critical Федеральное бюджетное учреждение науки "Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Application granted granted Critical
Publication of RU2794803C1 publication Critical patent/RU2794803C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: method for purification of P436(KS) mundticin is proposed, which includes cultivating the producer strain Enterococcus mundtii "GKPM - Obolensk" B-8925 for 12 hours in a bioreactor with a Brucella broth nutrient medium with the addition of meat extract and lactose and adding the sorbent CM-sephadex C25 10% of the volume into a bioreactor with a nutrient medium immediately before cultivation, followed by autoclaving of the biomass together with the sorbent at 0.5 atm for 15 min. Then the sorbent is taken, washed with phosphate-buffered saline with the addition of ethanol, transferred to a chromatographic column, followed by elution of the sorbed mundticin with a buffer, and the resulting one-stage purification product is further purified using HPLC by reverse-phase chromatography on a C18 column.
EFFECT: invention provides an increase in the purity and yield of P436 mundticin suitable for industrial use.
1 cl, 7 dwg, 5 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, биохимии и пищевой промышленности, в частности к получению препарата, используемого в качестве биоконсерванта в пищевой промышленности для деконтаминации мясной продукции от листерий, клостридий, энтерококков и других грамположительных микроорганизмов, участвующих в порче мясной продукции.The invention relates to the field of biotechnology, biochemistry and the food industry, in particular to the preparation of a preparation used as a biopreservative in the food industry for decontamination of meat products from listeria, clostridia, enterococci and other gram-positive microorganisms involved in the spoilage of meat products.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Мундтицины - это низкомолекулярные катионные термостабильные пептиды IIa-класса, продуцируемые Enterococcus mundtii, слабо иммуногенные и нетоксигенные для человека и животных.Mundticins are low molecular weight cationic thermostable class IIa peptides produced by Enterococcus mundtii that are weakly immunogenic and non-toxigenic for humans and animals.

Наиболее известные мундтицины: мундтицин ATO6 (Bennik et al. 1998) [1] - выделенный из штамма E. mundtii ATO6, полученного из цикория эндивий; мундтицин KS (Kawamoto et al. 2002) [3] - выделенный из штамма E. mundtii NFRI 7393, полученного из травяного силоса в Таиланде; мундтицин CRL35 (Saavedra et al. 2004, 2007) [5, 6] - выделенный из штамма E. mundtii CRL35, полученного из аргентинского сыра; мундтицин QU2 (K. Sonomoto et al. 2005) [7] - продуцируемый штаммом E. mundtii QU2, выделенным из соевых бобов. Несмотря на различные источники выделения штаммов-продуцентов, пептиды, после посттрансляционных модификаций, являются практически идентичными. В представленных работах подробно описаны физико-химические, генетические и биологические свойства мундтицинов, позволяющие утверждать, что они являются перспективными для использования в качестве биоконсервантов. Несмотря на это, существует ряд ограничений для внедрения их в практику, в первую очередь, малая индукция целевого пептида в культуральную среду и значительные потери его в процессе очистки от балластных примесей. Кроме того, сами штаммы-продуценты слабо охарактеризованы и, следовательно, не отвечают требованиям, предъявляемым к промышленным штаммам.The best-known mundticins are: mundticin ATO6 (Bennik et al. 1998) [1] isolated from the E. mundtii ATO6 strain obtained from endive chicory; mundticin KS (Kawamoto et al. 2002) [3] isolated from E. mundtii strain NFRI 7393 obtained from grass silage in Thailand; mundticin CRL35 (Saavedra et al. 2004, 2007) [5, 6] isolated from E. mundtii CRL35 strain obtained from Argentinean cheese; mundticin QU2 (K. Sonomoto et al. 2005) [7] - produced by E. mundtii QU2 strain isolated from soybeans. Despite different sources of isolation of producer strains, the peptides after post-translational modifications are almost identical. The presented works describe in detail the physicochemical, genetic and biological properties of mundticins, which make it possible to state that they are promising for use as biopreservatives. Despite this, there are a number of limitations for their implementation in practice, first of all, the low induction of the target peptide into the culture medium and its significant loss in the process of purification from ballast impurities. In addition, the producer strains themselves are poorly characterized and, therefore, do not meet the requirements for industrial strains.

В наши дни остается актуальной борьба с пищевыми токсикоинфекциями, связанными с заражением пищевых продуктов патогенными микроорганизмами, в частности Listeria monocytogenes и Clostridium рerfringens. Получение препарата, где в качестве действующего вещества выступает бактериоцин, обладающий выраженной антилистериозной активностью, а также с антимикробным эффектом в отношение ряда грамположительных микроорганизмов, в частности энтерококков и клостридий, позволит предотвратить риски появления вспышек пищевой токсикоинфекции у населения, вызываемой листериями, клостридиями и энтерококками, а также увеличит срок годности продукции.Today, the fight against foodborne diseases associated with the contamination of food products with pathogenic microorganisms, in particular Listeria monocytogenes and Clostridium perfringens, remains relevant. Obtaining a drug, where the active ingredient is bacteriocin, which has a pronounced antilisteriosis activity, as well as an antimicrobial effect against a number of gram-positive microorganisms, in particular enterococci and clostridia, will prevent the risks of outbreaks of food poisoning in the population caused by listeria, clostridium and enterococci, and also increase the shelf life of products.

Известно несколько бактериоцинов нашедших применение в пищевой промышленности, в частности: низин - коммерческий препарат «Nisaplin», педиоцин - Alta™ 2341 и Micocin®, комбинация трех бактериоцинов (carnocyclin A, carnobacteriocin BM1, piscicolin 126), продуцируемых Carnobacterium maltaromaticum UAL307. Из них только педиоцин рекомендован к применению для продукции из мяса.Several bacteriocins are known that have found application in the food industry, in particular: nisin - a commercial drug "Nisaplin", pediocin - Alta™ 2341 and Micocin®, a combination of three bacteriocins (carnocyclin A, carnobacteriocin BM1, piscicolin 126) produced by Carnobacterium maltaromaticum UAL307. Of these, only pediocin is recommended for use in meat products.

