SK500632021A3 - Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins - Google Patents

Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins Download PDF

Info

Publication number
SK500632021A3
SK500632021A3 SK50063-2021A SK500632021A SK500632021A3 SK 500632021 A3 SK500632021 A3 SK 500632021A3 SK 500632021 A SK500632021 A SK 500632021A SK 500632021 A3 SK500632021 A3 SK 500632021A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
gene
natriegens
pbp5
plasmid
protein
Prior art date
Application number
SK50063-2021A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
doc. RNDr. CSc. Stuchlík Stanislav
Ľubica Kormanová
Mgr. Levarski Zdenko, PhD.
prof. RNDr. CSc. Turňa Ján
Original Assignee
Univerzita Komenského v Bratislave
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Komenského v Bratislave filed Critical Univerzita Komenského v Bratislave
Priority to SK50063-2021A priority Critical patent/SK500632021A3/en
Priority to PCT/SK2022/050011 priority patent/WO2023107014A1/en
Publication of SK500632021A3 publication Critical patent/SK500632021A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/48Hydrolases (3) acting on peptide bonds (3.4)
    • C12N9/485Exopeptidases (3.4.11-3.4.19)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y304/00Hydrolases acting on peptide bonds, i.e. peptidases (3.4)
    • C12Y304/16Serine-type carboxypeptidases (3.4.16)
    • C12Y304/16004Serine-type D-Ala-D-Ala carboxypeptidase (3.4.16.4)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/63Vibrio

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Predmetom vynálezu je spôsob zvýšenia permeability vonkajších bunkových štruktúr na uvoľňovanie intracelulárnych proteínov do média pomocou bakteriálneho expresného systému, ktorý zahŕňa: a) kultiváciu hostiteľskej bunky, ktorou je Vibrio natriegens; b) kotransformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 a plazmidom s génom pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média, alebo transformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 a obsahujúcim gén pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média, a c) získanie cieľového proteínu z kultivačného média.The subject of the invention is a method of increasing the permeability of external cell structures for the release of intracellular proteins into the medium using a bacterial expression system, which includes: a) cultivation of the host cell, which is Vibrio natriegens; b) co-transformation of the host cell with a vector plasmid containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 and the plasmid with the gene for the target protein to be released into the culture medium , or transforming the host cell with a vector plasmid containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 and containing the gene for the target protein to be released into the culture medium, and c) recovering the target protein from the culture medium.

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Vynález sa týka oblastí z odborov biotechnológia, farmácia, potravinárstvo, chemický priemysel.The invention relates to the fields of biotechnology, pharmacy, food industry, chemical industry.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Produkcia rekombinantných proteínov je významná z pohľadu využitia týchto produktov na úrovni rôznych odvetví priemyslu, s dôrazom na biofarmaceutický či potravinársky priemysel. Progres v oblasti techník rekombinantných DNA (Cohen a kol., 1973) a v oblasti heterologickej produkcie významnou mierou prispel ku vytvoreniu spektra nástrojov a metodík pre efektívnu produkciu rekombinantných proteínov. Dopyt z pohľadu vývoja efektívnych stratégií pre ich produkciu a bioprocessing má rastúci trend, predovšetkým z pohľadu kvality finálneho produktu a aplikácie na úrovni priemyselných meradiel.The production of recombinant proteins is significant from the point of view of the use of these products at the level of various branches of industry, with an emphasis on the biopharmaceutical or food industry. Progress in the field of recombinant DNA techniques (Cohen et al., 1973) and in the field of heterologous production has significantly contributed to the creation of a spectrum of tools and methodologies for the efficient production of recombinant proteins. The demand from the point of view of the development of effective strategies for their production and bioprocessing has a growing trend, especially from the point of view of the quality of the final product and application at the level of industrial scales.

Z pohľadu produkčných hostiteľov sa v tomto smere využívajú prokaryotické alebo eukaryotické hostiteľské systémy. Príkladom využívaných eukaryotických systémov sú cicavčie bunkové línie, kvasinky, vláknité huby či hmyzie bunkové línie. Z prokaryotických systémov sú najviac využívané baktérie predovšetkým z rodov Escherichia, Bacillus či Staphylococcus. Vo všeobecnosti sú bakteriálne hostiteľské systémy výhodné najmä z pohľadu jednoduchej aplikácie, vysokého výťažku produktu v pomere ku cene a celkovým nákladom. Najvýraznejším príkladom využitia a aplikácie bakteriálneho hostiteľa je baktéria Escherichia coli. Vďaka svojim výhodným vlastnostiam, ako je krátka doba delenia a s ňou spojená vysoká produkčná aktivita, stabilita genómu, vďaka možnostiam rastu na lacných a dostupných médiách a uhlíkových substrátoch je často prvou voľbou pri návrhu produkčnej stratégie rekombinantných proteínov. Medzi nevýhody spojené s využívaním hostiteľského systému založeného na E. coli patria problémy s produkciou proteínov, ktoré vyžadujú posttranslačné úpravy, tvorba nerozpustného produktu a inklúznych teliesok, s čím často súvisí strata aktivity, kodónová nekompatibilita, nedostatočná čistota finálneho produktu a problémy pri izolácii v dôsledku prítomnosti endotoxínov.From the point of view of production hosts, prokaryotic or eukaryotic host systems are used in this direction. Examples of eukaryotic systems used are mammalian cell lines, yeast, filamentous fungi or insect cell lines. Of the prokaryotic systems, bacteria from the genera Escherichia, Bacillus or Staphylococcus are the most used. In general, bacterial host systems are advantageous mainly from the point of view of simple application, high product yield in relation to price and total costs. The most striking example of the use and application of a bacterial host is the bacterium Escherichia coli. Due to its advantageous properties, such as a short division time and associated high production activity, genome stability, thanks to the possibilities of growth on cheap and available media and carbon substrates, it is often the first choice when designing a production strategy for recombinant proteins. Disadvantages of using an E. coli-based host system include problems with protein production that require post-translational modifications, formation of insoluble product and inclusion bodies, often associated with loss of activity, codon incompatibility, insufficient purity of the final product, and problems in isolation due to the presence of endotoxins.

V. natriegens je novou bakteriálnou platformou, ktorá poskytuje výhody oproti zaužívanej platforme E. coli. Je to gram-negatívna, nepatogénna, mierne halofilná proteobaktéria, ktorej významnou vlastnosťou je extrémne krátka generačná doba, ktorá bola za optimálnych podmienok určená na úrovni ~ 10 minút (Eagon, 1962; Payne, 1958). Vďaka prítomnosti silného proteosyntetického aparátu má potenciál z pohľadu produkcie rekombinantných proteínov. Pri porovnaní s E. coli má V. natriegens približne 115 000 ribozómov na bunku, kým E. coli má za daných podmienok len približne 70 000 - 90 000 ribozómov na bunku (Des Soye a kol., 2018). Potenciál na úrovni industriálnej a biotechnologickej aplikácie podporuje vysoká miera produktivity, ktorú V. natriegens vykazovalo v neskorších štúdiách s využitím lacných a dostupných médií a substrátov. Príkladom je významne zvýšená miera špecifickej spotreby substrátu (qs) oproti klasickým hostiteľským systémom ako E. coli, B. subtilis, C. glutamicum (Hoffart a kol., 2017). Hostiteľská platforma V. natriegens bola úspešne využitá pri intracelulárnej produkcii rekombinantných proteínov ako ľudského rastového hormónu (hGH), kvasinkovej alkohol dehydrogenázy (ScADH1), archeálnej katalázy-peroxidázy či izotopovo značeného FK-506 - väzbového proteínu (Kormanová a kol., 2020; Becker a kol., 2019). Ďalším významným príkladom je expresia membránového aktívneho Mrp proteínu z V. cholerae u V. natriegens (Schleicher a kol., 2018). Využitie potenciálu hostiteľskej platformy V. natriegens je do značnej miery limitované nedostatkom vhodných metodických alternatív pre produkciu rekombinantných proteínov so špecifickými vlastnosťami. V tomto smere je zaujímavá produkcia cieľových proteínov do kultivačného média. Uvedená stratégia má potenciál pri produkcii toxických a nesolubilných proteínov, pričom celkové spracovanie finálneho produktu je potencionálne výhodnejšie z pohľadu celkových časových a finančných nákladov (Carrio a kol., 2002). Neprítomnosť intracelulárnych proteáz rovnako prispieva ku zvýšenej stabilite produktu (Mergulhao a kol., 2005).V. natriegens is a new bacterial platform that provides advantages over the conventional E. coli platform. It is a gram-negative, non-pathogenic, slightly halophilic proteobacterium, whose significant feature is an extremely short generation time, which under optimal conditions was determined to be ~10 minutes (Eagon, 1962; Payne, 1958). Due to the presence of a strong proteosynthetic apparatus, it has potential from the point of view of the production of recombinant proteins. Compared to E. coli, V. natriegens has approximately 115,000 ribosomes per cell, while E. coli has only approximately 70,000-90,000 ribosomes per cell under the given conditions (Des Soye et al., 2018). The potential at the level of industrial and biotechnological application is supported by the high rate of productivity that V. natriegens showed in later studies using cheap and available media and substrates. An example is the significantly increased rate of specific substrate consumption (qs) compared to classical host systems such as E. coli, B. subtilis, C. glutamicum (Hoffart et al., 2017). The V. natriegens host platform has been successfully used for the intracellular production of recombinant proteins such as human growth hormone (hGH), yeast alcohol dehydrogenase (ScADH1), archaeal catalase-peroxidase or isotopically labeled FK-506 binding protein (Kormanová et al., 2020; Becker et al., 2019). Another important example is the expression of the membrane-active Mrp protein from V. cholerae in V. natriegens (Schleicher et al., 2018). The use of the potential of the V. natriegens host platform is largely limited by the lack of suitable methodological alternatives for the production of recombinant proteins with specific properties. In this regard, the production of target proteins into the culture medium is interesting. The mentioned strategy has potential in the production of toxic and insoluble proteins, while the overall processing of the final product is potentially more advantageous in terms of overall time and financial costs (Carrio et al., 2002). The absence of intracellular proteases also contributes to the increased stability of the product (Mergulhao et al., 2005).

