RU2794889C1 - Magnetic affinity sorbent for isolation of recombinant proteins - Google Patents

Magnetic affinity sorbent for isolation of recombinant proteins Download PDF

Info

Publication number
RU2794889C1
RU2794889C1 RU2022126151A RU2022126151A RU2794889C1 RU 2794889 C1 RU2794889 C1 RU 2794889C1 RU 2022126151 A RU2022126151 A RU 2022126151A RU 2022126151 A RU2022126151 A RU 2022126151A RU 2794889 C1 RU2794889 C1 RU 2794889C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
starch
magnetic
nanoparticles
iron oxide
mbp
Prior art date
Application number
RU2022126151A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василиса Валерьевна Красицкая
Александр Николаевич Кудрявцев
Сергей Викторович Столяр
Роман Николаевич Ярославцев
Юлия Валентиновна Герасимова
Дмитрий Анатольевич Великанов
Олег Артемьевич Баюков
Лидия Александровна Чеканова
Людмила Алексеевна Франк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук"
Application granted granted Critical
Publication of RU2794889C1 publication Critical patent/RU2794889C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: sorbents.
SUBSTANCE: present invention relates to a magnetic affinity sorbent for isolation of recombinant proteins, characterized in that it consists of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles with an average size of 11.5 nm, a saturation magnetization at room temperature of 29.8 emu/g, a blocking temperature close the to room temperature, one gram of which allows isolating 100-590 mg of recombinant MBP-containing hybrid proteins from the lysate of E. coli cells.
EFFECT: increased specific sorption capacity of a magnetic affinity sorbent, which is starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles.
1 cl, 2 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и предназначено для очистки рекомбинантных белков, представляющих практический интерес.The invention relates to the field of biotechnology and is intended for the purification of recombinant proteins of practical interest.

Одним из важнейших направлений современной биотехнологии является получение белков для биомедицинского применения с помощью бактериального синтеза. При этом решают проблемы правильного формирования пространственной структуры целевого белка, а также простой и эффективной очистки. Для повышения растворимости целевых белков методами генетической инженерии получают так называемые гибридные белки, в которых ген целевого белка слит в одной рамке считывания с генами вспомогательных полипептидов, которые обеспечивают более высокую растворимость белка в цитоплазме бактерий, а также независимое «сворачивание» целевого и вспомогательного полипептидов. Помимо этого, вспомогательные полипептиды обеспечивают быстрое выделение целевого белка с помощью хроматографии на специально созданных аффинных сорбентах [1]. В качестве вспомогательных полипептидов применяют низкомолекулярные (например, полигистидиновые, His-tag, 0.84 кДа), средней величины, например, стрептавидин-связывающий пептид (SBP-tag, 4.03 кДа) и сравнительно крупные полипептиды, среди которых одноцепочечный мальтоза-связывающий белок (maltose-bindingprotein, MBP, 40 кДа), выделенный из E.coli K12. Технологии с использованием МВР-содержащих гибридных белков использовали для получения самых разнообразных белков [2-4]. В настоящее время соответствующие плазмидные векторы для получения гибридных конструкций являются коммерчески доступными (напр., Gateway Cloning, Invitrogen). MBP широко используется в качестве партнера слияния при производстве рекомбинантного белка в бактериальных клетках для повышения уровня экспрессии, улучшения растворимости и укладки целевого белка [5], а также для обеспечения его одностадийной очистки на носителях, содержащих амилозу. Очистка проводится в физиологических условиях, а элюирование в мягких условиях сохраняет активность целевого белка. Мягкие условия позволяют очищать даже интактные белковые комплексы. Благодаря высокой специфичности связывания с МВР-сорбентом, высокая чистота элюированного белка достигается всего за один этап хроматографии [6, 7].One of the most important areas of modern biotechnology is the production of proteins for biomedical applications using bacterial synthesis. At the same time, the problems of the correct formation of the spatial structure of the target protein, as well as simple and effective purification, are solved. To increase the solubility of target proteins, so-called hybrid proteins are obtained by genetic engineering, in which the gene of the target protein is fused in the same reading frame with the genes of auxiliary polypeptides, which provide higher protein solubility in the bacterial cytoplasm, as well as independent "folding" of the target and auxiliary polypeptides. In addition, auxiliary polypeptides provide rapid isolation of the target protein using chromatography on specially designed affinity sorbents [1]. As auxiliary polypeptides, low molecular weight (for example, polyhistidine, His-tag, 0.84 kDa), medium-sized, for example, streptavidin-binding peptide (SBP-tag, 4.03 kDa) and relatively large polypeptides are used, including single-chain maltose-binding protein (maltose -bindingprotein, MBP, 40 kDa) isolated from E. coli K12. Technologies using MBP-containing hybrid proteins have been used to obtain a wide variety of proteins [2-4]. Appropriate plasmid vectors for the production of hybrid constructs are now commercially available (eg, Gateway Cloning, Invitrogen). MBP is widely used as a fusion partner in the production of a recombinant protein in bacterial cells to increase the expression level, improve the solubility and folding of the target protein [5], and also to provide its one-step purification on amylose-containing carriers. Purification is carried out under physiological conditions, and elution under mild conditions preserves the activity of the target protein. Mild conditions make it possible to purify even intact protein complexes. Due to the high specificity of binding to the MBP sorbent, high purity of the eluted protein is achieved in just one chromatography step [6, 7].

Для очистки МВР-содержащих гибридных белков колоночной хроматографией используют сорбенты, представляющие собой поперечно-сшитую амилозу [6], препараты которой поставляют на рынок иностранные биотехнологические фирмы (Fisher Scientific, New England BioLabs и др.).For the purification of MBP-containing hybrid proteins by column chromatography, sorbents are used, which are cross-linked amylose [6], preparations of which are supplied to the market by foreign biotechnological companies (Fisher Scientific, New England BioLabs, etc.).

Магнитные наночастицы (МНЧ) находят широкое применение в различных областях биотехнологических и биомедицинских исследований [8], в том числе и в качестве аффинного сорбента для выделения различных молекул-мишеней, благодаря таким важным свойствам как простота методов получения, небольшой размер (менее 100 нм), высокая площадь специфичной поверхности и, как следствие, высокая сорбционная емкость, химическая стабильность. Наличие магнитных свойств обеспечивает легкость выделения и концентрирования интересующих биомолекул с помощью магнитной сепарации в объеме. Это позволяет сократить время пробоподготовки по сравнению с другими методами очистки и концентрирования, избежать необходимости использования дорогостоящих хроматографического оборудования и колонок, а также центрифугирования и фильтрации. Среди широкого выбора магнитных наночастиц (на основе металлов Co, Fe, Ni, оксидов железа (Fe3O4, Fe2O3), ферритов (MgFe2O4, СoFe2O4, MnFe2O4, LiFe5O8) и других, для биологических и биомедицинских приложений наночастицы оксида железа являются лучшим выбором из-за простоты их синтеза, низкой токсичности, высокой намагниченности и восприимчивости при насыщении, биосовместимости, суперпарамагнитного действия и химической стабильности [9]. Магнитные наночастицы без покрытия имеют, тенденцию к формированию крупных комплексов (агрегированию). Для повышения стабильности МНЧ оксида железа используют различные типы покрытий: неорганические соединения (оксид кремния, углерод, благородные металлы), синтетические (ПЭГ, ПВС и др.) или природные (хитозан, полисахариды, белки, пептиды) полимеры [10], при этом область применения полученных функционализированных наночастиц становится значительно шире. Среди различных стабилизаторов или покрывающих агентов часто используются различные полисахариды из-за их химического и структурного разнообразия, что дает прекрасную возможность для разработки новых магнитных микро- или нанокомпозитов, обладающих высокой сорбционной емкостью и специфичным связыванием с выделяемым объектом. Разнообразные магнитные наночастицы, несущие такие полисахариды, как целлюлоза, хитозан, арабиногалактан, декстран и амилоза, были синтезированы и функционализированы различными биомолекулами для применения в биотехнологических и биомедицинских исследованиях [11-13].Magnetic nanoparticles (MNPs) are widely used in various fields of biotechnological and biomedical research [8], including as an affinity sorbent for the isolation of various target molecules, due to such important properties as ease of preparation methods, small size (less than 100 nm) , high specific surface area and, as a result, high sorption capacity, chemical stability. The presence of magnetic properties makes it easy to isolate and concentrate biomolecules of interest using volumetric magnetic separation. This reduces sample preparation time compared to other purification and concentration methods, avoids the need for expensive chromatographic equipment and columns, as well as centrifugation and filtration. Among a wide selection of magnetic nanoparticles (based on metals Co, Fe, Ni, iron oxides (Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 ), ferrites (MgFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , LiFe 5 O 8 ) and others, for biological and biomedical applications, iron oxide nanoparticles are the best choice due to their ease of synthesis, low toxicity, high saturation magnetization and susceptibility, biocompatibility, superparamagnetic action, and chemical stability [9]. To increase the stability of iron oxide MNPs, various types of coatings are used: inorganic compounds (silicon oxide, carbon, noble metals), synthetic (PEG, PVA, etc.) or natural (chitosan, polysaccharides, proteins, peptides ) polymers [10], while the scope of the obtained functionalized nanoparticles becomes much wider. Among various stabilizers or coating agents, various polysaccharides are often used due to their chemical and structural high sorption capacity and specific binding to the object to be isolated. Various magnetic nanoparticles carrying polysaccharides such as cellulose, chitosan, arabinogalactan, dextran, and amylose have been synthesized and functionalized with various biomolecules for use in biotechnological and biomedical research [11–13].