Известны «проблемные» места для внедрения бактериоцинов (в т.ч. мундтицинов) в практику, такие как безопасность штаммов-продуцентов, невысокий выход и чистота получаемого продукта.There are known "problem" places for the introduction of bacteriocins (including mundticins) into practice, such as the safety of producer strains, low yield and purity of the resulting product.

В частности, известен способ получения мундтицина CRL35, предложенный Farias et al. (1996) [8], с использованием трех стадий: преципитация мундтицина сульфатом аммония, гель-фильтрационная хроматография на Biogel P-6 и ВЭЖХ с использованием катионно-обменной колонки. К недостатку метода следует отнести то, что подобную методику невозможно масштабировать для получения препаративных количеств конечного продукта.In particular, the method for producing mundticin CRL35 proposed by Farias et al. (1996) [8], using three steps: precipitation of mundticin with ammonium sulfate, gel filtration chromatography on Biogel P-6 and HPLC using a cation exchange column. The disadvantage of the method should be attributed to the fact that such a technique cannot be scaled up to obtain preparative quantities of the final product.

Также известен способ очистки мундтицина, предложенный Kawamoto et al. (2002) [3], с использованием 3-х стадий: осаждение из культуральной жидкости сульфатом аммония с последующей очисткой методом катионнообменной хроматографии на SP-Toyopearl и доочисткой на C18 SPE cartridge. Недостатком способа является низкий выход мундтицина (25,6%) с чистотой не выше 50%.Also known is the purification method of mundticin proposed by Kawamoto et al. (2002) [3], using 3 stages: precipitation from the culture liquid with ammonium sulfate, followed by purification by cation exchange chromatography on SP-Toyopearl and post-purification on C18 SPE cartridge. The disadvantage of this method is the low yield of mundticin (25.6%) with a purity of not more than 50%.

Известен штамм Enterococcus mundtii ST4SA [Patent US 8444998], который продуцирует пептид - бактериоцин ST4SA (м.в. 3400 Да), обладающий антимикробными свойствами, однако представленные авторами высокие значения бактерицидной активности препарата относятся лишь к чувствительному тестовому штамму лактобактерий - Lactobacillus casei LHS. Активность в отношении листерий оценена только для одного представителя этого рода - непатогенного штамма Listeria innocua LMG 13568.A strain of Enterococcus mundtii ST4SA is known [Patent US 8444998], which produces a peptide - bacteriocin ST4SA (m.v. 3400 Da), which has antimicrobial properties, however, the high values of the bactericidal activity of the drug presented by the authors refer only to a sensitive test strain of lactobacilli - Lactobacillus casei LHS. Activity against Listeria was evaluated only for one representative of this genus, the non-pathogenic strain of Listeria innocua LMG 13568.

Известен штамм Enterococcus mundtii PPHS-5-13, продуцирующий субстанцию пептидной природы (бактериоцина) с антилистериозной активностью, не обладающий резистентностью к ванкомицину [патент RU 2532227 C1]. Недостатком штамма является то, что сам бактериоцин не охарактеризован, а штамм недостаточно аннотирован по таким показателям как наличие факторов вирулентности и биогенных аминов.Known strain Enterococcus mundtii PPHS-5-13, producing a substance of peptide nature (bacteriocin) with antilisteriosis activity, not resistant to vancomycin [patent RU 2532227 C1]. The disadvantage of the strain is that bacteriocin itself has not been characterized, and the strain is not sufficiently annotated in terms of such indicators as the presence of virulence factors and biogenic amines.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является штамм Enterococcus faecium 1073, продуцирующий бактериоцин Е-1073 (м.в. 3256 Да), выделенный из кишечника бройлерного цыпленка, идентифицированный и исследованный в ГНЦ ПМБ. Этот штамм в условиях глубинного культивирования продуцировал в культуральную жидкость бактериоцин Е-1073 с активностью против L. monocytogenes на уровне 800- 1600 АЕ/мл. Такой невысокий выход целевого продукта потребовал дополнительного использования специфических активаторов биосинтеза - конкурентных бактерий и сигнальных пептидов, что в целом усложняет технологию получения бактериоцинов.Closest to the proposed invention is a strain of Enterococcus faecium 1073, producing bacteriocin E-1073 (m.v. 3256 Da), isolated from the intestines of a broiler chicken, identified and investigated in the SSC PMB. Under submerged culture conditions, this strain produced bacteriocin E-1073 with activity against L. monocytogenes at the level of 800-1600 AU/ml into the culture liquid. Such a low yield of the target product required the additional use of specific biosynthesis activators - competitive bacteria and signal peptides, which generally complicates the technology for obtaining bacteriocins.

Техническим результатом изобретения является получение штамма Enterococcus mundtii - продуцента мундтицина Р436, обладающего антимикробной активностью против листерий, клостридий и энтерококков, а также повышение чистоты и выхода мундтицина Р436, пригодного для промышленного применения.The technical result of the invention is to obtain a strainEnterococcus mundii- producer mundticin P436, which has antimicrobial activity against listeria, clostridia and enterococci, as well as increasing the purity and yield of mundticin P436, suitable for industrial use.

Технический результат достигается тем, что предложен штамм Enterococcus mundtii - продуцент мундтицина Р436, обладающего антимикробной активностью,- депонирован в музее ГНЦ ПМБ с присвоением номера «ГКПМ - Оболенск» В-8925.The technical result is achieved by the proposed strainEnterococcus mundii - producer mundticin P436, which has antimicrobial activity,- deposited in the museum of the SSC PMB with the assignment of the number "GKPM - Obolensk" V-8925.