Existuje niekoľko prístupov pre návrh produkčnej stratégie rekombinantných proteínov s cieľom produkcie do kultivačného média u Gram-negatívnych baktérií. Jednou zo stratégií je využitie špecifickej aktívnej sekrécie proteínu cez obe cytoplazmatické membrány do média. Tento mechanizmus transportu je však typický práve pre patogénne kmene (napr. patogénne kmene E. coli) (Stathopoulos a kol., 2000). Druhým príkladom je využitie translokačného mechanizmu a zacielenie cieľového proteínu do periplazmy a následné pasívne uvoľnenie cez vonkajšiu cytoplazmatickú membránu (Stathopoulos a kol., 2003). Iným príkladom je exogénna destabilizácia pridaním aditív (Triton-X, glycín) alebo mechanickým opracovaním (ultrazvuk) s cieľom navýšiť neselektívny pasívny transport proteínov do média (Bao a kol., 2016; Tang a kol., 2008). Uvedené stratégie však majú viacero nevýhod. V prvom z uvedených prípadov vzniká nutnosť využitia patogénnych hostiteľov. Alternatívnou možnosťou je náročný a časovo náročný dizajn vhodného hostiteľa soThere are several approaches for the design of a production strategy of recombinant proteins with the aim of production into the culture medium of Gram-negative bacteria. One of the strategies is the use of specific active protein secretion through both cytoplasmic membranes into the medium. However, this transport mechanism is typical for pathogenic strains (e.g. pathogenic strains of E. coli) (Stathopoulos et al., 2000). The second example is the use of the translocation mechanism and targeting of the target protein to the periplasm and subsequent passive release through the outer cytoplasmic membrane (Stathopoulos et al., 2003). Another example is exogenous destabilization by addition of additives (Triton-X, glycine) or mechanical processing (ultrasound) to increase non-selective passive transport of proteins into the medium (Bao et al., 2016; Tang et al., 2008). However, these strategies have several disadvantages. In the first of the mentioned cases, the necessity of using pathogenic hosts arises. An alternative option is the difficult and time-consuming design of a suitable host with

SK 50063-2021 A3 špecifickými mechanizmami pre aktívny transport. V prípade selektívneho aktívneho transportu je tiež potrebné využiť špecifickú signálnu sekvenciu pre zacielenie sekrečných mechanizmov bunky. Rôzna efektivita a afinita rôznych signálnych sekvencií ku proteínom sekrečného systému a významná variabilita z pohľadu efektivity transportu u rôznych cieľových proteínov, využitie tejto stratégie značne komplikuje. Na druhú stranu využitie exogénnych faktorov ako prídavok aditív, či mechanické opracovanie pre zvýšenie permeability buniek nevyžaduje prítomnosť špecifického signálneho peptidu či transportného mechanizmu. Na druhú stranu však vyžaduje značnú mieru optimalizačných procesov, ktoré je náročne vhodne regulovať a v mnohých prípadoch preto môže dochádzať ku state produkčnej aktivity, ku problémom s purifikáciou produktu alebo ku strate viability bunkovej kultúry (Choi a kol., 2004).SK 50063-2021 A3 specific mechanisms for active transport. In the case of selective active transport, it is also necessary to use a specific signal sequence to target the secretory mechanisms of the cell. The different efficiency and affinity of different signal sequences to the proteins of the secretion system and the significant variability from the point of view of the efficiency of transport for different target proteins complicate the use of this strategy considerably. On the other hand, the use of exogenous factors such as the addition of additives or mechanical processing to increase cell permeability does not require the presence of a specific signal peptide or transport mechanism. On the other hand, however, it requires a considerable amount of optimization processes, which are difficult to properly regulate and in many cases can therefore lead to a state of production activity, to problems with product purification, or to a loss of cell culture viability (Choi et al., 2004).

Zaujímavou stratégiou, ktorú sme sa rozhodli aplikovať pri návrhu metódy, je vytvorenie endogénneho systému, ktorý by zabezpečil permeabilizáciu vonkajších bunkových štruktúr bez nutnosti využitia špecifickej signálnej sekvencie a transportného systému, bez radikálneho ovplyvnenia intracelulárnej produkcie cieľového proteínu a bez významného vplyvu na celkovú viabilitu produkčnej kultúry. Zároveň by uvedená stratégia umožnila neselektívny pasívny transport intracelulárne nadprodukovaného proteínu do kultivačného média.An interesting strategy that we decided to apply in the design of the method is the creation of an endogenous system that would ensure the permeabilization of external cell structures without the need to use a specific signal sequence and transport system, without radically affecting the intracellular production of the target protein and without a significant impact on the overall viability of the production culture . At the same time, the mentioned strategy would enable the non-selective passive transport of the intracellularly overproduced protein into the culture medium.

Predložený návrh spôsobu má za cieľ navýšiť permeabilitu povrchových štruktúr u V. natriegens Vmax s cieľom zabezpečiť neselektívny transport rekombinantných proteínov do kultivačného média. Potenciál spôsobu je založený na zvýhodnení produkcie proteínov s nízkou mierou rozpustnosti pri intracelulárnej produkcii, produkcii toxických proteínov či zjednodušení a skrátení purifikačných a downstream procesov.The proposed method aims to increase the permeability of the surface structures of V. natriegens Vmax in order to ensure the non-selective transport of recombinant proteins into the culture medium. The potential of the method is based on favoring the production of proteins with a low degree of solubility in intracellular production, production of toxic proteins or simplification and shortening of purification and downstream processes.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Podstatou vynálezu je spôsob zvýšenia permeability vonkajších bunkových štruktúr na uvoľňovanie intracelulárnych proteínov do média pomocou bakteriálneho expresného systému, ktorý zahŕňa kroky:The essence of the invention is a method of increasing the permeability of external cellular structures for the release of intracellular proteins into the medium using a bacterial expression system, which includes the following steps:

a) kultiváciu hostiteľskej bunky, ktorou je Vibrio natriegens,a) cultivation of the host cell, which is Vibrio natriegens,

b) kotransformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 a plazmidom s génom pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média alebo transformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre D-alanylD-alanín karboxypeptidázu 5/6 a obsahujúcim gén pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média,b) co-transformation of the host cell with a vector plasmid containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 and the plasmid with the gene for the target protein to be released into the culture medium or transforming the host cell with a vector plasmid containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for D-alanylD-alanine carboxypeptidase 5/6 and containing the gene for the target protein to be released into the culture medium,

c) získanie cieľového proteínu z kultivačného média.c) obtaining the target protein from the culture medium.

Podľa výhodného uskutočnenia sa vo vyššie uvedenom spôsobe v kroku b) použije vektorový plazmid obsahujúci promótor T7.According to a preferred embodiment, a vector plasmid containing the T7 promoter is used in the above-mentioned method in step b).

Podstatu tohto vynálezu tvorí aj gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 na použitie v spôsobe podľa tohto vynálezu uvedený v SEQ ID NO: 1 a tiež gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 na použitie v spôsobe podľa tohto vynálezu uvedený v SEQ ID NO: 2.The essence of this invention is also the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 for use in the method according to the invention listed in SEQ ID NO: 1 and also the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 for use in the method according to of this invention listed in SEQ ID NO: 2.

Predmetom vynálezu je aj plazmid na použitie v spôsobe podľa vynálezu obsahujúci gén pre D-alanyl-Dalanín karboxypeptidázu 4 a tiež je predmetom vynálezu aj plazmid na použitie v spôsobe podľa tohto vynálezu, obsahujúci gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6.The subject of the invention is also a plasmid for use in the method according to the invention containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4, and the subject of the invention is also a plasmid for use in the method according to the invention, containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 .

Ďalšou podstatou vynálezu je hostiteľská bunka Vibrio natriegens kotransformovaná plazmidom pRSFDuet-PBP-4 a/alebo pRSFDuet-PBP5/6 a plazmidom nesúcim gén pre cieľový proteín.Another aspect of the invention is a Vibrio natriegens host cell co-transformed with the plasmid pRSFDuet-PBP-4 and/or pRSFDuet-PBP5/6 and a plasmid carrying the gene for the target protein.

Predmetom vynálezu je bakteriálny expresný systém na použitie podľa tohto vynálezu, ktorý využíva mikroorganizmus Vibrio natriegens.The subject of the invention is a bacterial expression system for use according to the invention, which uses the microorganism Vibrio natriegens.

Podstatou vynálezu je bakteriálny expresný systém na použitie na navýšenie permeability vonkajších bunkových štruktúr pre uvoľňovanie cieľových intracelulárnych proteínov do média.The essence of the invention is a bacterial expression system for use to increase the permeability of external cellular structures for the release of target intracellular proteins into the medium.

V súčasnosti nie sú známe prístupy popisujúce efektívny pasívny (na signálnej sekvencii nezávislý) export proteínov do kultivačného média založený na baktérii Vibrio natriegens. Tento prístup kombinuje robustnosť a schopnosť rýchleho rastu producenta s cielenou modifikáciou membránových štruktúr, umožňujúcou pasívny transport produkovaných rekombinantných proteínov. Aplikácia vytvoreného systému je primárne v efektívnej produkcii rekombinantných proteínov (bez ohľadu na ich cieľové uplatnenie) a ich následnej jednoduchej purifikácii z kultivačného média. Podstatou návrhu je použitie DNA sekvencií, uložených na plazmidových vektoroch a zaisťujúcich efektívnu pasívnu sekréciu cieľových rekombinantných proteínov v ľubovoľnom kmeni baktérie Vibrio natriegens.Currently, there are no known approaches describing the efficient passive (independent of the signal sequence) export of proteins into the culture medium based on the bacterium Vibrio natriegens. This approach combines the robustness and rapid growth capability of the producer with targeted modification of membrane structures, enabling passive transport of produced recombinant proteins. The application of the created system is primarily in the efficient production of recombinant proteins (regardless of their target application) and their subsequent simple purification from the culture medium. The essence of the proposal is the use of DNA sequences, stored on plasmid vectors and ensuring effective passive secretion of target recombinant proteins in any strain of the bacterium Vibrio natriegens.