В литературе имеются сведения о различных способах получения, физико-химических свойствах и применению МНЧ, активированных крахмалом.There is information in the literature about various methods of preparation, physicochemical properties, and the use of starch-activated MNPs.

В работе [14] описано получение и свойства магнитных наночастиц Fe3O4, покрытых крахмалом. Для получения наночастиц авторы использовали метод химического осаждения из раствора хлоридов железа добавлением раствора аммиака. Иммобилизацию крахмала на поверхность проводили инкубацией синтезированных наночастиц в приготовленном растворе крахмала (60°C, 2 часа при интенсивном перемешивании и 12 часов при комнатной температуре). Описанный метод позволяет получить покрытые крахмалом наночастицы магнетита сферической формы и диаметром около 20 нм. Авторы показали, что крахмал иммобилизуется на поверхность наночастиц за счет взаимодействия его гидроксильных групп с железом, что обеспечивает высокую коллоидальную стабильность полученных наночастиц. Магнитные наночастицы, покрытые крахмалом демонстрировали суперпарамагнитное поведение с температурой блокировки около 170 K и намагниченностью насыщения в диапазоне от 30 до 50 эме/г.The work [14] describes the preparation and properties of Fe 3 O 4 magnetic nanoparticles coated with starch. To obtain nanoparticles, the authors used the method of chemical precipitation from a solution of iron chlorides by adding an ammonia solution. Starch was immobilized on the surface by incubation of the synthesized nanoparticles in the prepared starch solution (60°C, 2 hours with vigorous stirring and 12 hours at room temperature). The described method makes it possible to obtain starch-coated magnetite nanoparticles of spherical shape and a diameter of about 20 nm. The authors showed that starch is immobilized on the surface of nanoparticles due to the interaction of its hydroxyl groups with iron, which ensures high colloidal stability of the resulting nanoparticles. Starch-coated magnetic nanoparticles exhibited superparamagnetic behavior with a blocking temperature of about 170 K and a saturation magnetization ranging from 30 to 50 emu/g.

В работе [15] изучены структурные свойства магнитных наночастиц Fe3O4, покрытых крахмалом разного происхождения (из кукурузы и пшеницы). Используя описанный метод «зеленого» синтеза данных магнитных нанокомпозитов (соосаждение из растворов солей железа FeSO4 и FeCl3, содержащего 0,5-2% крахмала в присутствии гидроксида натрия) были получены сферические наночастицы со средним размером 10 нм, обладающие высокими площадью поверхности и намагниченностью (40 эме/г). В работе показано, что концентрация крахмала и гидроксида натрия влияет на размер синтезируемых частиц, а также что кукурузный крахмал в большей степени стабилизирует магнитные нано-биокомпозиты, в отличие от крахмала, полученного из пшеницы.The authors of [15] studied the structural properties of Fe 3 O 4 magnetic nanoparticles coated with starch of various origins (from corn and wheat). Using the described method of "green" synthesis of these magnetic nanocomposites (co-precipitation from solutions of iron salts FeSO 4 and FeCl 3 containing 0.5-2% starch in the presence of sodium hydroxide), spherical nanoparticles with an average size of 10 nm, having a high surface area and magnetization (40 emu/g). The work shows that the concentration of starch and sodium hydroxide affects the size of the synthesized particles, and that corn starch stabilizes magnetic nano-biocomposites to a greater extent, in contrast to starch obtained from wheat.

Недостатками описанных материалов является то, что они не предназначены как сорбенты для аффинной хроматографии рекомбинантных белков.The disadvantages of the described materials is that they are not intended as sorbents for affinity chromatography of recombinant proteins.

В работе [16] описан новый подход к получению монодисперсных магнитных полимерных частиц на основе крахмала, контролируемого размера, который может быть использован как высокоэффективный материал для иммуномагнитного разделения. Подход включает в себя: 1) синтез наночастиц Fe3O4, покрытых декстраном (Dex-IONPs) методом соосаждения из раствора железа (FeSO4 и FeCl3), содержащего декстран раствором пероксида аммония во время ультразвуковой обработки; 2) двух-этапную обработку крахмала ферментом пуллуланазой для образования короткоцепочечных глюканов (отщепление амилопектина), длительность первого этапа 4 часа, второго этапа - ночь; 3) инкубацию короткоцепочечных глюканов с Dex-IONPs (24 часа), во время которой происходит самопроизвольное образование монодисперсных магнитных полимерных частиц, содержащих амилопектин. Для иммобилизации антител на поверхность синтезированных частиц, авторы использовали рекомбинантный мальтоза-связывающий белок (MBP), генетически сшитый с белком G стрептококка (proteinG), обладающего способностью связывать Fc фрагменты иммуноглобулинов. Эффективность использования полученных частиц для иммуно-магнитного разделения была продемонстрирована на примере выделения клеток E.coliO157:H7. Элюцию связавшихся клеток проводили добавлением раствора мальтозы.The paper [16] describes a new approach to obtaining monodisperse starch-based magnetic polymer particles of controlled size, which can be used as a highly efficient material for immunomagnetic separation. The approach includes: 1) synthesis of Fe 3 O 4 nanoparticles coated with dextran (Dex-IONPs) by co-precipitation from an iron solution (FeSO 4 and FeCl 3 ) containing dextran with an ammonium peroxide solution during ultrasonic treatment; 2) two-stage treatment of starch with the enzyme pullulanase to form short-chain glucans (cleavage of amylopectin), the duration of the first stage is 4 hours, the second stage is overnight; 3) incubation of short-chain glucans with Dex-IONPs (24 hours), during which spontaneous formation of monodisperse magnetic polymer particles containing amylopectin occurs. To immobilize antibodies on the surface of the synthesized particles, the authors used a recombinant maltose-binding protein (MBP) genetically linked to the G protein of streptococcus (proteinG), which has the ability to bind Fc fragments of immunoglobulins. The efficiency of using the obtained particles for immunomagnetic separation was demonstrated using the isolation of E. coli O157:H7 cells as an example. The bound cells were eluted by adding a maltose solution.

Недостатком описанного материала являются сложный способ получения, а также описанный материал не предназначен как сорбент для аффинной хроматографии рекомбинантных белков.The disadvantage of the described material is the complex method of obtaining, and the described material is not intended as a sorbent for affinity chromatography of recombinant proteins.

В работе [17] рассматриваются вопросы токсичного воздействия амилоза-ассоциированных наночастиц Fe3O4 в сравнении с таковыми, не покрытыми углеводом, на организм zebrafish, Danio rerio. Поскольку показано, что крахмал (и амилоза) увеличивает биосовместимость магнитных частиц, и при этом может использоваться для различной функционализации поверхности нанокомпозитов лекарственными веществами, появляется все больше работ по синтезу магнитных крахмал-активированных био-нанокомпозитов, пригодных для доставки лекарств [18].In [17], the issues of the toxic effect of amylose-associated Fe3O4 nanoparticles on the body of zebrafish, Danio rerio are considered in comparison with those not coated with carbohydrates. Since it has been shown that starch (and amylose) increases the biocompatibility of magnetic particles and can be used for various functionalization of the surface of nanocomposites with drugs, there are more and more works on the synthesis of magnetic starch-activated bionanocomposites suitable for drug delivery [18].