Штамм Enterococcus mundti был выделен из подглазничных синусов птицы. В результате ПЦР-анализа со специфичными праймерами было установлено, что он содержит бактериоцин - мундтицин. Фенотипически его проявление характеризуется ингибированием тест-штаммов L. monocytogenes и Cl. рerfringens (табл. 1 (см. в графической части)).The Enterococcus mundti strain was isolated from the infraorbital sinuses of a bird. As a result of PCR analysis with specific primers, it was found that it contains bacteriocin - mundticin. Phenotypically, its manifestation is characterized by inhibition of test strains L. monocytogenes and Cl. perfringens (Table 1 (see the graphic part)).

Было проведено полногеномное секвенирование штамма с последующей сборкой и аннотацией генома. Полногеномное секвенирование осуществляли на Illumina MiSeq instrument (San Diego, CA USA, Illumina, Inc.) и MGISeq-2000 (Shenzhen, China, MGI Tech Co., Ltd). Сборку генома de novo проводили с использованием программы SPAdes v. 1.13.1. Финальную аннотацию проводили, используя NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline. Поиск факторов вирулентности и антибиотикоустойчивости осуществляли, используя программы ResFinder 4.1. и VirulenceFinder 2.0 (Center for Genomic Epidemiology (http://www.genomicepidemiology.org). Поиск генов бактериоцинов проводили с помощью программы Bagel 4 и BLAST. Биогенные амины искали, используя программу BLAST. Профаги искали, используя программу Prophage Hunter (https://doi.org/10.1093/nar/gkz380).Whole genome sequencing of the strain was carried out, followed by assembly and annotation of the genome. Whole genome sequencing was performed on Illumina MiSeq instrument (San Diego, CA USA, Illumina, Inc.) and MGISeq-2000 (Shenzhen, China, MGI Tech Co., Ltd). The de novo genome was assembled using the SPAdes v. 1.13.1. Final annotation was performed using the NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline. The search for virulence and antibiotic resistance factors was carried out using the ResFinder 4.1 software. and VirulenceFinder 2.0 (Center for Genomic Epidemiology (http://www.genomicepidemiology.org). Bacteriocin genes were searched using the Bagel 4 and BLAST programs. Biogenic amines were searched using the BLAST program. Prophages were searched using the Prophage Hunter program (https: //doi.org/10.1093/nar/gkz380).

Геном штамма E. mundtii «ГКПМ - Оболенск» В-8925 был размещен в базу данных NCBI под № JAIZFT (штамм SCPM-O-B-8925). Штамм не содержит генов вирулентности и антибиотикорезистентности. Не содержит генов биогенных аминов и профагов. Содержит ген мундтицина (фиг.1, табл. 2, табл. 3 (см. в графической части)).The genome of the strain E. mundtii "GKPM - Obolensk" B-8925 was placed in the NCBI database under the number JAIZFT (strain SCPM-OB-8925). The strain does not contain genes for virulence and antibiotic resistance. Does not contain genes for biogenic amines and prophages. Contains the mundticin gene (figure 1, table 2, table 3 (see the graphic part)).

При культивировании на питательном агаре №1 штамм E. mundtii «ГКПМ - Оболенск» В-8925 образует колонии S-формы, диаметром 0,1-0,2 мм, с образованием пигмента желтоватого цвета. При микроскопии по Грамму видны грамположительные кокки, расположенные одиночно или парами. Каталаза- и оксидазанегативные. В полужидком агаре неподвижны. Факультативный анаэроб, оптимальная температура культивирования 37°С. Сбраживает аргинин, маннитол, L-арабинозу, мелибиозу, раффнозу, сорбитол, мелицитозу, не сбраживает сорбозу (ЭН-КОККУС тест, Erba Lachema, Чехия)When cultivated on nutrient agar No. 1, the E. mundtii strain "GKPM - Obolensk" B-8925 forms S-shaped colonies, 0.1-0.2 mm in diameter, with the formation of a yellowish pigment. Gram microscopy shows Gram-positive cocci, singly or in pairs. Catalase- and oxidase-negative. In semi-liquid agar, they are immobile. Facultative anaerobe, optimum cultivation temperature 37°C. Ferments arginine, mannitol, L-arabinose, melibiose, raffnose, sorbitol, melicitose, does not ferment sorbose (EN-KOKKUS test, Erba Lachema, Czech Republic)

Таким образом, штамм отвечает критериям безвредности, в том числе, отвечает требованиям QPS (Квалифицированный список презумпции безопасности) от Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA) и может использоваться в качестве штамма-продуцента в промышленных условиях.Thus, the strain meets the safety criteria, including the QPS (Qualified List of Presumption of Safety) requirements of the European Food Safety Authority (EFSA) and can be used as a producer strain under industrial conditions.

Также технический результат изобретения достигается тем, что предложен способ очистки мундтицина Р436, заключающийся во внесении сорбента CM-sepharose C25 - до 10 % по объему, в биоректор с питательным бульоном (Brucella broth (Himedia, Mumbai, India) с добавлением мясного экстракта (5 г/л) и лактозы (2г/л)) перед культивированием штамма-продуцента в течение 12 часов с последующим автоклавированием культуральной жидкости при 0,5 АТМ в течение 10 минут, отбором сорбента на фильтрационных ситах, промывкой и упаковкой его в хроматографическую колонку с последующей элюцией сорбированного мундтицина буфером следующего состава: 0,4М NaCl, 10 %/V глицерина, 20 %/V этилового спирта, 0,01 М ацетатный буфер, рН 5,0, затем полученный продукт одностадийной очистки доочищают с использованием ВЭЖХ методом обращено-фазовой хроматографии на колонке С18.Also, the technical result of the invention is achieved by the fact that a method for purifying mundticin P436 is proposed, which consists in introducing the sorbent CM-sepharose C25 - up to 10% by volume, into a bioreactor with nutrient broth (Brucella broth (Himedia, Mumbai, India) with the addition of meat extract (5 g/l) and lactose (2 g/l)) before cultivating the producer strain for 12 hours, followed by autoclaving the culture liquid at 0.5 ATM for 10 minutes, selecting the sorbent on filtration sieves, washing and packing it into a chromatographic column with subsequent elution of the adsorbed mundticin with a buffer of the following composition: 0.4 M NaCl, 10%/V glycerol, 20%/V ethyl alcohol, 0.01 M acetate buffer, pH 5.0, then the obtained product of one-stage purification is further purified using HPLC by the reversed- phase chromatography on a C18 column.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphics.