Bunkové povrchy gram-negatívnej baktérie V. natriegens pozostávajú z dvoch cytoplazmatických membrán a tenkej vrstvy peptidoglykánu medzi nimi. Správna štruktúra vonkajších povrchov a ich stabilita jeThe cell surfaces of the gram-negative bacterium V. natriegens consist of two cytoplasmic membranes and a thin layer of peptidoglycan between them. The correct structure of the external surfaces and their stability is

SK 50063-2021 A3 dôležitá pre zachovanie životaschopnosti buniek a rovnako tak aj produkčných vlastností. Bunková stena u 1/. natriegens je podobne ako u E. coli z časti tvorená aj peptidoglykánom a správna štruktúra a stabilita rovnako zabezpečuje celkovú robustnosť buniek. Dostatočným narušením tejto štruktúry môže byť potencionálne podporený neselektívny transport intracelulárne produkovaných proteínov (Yang a kol., 2019; Peters a kol., 2016).SK 50063-2021 A3 important for maintaining cell viability and production properties as well. Cell wall at 1/. natriegens, like in E. coli, is partly made up of peptidoglycan, and the correct structure and stability also ensure the overall robustness of the cells. Sufficient disruption of this structure can potentially promote the non-selective transport of intracellularly produced proteins (Yang et al., 2019; Peters et al., 2016).

Častým cieľom záujmu z pohľadu dizajnu endogénne mierenej permeabilizácie buniek je skupina enzýmov s prívlastkom penicilín viažuce proteíny (PBP). Tento typ proteínov sa často zapája do syntézy bunkovej steny, peptidoglykánu a mechanizmov spojených s delením bunky. D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázy katalyzujú odstránenie C-terminálneho D-alanínu v pentapeptidovej podjednotke peptidoglykánu (D-Ala/D-Ala/mDAP/y-D-Glu/L-Ala) (Obr. 1). Peptidoglykánové prekurzorové podjednotky, u ktorých nebol odštiepený terminálny D-Alanín, nie sú schopné vytvoriť stabilné zosieťovanie peptidoglykánovej štruktúry (Typas a kol., 2012).A frequent target of interest from the point of view of the design of endogenously directed cell permeabilization is a group of enzymes with the designation penicillin-binding proteins (PBPs). This type of protein is often involved in the synthesis of the cell wall, peptidoglycan and mechanisms associated with cell division. D-alanyl-D-alanine carboxypeptidases catalyze the removal of the C-terminal D-alanine in the pentapeptide subunit of peptidoglycan (D-Ala/D-Ala/mDAP/γ-D-Glu/L-Ala) (Fig. 1). Peptidoglycan precursor subunits in which the terminal D-Alanine has not been cleaved are unable to form a stable cross-linking of the peptidoglycan structure (Typas et al., 2012).

U V. natriegens sú opísané zatiaľ 3 skupiny PBP proteínov (Tab. 1). Skupiny typu A a B budú pravdepodobne esenciálne z pohľadu viability a stability vonkajších štruktúr u V. natriegens ako je tomu analogicky u vysokomolekulových PBP špecifických pre E. coli. V prípade prípravy delečných mutantov pre vysokomolekulové PBP enzýmy, s cieľom pripraviť dizajnované permeabilizované kmene E. coli, bola častým problémom úplná strata viability buniek. V prípade nízkomolekulových PBP u E. coli nebol zaznamenaný žiadny alebo len veľmi slabý negatívny efekt na bunkovú viabilitu (Baquero a kol., 1996; Peters a kol., 2016). V neskorších štúdiách bol opísaný tiež vplyv zmeny hladiny exprimovaných nízkomolekulových PBP (oproti normálnej hladine PBP v bunke) u E. coli, ktorý mal rovnako vplyv na uvoľňovanie intracelulárnych proteínov do média bez signifikantne negatívneho vplyvu na viabilitu kultúry či produkčné vlastnosti (Yang a kol., 2019).In V. natriegens, 3 groups of PBP proteins have been described so far (Tab. 1). A and B-type groups are likely to be essential from the point of view of viability and stability of external structures in V. natriegens, analogously to high-molecular-weight PBPs specific for E. coli. In the case of preparation of deletion mutants for high-molecular-weight PBP enzymes, in order to prepare engineered permeabilized strains of E. coli, a frequent problem was the complete loss of cell viability. No or only a very weak negative effect on cell viability was reported for low-molecular-weight PBPs in E. coli (Baquero et al., 1996; Peters et al., 2016). Later studies also described the effect of a change in the level of expressed low molecular weight PBPs (compared to the normal level of PBPs in the cell) in E. coli, which had the same effect on the release of intracellular proteins into the medium without a significant negative effect on culture viability or production properties (Yang et al. , 2019).

Predpokladali sme, že nízkomolekulové PBP u E. coli by mohli vykazovať podobný trend oproti nízkomolekulovým PBP4 a PBP5/6 u V. natriegens. Pripravili sme teda systém na báze nadexpresie jednotlivých karboxypeptidáz typu PBP4 a PBP5/6 u V. natriegens. Pracovali sme s predpokladom, že narušená endogénna koncentrácia príslušných karboxypeptidáz typu PBP4 a PBP5/6 ovplyvní prirodzenú mieru úpravy peptidoglykánového prekurzora, čím bude narušený cross-linking podjednotiek, výsledkom čoho bude mierna destabilizácia bunkových štruktúr s výsledkom zvýšenej permeabilizácie membrány, čo sme sa snažili v končenom dôsledku využiť z pohľadu extracelulárneho transportu modelových intracelulárne produkovaných proteínov.We hypothesized that low molecular weight PBPs in E. coli could show a similar trend to low molecular weight PBP4 and PBP5/6 in V. natriegens. We therefore prepared a system based on the overexpression of individual carboxypeptidases of the PBP4 and PBP5/6 types in V. natriegens. We worked with the assumption that the disturbed endogenous concentration of the respective PBP4 and PBP5/6 carboxypeptidases will affect the natural rate of modification of the peptidoglycan precursor, thereby disrupting the cross-linking of subunits, resulting in a slight destabilization of cell structures with the result of increased membrane permeabilization, which we tried in as a result, to use model intracellularly produced proteins from the point of view of extracellular transport.

Predložený spôsob spočíva v koexpresii „pracovného plazmidu nesúceho vybrané gény pre karboxypeptidázy typu PBP4, PBP5/6 alebo kombinácie oboch a variabilného plazmidu s génom záujmu. Výsledkom produkcie bude cieľový proteín uvoľnený do kultivačného média, čím sa urýchli a zjednoduší down-stream processing, prípadne dôjde k produkcii cieľového proteínu s vyššou solubilitou a stabilitou. Tento prístup umožňuje značnú variabilitu testovaných plazmidov bez nutnosti klonovania alebo ďalšej úpravy génu cieľového proteínu.The presented method consists in the co-expression of a working plasmid carrying selected genes for carboxypeptidases of the PBP4, PBP5/6 type or a combination of both and a variable plasmid with the gene of interest. As a result of the production, the target protein will be released into the culture medium, thereby speeding up and simplifying down-stream processing, or the production of a target protein with higher solubility and stability will occur. This approach allows considerable variability of tested plasmids without the need for cloning or further modification of the gene of the target protein.

Tab. 1 Prehľad proteínov s prívlastkom penicilín viažuce proteíny (PBP) u V. natriegens ATCC 14048.Tab. 1 Overview of proteins designated penicillin-binding proteins (PBPs) in V. natriegens ATCC 14048.

Názov Title Gén Gene Popis aktivity Description of the activity PBP typu A (Glykozyltransferázy/Transpeptidázy) Type A PBPs (Glycosyltransferases/Transpeptidases) Penicilín senzitívna transpeptidáza (PBP 1A) Penicillin sensitive transpeptidase (PBP 1A) mrcA mrcA Biosyntéza a metabolizmus glykánov, biosyntéza peptidoglykánu Biosynthesis and metabolism of glycans, biosynthesis of peptidoglycan Peptidáza (PBP 1B) Peptidase (PBP 1B) mrcB mrcB Biosyntéza peptidoglykánu Biosynthesis of peptidoglycan PBP typu B (D,D-karboxypeptidázy) PBP type B (D,D-carboxypeptidases) D-alanyl-D-alanín karboxypeptidáza 1B (PBP 3) D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 1B (PBP 3) Ftsl Ftsl Stabilita bunkovej steny, syntéza peptidoglykánu, bunkové delenie Cell wall stability, peptidoglycan synthesis, cell division D-alanyl-D-alanín karboxypeptidáza (PBP2) D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (PBP2) mrdA mrdA Biosyntéza peptidoglykánu Biosynthesis of peptidoglycan Nízkomolekulové PBP Low molecular weight PBP D-alanyl-D-alanín karboxypeptidáza (PBP4) D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (PBP4) dacC dacC Biosyntéza peptidoglykánu typu DAP DAP-type peptidoglycan biosynthesis D-alanyl-D-alanín karboxypeptidáza (PBP5/6) D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (PBP5/6) dacB dacB Biosyntéza peptidoglykánu typu DAP DAP-type peptidoglycan biosynthesis

SK 50063-2021 A3SK 50063-2021 A3

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Obr. 1 Schematické znázornenie finálneho kroku syntézy podjednotky peptidoglykánu typu DAP u V. natriegens. D-alanyl-D-alanín karboxypeptidáza katalyzuje finálne odštiepenie D-alanínu, čím umožní crosslinking jednotlivých podjednotiek a celkovú stabilizáciu štruktúry.fig. 1 Schematic representation of the final step in the synthesis of the DAP-type peptidoglycan subunit in V. natriegens. D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase catalyzes the final cleavage of D-alanine, which enables crosslinking of individual subunits and overall stabilization of the structure.