В работе [19] были получены магнетитовые наночастицы оксида железа, стабилизированные крахмалом, имеющие квази-сферическую форму, со средним размером магнитного ядра 6-7 нм, средним гидродинамическим радиусом 46 нм, намагниченностью насыщения 45 эме на 1 грамм частиц. Их использовали для химического коньюгирования с гепатокарцинома-связывающим пептидом. Авторы изучили магнитные свойства полученных композитов и их специфичность к клеткам гепатоцеллюлярной карциномы человека в экспериментах in vitro и in vivo и показали, что полученные модифицированные наночастицы являются перспективным материалом для диагностики и терапии злокачественных опухолей (доставка лекарств, магнитная гипертермия и магнитно-резонансная томография).In [19], starch-stabilized magnetite iron oxide nanoparticles were obtained, having a quasi-spherical shape, with an average magnetic core size of 6–7 nm, an average hydrodynamic radius of 46 nm, and a saturation magnetization of 45 emu per 1 gram of particles. They were used for chemical conjugation with hepatocarcinoma-binding peptide. The authors studied the magnetic properties of the obtained composites and their specificity to human hepatocellular carcinoma cells in experiments in vitro and in vivo and showed that the obtained modified nanoparticles are a promising material for the diagnosis and therapy of malignant tumors (drug delivery, magnetic hyperthermia, and magnetic resonance imaging).

Недостатками описанных материалов является то, что они не предназначены как сорбенты для аффинной хроматографии рекомбинантных белков. The disadvantages of the described materials is that they are not intended as sorbents for affinity chromatography of recombinant proteins.

В работе [20] методом соосаждения получены сферические Fe2O3 магнитные наночастицы (размером 90 нм), покрытые крахмалом, который в дальнейшем модифицировали глутаровым альдегидом для иммобилизации термоалкалофильного фермента эстеразы для получения стабильного биокатализатора. Выход иммобилизации и эффективность иммобилизации эстеразы составляла 74% и 82% соответственно. Кроме этого, иммобилизация эстеразы на предложенные частицы позволяет улучшить термостабильность фермента.In [20], spherical Fe2O3 magnetic nanoparticles (90 nm in size) coated with starch were obtained by coprecipitation, which was further modified with glutaraldehyde to immobilize the thermoalkaliphilic esterase enzyme to obtain a stable biocatalyst. The immobilization yield and esterase immobilization efficiency were 74% and 82%, respectively. In addition, the immobilization of esterase on the proposed particles improves the thermal stability of the enzyme.

В обзоре [21] описаны методы получения магнитных композитов (от нано до микросфер) на основе крахмала и его различных модификаций и приведены примеры их использования в качестве адсорбентов для очистки воды от загрязнений тяжелыми металлами (Cd(II), Cr(VI), Cu(II)) и органическими веществами (лекарства, нефть и др.).Review [21] describes methods for obtaining magnetic composites (from nano to microspheres) based on starch and its various modifications and gives examples of their use as adsorbents for water purification from heavy metal pollution (Cd(II), Cr(VI), Cu (II)) and organic substances (drugs, oil, etc.).

Недостатками описанных материалов является то, что они не предназначены как сорбенты для аффинной хроматографии рекомбинантных белков.The disadvantages of the described materials is that they are not intended as sorbents for affinity chromatography of recombinant proteins.

В работе [22], принятой за прототип, разработан ферментативный метод получения амилоза-активированных магнитных микросфер (размером 2,09 ± 0,42 мкм и намагниченностью 4,5 эме/г). Авторы использовали фермент амилосахарозу, синтезирующий амилозные цепочки из сахарозы, которые способны самоорганизовываться в сферические микроструктуры. Показано, что магнитные наночастицы оксида железа эффективно включаются в амилозные микросферы в процессе их самосборки, реакция идет при 30°C в течение 24 часов. Полученные магнитные микросферы использовали как аффинный сорбент для выделения из лизата рекомбинантых клеток E.coli зеленого флуоресцентного белка (GFP), имеющего домен MBP в своем составе. Сорбционная емкость полученных микросфер составляла 72,31 мкг GFP на мг микросфер. В процессе трехкратного повторного использования, сорбционная емкость амилозных микросфер составляла 88%.In [22], taken as a prototype, an enzymatic method for obtaining amylose-activated magnetic microspheres (size 2.09 ± 0.42 μm and magnetization 4.5 emu/g) was developed. The authors used the enzyme amylosucrose, which synthesizes amylose chains from sucrose, which are capable of self-organizing into spherical microstructures. It has been shown that magnetic iron oxide nanoparticles are effectively incorporated into amylose microspheres during their self-assembly; the reaction proceeds at 30°C for 24 hours. The resulting magnetic microspheres were used as an affinity sorbent for isolating green fluorescent protein (GFP) containing the MBP domain from the lysate of recombinant E. coli cells. The sorption capacity of the obtained microspheres was 72.31 μg of GFP per mg of microspheres. In the process of triple reuse, the sorption capacity of amylose microspheres was 88%.

Недостатком прототипа является сложный способ получения материала и его низкая удельная сорбционная емкость. The disadvantage of the prototype is the complex method of obtaining the material and its low specific sorption capacity.

Задачей настоящего изобретения является получение и изучение свойств крахмал-активированных магнитных наночастиц оксида железа как аффинного сорбента для выделения рекомбинантных белков, включающих в качестве вспомогательного домена мальтоза-связывающий белок (MBP).The objective of the present invention is to obtain and study the properties of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles as an affinity sorbent for the isolation of recombinant proteins, including maltose-binding protein (MBP) as an auxiliary domain.

Техническим результатом является повышение удельной сорбционной емкости магнитного аффинного сорбента, представляющего собой крахмал-активированные магнитные наночастицы оксида железа.Technical result is to increase the specific sorption capacity of the magnetic affinity sorbent, which is starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles.

Технический результат достигается тем, что магнитный аффинный сорбент для выделения рекомбинантных белков характеризуется тем, что состоит из крахмал-активированных магнитных наночастиц оксида железа со средним размером 11,5 нм, значением намагниченности насыщения при комнатной температуре 29,8 эме/г, температурой блокировки близкой к комнатной температуре, один грамм которых позволяет выделить 100-590 мг рекомбинантных МВР-содержащих гибридных белков из лизата клеток E.coli.The technical result is achieved by the fact that the magnetic affinity sorbent for the isolation of recombinant proteins is characterized by the fact that it consists of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles with an average size of 11.5 nm, a saturation magnetization value at room temperature of 29.8 emu/g, a blocking temperature close to to room temperature, one gram of which allows you to isolate 100-590 mg of recombinant MBP-containing hybrid proteins from the lysate of E. coli cells.