Таблица 1. МПК мундтицина Р436 для тестированных штаммов.Table 1. Mundticin P436 MIC for tested strains.

Фигура1. Ген мундтицина Р436 штамма-продуцента штамм SCPM-O-B-8925Figure 1. Mundticin gene P436 of producer strain SCPM-O-B-8925

Таблица 2. Сравнение последовательностей мундтицина Р436 с наиболее близким мундтицином АТО6.Table 2. Sequence comparison of Mundticin P436 with the most closely related Mundticin ATO6.

Фигура 2. График кривой роста и параметров культивирования штамма E. mundtii В-8925.Figure 2. Graph of growth curve and culture parameters of E. mundtii strain B-8925.

Фигура 3. Хроматограмма элюата Р436 после одностадийной очистки.Figure 3. Chromatogram of P436 eluate after one-step purification.

Таблица 4. Данные аналитической хроматографии элюата Р436 после одностадийной очистки.Table 4. Analytical chromatography data of P436 eluate after one-step purification.

Фигура 4. Мундтицин Р436 после двустадийной очистки.Figure 4. Mundticin P436 after two-step purification.

Таблица 5. Хроматографические данные очищенного мундтицина Р436.Table 5. Chromatographic data of purified mundticin P436.

Фигура 5. Масс-спектр очищенного образца мундтицина Р436.Figure 5. Mass spectrum of a purified sample of Mundticin P436.

Фигура 6. Антимикробная активность мундтицина Р436 с использованием «спот-метода» на тест-штамм L. monocytogenes ATCC 19111.Figure 6. Antimicrobial activity of mundticin P436 using the "spot method" on the test strain L. monocytogenes ATCC 19111.

Фигура 7. Образцы мундтицина Р436 на форезе, залитого тест-культурой
L. monocytogenes ATCC 19111.
Figure 7. Samples of mundticin P436 on phoresis, flooded with test culture
L. monocytogenes ATCC 19111.

Пример 1. Культивирование штамма Example 1 Cultivation of the Strain

Приготовление инокулята. 24 часовые колонии E. mundtii В-8925 засевают в пробирку с 5 мл питательной среды (Brucella broth (Himedia, Mumbai, India) с добавлением мясного экстракта (5 г/л) и лактозы (2г/л)) и культивируют при температуре 37°С, проводя последовательные пересевы культуры в пробирки каждые два часа. Культуру из пробирки четвертого пассажа переносят в колбу с 300 мл питательной среды и культивируют в инкубаторе (IS-971 RF, Korea) при температуре 32°С и скорости вращения 110 об/мин. Для засева культуры в биореактор используют 4-х часовую культуру. Inoculum preparation. 24-hour colonies of E. mundtii B-8925 are inoculated into a test tube with 5 ml of nutrient medium (Brucella broth (Himedia, Mumbai, India) supplemented with meat extract (5 g/l) and lactose (2 g/l)) and cultivated at a temperature of 37 °C, carrying out successive transfers of the culture into test tubes every two hours. The culture from the tube of the fourth passage is transferred into a flask with 300 ml of nutrient medium and cultivated in an incubator (IS-971 RF, Korea) at a temperature of 32°C and a rotation speed of 110 rpm. A 4-hour culture is used to inoculate the culture in the bioreactor.

Приготовление сорбента для культивирования. В качестве сорбента используют CM Sephadex C-25 (Sigma, C25120, Sweden). Подготовка сорбента следующая: сухой порошок заливают деионизованной водой и отстаивают до полного набухания. Далее сорбент переводят в Na+- форму, последовательно отмывая шестью объемами 1М HCl, десятью объемами деионизованной воды, шестью объемами 1M NaOH после чего окончательно отмывают деионизованной водой до нейтральных значений рН (5 - 7) и стерилизуют в автоклаве при 1 атм в течение 10 мин. Приготовленный таким образом сорбент вносят в объеме 10% от объема в биореактор с питательной средой, непосредственно перед культивированием. Preparation of a sorbent for cultivation. CM Sephadex C-25 (Sigma, C25120, Sweden) is used as a sorbent. Preparation of the sorbent is as follows: dry powder is poured with deionized water and allowed to stand until complete swelling. Next, the sorbent is transferred to the Na + - form, washed successively with six volumes of 1M HCl, ten volumes of deionized water, six volumes of 1M NaOH, and then finally washed with deionized water to neutral pH values (5 - 7) and sterilized in an autoclave at 1 atm for 10 min. The sorbent prepared in this way is introduced in a volume of 10% of the volume into a bioreactor with a nutrient medium immediately before cultivation.

Глубинное культивирование. В качестве биореактора используют Sartorius Biostat B plus (Германия) с рабочим объемом 8 литров. Культивирование ведут при температуре 32°С, с перемешиванием 120-160 об/мин. с контролем рН (датчик Hamilton EasyFerm Plus pH Sensors 225mm) и dO2 (Hamilton OxyFerm™ DO Sensor 225mm). Время культивирования 12 часов. По окончанию культивирования в биореактор вносят 2,5 л деионизованной воды с 10 мл 1М HCl и продолжают перемешивать еще 30 минут, после чего биомассу вместе с сорбентом перекачивают в бутыль и автоклавируют при 0,5 атм 15 минут. Далее сорбент собирают на фильтрационном сите пропуская через него биомассу (фиг.2 График кривой роста и параметров культивирования штамма E. mundtii В-8925). Deep cultivation. Sartorius Biostat B plus (Germany) with a working volume of 8 liters is used as a bioreactor. Cultivation is carried out at a temperature of 32°C, with stirring 120-160 rpm. with pH control (Hamilton EasyFerm Plus pH Sensors 225mm) and dO 2 (Hamilton OxyFerm™ DO Sensor 225mm). Cultivation time 12 hours. At the end of cultivation, 2.5 l of deionized water with 10 ml of 1M HCl is added to the bioreactor and stirring is continued for another 30 minutes, after which the biomass together with the sorbent is pumped into a bottle and autoclaved at 0.5 atm for 15 minutes. Next, the sorbent is collected on a filtration sieve passing through the biomass (Fig.2 Graph of the growth curve and cultivation parameters of the strain E. mundtii B-8925).