Obr. 2 Schematicky znázornené plazmidové konštrukty s génmi pre vybrané testované karboxypeptidázy z V. natriegens ATCC 14048, ktoré boli vytvorené na báze plazmidu pRSFDuet s chloramfenikolovou rezistenciou a originom typu RSF. A - Do plazmidu pRSFDuet bol vložený gén pre karboxypeptidázu typu PBP4 B - Do plazmidu pRSFDuet bol vložený gén pre karboxypeptidázu typu PBP5/6 C - Do plazmidu pRSFDuet bol vložený gén pre karboxypeptidázy typu PBP4 a PBP5/6.fig. 2 Schematically shown plasmid constructs with genes for selected tested carboxypeptidases from V. natriegens ATCC 14048, which were created on the basis of plasmid pRSFDuet with chloramphenicol resistance and RSF type origin. A - The gene for the PBP4 type carboxypeptidase was inserted into the pRSFDuet plasmid B - The gene for the PBP5/6 type carboxypeptidase was inserted into the pRSFDuet plasmid C - The gene for the PBP4 and PBP5/6 type carboxypeptidases was inserted into the pRSFDuet plasmid.

Obr. 3 Restrikčná analýza pripravených plazmidových konštruktov. Konštrukt pRSFDuet-PBP4 bol štiepený restrikčnými endonukleázami Pdil a BglII. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertu s veľkosťou zodpovedajúcou génu PBP4 (1,422 kbp). Konštrukt pRSFDuet-PBP5/6 bol štiepený restrikčnými endonukleázami BamHI a NotIHF. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertu s veľkosťou zodpovedajúcemu génu PBP5/6 (1,179 kbp). Konštrukt pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 bol postupne štiepený enzýmami Pdil a BglII a následne BamHI a NotI-HF. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertov s odpovedajúcou veľkosťou pre gén PBP4 (1,422 kbp) a PBP5/6 (1,179 kbp).fig. 3 Restriction analysis of prepared plasmid constructs. The pRSFDuet-PBP4 construct was digested with restriction endonucleases PdI and BglII. The result was the cleavage of an insert with a size corresponding to the PBP4 gene (1,422 kbp). The pRSFDuet-PBP5/6 construct was digested with the restriction endonucleases BamHI and NotIHF. This resulted in the cleavage of an insert with a size corresponding to the PBP5/6 gene (1.179 kbp). The construct pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 was sequentially digested with the enzymes PdIl and BglII, followed by BamHI and NotI-HF. This resulted in cleavage of inserts of the corresponding size for the PBP4 (1.422 kbp) and PBP5/6 (1.179 kbp) genes.

Obr. 4 Prítomnosť pozitívne tranformovaných kolónií príslušnými plazmidovými konštruktami (pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6, pRSFDuet-PBP4-PBP5/6) u V. natriegens Vmax™ bola stanovená na základe analýzy PCR vybraných plazmidových izolátov s využitím primerov špecifických pre jednotlivé gény karboxypeptidáz. Výsledný PCR produkt zodpovedal veľkosti pre karboxypeptidázy PBP4 (1 422 bp) a PBP5/6 (1 179 bp).fig. 4 The presence of positively transformed colonies by the respective plasmid constructs (pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6, pRSFDuet-PBP4-PBP5/6) in V. natriegens Vmax™ was determined based on PCR analysis of selected plasmid isolates using primers specific for individual carboxypeptidase genes. The resulting PCR product corresponded in size to the carboxypeptidases PBP4 (1,422 bp) and PBP5/6 (1,179 bp).

Obr. 5 SDS-PAGE analýza intracelulárnej nadprodukcie vybraných karboxypeptidáz PBP4, PBP5/6 alebo kombinácie oboch.fig. 5 SDS-PAGE analysis of intracellular overproduction of selected carboxypeptidases PBP4, PBP5/6 or a combination of both.

Obr. 6 SDS-PAGE analýza komplexného LB3 média počas jednotlivých kultivácií V. natriegens Vmax™, ktoré boli v prechádzajúcich krokoch transformované pripravenými plazmidovými konštruktami pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Ako kontrola bola využitá kultivácia bez prítomnosti plazmidového konštruktu.fig. 6 SDS-PAGE analysis of the complex LB3 medium during individual cultivations of V. natriegens Vmax™, which were transformed in the previous steps with the prepared plasmid constructs pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Cultivation without the presence of the plasmid construct was used as a control.

Obr. 7 Stanovenie rastových kriviek v maloobjemových kultiváciách v komplexnom LB3 pri 37 °C u kmeňa V. natriegens Vmax™, ktorý bol transformovaný pripravenými plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. V kontrolnej kultivácii bol použitý kmeň V. natriegens Vmax™ bez plazmidového konštruktu. A - Prírastok biomasy bol stanovený na základe absorbancie nameranej pri 600 nm v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 8h 24h) B - Prírastok biomasy bol stanovený na základne prírastku suchej bunkovej biomasy za uvedené časové intervaly (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h).fig. 7 Determination of growth curves in small-volume cultivations in complex LB3 at 37 °C for the strain V. natriegens Vmax™, which was transformed with the prepared plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. The V. natriegens Vmax™ strain without the plasmid construct was used in the control culture. A - The increase in biomass was determined based on the absorbance measured at 600 nm in the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 8h 24h) B - The increase in biomass was determined based on the increase in dry cell biomass for the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h).

Obr. 8 Stanovenie permeability vonkajšej cytoplazmatickej membrány v jednotlivých časových intervaloch u kmeňa V. natriegens Vmax™, ktorý bol jednotlivo transformovaný plazmidovými konštruktami pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Kultivácie boli vykonané v komplexnom LB3 médiu pri 37 °C.fig. 8 Determination of the permeability of the outer cytoplasmic membrane in individual time intervals in the strain V. natriegens Vmax™, which was individually transformed with plasmid constructs pRSFDuetPBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Cultivations were performed in complex LB3 medium at 37°C.

Obr. 9 Stanovenie prírastku celkového množstva proteínu počas kultivácie V. natriegens Vmax™ v LB3 médiu pri 37 °C s nadexpresiou karboxypeptidáz typu PBP4, PBP5/6, respektíve kombinácie oboch. Kontrolná kultivácia prebehla bez nadexpresie karboxypeptidáz. Prírastok koncentrácie proteínu v médiu bol meraný na základe Bradfordovej metódy v daných časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h).fig. 9 Determination of the increase in the total amount of protein during cultivation of V. natriegens Vmax™ in LB3 medium at 37 °C with overexpression of carboxypeptidases of the PBP4, PBP5/6 type, or a combination of both. Control cultivation took place without overexpression of carboxypeptidases. The increase in protein concentration in the medium was measured based on the Bradford method in the given time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h).

Obr. 10 A - SDS-PAGE analýza na stanovenie prítomnosti intracelulárnej nadprodukcie GFP proteínu u V. natriegens Vmax™, ktorý bol transformovaný plazmidom pJK100-GFP B - Stanovenie prítomnosti intracelulárnej nadprodukcie GFP proteínu u V. natriegens Vmax™, ktorý bol kontransformovaný plazmidmi pJK100-GFP a pRSFDuet-PBP5/6. C - Stanovenie a overenie prítomnosti oboch plazmidov pJK100-GFP a pRSFDuet-PBP5/6 u pozitívne kotransformovaného kmeňa V. natriegens Vmax™ pomocou PCR analýzy so špecifickými primermi. Výsledné PCR produkty zodpovedajú predpokladaným veľkostiam pre gén GFP proteínu (720 bp) a gén karboxypeptidázy typu PBP5/6 (1179 bp). MS - molekulový štandardfig. 10 A - SDS-PAGE analysis to determine the presence of intracellular overproduction of GFP protein in V. natriegens Vmax™ that was transformed with plasmid pJK100-GFP B - Determination of the presence of intracellular overproduction of GFP protein in V. natriegens Vmax™ that was cotransformed with plasmids pJK100-GFP and pRSFDuet-PBP5/6. C - Determination and verification of the presence of both pJK100-GFP and pRSFDuet-PBP5/6 plasmids in the positively cotransformed V. natriegens Vmax™ strain by PCR analysis with specific primers. The resulting PCR products correspond to the predicted sizes for the GFP protein gene (720 bp) and the PBP5/6 type carboxypeptidase gene (1179 bp). MS - molecular standard

Obr. 11 Porovnanie rastových kriviek počas produkcie GFP proteínu u V. natriegens Vmax™ a produkcie GFP proteínu spolu s koexpresiou karboxypeptidázy typu PBP5/6. Rastové krivky boli stanovené na základe merania absorbancie pri OD600 v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) po indukcii expresie pridaním IPTG vo finálnej koncentrácii 1 mM.fig. 11 Comparison of growth curves during GFP protein production in V. natriegens Vmax™ and GFP protein production together with PBP5/6-type carboxypeptidase co-expression. Growth curves were determined by measuring the absorbance at OD600 at the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) after induction of expression by adding IPTG at a final concentration of 1 mM.

Obr. 12 Stanovenie intenzity GFP fluorescencie v bunkách a rastovom médiu u V. natriegens Vmax™ v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h) od indukcie expresie pridaním IPTG vo finálnej koncentrácii 1 mM.fig. 12 Determination of GFP fluorescence intensity in cells and growth medium of V. natriegens Vmax™ at the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h) from the induction of expression by adding IPTG at a final concentration of 1 mM.