Определяющими отличиями предлагаемого изобретения от прототипа являются:The defining differences of the proposed invention from the prototype are:

полученные наночастицы характеризуются существенно меньшими размерами, по сравнению с прототипом - 11,5 нм против 2,09 ± 0,42мкм, что обеспечивает более высокую поверхность взаимодействия с молекулами в растворе;the resulting nanoparticles are characterized by significantly smaller sizes compared to the prototype - 11.5 nm versus 2.09 ± 0.42 μm, which provides a higher surface of interaction with molecules in solution;

полученные наночастицы имеют намагниченность насыщения 29,8 эме/г, и среднюю температуру блокировки близкую к комнатной, что обеспечивает и большой магнитный отклик, и коллоидную устойчивость;the resulting nanoparticles have a saturation magnetization of 29.8 emu/g, and an average blocking temperature close to room temperature, which provides both a large magnetic response and colloidal stability;

сорбционная емкость полученного аффинного сорбента составляет 100-590 мкг рекомбинантных МВР-содержащих гибридных белков на 1 мг наночастиц, что превышает сорбционную емкость частиц, полученных в прототипе (72,31 мкг GFP на 1 мг частиц);the sorption capacity of the obtained affinity sorbent is 100-590 μg of recombinant MBP-containing hybrid proteins per 1 mg of nanoparticles, which exceeds the sorption capacity of the particles obtained in the prototype (72.31 μg of GFP per 1 mg of particles);

чистота очищенных с помощью полученного аффинного сорбента рекомбинантных белков составляет 80-94%;the purity of recombinant proteins purified using the obtained affinity sorbent is 80-94%;

полученные крахмал-активированные наночастицы могут быть троекратно использованы без потерь их сорбционной емкости, а также стабильны до 6 месяцев при хранении образцов в камере бытового холодильника (+8-12°С) с добавлением 0,05% NaN3. Информации о стабильности материала при хранении в прототипе не приведено;the obtained starch-activated nanoparticles can be used three times without loss of their sorption capacity, and are also stable for up to 6 months when the samples are stored in a household refrigerator chamber (+8-12°C) with the addition of 0.05% NaN 3 . Information about the stability of the material during storage in the prototype is not given;

простой, дешевый и удобный метод синтеза крахмал-активированных наночастиц оксида железа на основе метода соосаждения, в котором крахмал используется как стабилизирующий агент. Метод не требует дополнительной функционализации поверхности наночастиц и модификации крахмала;a simple, cheap and convenient method for the synthesis of starch-activated iron oxide nanoparticles based on the co-precipitation method, in which starch is used as a stabilizing agent. The method does not require additional functionalization of the surface of nanoparticles and modification of starch;

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг.1 приведены изображения наночастиц оксида железа, покрытых крахмалом, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения.Figure 1 shows images of starch-coated iron oxide nanoparticles obtained using a high-resolution transmission electron microscope.

На Фиг. 2 приведены спектры Мессбауэра наночастиц оксида железа, покрытых крахмалом, полученных при комнатной температуре.On FIG. Figure 2 shows the Mössbauer spectra of starch-coated iron oxide nanoparticles obtained at room temperature.

На Фиг. 3 приведены ИК-спектры наночастиц оксида железа, покрытых крахмалом. (а) - крахмал, (б) - наночастицы оксида железа, покрытые крахмаломOn FIG. Figure 3 shows the IR spectra of iron oxide nanoparticles coated with starch. (a) - starch, (b) - iron oxide nanoparticles coated with starch

На Фиг. 4 представлены температурная зависимость коэрцитивной силы (оранжевые квадраты), подгонка уравнением (1) (черная линия) и температурная зависимость намагниченности, измеренная в поле 5 кЭ (синие квадраты).On FIG. 4 shows the temperature dependence of the coercive force (orange squares), fitting by equation (1) (black line) and the temperature dependence of the magnetization measured in a field of 5 kOe (blue squares).

На Фиг. 5 представлены 12,5% ДСН-ПААГ электрофореграммы белковых препаратов в процессе очистки MBP-TnI (А), MBP-MIA (Б) и MBP-Surv (В) с помощью полученных крахмал-активированных наночастиц: белки трансформированных клеток E.coli до (колонки 1) и после (колонки 2) индукции ИПТГ; цитоплазматические фракции (колонки 3); фракции после элюции раствором 10 мМ мальтозы (колонки 4); стандартные белки (BioRad, США) (колонки 5), молекулярный вес которых показан цифрами справа. Стрелки указывают на полосы гибридных белков.On FIG. Figure 5 shows 12.5% SDS-PAGE electropherograms of protein preparations during the purification of MBP-TnI (A), MBP-MIA (B) and MBP-Surv (C) using the obtained starch-activated nanoparticles: proteins of transformed E. coli cells up to (columns 1) and after (columns 2) IPTG induction; cytoplasmic fractions (columns 3); fractions after elution with a solution of 10 mm maltose (columns 4); standard proteins (BioRad, USA) (columns 5), the molecular weights of which are shown by numbers on the right. The arrows indicate the bands of the fusion proteins.

Сущность изобретения заключается в синтезе магнитных наночастиц оксида железа, активированных крахмалом, которые используются в качестве сорбента для аффинного выделения рекомбинантных белков, имеющих домен мальтоза-связывающего белка (MBP) в качестве вспомогательного фрагмента.The essence of the invention lies in the synthesis of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles, which are used as a sorbent for the affinity isolation of recombinant proteins having a maltose-binding protein (MBP) domain as an auxiliary fragment.

Пример синтеза крахмал-активированных магнитных наночастиц оксида железа:An example of the synthesis of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles:

Получение наночастиц оксида железа проводят методом соосаждения из раствора следующего состава: соль Мора - 50 г/л, цитрат Na - 50-100 г/л, EDTA-Na2 - 20 г/л, крахмал - 5-50 г/л. При температуре 80°C к раствору добавляют NaOH (0.1 M) до достижения нейтрального pH. Необходимую температуру поддерживают с помощью водного термостата. Покрытые наночастицы оксида железа тщательно промывают дистиллированной водой для удаления ионов.Iron oxide nanoparticles are obtained by co-precipitation from a solution of the following composition: Mohr's salt - 50 g/l, Na citrate - 50-100 g/l, EDTA-Na2 - 20 g/l, starch - 5-50 g/l. At a temperature of 80°C, NaOH (0.1 M) was added to the solution until a neutral pH was reached. The required temperature is maintained using a water thermostat. Coated iron oxide nanoparticles are thoroughly washed with distilled water to remove ions.

Физические свойства крахмал-активированных магнитных наночастиц:Physical properties of starch-activated magnetic nanoparticles:

Электронно-микроскопические исследования выполняются на просвечивающем электронном микроскопе Hitachi HТ7700 при ускоряющем напряжении 100 kV (Фиг. 1). Частицы представляют собой нанокристаллы кубической формы со средним размером 11,5 нм. Дифракционная картина исследуемого образца характерна для структуры магнетита или маггемита.Electron microscopic studies are performed on a Hitachi HT7700 transmission electron microscope at an accelerating voltage of 100 kV (Fig. 1). The particles are cubic nanocrystals with an average size of 11.5 nm. The diffraction pattern of the studied sample is typical for the structure of magnetite or maghemite.

Измерения Мессбауэровских спектров выполняются на спектрометре МС-1104Еm с источником 57Co(Cr) при комнатной температуре (Фиг. 2). Экспериментальный спектр хорошо описывается показанными на рисунке компонентами. Ошибка подгонки 3%. Обнаруживаются 4 секстета и один дублет. Результаты расшифровки свидетельствуют о том, что все ионы железа находится в трехвалентном состоянии. Таким образом, образец можно считать дефектным маггемитом γ-Fe2O3.Mössbauer spectra are measured on an MS-1104Em spectrometer with a 57 Co(Cr) source at room temperature (Fig. 2). The experimental spectrum is well described by the components shown in the figure. Fit error 3%. 4 sextets and one doublet are found. The results of the decoding indicate that all iron ions are in the trivalent state. Thus, the sample can be considered defective maghemite γ-Fe 2 O 3 .

В таблице 1 представлены результаты расшифровки спектров Мессбауэра.Table 1 presents the results of the interpretation of the Mössbauer spectra.

Таблица 1Table 1 ISIS HH QSQS W34 W 34 AA 11 0.340.34 474474 0.01 0.01 0.500.50 0.140.14 S1S1 0.420.42 440440 -0.04-0.04 0.730.73 0.240.24 S2S2 0.450.45 386386 0.01 0.01 0.670.67 0.260.26 S3S3 0.370.37 193193 0.01 0.01 1.241.24 0.250.25 S4S4 0.350.35 - - 0.96 0.96 1.081.08 0.110.11 DD

IS - изомерный химический сдвиг относительно ОЦК-Fe, QS - квадрупольное расщепление,IS - isomeric chemical shift with respect to bcc-Fe, QS - quadrupole splitting,

W - ширина линии поглощения, Η - сверхтонкое поле на ядре железа, А - долевая заселенность позиции.W is the width of the absorption line, Η is the hyperfine field on the iron nucleus, A is the fractional position occupancy.