Пример 2. Очистка мундтицина Р436. Собранный на фильтрационном сите CM Sephadex C-25 в объеме 800 мл последовательно промывают шестью объемами деионизованной воды, 2,5 л 0,1 М фосфатно-солевого буфера рН 7,4 с 10 % этанола, и переносят на хроматографическую колонку XK 50/60 (28988964, GE Healthcare). Хроматографию ведут на хроматографе AKTA Purifier 100 (GE Healthcare) с детекцией при длине волны А280 и скоростью 12 мл/мин. Сорбент промывают 0,1 М фосфатно-солевым буфером рН 7,4 с 10 % этанола, до выхода на базовую линию после чего элюируют 100% буфером В (0,4 М NaCl, 20% этанола, 10 % глицерина (141339.1211, Panreac)). В собранной фракции определяют активность. Также, для анализа чистоты и выхода мундтицина, аликвоту активной фракции анализируют в ВЭЖХ обращенно-фазовой хроматографии на колонке Partisphere rtf c18, 5μm 150×4,6 (4522-0202, Whatman). Элюцию проводят в градиентном режиме 0→100%. Буфер А dH2O+0,1 % ТФУ, буфер В ACN + 0,1 % ТФУ (фиг.3, таб.4). Выход полученного мундтицина 150-270 % (от контрольного культивирования, без внесения сорбента) и чистотой не ниже 55-72% в одну стадию.Example 2 Purification of Mundticin P436. Collected on a CM Sephadex C-25 filtration sieve in a volume of 800 ml, washed successively with six volumes of deionized water, 2.5 l of 0.1 M phosphate-buffered saline pH 7.4 with 10% ethanol, and transferred to a chromatographic column XK 50/60 (28988964, GE Healthcare). Chromatography is carried out on an AKTA Purifier 100 chromatograph (GE Healthcare) with detection at a wavelength of A280 and a flow rate of 12 ml/min. The sorbent is washed with 0.1 M phosphate-buffered saline pH 7.4 with 10% ethanol until reaching the baseline and then eluted with 100% buffer B (0.4 M NaCl, 20% ethanol, 10% glycerol (141339.1211, Panreac) ). In the collected fraction determine the activity. Also, to analyze the purity and yield of mundticin, an aliquot of the active fraction was analyzed by HPLC reverse phase chromatography on a Partisphere rtf c18, 5μm 150×4.6 column (4522-0202, Whatman). The elution is carried out in a gradient mode of 0→100%. Buffer A dH2O + 0.1% TFA, buffer B ACN + 0.1% TFA (figure 3, table 4). The output of the obtained mundticin is 150-270% (from the control cultivation, without adding a sorbent) and the purity is not lower than 55-72% in one stage.

Пример 3. Получение мундтицина Р436 с чистотой ≥90%. Для получения высокоочищенного мундтицина Р436 после одностадийной хроматографии доводят рН активного элюата до 10,6 1М раствором NaOH при перемешивании, центрифугируют, доводят рН супернатанта до 7,4 раствором 1М HCl и проводят обращенно-фазовую хроматографию на колонке Reprosil-PurBasic С18, 5μm 250×4,6 (Dr Maisch GmbH, Germany). Элюцию проводят в градиентном режиме 0→100%. Буфер А dH2O+0,1% ТФУ, буфер В ACN + 0,1% ТФУ. Активную фракцию собирают, упаривают на роторном испарителе Laborota 4000 (Heidolph, Германия), доводят объем до 1/10 исходного объема деионизованной водой и проводят ТФЭ (твердофазная экстракция) на колонке Strata C18-Е (Phenomenex, USA). В качестве элюата используют ацетонитрил с 2% муравьиной кислотой. Чистоту полученного мундтицина определяют хроматографически анализируя в ВЭЖХ обращенно-фазовой хроматографией на колонке Partisphere rtf c18, 5μm 150×4,6 (4522-0202, Whatman). Элюцию проводят в градиентном режиме 0→100%. Буфер А dH2O+0,1 % ТФУ, буфер В ACN + 0,1 % ТФУ (фиг.4, таб.5) и масс-спектрально методом MALDI-TOF MS на масс-спектрометре microflex LRF, Bruker Daltonik, в линейном режиме. Масс-спектры получают и анализируют с использованием программ FlexControl и FlexAnalisys (фиг. 5).Example 3 Preparation of Mundticin P436 with a purity of ≥90%. To obtain highly purified mundticin P436, after one-step chromatography, the pH of the active eluate is adjusted to 10.6 with 1 M NaOH solution with stirring, centrifuged, the supernatant pH is adjusted to 7.4 with 1 M HCl solution, and reverse-phase chromatography is carried out on a Reprosil-PurBasic C18 column, 5 μm 250× 4.6 (Dr Maisch GmbH, Germany). The elution is carried out in a gradient mode of 0→100%. Buffer A dH2O + 0.1% TFA, Buffer B ACN + 0.1% TFA. The active fraction is collected, evaporated on a Laborota 4000 rotary evaporator (Heidolph, Germany), the volume is adjusted to 1/10 of the original volume with deionized water, and SPE (solid phase extraction) is performed on a Strata C18-E column (Phenomenex, USA). The eluate used was acetonitrile with 2% formic acid. The purity of the resulting mundticin is determined chromatographically by HPLC analysis by reverse phase chromatography on a Partisphere rtf c18, 5μm 150×4.6 column (4522-0202, Whatman). The elution is carried out in a gradient mode of 0→100%. Buffer A dH2O + 0.1% TFA, buffer B ACN + 0.1% TFA (figure 4, table 5) and mass spectral method MALDI-TOF MS on a microflex LRF mass spectrometer, Bruker Daltonik, in linear mode . Mass spectra were obtained and analyzed using the FlexControl and FlexAnalisys programs (FIG. 5).