Obr. 13 Stanovenie a overenie prítomnosti pJK100-hGH a jednotlivých konštruktov pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 po kotransformácii V. natriegens Vmax™. A - Overenie prítomnosti plazmidu pJK100-hGH pomocou PCR analýzy so špecifickými primermi na gén hGH vo fúzii sfig. 13 Determination and verification of the presence of pJK100-hGH and individual constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 after co-transformation with V. natriegens Vmax™. A - Verification of the presence of the pJK100-hGH plasmid by PCR analysis with specific primers for the hGH gene in fusion with

SK 50063-2021 A3 tioredoxínom (940 bp) B - Overenie prítomnosti testovaných konštruktov pomocou PCR analýzy: pRSFDuetPBP4 (1.) (1422 bp), pRSFDuet-PBP5/6 (3.) (1179 bp) a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 (2., 4.). MS - molekulový štandard, NK - negatívna kontrola.SK 50063-2021 A3 by thioredoxin (940 bp) B - Verification of the presence of the tested constructs by PCR analysis: pRSFDuetPBP4 (1.) (1422 bp), pRSFDuet-PBP5/6 (3.) (1179 bp) and pRSFDuet-PBP4-PBP5/ 6 (2nd, 4th). MS - molecular standard, NK - negative control.

Obr. 14 SDS-PAGE analýza prítomnosti intracelulárnej expresie hGH modelového proteínu (34,9 kDa) a stanovenie prítomnosti hGH v kultivačnom médiu pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP4 a karboxypeptidázy typu PBP5/6. Vzorky média s konštantným objemom boli prezrážané kyselinou trichlóroctovou a acetónom.fig. 14 SDS-PAGE analysis of the presence of intracellular expression of the hGH model protein (34.9 kDa) and determination of the presence of hGH in the culture medium upon co-expression of PBP4-type carboxypeptidase and PBP5/6-type carboxypeptidase. Constant volume medium samples were precipitated with trichloroacetic acid and acetone.

Obr. 15 A - Western blot analýza intracelulárnej produkcie hGH proteínu pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP5/6 v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) po indukcii expresie u V. natriegens Vmax™. Bola tiež stanovená prítomnosť uvoľneného hGH proteínu v kultivačnom médiu po prezrážaní vzoriek (kyselina trichlóroctová/acetón protokol), ktoré boli odoberané v rovnakých časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h). B - Western blot analýza intracelulárnej produkcie hGH proteínu pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP4 v uvedených časových intervaloch (0h, 6h, 24h) po indukcii expresie u V. natriegens Vmax™. Bola tiež stanovená prítomnosť uvoľneného hGH proteínu v kultivačnom médiu po prezrážaní vzoriek (kyselina trichlóroctová/acetón), ktoré boli odoberané v daných časových intervaloch (0h, 6h, 24h).fig. 15 A - Western blot analysis of intracellular production of hGH protein upon co-expression of PBP5/6 type carboxypeptidase at the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) after induction of expression in V. natriegens Vmax™. The presence of released hGH protein in the culture medium was also determined after re-coagulation of the samples (trichloroacetic acid/acetone protocol), which were taken at the same time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h). B - Western blot analysis of intracellular production of hGH protein upon co-expression of PBP4-type carboxypeptidase at the indicated time intervals (0h, 6h, 24h) after induction of expression in V. natriegens Vmax™. The presence of released hGH protein in the culture medium was also determined after re-precipitation of the samples (trichloroacetic acid/acetone), which were taken at given time intervals (0h, 6h, 24h).

Obr. 16 C - Western blot analýza intracelulárnej produkcie hGH proteínu pri koexpresii oboch karboxypeptidáz typu PBP4, aj typu PBP5/6 v uvedených časových intervaloch (0h, 6h, 24h) po indukcii expresie u V. natriegens Vmax™. Bola tiež stanovená prítomnosť uvoľneného hGH proteínu v kultivačnom médiu po prezrážaní vzoriek (TCA/acetón protokol), ktoré boli odoberané v rovnakých časových intervaloch (0h, 6h, 24h). D - Western blot analýza intracelulárnej produkcie hGH proteínu bez koexpresie karboxypeptidáz v uvedených časových intervaloch (0h, 4h, 6h, 24h) po indukcii expresie u V. natriegens Vmax™. Bola tiež stanovená prítomnosť hGH proteínu v kultivačnom médiu LB3 po prezrážaní vzoriek (kyselina trichlóroctová/acetón), ktoré boli odoberané v rovnakých časových intervaloch (0h, 4h, 6h, 24h).fig. 16 C - Western blot analysis of intracellular hGH protein production upon co-expression of both PBP4 and PBP5/6 type carboxypeptidases at the indicated time intervals (0h, 6h, 24h) after induction of expression in V. natriegens Vmax™. The presence of released hGH protein in the culture medium was also determined after re-clotting the samples (TCA/acetone protocol), which were taken at the same time intervals (0h, 6h, 24h). D - Western blot analysis of intracellular production of hGH protein without co-expression of carboxypeptidases at the indicated time intervals (0h, 4h, 6h, 24h) after induction of expression in V. natriegens Vmax™. The presence of hGH protein in the LB3 culture medium was also determined after pre-precipitation of the samples (trichloroacetic acid/acetone), which were taken at the same time intervals (0h, 4h, 6h, 24h).

Obr. 17 Schematické znázornenie alternatívneho plazmidového konštruktu pre produkciu kvasinkovej ADH1, spolu s koexpresiou karboxypeptidázy typu PBP4, ktorá bola v uvedenom prípade umiestnená na rovnakom plazmide ako gén záujmu.fig. 17 Schematic representation of an alternative plasmid construct for the production of yeast ADH1, together with the co-expression of a PBP4-type carboxypeptidase, which in this case was located on the same plasmid as the gene of interest.

Obr. 18 Overenie prítomnosti plazmidového konštruktu pRSFDuet-ScADH1-PBP4 u V. natriegens Vmax. Na overenie boli využité špecifické primery pre gén ScADHl a výsledkom amplifikácie bol produkt o predpokladanej veľkosti 1 050 bp. Prítomnosť génu karboxypeptidázy typu PBP4 bola rovnako overená PCR analýzou so špecifickými primermi a výsledkom bol PCR produkt o predpokladanej veľkosti 1 422 bp. NK negatívna kontrola, PK - pozitívna kontrola.fig. 18 Verification of the presence of the plasmid construct pRSFDuet-ScADH1-PBP4 in V. natriegens Vmax. For verification, specific primers for the ScADH1 gene were used and the result of amplification was a product of expected size of 1050 bp. The presence of the PBP4-type carboxypeptidase gene was also verified by PCR analysis with specific primers and the result was a PCR product with a predicted size of 1,422 bp. NK negative control, PK - positive control.

Obr. 19 SDS-PAGE analýza intracelulárnej produkcie ScADH1 u V. natriegens Vmax™. Následne bola overená prítomnosť intracelulárnej expresie proteínu ScADH1 aj u kultivácie V. natriegens Vmax s koexpresiou karboxypeptidázy PBP4.fig. 19 SDS-PAGE analysis of intracellular production of ScADH1 in V. natriegens Vmax™. Subsequently, the presence of intracellular expression of the ScADH1 protein was also verified in the cultivation of V. natriegens Vmax with co-expression of the carboxypeptidase PBP4.

Vzorky boli odoberané v uvedených časových intervaloch od indukcie expresie pridaním IPTG do finálnej koncentrácie 1 mM.Samples were taken at the indicated time intervals after induction of expression by addition of IPTG to a final concentration of 1 mM.

Obr. 20 Western blot analýza intracelulárnej produkcie ScADH1 u V. natriegens Vmax™ (kontrola) a intracelulárna produkcia ScADH1 u V. natriegens Vmax™ s koexpresiou karboxypeptidázy typu PBP4 na plazmide pRSFDuet. Western blot zachytáva aj analýzu uvoľnenej ScADH1 v kultivačnom médiu pri solitárnej nadprodukcii ScADH1 a pri koexpresii ScADH1 s karboxypeptidázou typu PBP4. Vzorky boli odoberané v uvedený časových intervaloch a boli opracované prezrážaním konštantného objemu vzorky (kyselina trichlóroctová/acetón).fig. 20 Western blot analysis of intracellular production of ScADH1 in V. natriegens Vmax™ (control) and intracellular production of ScADH1 in V. natriegens Vmax™ with co-expression of PBP4-type carboxypeptidase on plasmid pRSFDuet. Western blot also captures the analysis of released ScADH1 in the culture medium during solitary overproduction of ScADH1 and during co-expression of ScADH1 with PBP4-type carboxypeptidase. Samples were taken at the indicated time intervals and were treated by precipitating a constant volume of the sample (trichloroacetic acid/acetone).

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention

Cieľové gény pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu serínového typu (penicilín viažuci proteín 4; PBP4) a D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu serínového typu (penicilín viažuci proteín 5/6; PBP5/6) boli amplifikované pomocou metódy PCR z chromozómu 1 u kmeňa V. natriegens ATCC 14048 (Tab 2).The target genes for serine-type D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (penicillin-binding protein 4; PBP4) and serine-type D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase (penicillin-binding protein 5/6; PBP5/6) were amplified using the PCR method from of chromosome 1 in the strain V. natriegens ATCC 14048 (Tab 2).