Спектры поглощения ИК исследуемых образцов получают в матрице KBr на вакуумном Фурье-ИК спектрометре VERTRX-80V (BRUKER) в спектральном диапазоне 7500 - 380 см-1 со спектральным разрешением 0.2 см-1 (Фиг. 3). Следует отметить, что спектры соединений с магнитными наночастицами имеют характерное увеличение фона в области 2000-4000 см-1. В спектре (Фиг. 3б) связи в области 1200-1500 см-1 исчезают, остаются связи в области 800-1200 см-1 и гидроксильные. Спектральный анализ показывает: пики поглощения на 388 и 570 см-1 в спектре магнитных наночастиц покрытых крахмалом, относятся к изгибным колебаниям O-Fe-O и модам растяжения Fe-O, на поверхности наночастиц происходит хемосорбция крахмала через ацетальные связи.IR absorption spectra of the studied samples are obtained in a KBr matrix on a vacuum Fourier-IR spectrometer VERTRX-80V (BRUKER) in the spectral range of 7500 - 380 cm -1 with a spectral resolution of 0.2 cm -1 (Fig. 3). It should be noted that the spectra of compounds with magnetic nanoparticles have a characteristic increase in the background in the region of 2000-4000 cm -1 . In the spectrum (Fig. 3b) bonds in the region of 1200-1500 cm -1 disappear, there are bonds in the region of 800-1200 cm -1 and hydroxyl. Spectral analysis shows: absorption peaks at 388 and 570 cm -1 in the spectrum of starch-coated magnetic nanoparticles refer to O-Fe-O bending vibrations and Fe-O stretching modes, starch chemisorption occurs on the surface of nanoparticles through acetal bonds.

В таблице 2 представлены пики ИК-поглощения и их соотнесение.Table 2 shows the IR absorption peaks and their correlation.

Таблица 2table 2 ДиапазонRange Максимум полосы поглощения,
крахмал
maximum absorption band,
starch
Максимум полосы поглощения, крахмал +MNPsAbsorption band maximum, starch +MNPs описаниеdescription
388388 O-Fe-OO-Fe-O 400-800400-800 413413 Область колебаний пиранозного кольца и δ- гидроксильных группRange of vibrations of the pyranose ring and δ-hydroxyl groups 432432 487487 527527 573573 сответствует колебаниям цепочки С - С - С…-corresponds to the vibrations of the chain C - C - C ... - 570570 Fe-OFe-O 617617 Область колебаний пиранозного кольца и δ гидроксильных группRange of oscillations of the pyranose ring and δ hydroxyl groups 706706 767767 800-1000800-1000 855855 С-О в С-О-НS-O to S-O-N 866866 922922 900900 1000-12001000-1200 10011001 С-О растяжения
внутренних колебаний связей С-О (Характерные для полисахаридов полосы, обусловленные наличием ацетальных связей)
C-O stretching
internal vibrations of C-O bonds (Characteristic bands for polysaccharides due to the presence of acetal bonds)
10251025 10751075 10921092 11501150 11611161 1200-15001200-1500 12381238 δ - групп СН2 в СН2ОНδ - CH 2 groups in CH 2 OH 13411341 δ - связей О-Н в СН2ОНδ - O-H bonds in CH 2 OH 13681368 δ - связи групп СН2 δ - bonds of CH 2 groups 14211421 δ - групп СН2 δ - CH 2 groups 14611461 δ - OH δ-OH 1500-20001500-2000 16541654 16351635 δ - связей в Н-О-Н (адсорбированная вода) δ - bonds in H-O-H (adsorbed water) 2000-30002000-3000 20602060 ν - связей в группах СН и СН2 ν - bonds in CH and CH 2 groups 21532153 28902890 29302930 29282928 С-НS-N 3000-40003000-4000 34063406 34133413 Внутренние колебания ОН групп, участвующих в межмолекулярных и внутримолекулярных Н-связях Internal vibrations of OH groups involved in intermolecular and intramolecular H-bonds

С целью определения магнитных характеристик (намагниченность, коэрцитивная сила, температура блокировки) наночастиц записываются петли гистерезиса в полях от -2 кЭ до 2 кЭ в температурном диапазоне 80-295 К. Намагниченность насыщения наночастиц при комнатной температуре составляет 29,8 эме/г.In order to determine the magnetic characteristics (magnetization, coercive force, blocking temperature) of nanoparticles, hysteresis loops are recorded in fields from -2 kOe to 2 kOe in a temperature range of 80–295 K. The saturation magnetization of nanoparticles at room temperature is 29.8 emu/g.

Температура блокировки является важной характеристикой для биомедицинских применений наночастиц, в частности магнитной сепарации. Температура блокировки - это температура, разделяющая суперпарамагнитное состояние и заблокированное состояние. Суперпарамагнитные наночастицы характеризуются безгистерезисным поведением и лучшей коллоидной устойчивостью. Наночастицы в заблокированном состоянии отличаются полевым гистерезисом, большей магнитной восприимчивостью, но менее устойчивы в коллоиде. Наночастицы с температурой блокировки близкой к комнатной более предпочтительны для использования в магнитной сепарации.The blocking temperature is an important characteristic for biomedical applications of nanoparticles, in particular magnetic separation. The blocking temperature is the temperature separating the superparamagnetic state from the blocked state. Superparamagnetic nanoparticles are characterized by hysteresis-free behavior and better colloidal stability. Nanoparticles in the blocked state are characterized by field hysteresis and higher magnetic susceptibility, but they are less stable in a colloid. Nanoparticles with a blocking temperature close to room temperature are more preferable for use in magnetic separation.

Температурная зависимость коэрцитивной силы

Figure 00000001
может быть описана уравнением (1), согласно которому коэрцитивная сила
Figure 00000002
уменьшается с температурой
Figure 00000003
вплоть до температуры блокировки
Figure 00000004
[23]. Данное уравнение обычно используется для однодоменных невзаимодействующих наночастиц при температурах, ниже температуры блокировки
Figure 00000004
[24].Temperature dependence of the coercive force
Figure 00000001
can be described by equation (1), according to which the coercive force
Figure 00000002
decreases with temperature
Figure 00000003
up to blocking temperature
Figure 00000004
[23]. This equation is usually used for single-domain non-interacting nanoparticles at temperatures below the blocking temperature
Figure 00000004
[24].

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
(коэрцитивное поле при T=0K),
Figure 00000004
,
Figure 00000007
(показатель степени) являются подгоночными параметрами.Where
Figure 00000006
(coercive field at T=0K),
Figure 00000004
,
Figure 00000007
(exponent) are adjustable parameters.

На Фиг. 4 приведена экспериментальная температурная зависимость коэрцитивной силы

Figure 00000001
. Видно, что при комнатной температуре экспериментальные значения
Figure 00000002
существенно снижаются, свидетельствуя о близости температуры блокировки к комнатной температуре. Подгонка экспериментальных данных уравнением (1) дает следующие параметры подгонки:
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
.On FIG. 4 shows the experimental temperature dependence of the coercive force
Figure 00000001
. It can be seen that at room temperature the experimental values
Figure 00000002
decrease significantly, indicating that the blocking temperature is close to room temperature. Fitting the experimental data with equation (1) gives the following fitting parameters:
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
.

Таким образом, средняя температура блокировки близка к комнатной температуре и поэтому такие наночастицы хорошо подходят для использования в магнитной сепарации.Thus, the average blocking temperature is close to room temperature and therefore such nanoparticles are well suited for use in magnetic separation.

Использование крахмал-активированных магнитных наночастиц для одностадийной аффинной очистки рекомбинантных белков:Use of starch-activated magnetic nanoparticles for one-step affinity purification of recombinant proteins:

Полученные крахмал-активированные магнитные наночастицы использовались в качестве аффинного сорбента для очистки следующих рекомбинантных MBP-содержащих гибридных белков: сердечного тропонина I (MBP-cTnI), белок с меланома ингибирующий активность (MBP-MIA) и сурвивина (MBP-Surv).The resulting starch-activated magnetic nanoparticles were used as an affinity sorbent for the purification of the following recombinant MBP-containing fusion proteins: cardiac troponin I (MBP-cTnI), melanoma inhibitory activity protein (MBP-MIA), and survivin (MBP-Surv).