Пример 4. Определение антибактериальной активности Р436 спот-методом. За основу метода берут процедуру, описанную Ennahar et al. 2000 [2]. Коротко: в чашку Петри заливают 20 мл «нижнего» агара, состоящего из Antibiotic Assay Medium №1 с добавлением BactoAgar до 1 %. После застывания «нижнего» агара в колбу с расплавленным и охлажденным до 50°С «верхним» агаром (полужидкий Мюллер-Хинтон агар) вносят суспензию тест-штамма (L. monocytogenes ATCC 19111, E. faecalis ATCC 29212, Cl. perfringens ATCC 13124) до конечной концентрации 0,5 единиц по Мак-Фарланду, перемешивают и наслаивают по 5 мл на чашки с «нижним» агаром. Чашки оставляют до застывания агара и слегка подсушивают. На подготовленные таким образом чашки наносят по 10 мкл двукратных разведений исследуемого раствора мундтицина Р436. Чашки инкубируют при температуре 37°С. Учет результатов проводят через 16-18 часов, за 1 УЕ принимают зону четкого ингибирования роста тест-штамма в максимальном разведение равную 2 мм (фиг.6). Также, у очищенного мундтицина Р436 определяли молекулярную массу и антимикробную активность в 16% трицин SDS-ПААГ электрофорезе (по протоколу Schagger and Von Jagow, 1987) с маркерами Spectra Multicolor Low Range protein (26628, Termo Scientific) используя аппарат Mini Protean Tetra system (Bio-Rad). Для определения антибактериальной активности полосы, содержащей мундтицин Р436, гель заливали агаром с тест-микроорганизмом и инкубировали при 37°С в течение 18 ч (фиг.7).Example 4. Determination of the antibacterial activity of P436 by the spot method. The method is based on the procedure described by Ennahar et al. 2000 [2]. Briefly: 20 ml of “lower” agar, consisting of Antibiotic Assay Medium No. 1 with the addition of BactoAgar to 1%, is poured into a Petri dish. After solidification of the “lower” agar, a suspension of the test strain ( L. monocytogenes ATCC 19111, E. faecalis ATCC 29212, Cl. perfringens ATCC 13124 ) to a final concentration of 0.5 McFarland units, mix and layer 5 ml on plates with "lower" agar. Leave the plates until the agar solidifies and dry slightly. 10 μl of two-fold dilutions of the studied solution of mundticin P436 are applied to the dishes prepared in this way. Cups are incubated at 37°C. Accounting for the results is carried out after 16-18 hours, for 1 UE take the zone of clear growth inhibition of the test strain in the maximum dilution equal to 2 mm (Fig.6). Also, in the purified mundticin P436, the molecular weight and antimicrobial activity were determined in 16% tricine SDS-PAGE electrophoresis (according to the protocol of Schagger and Von Jagow, 1987) with Spectra Multicolor Low Range protein markers (26628, Termo Scientific) using the Mini Protean Tetra system apparatus ( BioRad). To determine the antibacterial activity of the strip containing mundticin P436, the gel was poured with agar with a test microorganism and incubated at 37°C for 18 h (Fig.7).

Перевод активности мундтицина Р436 из УЕ в мг/мл. Для перевода активности из УЕ в мг/мл получают «эталонный» образец Р436 (двухстайдийная очистка мундтицина Р436) и проверяют его активность против штамма-«стандарта» L. monocytogenes ATCC 19111. Концентрацию в мг/мл полученного эталонного образца рассчитывают по формуле: С= А/

Figure 00000001
l, где с - концентрация, А - оптическая плотность при длине волны 280, l - длина оптического пути кюветы (1 см - пренебрегается),
Figure 00000001
- коэффициент экстинкции, постоянная величина, высчитанная на основании данных базы Bactibase и равная 3,27 (14105/4308,55). При переводе результата активности в спот-методе на полученную концентрацию эталонного образца получили значение 1УЕ = 1,25 нг мундтицина Р436 для тест-культуры L. monocytogenes ATCC 19111. Converting the activity of mundticin P436 from EU to mg/ml.To convert the activity from UE to mg/ml, a “reference” sample P436 is obtained (two-stage purification of mundticin P436) and its activity is checked against the “standard” strainL. monocytogenes ATCC 19111. The concentration in mg/ml of the obtained reference sample is calculated by the formula: C= A/
Figure 00000001
l, where c is the concentration, A is the optical density at a wavelength of 280, l is the length of the optical path of the cuvette (1 cm is neglected),
Figure 00000001
- extinction coefficient, a constant value calculated on the basis of Bactibase data and equal to 3.27 (14105/4308.55). When translating the result of activity in the spot method to the obtained concentration of the reference sample, the value 1U = 1.25 ng of mundticin P436 for the test culture was obtainedL. monocytogenes ATCC 19111.

Список использованной литературыList of used literature

1. Bennik M.H., Vanloo B., Brasseur R., Gorris L.G.M., Smid E.J. (1998). A novel bacteriocin with a YGNGV motif from vegetable-associated Enterococcus mundtii: full characterization and interaction with target organisms. BBA-Biomemranes 1373, Issue 1: 47-58.1. Bennik M.H., Vanloo B., Brasseur R., Gorris L.G.M., Smid E.J. (1998). A novel bacteriocin with a YGNGV motif from vegetable-associated Enterococcus mundtii: full characterization and interaction with target organisms. BBA-Biomemranes 1373, Issue 1: 47-58.