SK 50063-2021 A3SK 50063-2021 A3

Tab. 2 Nukleotidové sekvencie vybraných endogénnych karboxypeptidáz u 1/. natriegens ATCC 14048Tab. 2 Nucleotide sequences of selected endogenous carboxypeptidases in 1/. natriegens ATCC 14048

Typ karboxypeptidázy Carboxypeptidase type Sekvencia (nt) Sequence (nt) PBP4 (1 422 nt) SEQIDNO:1. PBP4 (1422 nt) SEQ ID NO:1. atgcgtttacgttggtccctatttttcctttcactgctatgtccgttagccacacaagca tacccacatcaagaggtgctacctgaaggcgcacggattagtctggttgctgaaaaactc actgataatgcagagctttctggtattcaccctaccgagcagctatttccaccagccagc acgctcaagatagtgaccgctttagcagccaagttggaactgggtgatagctttagattt cgtactaaactagaagcctctaaatcagatgcagtgatcacctttgttggcgatccaacg ttacaaaccaaagatttaaaagaccttctaaccctggcgaaaaagaatggcttaaaacgc attgaaggtgacttgtggctcgataacagcgtgtttactggttataaccgcgccgtcgga tggccatgggatattcttggtgtgtgttatagcgctccagcgtccgccatcacactaaat aaaaattgtgtacaagcatccatttacacacaaaaagatggtggaactcgggtgtttgtt cccgaacatcaaccaatccatgtaaaaagctctgtagaaacggtaacaagggccgttcag aaaagtcgtcactgtgatttagaccttctgcccaaccctgacaatcgttatgagttaaat ggctgcctcgtcgcaagagaaaagccgttacctctgaaattcgcggtccaagaccctgaa atgtataccagcaaaaagatcgcaacgctgcttgctcaactcaatattgaacttaaaggc agaataaaggtaggttccgcccctaagaaacagcgtaaactattcgcactgcatcagtct cagccattgtctgttttactggatcagatgctaaaacgctcagacaacctgatcgccgat acgctgactaaaacacttggcgcgaagttttttgttcaacccggcagttttgtcaatgga actgaagccataaaacaaatcatcttcgcgaatacaggggtcgacattcgacaagcacgc ctggaagatgggtctgggctttcgagaaacaatcgaatatccgcaaccaaaatggcagag atactgcgctacatatggaagaatgagaaacagctcaaccttattgcaattatgccaaag tcaggggaatcgggtacgcttcagtatcgacaaagcatgcgtaatgcacctattaaagga caactgatcgccaaaagtggttcgttatatgggacttacaatatggcgggatatgggcta gataaaaacggcaagccgaatactatctttgttcagtttgtctctgattacttcccagaa aaaagggacggaagcaagcctgctgtcgcccctattactagctttgaaaagttattttat agcgatgttgtgaactttagtcaggcgatgcctaagaagtag atgcgtttacgttggtccctatttttcctttcactgctatgtccgttagccacacaagca tacccacatcaagaggtgctacctgaaggcgcacggattagtctggttgctgaaaactc actgataatgcagagctttctggtattcaccctaccgagctatttccaccagccagc acgctcaagatagtgaccgctttagcagccaagttggaactgggtgatagctttagattt cgtactaaactagaagcctctaaatcagatgcagtgatcacctttgttgg cgatccaacg ttacaaaccaaagatttaaaagacctttaacctggcgaaaaagaatggcttaaaacgc attgaaggtgacttgtggctcgataacagcgtgtttactggttataaccgcgccgtcgga tggccatgggatatcttggtgtgtgttatagcgctccagcgtccgccatcacactaaat aaaaattgtgtacaagcatccatttacacacaaaagatggtggaactcgggtgtttgtt cccgaacatcaaccaatccatgtaaaagctctgtaga aacggtaacaagggccgttcag aaaagtcgtcactgtgatttagaccttctgcccaaccctgacaatcgttatgagttaaat ggctgcctcgtcgcaagagaaaagccgttacctctgaaattcgcggtccaagaccctgaa atgtataccagcaaaaagatcgcaacgctgcttgctcaactcaatattgaacttaaaggc agaataaaggtaggttccgcccctaagaaacagcgtaaactattcgcactgcatcagtct cagccattgtctgttttactggat cagatgctaaaacgctcagacaacctgatcgccgat acgctgactaaaacacttggcgcgaagttttttgttcaacccggcagttttgtcaatgga actgaagccataaaacaaatcatcttcgcgaatacaggggtcgacattcgacaagcacgc ctggagatgggtctgggctttcgagaaacaatcgaatatccgcaaccaaaatgggag atactgcaggtacatatggaagaatgagaaacagctcaaccttattgcaattatgccaaag tcagggaatcgggta cgcttcagtatcgacaaagcatgcgtaatgcacctattaaaagga caactgattcgccaaaagtggttcgttatatgggacttacaatatggcgggatatgggcta gataaaaacggcaagccgaatactatctttgttcagtttgtctctgattacttccagaa aaaagggacggaagcaagcctgctgtcgccccttatactagctttgaaaagttatttat agcgatgttgtgaactttagtcaggcgatgcctaagaagtag PBP 5/6 (1179 nt) SEQIDNO:2. PBP 5/6 (1179 nt) SEQ ID NO:2. atgaataaaaataagtttgtgaaatctattctcgtctcatccgttgttctttcagcaacc tttgctcaatcagctcttgccgcaccgatcgtggtaccagactctcctcaaatcgcagcg aaaggctacgtactgatggattaccattcaggtaaagtactggcagagaaagagatgaac acaaagttgtctcctgctagtctgaccaaaatgatgaccagctacgttattggccaagag ctagcgcgtggtaatatttcagaagatgatgatgtaaccatcagtaaaaacgcatgggcg aaaaacttcccggactcttcaaagatgttcgtcgaagttggcaccactgtaaaagtaaaa gacctgaaccgtggcattatcatccaatcaggtaacgatgcatgtgtggcaatggcagag cacatcgccggttcggaagatgctttcgttgatctaatgaacgcatgggcaaacacgctg ggtatgagtaactctcattttgccaacgtgcacggtttagataacccagaactttactca acgccatacgacatggcactgctaggtaaagcgcttatccgtgatgtaccaaacgagtac cgcgtttacgctgagaagaagttcacctacaacggcattacccaatacaaccgtaacggc ttgctttgggataagagcatgaacgttgacggtatcaagacaggccacacaagtaacgct ggttacagcttggtaagctctgcaactgaaggccaaatgcgtctggttgcggtagtgatg ggcactaaagatgctaacgctcgtaaatcagagagtaaaaagctgctaagttacggcttc cgcttcttcgagactgttgctccacataaagctggcgaaacattcgtagaagaaaaagta tggatgggtaacaaagacacggttgcacttggcctggataaagatacttacgtaaccctt ccacgtggtgaagctaagaatctaaaagcaagcttcgtacttgaaaaagagctagaagcc ccaattaataaaggtgatgtagttggtaagctatactatcaaatcgatggtgaagatatt gccgaatacccgctaatggcactggaaaccgtagaacaaggcagcctattcagccgtatg tgggattacatcgtattgttagttaagagcttcttctaa atgaataaaaataagtttgtgaaatctattctcgtctcatccgttgttctttcagcaacc tttgctcaatcagctcttgccgcaccgatcgtggtaccagactctcctcaaatcgcagcg aaaggctacgtactgatggattaccattcaggtaaagtactggcagagaaagagatgaac acaaagttgtctcctgctagtctgaccaaaatgatgaccagctacgttattggccaagag ctagcgcgtggtaatatttcagaagatgatgatgtaaccatca gtaaaaaacgcatgggcg aaaaaacttccggactcttcaaagatgttcgtcgaagttggcaccactgtaaaagtaaaa gacctgaaccgtggcattatcatccaatcaggtaacgatgcatgtgtggcaatggcagag cacatcgccggcttcggaagatgctttcgttgatctaatgaacgcatgggcaaacacgctg ggtatgagtaactctcattttgccaacgtgcacggtttagataacccagaactttactca acgccatacgacatggcactgctaggtaaagcgcttat ccgtgatgtaccaaacgagtac cgcgtttacgctgagaagaagttcacctacaacggcattacccaatacaaccgtaacggc ttgctttgggataagagcatgaacgttgacggtatcaagacaggccacacaagtaacgct ggttacagcttggtaagctctgcaactgaaggccaaatgcgtctggttgcggtagtgatg ggcactaaagatgctaacgctcgtaaatcagagagtaaaaagctctaagttacggcttc cgcttcttgagactgt tgctccacataaagctggcgaaacattcgtagaagaaaaagta tggatgggtaacaaagacacggttgcacttggcctggataaagatacttacgtaaccctt ccacgtggtgaagctaagaatctaaaagcaagcttcgtacttgaaaaagagctagaagcc ccaattaataaaaggtgatgtagttggtaagctatactatcaaatcgatggtgaagatatt gccgaatacccgtaatggcactgggaaaccgtagaacaaggcagcctattcagccgtatg tgggattacatcgtattgttagttaaga gcttctcttaa

SK 50063-2021 A3SK 50063-2021 A3

Tab. 3 Špecifické primery použité na amplifikáciu vybraných génov z V. natriegensTab. 3 Specific primers used for amplification of selected genes from V. natriegens

Názov Title Sekvencia Sequence PBP4-Fwd SEQ ID NO: 3 PBP4-Fwd SEQ ID NO: 3 5'- GGCCAGATCTATGCGTTTACGTTGGTCC -3' 5'- GGCCAGATCTATGCGTTTACGTTGGTCC -3' PBP4-Rev SEQ ID NO: 4 PBP4-Rev SEQ ID NO: 4 5'- GGCCGATCGCTACTTCTTAGGCATCGCCTG-3' 5'- GGCCGATCGCTACTTCTTAGGCATCGCCTG-3' PBP5/6-Fwd SEQ ID NO: 5 PBP5/6-Fwd SEQ ID NO: 5 5'- GGCCGGATCCATGAATAAAAATAAGIIIGIGAAATCTATTCTC-3' 5'- GGCCGGATCCATGAATAAAAAATAAGIIIGIGAAATCTATTCTC-3' PBP5/6-Rev SEQ ID NO: 6 PBP5/6-Rev SEQ ID NO: 6 5'- GGCCGCGGCCGCTTAGAAGAAGCTCTTAACTAACAATAC- 3' 5'- GGCCGCGGCCGCTTAGAAGAAGCTCTTAACTAACAATAC- 3'