Экспрессия гибридных белков MBP-cTnI, MBP-MIA и MBP-Surv проводится в клетках Е. coli BL21-CodonPlus (DE3)-RIPL, трансформированных соответствующими плазмидами. Клетки культивируются в LB среде, содержащей 2 г/л глюкозы и 200 мкг/мл ампициллина при 37 °C до достижения оптической плотности OD590 = 0,5-0,7. Индукция синтеза белков проводится добавлением ИПТГ (1 мМ), клетки культивируют еще в течение трех часов, а после осаждают центрифугированием (4000 g, 20 мин, 4°С), супернатант отбрасывают.The expression of the hybrid proteins MBP-cTnI, MBP-MIA and MBP-Surv is carried out in E. coli BL21-CodonPlus (DE3)-RIPL cells transformed with the corresponding plasmids. Cells are cultured in LB medium containing 2 g/l glucose and 200 µg/ml ampicillin at 37°C until an optical density of OD 590 = 0.5-0.7 is reached. Induction of protein synthesis is carried out by adding IPTG (1 mm), the cells are cultured for another three hours, and then precipitated by centrifugation (4000 g, 20 min, 4°C), the supernatant is discarded.

Биомассу клеток ресуспендируют в буфере А (20 мМ Трис-HClpH 7,5, 0,2 MNaCl, 1 мМ ЭДТА) в пропорции 1:5 (w/v), разрушают ультразвуком (6 раз по 20 сек.) при 0°C и снова центрифугируют. Осадок отбрасывают, супернатант (цитоплазматическая фракция) (1 мл) смешивают с 0,5 мл суспензии крахмал-активированных наночастиц (в буфере А) (20 мг/мл) и инкубируют при 4°C в течение часа при перемешивании. Затем наночастицы фиксируют магнитом, а раствор удаляют пипетированием. После промывки наночастиц (трижды буфером А по 1 мл) гибридный белок элюируют буфером, содержащим 10 мМ мальтозу, 20 мМ Трис-HClpH 7,5, 0,2 M NaCl, 1 мМ ЭДТА (буфер для элюации).Cell biomass is resuspended in buffer A (20 mM Tris-HClpH 7.5, 0.2 MNaCl, 1 mM EDTA) at a ratio of 1:5 (w/v), sonicated (6 times 20 sec) at 0°C and centrifuged again. The precipitate is discarded, the supernatant (cytoplasmic fraction) (1 ml) is mixed with 0.5 ml suspension of starch-activated nanoparticles (in buffer A) (20 mg/ml) and incubated at 4°C for one hour with stirring. Then the nanoparticles are fixed with a magnet, and the solution is removed by pipetting. After washing the nanoparticles (three times with 1 ml buffer A), the fusion protein is eluted with a buffer containing 10 mM maltose, 20 mM Tris-HClpH 7.5, 0.2 M NaCl, 1 mM EDTA (elution buffer).

Чистоту белковых препаратов при выделении контролируют электрофорезом в 12,5 % полиакриламидном геле (ПААГ), содержащем 0,1% ДСН по методу Лэммли [25]. Концентрацию белков определяют спектрофотометрически с помощью набора DC™ ProteinAssay (BioRad, США). В качестве калибровочного белка используют бычий сывороточный альбумин.The purity of protein preparations during isolation is controlled by electrophoresis in 12.5% polyacrylamide gel (PAAG) containing 0.1% SDS according to the Laemmli method [25]. Protein concentration is determined spectrophotometrically using the DC™ kit ProteinAssay (BioRad, USA). Bovine serum albumin is used as a calibration protein.

Повторное использование крахмал-активированных магнитных наночастиц.Reuse of starch-activated magnetic nanoparticles.

0,5 мл суспензии крахмал-активированных магнитных наночастиц (20 мг/мл) используют для очистки гибридного белка MBP-cTnI последовательно три раза. После нанесения цитоплазматической фракции (0,8 мл), промывки наночастиц и элюции белка (как описано в примере 3), наночастицы 5-кратно промывают буфером для элюции, уравновешивают буфером А и вновь используют для очистки белка из следующей порции лизата.0.5 ml suspension of starch-activated magnetic nanoparticles (20 mg/ml) is used to purify the MBP-cTnI fusion protein three times in succession. After applying the cytoplasmic fraction (0.8 ml), washing the nanoparticles and eluting the protein (as described in example 3), the nanoparticles are washed 5 times with elution buffer, equilibrated with buffer A and reused to purify the protein from the next portion of the lysate.

Выход очищенного MBP-cTnI составляет 94,7, 104,1 и 102,8 мкг на миллиграмм крахмал-активированных МНЧ после первого, второго и третьего циклов выделения, соответственно.The yield of purified MBP-cTnI is 94.7, 104.1 and 102.8 μg per milligram of starch-activated MNPs after the first, second and third isolation cycles, respectively.

Таким образом, предлагаемый аффинный сорбент на основе крахмал-активированных магнитных наночастиц оксида железа обладает следующими физическими характеристиками: средний размер 11,5 нм, значение намагниченности насыщения при комнатной температуре 29,8 эме/г, температура блокировки близкая к комнатной температуре (377 К).Thus, the proposed affinity sorbent based on starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles has the following physical characteristics: average size 11.5 nm, saturation magnetization value at room temperature 29.8 emu/g, blocking temperature close to room temperature (377 K) .

Сорбент обладает высокой сорбционной емкостью - 100-590 мг рекомбинантных МВР-содержащих гибридных белков на один грамм наночастиц и стабильностью, позволяет получать белковые препараты высокой степени очистки (80-94%) за одну стадию хроматографической очистки, а также может быть троекратно использован без потери сорбционной емкости.The sorbent has a high sorption capacity - 100-590 mg of recombinant MBP-containing hybrid proteins per gram of nanoparticles and stability, makes it possible to obtain high-purity protein preparations (80-94%) in one stage of chromatographic purification, and can also be used three times without loss sorption capacity.

Метод получения магнитных наночастиц, отличается высокой воспроизводимостью (коэффициент вариации составляет 14,2%).The method for obtaining magnetic nanoparticles is highly reproducible (the coefficient of variation is 14.2%).

Список литературыBibliography

1. Terpe K. Overview of tag protein fusions: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems / K. Terpe // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2003. - V. 60. - P. 523-5331. Terpe K. Overview of tag protein fusions: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems / K. Terpe // Appl. microbiol. Biotechnol. - 2003. - V. 60. - P. 523-533

2. Sachdev D. Fusions to maltose-binding protein: Control of folding and solubility in protein purification / D. Sachdev, J. Chirgwin // Methods Enzymol. - 2000. - V. 326. - P. 312-3212. Sachdev D. Fusions to maltose-binding protein: Control of folding and solubility in protein purification / D. Sachdev, J. Chirgwin // Methods Enzymol. - 2000. - V. 326. - P. 312-321

3. Stepanyuk G.A. Coelenterazine-v ligated to Ca2+-triggered coelenterazine-binding protein is a stable and efficient substrate of the red-shifted mutant of Renilla muelleri luciferase / G. A. Stepanyuk, J. Unch, N. P. Malikova, S. V. Markova, J. Lee, E. S Vysotski // Anal. Bioanal. Chem. - 2010. - V. 398(4). - P. 1809-18173. Stepanyuk G.A. G. A. Stepanyuk, J. Unch, N. P. Malikova, S. V. Markova, J. Lee, E. S Vysotski // Anal. bioanal. Chem. - 2010. - V. 398(4). - P. 1809-1817

4. Kataeva I. Improving solubility of Shewanella oneidensis MR-1 and Clostridium thermocellum JW-20 proteins expressed into Esherichia coli / I. Kataeva, J. Chang, H. Xu, C.-H. Luan, J. Zhou, V. N. Uversky, D. Lin, P. Horanyi, Z. J. Liu, L. G. Ljungdahl, J. Rose, M. Luo, B.-C. Wang // J. Proteome Res. - 2005. - V. 4(6). - P. 1942-1951, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16335938/ - affiliation-14. Kataeva I. Improving solubility of Shewanella oneidensis MR-1 and Clostridium thermocellum JW-20 proteins expressed into Escherichia coli / I. Kataeva, J. Chang, H. Xu, C.-H. Luan, J. Zhou, V. N. Uversky, D. Lin, P. Horanyi, Z. J. Liu, L. G. Ljungdahl, J. Rose, M. Luo, B.-C. Wang // J. Proteome Res. - 2005. - V. 4(6). - P. 1942-1951, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16335938/ - affiliation-1