2. Ennahar, S., Deschamps, N., & Richard, J. (2000). Natural variation in susceptibility of Listeria strains to class IIa bacteriocins. Current Microbiology, 41, 1-4.2. Ennahar, S., Deschamps, N., & Richard, J. (2000). Natural variation in susceptibility of Listeria strains to class IIa bacteriocins. Current Microbiology, 41, 1-4.

3. Kawamoto S., Shima J., Sato R., Eguchi T., Ohmomo S., Shibato J., Horikoshi N., Takeshita K., Sameshima T. (2002) Biochemical and genetic characterization of Mundticin KS, an antilisterial peptide produced by Enterococcus mundtii NFRI 7393. Appl Environ Microbiol 68: 3830-3840.3. Kawamoto S., Shima J., Sato R., Eguchi T., Ohmomo S., Shibato J., Horikoshi N., Takeshita K., Sameshima T. (2002) Biochemical and genetic characterization of Mundticin KS, an antilisterial peptide produced by Enterococcus mundtii NFRI 7393. Appl Environ Microbiol 68: 3830-3840.

4. Patrzykat A., Friedrich C.L., Zhang L., Mendoza V. and Hancock R.E.W. (2002) Sublethal Concentrations of Pleurocidin-Derived Antimicrobial Peptides Inhibit Macromolecular Synthesis in Escherichia coli. Antimicrob Agents CH 46 No. 3: 605-614.4. Patrzykat A., Friedrich C.L., Zhang L., Mendoza V. and Hancock R.E.W. (2002) Sublethal Concentrations of Pleurocidin-Derived Antimicrobial Peptides Inhibit Macromolecular Synthesis in Escherichia coli. Antimicrob Agents CH 46 No. 3:605-614.

5. Salvucci E., Saavedra L. and Sesma F. (2007) Short peptides derived from the NH2-terminus of subclass IIa bacteriocin enterocin CRL35 show antimicrobial activity. J Antimicrob Chemoth 59: 1102-11085. Salvucci E., Saavedra L. and Sesma F. (2007) Short peptides derived from the NH2-terminus of subclass IIa bacteriocin enterocin CRL35 show antimicrobial activity. J Antimicrob Chemoth 59: 1102-1108

6. Saavedra, L., Minahk, C., de Ruiz Holgado, A.P. and Sesma, F. (2004) Enhancement of the enterocin CRL35 activity by a synthetic peptide derived from the NH2-terminal sequence. Antimicrob Agents Chemother 48, 2778-27816. Saavedra, L., Minahk, C., de Ruiz Holgado, A.P. and Sesma, F. (2004) Enhancement of the enterocin CRL35 activity by a synthetic peptide derived from the NH2-terminal sequence. Antimicrob Agents Chemother 48, 2778-2781

7. Zendo T., Eungruttanagorn N., Fujioka S., Tashiro Y., Nomura K., Sera Y., Kobayashi G., Nakayama J., Ishizaki A., Sonomoto K. (2005). Identification and production of a bacteriocin from Enterococcus mundtii QU 2 isolated from soybean. J Appl Microbiol. 2005; 99(5):1181-90. doi: 10.1111/j.1365-2672.2005.02704.x.7. Zendo T., Eungruttanagorn N., Fujioka S., Tashiro Y., Nomura K., Sera Y., Kobayashi G., Nakayama J., Ishizaki A., Sonomoto K. (2005). Identification and production of a bacteriocin from Enterococcus mundtii QU 2 isolated from soybean. J Appl Microbiol. 2005; 99(5):1181-90. doi: 10.1111/j.1365-2672.2005.02704.x.

8. Farias M.E., Faria R.N., de Ruiz Holgado A.P., Sesma F. (1996) Purification and N-terminal amino acid sequence of enterocin CRL 35, a ‘pediocin-like’bacteriocin produced by Enterococcus faecium CRL 35. Lett Appl Microbiol 22:417-419.8. Farias M.E., Faria R.N., de Ruiz Holgado A.P., Sesma F. (1996) Purification and N-terminal amino acid sequence of enterocin CRL 35, a 'pediocin-like'bacteriocin produced by Enterococcus faecium CRL 35. Lett Appl Microbiol 22 :417-419.

Claims (1)

Способ очистки мундтицина Р436(KS), включающий культивирование штамма-продуцента Enterococcus mundtii «ГКПМ - Оболенск» В-8925 в течение 12 ч в биореакторе с питательной средой Brucella broth с добавлением мясного экстракта 5 г/л и лактозы 2г/л и внесением сорбента CM-sephadex C25 10% от объема в биоректор с питательной средой непосредственно перед культивированием с последующим автоклавированием биомассы вместе с сорбентом при 0,5 атм в течение 15 мин, отбором сорбента на фильтрационных ситах, промывкой фосфатно-солевым буфером с добавлением этилового спирта до 10% по объему; затем его переносят в хроматографическую колонку с последующей элюцией сорбированного мундтицина буфером, состоящим из: 0,4М NaCl, 10% глицерина, 20% этилового спирта, 0,01 М ацетатный буфер, рН 5,0; и полученный продукт одностадийной очистки доочищают с использованием ВЭЖХ методом обращено-фазовой хроматографии на колонке С18.Method for purification of P436(KS) mundticin, including cultivation of the producer strain Enterococcus mundtii "GKPM - Obolensk" B-8925 for 12 hours in a bioreactor with a nutrient medium Brucella broth with the addition of meat extract 5 g/l and lactose 2 g/l and the introduction of a sorbent CM-sephadex C25 10% of the volume into a bioreactor with a nutrient medium immediately before cultivation, followed by autoclaving of the biomass together with the sorbent at 0.5 atm for 15 min, the selection of the sorbent on filter sieves, washing with phosphate-buffered saline with the addition of ethyl alcohol up to 10 % by volume; then it is transferred to a chromatographic column, followed by elution of the adsorbed mundticin with a buffer consisting of: 0.4 M NaCl, 10% glycerol, 20% ethanol, 0.01 M acetate buffer, pH 5.0; and the resulting one-step purification product was further purified using HPLC by reverse-phase chromatography on a C18 column.
RU2021136495A 2021-12-10 Purification method of mundticin p436 (ks) RU2794803C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794803C1 true RU2794803C1 (en) 2023-04-25