Gény pre jednotlivé karboxypeptidázy boli následne klonované do vybraného plazmidu pRSFDuet s využitím metód rekombinantných DNA a transformované do kmeňa E. coli DH5a. Boli vytvorené 3 hlavné plazmidové konštrukty: pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4+PBP5/6 (Obr. 2). Príslušné rekombinantné konštrukty boli následne overované pomocou PCR, štiepenia restrikčnými endonukleázami a nakoniec sekvenovaním (Obr. 3). Konštrukt pRSFDuet-PBP4 bol štiepený restrikčnými endonukleázami Pdil a BglII. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertu s veľkosťou zodpovedajúcou génu PBP4 (1,422 kbp). Konštrukt pRSFDuet-PBP5/6 bol štiepený restrikčnými endonukleázami BamHI a NotI-HF. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertu s veľkosťou zodpovedajúcemu génu PBP5/6 (1,179 kbp). Konštrukt pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 bol postupne štiepený enzýmami Pdil a BglII a následne BamHI a NotI-HF. Výsledkom bolo vyštiepenie inzertov s odpovedajúcou veľkosťou pre gén PBP4 (1,422 kbp) a PBP5/6 (1,179 kbp).Genes for individual carboxypeptidases were subsequently cloned into the selected pRSFDuet plasmid using recombinant DNA methods and transformed into the E. coli DH5a strain. 3 main plasmid constructs were generated: pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4+PBP5/6 (Fig. 2). The respective recombinant constructs were subsequently verified by PCR, digestion with restriction endonucleases and finally sequencing (Fig. 3). The pRSFDuet-PBP4 construct was digested with restriction endonucleases PdI and BglII. The result was the cleavage of an insert with a size corresponding to the PBP4 gene (1,422 kbp). The pRSFDuet-PBP5/6 construct was digested with the restriction endonucleases BamHI and NotI-HF. This resulted in the cleavage of an insert with a size corresponding to the PBP5/6 gene (1.179 kbp). The construct pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 was sequentially digested with the enzymes PdIl and BglII, followed by BamHI and NotI-HF. This resulted in cleavage of inserts of the corresponding size for the PBP4 (1.422 kbp) and PBP5/6 (1.179 kbp) genes.

V ďalších krokoch sme sa zamerali na transformáciu hostiteľského kmeňa V. natriegens jednotlivými pripravenými plazmidovými konštruktami (Obr. 4). Počas všetkých nasledujúcich analýz sme pracovali s komerčne dostupným kmeňom V. natriegens Vmax™ (Synthetic Genomics Inc.). V. natriegens Vmax™ má vloženú T7 expresnú kazetu a je deficientný v hlavnej extracelulárnej nukleáze. Využitie uvedeného kmeňa nám umožnilo využiť robustný IPTG inducibilný T7 expresný systém. Gény pre vybrané karboxypeptidázy a tiež gény modelových proteínov boli klonované pod T7 špecifické promótory. Prítomnosť pozitívne tranformovaných kolónií príslušnými plazmidovými konštruktami (pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6, pRSFDuet-PBP4-PBP5/6) u V. natriegens Vmax™ bola stanovená na základe analýzy PCR vybraných plazmidových izolátov s využitím primerov špecifických pre jednotlivé gény karboxypeptidáz. Výsledný PCR produkt zodpovedal veľkosti pre karboxypeptidázy PBP4 (1 422 bp) a PBP5/6 (1 179 bp).In the next steps, we focused on the transformation of the host strain V. natriegens with individual prepared plasmid constructs (Fig. 4). During all subsequent analyses, we worked with the commercially available V. natriegens Vmax™ strain (Synthetic Genomics Inc.). V. natriegens Vmax™ has an inserted T7 expression cassette and is deficient in the major extracellular nuclease. The use of the mentioned strain allowed us to use a robust IPTG inducible T7 expression system. Genes for selected carboxypeptidases and also model protein genes were cloned under T7 specific promoters. The presence of positively transformed colonies by the respective plasmid constructs (pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6, pRSFDuet-PBP4-PBP5/6) in V. natriegens Vmax™ was determined based on PCR analysis of selected plasmid isolates using primers specific for individual carboxypeptidase genes. The resulting PCR product corresponded in size to the carboxypeptidases PBP4 (1,422 bp) and PBP5/6 (1,179 bp).

Pripravené kmene V. natriegens Vmax™ s jednotlivými plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4+PBP5/6 sme následne analyzovali z pohľadu rastových vlastností kultúry pri maloobjemovej kultivácii (50 ml) v základnom komplexnom médiu LB3 pri zvolenej teplote 37 °C. Ako kontrolu sme použili kultúru V. natriegens Vmax™ bez plazmidového konštruktu. Indukcia expresie jednotlivých karboxypeptidáz, respektíve kombinácie oboch, bola indukovaná pridaním IPTG vo finálnej koncentrácii 1 mM. SDS-PAGE analýza intracelulárnej nadprodukcie vybraných karboxypeptidáz PBP4, PBP5/6 alebo kombinácie oboch. Maloobjemové kultivácie boli pripravené v LB3 pri 37 °C. Indukcia prebehla v 0h pridaním IPTG vo výslednej koncentrácii 1 mM. Jednotlivé vzorky boli následne odoberané v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) (Obr. 5).We subsequently analyzed the prepared strains of V. natriegens Vmax™ with the individual plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4+PBP5/6 from the point of view of the growth characteristics of the culture during small-volume cultivation (50 ml) in the basic complex medium LB3 at the selected temperature of 37 °C. As a control, we used a culture of V. natriegens Vmax™ without the plasmid construct. Induction of the expression of individual carboxypeptidases, or a combination of both, was induced by adding IPTG at a final concentration of 1 mM. SDS-PAGE analysis of intracellular overproduction of selected carboxypeptidases PBP4, PBP5/6 or a combination of both. Small-volume cultures were prepared in LB3 at 37 °C. Induction took place at 0h by adding IPTG at a final concentration of 1 mM. Individual samples were subsequently taken at the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) (Fig. 5).

Pri nadexpresii jednotlivých karboxypeptidáz nedošlo ku signifikantne negatívnemu vplyvu na celkový rast kultúry. Stanovenie rastových kriviek v maloobjemových kultiváciách v komplexnom LB3 pri 37 °C u kmeňa V. natriegens Vmax™, ktorý bol transformovaný pripravenými plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. V 0h (OD600 = 0,5) bola nadprodukcia príslušných testovaných karboxypeptidáz indukovaná pridaním IPTG vo výslednej koncentrácií 1 mM. Vzorky boli odoberané v príslušných časových intervaloch po indukcii (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h). V kontrolnej kultivácii bol použitý kmeň V. natriegens Vmax™ bez plazmidového konštruktu (Obr. 7). Pri analýze na SDS-PAGE sme rovnako potvrdili prítomnosť neselektívneho transportu intracelulárnych proteínov do kultivačného média. SDS-PAGE analýza komplexného LB3 média počas jednotlivých kultivácií V. natriegens Vmax™, ktoré boli v prechádzajúcich krokoch transformované pripravenými plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Ako kontrola bola využitá kultivácia bez prítomnosti plazmidového konštruktu. V 0h bola indukovaná expresia a teda nadprodukcia vybraných karboxypeptidáz pridaním IPTG vo finálnej koncentrácii 1 mM. Počas kultivácie bol odoberaný konštantný objem kultivačného média (1 ml), ktoré bolo zbavené buniek a následne prezrážané kyselinou trichlóroctovou a acetónom (Obr. 6).Overexpression of individual carboxypeptidases did not have a significant negative effect on the overall growth of the culture. Determination of growth curves in small-volume cultivations in complex LB3 at 37 °C for the strain V. natriegens Vmax™, which was transformed with the prepared plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. At 0h (OD600 = 0.5) the overproduction of the respective tested carboxypeptidases was induced by the addition of IPTG at a final concentration of 1 mM. Samples were taken at appropriate time intervals after induction (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h). The V. natriegens Vmax™ strain without the plasmid construct was used in the control culture (Fig. 7). During SDS-PAGE analysis, we also confirmed the presence of non-selective transport of intracellular proteins into the culture medium. SDS-PAGE analysis of the complex LB3 medium during individual cultivations of V. natriegens Vmax™, which were transformed in the previous steps with the prepared plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6. Cultivation without the presence of the plasmid construct was used as a control. At 0h, expression and thus overproduction of selected carboxypeptidases was induced by adding IPTG at a final concentration of 1 mM. During the cultivation, a constant volume of the culture medium (1 ml) was taken, which was freed from cells and subsequently precipitated with trichloroacetic acid and acetone (Fig. 6).

Permeabilitu vonkajšej cytoplazmatickej membrány sme stanovili na základe miery príjmu N-fenyl-αnaftylamínu (NPN), pričom sme odobranú vzorku okamžite analyzovali. Prírastok intenzity fluorescencie bolWe determined the permeability of the outer cytoplasmic membrane based on the rate of N-phenyl-α-naphthylamine (NPN) uptake, while analyzing the collected sample immediately. The increase in fluorescence intensity was

SK 50063-2021 A3 meraný v 96 jamkových platničkách pri emisnej vlnovej dĺžke 350 nm a excitačnej vlnovej dĺžke 420 nm (Tecan plate reader). V 6h od indukcie pridaním IPTG sme v prípade nadexpresie karboxypeptidázy typu PBP5/6 a karboxypeptidázy typu PBP4 zachytili signifikantne zvýšenú mieru permeability vonkajšej membrány oproti kontrolnej vzorke bez nadexpresie karboxypeptidáz odobratej taktiež v 6h.SK 50063-2021 A3 measured in 96-well plates at an emission wavelength of 350 nm and an excitation wavelength of 420 nm (Tecan plate reader). In the case of overexpression of carboxypeptidase type PBP5/6 and carboxypeptidase type PBP4, we detected a significantly increased rate of permeability of the outer membrane in 6h from the induction by adding IPTG compared to the control sample without overexpression of carboxypeptidase also taken at 6h.