5. Waugh, D. S. The remarkable solubility-enhancing power of Escherichia coli maltose-binding protein / D. S. Waugh // PostepyBiochem. - 2016. -V. 62. - P. 377-3825. Waugh, D. S. The remarkable solubility-enhancing power of Escherichia coli maltose-binding protein / D. S. Waugh // PostepyBiochem. - 2016.-V. 62.-P. 377-382

6. Duong-Ly K. C. Affinity purification of a recombinant protein expressed as a fusion with the maltose-binding protein (MBP) tag / K. C. Duong-Ly, S. B. Gabelli // Methods Enzymol. - 2015. - V. 559. - P. 17-266. Duong-Ly K. C. Affinity purification of a recombinant protein expressed as a fusion with the maltose-binding protein (MBP) tag / K. C. Duong-Ly, S. B. Gabelli // Methods Enzymol. - 2015. - V. 559. - P. 17-26

7. Huang Y. C. Purification of recombinant nacre-associated mineralization protein AP7 fused with maltose-binding protein / Y. C. Huang, H. H. Chang, Y. Mou, P. Chi, J. C. Chan, S. C. Luo // Protein Expr. Purif. - 2014. - V. 100. - P. 26-327. Huang Y. C. Purification of recombinant nacre-associated mineralization protein AP7 fused with maltose-binding protein / Y. C. Huang, H. H. Chang, Y. Mou, P. Chi, J. C. Chan, S. C. Luo // Protein Expr. Purif. - 2014. - V. 100. - P. 26-32

8. Stueber D. D. Magnetic nanoparticles in biology and medicine: past, present, and future trends / D. D. Stueber, J. Villanova, I. Aponte, Z. Xiao, V. L. Colvin // Pharmaceutics - 2021. - V. 13. - P. 9438. Stueber D. D. Magnetic nanoparticles in biology and medicine: past, present, and future trends / D. D. Stueber, J. Villanova, I. Aponte, Z. Xiao, V. L. Colvin // Pharmaceutics - 2021. - V. 13. - P. 943

9. Elahi N. Progress and prospects of magnetic iron oxide nanoparticles in biomedical applications: A review / N. Elahi, M. Rizwan // Artif Organs. - 2021. - V. 45(11). - P. 1272-12999. Elahi N. Progress and prospects of magnetic iron oxide nanoparticles in biomedical applications: A review / N. Elahi, M. Rizwan // Artif Organs. - 2021. - V. 45(11). - P. 1272-1299

10. Егунова О. Р. Магнитные наночастицы магнетида в разделении и концентрировании / О. Р. Егунова, Т. А. Константинова, С. Н. Штыков // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. - 2014. - Т.14. - Вып 4. - С. 27-3510. Egunova, O.R., Konstantinova, T.A., and Shtykov, S.N., Magnetic nanoparticles of magnetide in separation and concentration, Izv. Sarat. university New ser. Ser. Chemistry. Biology. Ecology. - 2014. - V.14. - Issue 4. - S. 27-35

11. Assa F. Chitosan magnetic nanoparticles for drug delivery systems / F. Assa, H. Jafarizadeh-Malmiri, H. Ajamein, H. Vaghari, N. Anarjan, O. Ahmadi, A. Berenjian // Crit. Rev. Biotechnol. - 2017. - V. 37. - P. 492-50911. Assa F. Chitosan magnetic nanoparticles for drug delivery systems / F. Assa, H. Jafarizadeh-Malmiri, H. Ajamein, H. Vaghari, N. Anarjan, O. Ahmadi, A. Berenjian // Crit. Rev. Biotechnol. - 2017. - V. 37. - P. 492-509

12. Stolyar S.V. Polysaccharide-coated iron oxide nanoparticles: Synthesis, properties, surface modification. / S.V. Stolyar, V.V. Krasitskaya, L.A. Frank, R.N. Yaroslavtsev, L.A. Chekanova, Y.V. Gerasimova, M.N. Volochaev, M.S. Bairmani, D.A. Velikanov // Mater. Lett. - 2021. - V. 284. - P. 12892012. Stolyar S.V. Polysaccharide-coated iron oxide nanoparticles: Synthesis, properties, surface modification. / S.V. Stolyar, V.V. Krasitskaya, L.A. Frank, R.N. Yaroslavtsev, L.A. Chekanova, Y.V. Gerasimova, M.N. Volochaev, M.S. Bairmani, D.A. Velikanov // Mater. Lett. - 2021. - V. 284. - P. 128920

13. Kheilkordi, Z. Recent advances in the application of magnetic bio-polymers as catalysts in multicomponent reactions / Z. Kheilkordi, G. MohammadiZiarani, F. Mohajer, A. Badiei, M. Sillanpää // RSC Adv. - 2022. - V. 12. - P. 12672-1270113. Kheilkordi, Z. Recent advances in the application of magnetic bio-polymers as catalysts in multicomponent reactions / Z. Kheilkordi, G. MohammadiZiarani, F. Mohajer, A. Badiei, M. Sillanpää // RSC Adv. - 2022. - V. 12. - P. 12672-12701

14. Dung T. T. Structural and magnetic properties of starch-coated magnetite nanoparticles / T. T. Dung, T. M. Danh , L. T. M. Hoa , D. M. Chien, N. H. Duc // J. Exp. Nanoscience. - 2009. - V. 4(3). - P. 259-26714. T. T. Dung, T. M. Danh, L. T. M. Hoa, D. M. Chien, and N. H. Duc, Structural and magnetic properties of starch-coated magnetite nanoparticles, J. Exp. nanoscience. - 2009. - V. 4(3). - P. 259-267

15. Prill B. Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles functionalized with different starch types /B. Prill, S. Yusan // Particulate Science and Technology. - 2022. - V. 40. - P. 521-53015. Prill B. Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles functionalized with different starch types /B. Prill, S. Yusan // Particulate Science and Technology. - 2022. - V. 40. - P. 521-530

16. Luo K. Molecular rearrangement of glucans from natural starch to form size-controlled functional magnetic polymer beads / K. Luo, K.-B. Jeong, S.-M. You, D.-H. Lee, Y.-R. Kim // J Agric. Food Chem. - 2018. - V. 66(26). - P. 6806-681316. Luo K. Molecular rearrangement of glucans from natural starch to form size-controlled functional magnetic polymer beads / K. Luo, K.-B. Jeong, S.-M. You, D.-H. Lee, Y.-R. Kim // J Agric. food chem. - 2018. - V. 66(26). - P. 6806-6813

17. Zheng M. Effects of starch-coating of magnetite nanoparticles on cellular uptake, toxicity and gene expression profiles in adult zebrafish / M. Zheng, J. Lu, D. Zhao // Sci. Total Environ. - 2018. - V. 622-623. - P. 930-94117. Zheng M. Effects of starch-coating of magnetite nanoparticles on cellular uptake, toxicity and gene expression profiles in adult zebrafish / M. Zheng, J. Lu, D. Zhao // Sci. Total Environment. - 2018. - V. 622-623. - P. 930-941

18. Rami M. R. Synthesis of magnetic bio-nanocomposites for drug release and adsorption applications / M. R. Rami, M. Meskini, L. M. Qarebaghi, M. Salami, S. Forouzandehdel, M. Cheraghali // S. Afr. J. Chem. Eng. - 2022. - V. 42. - P. 115-12618. Rami M. R. Synthesis of magnetic bio-nanocomposites for drug release and adsorption applications / M. R. Rami, M. Meskini, L. M. Qarebaghi, M. Salami, S. Forouzandehdel, M. Cheraghali // S. Afr. J. Chem. Eng. - 2022. - V. 42. - P. 115-126

19. Jiang J.-S. A novel magnetic fluid based on starch-coated magnetite nanoparticles functionalized with homing peptide / J.-S. Jiang, Z.-F. Gan, Y. Yang, B. Du, M. Qian, P. Zhang // J. Nanopart Res. - 2009. - V. 11. - P. 1321-133019. Jiang J.-S. A novel magnetic fluid based on starch-coated magnetite nanoparticles functionalized with homing peptide / J.-S. Jiang, Z.-F. Gan, Y. Yang, B. Du, M. Qian, P. Zhang // J. Nanopart Res. - 2009. - V. 11. - P. 1321-1330