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA200802409A1 (en) * 2006-05-28 2009-10-30 Сипла Медпро Ресеч Энд Девелопмент (Пти) Лтд. PROBIOTIC STRAIN AND ANTIMICROBIAL PEPTIDE OBTAINED BY HELP
RU2409661C2 (en) * 2009-02-12 2011-01-20 Федеральное государственное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФГУН ГНЦ ПМБ) Enterococcus faecium lvp1073 strain, producer of bacteriocin against bacterial pathogens, bacteriocin e1073 against bacterial pathogens, lactobacillus plantarum 1 lvp7 strain - bacteriocin e1073 synthesis inducer, signal peptide sp1073 - bacteriocin e1073 synthesis regulator, method for producing bacteriocin e1073
RU2532277C2 (en) * 2013-01-30 2014-11-10 Викторий Данилович Девяткин Devyatkin self-actuated cutting jaws

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA200802409A1 (en) * 2006-05-28 2009-10-30 Сипла Медпро Ресеч Энд Девелопмент (Пти) Лтд. PROBIOTIC STRAIN AND ANTIMICROBIAL PEPTIDE OBTAINED BY HELP
RU2409661C2 (en) * 2009-02-12 2011-01-20 Федеральное государственное учреждение науки Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии (ФГУН ГНЦ ПМБ) Enterococcus faecium lvp1073 strain, producer of bacteriocin against bacterial pathogens, bacteriocin e1073 against bacterial pathogens, lactobacillus plantarum 1 lvp7 strain - bacteriocin e1073 synthesis inducer, signal peptide sp1073 - bacteriocin e1073 synthesis regulator, method for producing bacteriocin e1073
RU2532277C2 (en) * 2013-01-30 2014-11-10 Викторий Данилович Девяткин Devyatkin self-actuated cutting jaws

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ТЕЙМУАЗОВ М.Г. и др. "Выделение, очистка и характеристика свойств энтероцина Е28, продуцируемого штаммом Enterococcus mundtii 28". Бактериология, 2017, т.2, N 3, с.106. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Messaoudi et al. Purification and characterization of a new bacteriocin active against Campylobacter produced by Lactobacillus salivarius SMXD51
Hu et al. Novel bacteriocin produced by Lactobacillus alimentarius FM-MM4 from a traditional Chinese fermented meat Nanx Wudl: Purification, identification and antimicrobial characteristics
Abriouel et al. A simple method for semi-preparative-scale production and recovery of enterocin AS-48 derived from Enterococcus faecalis subsp. liquefaciens A-48-32
Kalmokoff et al. Isolation and characterization of a bacteriocin (Butyrivibriocin AR10) from the ruminal anaerobe Butyrivibrio fibrisolvens AR10: evidence in support of the widespread occurrence of bacteriocin-like activity among ruminal isolates of B. fibrisolvens
Papagianni et al. Purification, amino acid sequence and characterization of the class IIa bacteriocin weissellin A, produced by Weissella paramesenteroides DX
Netz et al. Biochemical characterisation and genetic analysis of aureocin A53, a new, atypical bacteriocin from Staphylococcus aureus
CN109627299B (en) Bacteriocin Gr17 with broad-spectrum antibacterial activity and application thereof
US20150320829A1 (en) Broad Spectrum Bacteriocin for Control of Unwanted Bacteria
AU2006333246B2 (en) Bacteriocin inducer peptides
Kim et al. Identification and characterization of a bacteriocin produced by an isolated Bacillus sp. SW1-1 that exhibits antibacterial activity against fish pathogens
US5635484A (en) Propionibacteria peptide microcin
CA2409940C (en) Anti-listeria bacteriocin
Noonpakdee et al. Two-peptide bacteriocin from Lactobacillus plantarum PMU 33 strain isolated from som-fak, a Thai low salt fermented fish product
Ismael et al. A comparison of mining methods to extract novel bacteriocins from Lactiplantibacillus plantarum NWAFU-BIO-BS29
Cavalini et al. Characterization of the antimicrobial activity produced by Bacillus sp. isolated from wetland sediment
Sirtori et al. Purification and partial characterization of an antimicrobial peptide produced by Bacillus sp. strain P45, a bacterium from the Amazon basin fish Piaractus mesopotamicus
Ren et al. Purification and characterization of a novel low-molecular-weight antimicrobial peptide produced by Lactiplantibacillus plantarum NMGL2
RU2409661C2 (en) Enterococcus faecium lvp1073 strain, producer of bacteriocin against bacterial pathogens, bacteriocin e1073 against bacterial pathogens, lactobacillus plantarum 1 lvp7 strain - bacteriocin e1073 synthesis inducer, signal peptide sp1073 - bacteriocin e1073 synthesis regulator, method for producing bacteriocin e1073
RU2794803C1 (en) Purification method of mundticin p436 (ks)
Mavrič et al. Bacteriocins of Lactobacillus gasseri K7–Monitoring of gassericin K7 A and B genes’ expression and isolation of an active component
Katharopoulos et al. Monitoring of multiple bacteriocins through a developed dual extraction protocol and comparison of HPLC-DAD with turbidometry as their quantification system
Badr et al. Characterization of nisin produced by Lactococcus lactis
KR100509559B1 (en) Lactobacillus sakei p3-1 and use thereof
CA2507566C (en) Carnobacterium divergens m35 and bacteriocin produced therefrom
Choi et al. Antimicrobial Peptides (Bacteriocins) Produced by Lactococcus lactis and Pediococcus pentosaceus Strains with Activity Against Clinical and Food-Borne Pathogens