20. Öz Y. Enhanced thermostability of the immobilized thermoalkalophilic esterase onto magnetic-cornstarch nanoparticle / Y. Öz, Y. Sürmeli,

Figure 00000011
//BiotechnolApplBiochem. - 2022. - V. 69. - P. 1418-142720. Öz Y. Enhanced thermostability of the immobilized thermoalkalophilic esterase onto magnetic-cornstarch nanoparticle / Y. Öz, Y. Sürmeli,
Figure 00000011
//BiotechnolApplBiochem. - 2022. - V. 69. - P. 1418-1427

21. Fang K. Recent advances in starch-based magnetic adsorbents for the removal of contaminants from wastewater: A review / K. Fang, L. Deng, J. Yin, T. Yang, J. Li, W. He // Int. J. Biol. Macromol. - 2022. - V. 218. - P. 909-92921. Fang K. Recent advances in starch-based magnetic adsorbents for the removal of contaminants from wastewater: A review / K. Fang, L. Deng, J. Yin, T. Yang, J. Li, W. He // Int . J Biol. macromol. - 2022. - V. 218. - P. 909-929

22. Lim M.-C. Amylosucrase-mediated synthesis and selfassembly of amylose magnetic microparticles / M.-C. Lim, G.-H. Lee, D. T. N. Huynh, C. A. M. Letona, D.-H. Seo, C.-S. Park, Y.-R. Kim // RSC Adv. - 2015. - V.5. - P. 3608822. Lim M.-C. Amylosucrase-mediated synthesis and selfassembly of amylose magnetic microparticles / M.-C. Lim, G.-H. Lee, D. T. N. Huynh, C. A. M. Letona, D.-H. Seo, C.-S. Park, Y.-R. Kim // RSC Adv. - 2015. - V.5. - P. 36088

23. Pfeiffer H. Determination of anisotropy field distribution in particle assemblies taking into account thermal fluctuations / H. Pfeiffer // Phys. status solidi. - 1990. - V. 118(1). - P. 295-30623. Pfeiffer H. Determination of anisotropy field distribution in particle assemblies taking into account thermal fluctuations / H. Pfeiffer // Phys. status solidi. - 1990. - V. 118(1). - P. 295-306

24. Komogortsev S. V. Square plate shaped magnetite nanocrystals / S. V. Komogortsev, S. V. Stolyar, L. A. Chekanova, R. N. Yaroslavtsev, O. A. Bayukov, D. A. Velikanov, M. N. Volochaev, P. E. Eroshenko, R. S. Iskhakov // JMMM. - 2021. - V. 527. - P. 16773024. Komogortsev, S. V., S. V. Stolyar, L. A. Chekanova, R. N. Yaroslavtsev, O. A. Bayukov, D. A. Velikanov, M. N. Volochaev, P. E. Eroshenko, and R. S. Iskhakov, Square plate shaped magnetite nanocrystals, JMMM. - 2021. - V. 527. - P. 167730

25. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of the bacteriophage T4 / U. K. Laemmli // Nature. - 1970. - V. 227. - P. 680-68525. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of the bacteriophage T4 / U. K. Laemmli // Nature. - 1970. - V. 227. - P. 680-685

Claims (1)

Магнитный аффинный сорбент для выделения рекомбинантных белков, характеризующийся тем, что состоит из крахмал-активированных магнитных наночастиц оксида железа со средним размером 11,5 нм, значением намагниченности насыщения при комнатной температуре 29,8 эме/г, температурой блокировки, близкой к комнатной температуре, один грамм которых позволяет выделить 100-590 мг рекомбинантных МВР-содержащих гибридных белков из лизата клеток E.coli.A magnetic affinity sorbent for the isolation of recombinant proteins, characterized in that it consists of starch-activated magnetic iron oxide nanoparticles with an average size of 11.5 nm, a saturation magnetization value at room temperature of 29.8 emu/g, a blocking temperature close to room temperature, one gram of which allows you to isolate 100-590 mg of recombinant MBP-containing hybrid proteins from the lysate of E. coli cells.
RU2022126151A 2022-10-07 Magnetic affinity sorbent for isolation of recombinant proteins RU2794889C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794889C1 true RU2794889C1 (en) 2023-04-25

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540312C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук Method of obtaining magnetic affinity sorbent for separation of recombinant proteins

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540312C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук Method of obtaining magnetic affinity sorbent for separation of recombinant proteins

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
М. А. Федорчак и др., Магнитные аффинные сорбенты для выделения рекомбинантных белков / Перспективные материалы, 2015, N 11, стр.35-44. В. В. Толмачева и др., Магнитные сорбенты на основе наночастиц оксидов железа для выделения и концентрирования органических соединений / Журнал аналитической химии, 2016, том 71, стр.339-356. Mbolantenaina Rakotomalala Robinson et al., Starch functionalized magnetite nanoparticles: New insight into the structural and magnetic properties / Journal of Solid State Chemistry, 2019, Vol.277, pp.587-593. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Complexes of magnetic nanoparticles with cellulose nanocrystals as regenerable, highly efficient, and selective platform for protein separation
Xie et al. Fe3O4/Au Core/Shell nanoparticles modified with Ni2+− Nitrilotriacetic acid specific to histidine-tagged proteins
Sahoo et al. Aqueous ferrofluid of magnetite nanoparticles: fluorescence labeling and magnetophoretic control
Zhang et al. A self-assembled polydopamine film on the surface of magnetic nanoparticles for specific capture of protein
Tong et al. A novel magnetic affinity support for protein adsorption and purification
Ma et al. Superparamagnetic silica nanoparticles with immobilized metal affinity ligands for protein adsorption
Lin et al. Growth–dissolution–regrowth transitions of Fe3O4 nanoparticles as building blocks for 3D magnetic nanoparticle clusters under hydrothermal conditions
Aslam et al. Synthesis of amine-stabilized aqueous colloidal iron oxide nanoparticles
Zhou et al. Synchronized purification and immobilization of his-tagged β-glucosidase via Fe3O4/PMG core/shell magnetic nanoparticles
Xin et al. Protease immobilization on γ‐Fe2O3/Fe3O4 magnetic nanoparticles for the synthesis of oligopeptides in organic solvents
Sahu et al. Single step surface modification of highly stable magnetic nanoparticles for purification of His-tag proteins
Zhang et al. Efficient purification of His-tagged protein by superparamagnetic Fe3O4/Au–ANTA–Co2+ nanoparticles
JP2004329072A (en) Magnetic substance-organism substance complex type structure, peptide fragment containing amino acid sequence with binding ability to magnetic substance, its gene and method for producing magnetic substance-organism substance complex type structure
Zou et al. Ferroferric oxide/L-cysteine magnetic nanospheres for capturing histidine-tagged proteins
Bitar et al. Ferrofluids: from preparation to biomedical applications
Jiang et al. Superparamagnetic core–shell structured microspheres carrying carboxyl groups as adsorbents for purification of genomic DNA
Li et al. Effective approach towards Si-bilayer-IDA modified CoFe2O4 magnetic nanoparticles for high efficient protein separation
Carneiro et al. Functionalization of paramagnetic nanoparticles for protein immobilization and purification
Shah et al. Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles having different cover layer and investigation of cover layer effect on the adsorption of lysozyme and bovine serum albumin
Wang et al. Recent advances in development of functional magnetic adsorbents for selective separation of proteins/peptides
Gan et al. Immobilization of homing peptide on magnetite nanoparticles and its specificity in vitro
Demin et al. Silica coating of Fe3O4 magnetic nanoparticles with PMIDA assistance to increase the surface area and enhance peptide immobilization efficiency
Sommaruga et al. Immobilization of carboxypeptidase from Sulfolobus solfataricus on magnetic nanoparticles improves enzyme stability and functionality in organic media
Reddy et al. A simple approach to the design and functionalization of Fe3O4–Au nanoparticles for biomedical applications
RU2794889C1 (en) Magnetic affinity sorbent for isolation of recombinant proteins