Pre stanovenie permeability vonkajšej cytoplazmatickej membrány u kmeňa V. natriegens Vmax™, ktorý bol jednotlivo transformovaný plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuetPBP4-PBP5/6, boli kultivácie vykonané v komplexnom LB3 médiu pri 37 °C. Vzorky boli odoberané a ihneď analyzované v uvedených časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h). V 0h bola indukovaná expresia a celková nadprodukcia príslušných karboxypeptidáz typu PBP4, PBP5/6, respektíve kombinácie oboch, pridaním IPTG vo finálnej koncentráciiTo determine the permeability of the outer cytoplasmic membrane in the strain V. natriegens Vmax™, which was individually transformed with plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuetPBP4-PBP5/6, cultivations were performed in complex LB3 medium at 37 °C. Samples were taken and immediately analyzed at the indicated time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h). At 0h, the expression and total overproduction of the relevant carboxypeptidases of the PBP4, PBP5/6 type, or a combination of both, was induced by adding IPTG in the final concentration

1mM. V kontrolnej kultivácii bol použitý kmeň V. natriegens Vmax™ bez plazmidového konštruktu. Stanovená fluorescenčná intenzita v arbitrárnych jednotkách (a. u.) bola meraná s využitím florescenčnej próby N-fenyl-a-naftylamínu, pričom excitačné a emisné vlnové dĺžky boli nastavené jednotlivo na úrovni 350 nm a 420 nm. Pri štatistickej analýze bol využitý Študent t-test, pričom hodnota P < 0,05 bola vybraná ako štatisticky signifikantná (Obr. 8).1mM. The V. natriegens Vmax™ strain without the plasmid construct was used in the control culture. The determined fluorescence intensity in arbitrary units (a.u.) was measured using the fluorescence probe N-phenyl-α-naphthylamine, while the excitation and emission wavelengths were set individually at the level of 350 nm and 420 nm. The Student t-test was used for statistical analysis, while the value P < 0.05 was selected as statistically significant (Fig. 8).

Výsledkom navýšenia permeability bunkových štruktúr pri nadexpresii jednotlivých karboxypeptidáz bolo navýšenie koncentrácie celkového proteínu v kultivačnom médiu (Obr. 6). Na základe Bradfordovej metódy sme teda definovali koncentráciu celkového proteínu v médiu v jednotlivých časových intervaloch (0h, 2, 4h, 6h, 24h) po indukcii expresie pridaním IPTG. Najvyšší prírastok celkového proteínu v médiu, približne na úrovni 28,6 %, sme zaznamenali po 24h pri kultiváciách s nadexpresiou karboxypeptidázy typu 5/6 oproti kontrole bez nadexpresie karboxypeptidáz. Stanovenie prírastku celkového množstva proteínu počas kultivácie V. natriegens Vmax™ v LB3 médiu pri 37 °C s nadexpresiou karboxypeptidáz typu PBP4, PBP5/6, respektíve kombinácie oboch. Kontrolná kultivácia prebehla bez nadexpresie karboxypeptidáz. Prírastok koncentrácie proteínu v médiu bol meraný na základe Bradfordovej metódy v daných časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) (Obr. 9). Vzorky pre Bradfordovú metódu boli riedené a analyzované v triplikátoch na 96-jamkovej platničke. Ku vzorkám bol pridaný reakčný roztok a meranie prebehlo pri 595 nm na prístroji TECAN safire. Kalibračná krivka bola pripravená na základe BSA (Bovin serum albumin), ktorý bol nariedený na požadované koncentrácie.The result of the increase in the permeability of cell structures during the overexpression of individual carboxypeptidases was an increase in the concentration of the total protein in the culture medium (Fig. 6). Based on the Bradford method, we therefore defined the concentration of total protein in the medium at individual time intervals (0h, 2, 4h, 6h, 24h) after induction of expression by adding IPTG. The highest increase in total protein in the medium, approximately at the level of 28.6%, was observed after 24h in cultures with overexpression of carboxypeptidase type 5/6 compared to the control without overexpression of carboxypeptidases. Determination of the increase in the total amount of protein during cultivation of V. natriegens Vmax™ in LB3 medium at 37 °C with overexpression of carboxypeptidases of the PBP4, PBP5/6 type, or a combination of both. Control cultivation took place without overexpression of carboxypeptidases. The increase in protein concentration in the medium was measured based on the Bradford method in the given time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 24h) (Fig. 9). Samples for the Bradford method were diluted and analyzed in triplicate in a 96-well plate. The reaction solution was added to the samples and the measurement was performed at 595 nm on a TECAN sapphire instrument. The calibration curve was prepared on the basis of BSA (Bovine serum albumin), which was diluted to the required concentrations.

V ďalších krokoch boli pripravené kultúry V. natriegens Vmax™ s príslušnými plazmidovými konštruktami pre nadexpresiu karboxypeptidáz transformované plazmidmi, ktoré niesli vybrané gény pre modelovú extracelulárnu produkciu (Príklad č. 1, č. 2, č. 3).In the next steps, V. natriegens Vmax™ cultures were prepared with appropriate plasmid constructs for overexpression of carboxypeptidases transformed with plasmids that carried selected genes for model extracellular production (Example No. 1, No. 2, No. 3).

Príklad č. 1 - GFP-proteín - Vplyv nadexpresie karboxypeptidáz typu PBP5/6 na transport intracelulárneho GFP proteínu do kultivačného médiaExample no. 1 - GFP-protein - Effect of overexpression of PBP5/6-type carboxypeptidases on the transport of intracellular GFP protein into the culture medium

Kmeň V. natriegens Vmax™ bol kotransformovaný dvoma plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP5/6 a pJK100-GFP. Prítomnosť oboch plazmidov u transformantov bola potvrdená pomocou PCR analýzy so špecifickými primermi pre gén GFP proteínu (720 bp) a gén karboxypeptidázy typu PBP5/6 (1179 bp) (Obr. 10 C).V. natriegens strain Vmax™ was cotransformed with two plasmid constructs pRSFDuet-PBP5/6 and pJK100-GFP. The presence of both plasmids in the transformants was confirmed by PCR analysis with specific primers for the GFP protein gene (720 bp) and the PBP5/6-type carboxypeptidase gene (1179 bp) (Fig. 10 C).

Následne boli pripravené maloobjemové kultivácie (50 ml) s príslušnými overenými kultúrami v základnom komplexnom médiu LB3 pri 37 °C. Expresia a nadprodukcia GFP proteínu, respektíve karboxypeptidázy typu PBP5/6, bola indukovaná pridaním IPTG do výslednej koncentrácie 1 mM, po dosiahnutí OD600 = 0,5. Na základe stanovených rastových kriviek nebol zistený signifikantný rozdiel v prírastku biomasy po indukcii expresie pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP5/6 (Obr. 11).Subsequently, small-volume cultivations (50 ml) were prepared with the respective verified cultures in the basic complex medium LB3 at 37 °C. The expression and overproduction of GFP protein, respectively PBP5/6-type carboxypeptidase, was induced by adding IPTG to a final concentration of 1 mM, after reaching OD600 = 0.5. Based on the determined growth curves, no significant difference in the increase in biomass was detected after the induction of expression with the co-expression of PBP5/6 type carboxypeptidase (Fig. 11).

Prítomnosť intracelulárnej nadprodukcie GFP proteínu bola následne potvrdená na základe SDS-PAGE analýzy u kultivácie V. natriegens Vmax™ transformovanej plazmidom pJK100-GFP (Obr. 9A) a rovnako aj u kultivácie V. natriegens Vmax™, ktorá bola kotransformovaná plazmidmi pJK100-GFP a pRSFDuet-PBP5/6 (Obr. 10 B).The presence of intracellular overproduction of GFP protein was subsequently confirmed on the basis of SDS-PAGE analysis in the culture of V. natriegens Vmax™ transformed with plasmid pJK100-GFP (Fig. 9A) and also in the culture of V. natriegens Vmax™ that was co-transformed with plasmids pJK100-GFP and pRSFDuet-PBP5/6 (Fig. 10B).

Intracelulárny aj extracelulárny prírastok GFP proteínu bol meraný na základe merania intenzity fluorescencie GFP proteínu v daných časových intervaloch (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h) po indukcii, pri excitačnej vlnovej dĺžke 488 nm a emisnej vlnovej dĺžke 533 nm. Prírastok intracelulárneho GFP proteínu pri oboch kultiváciách bol potvrdený aj meraním prírastku GFP špecifickej fluorescencie (Obr. 12). Miera intracelulárnej expresie GFP proteínu pri koexpresii karboxypeptidázy PBP5/6 bola podľa prvotného predpokladu nižšia. Po 6h od indukcie bola približne 10-násobne nižšia a po 8h od indukcie približne 5-násobne nižšia ako v prípade nadexpresie samostatného GFP proteínu u V. natriegens Vmax™. Znížená miera expresie bude pravdepodobne dôslednom zvýšeného nároku proteosyntetického aparátu bunky vplyvom koexpresie karboxypeptidázy typu PBP5/6. Po 24h od indukcie je však miera intenzity fluorescencie len približne 1,2násobne vyššia ako v prípade solitárnej nadexpresie GFP proteínu. Na druhú stranu bol podporený transport nadprodukovaného GFP proteínu do kultivačného média v prípade koexpresie karboxypeptidázy a GFPThe intracellular and extracellular increase of the GFP protein was measured based on the measurement of the fluorescence intensity of the GFP protein at given time intervals (0h, 2h, 4h, 6h, 8h, 24h) after induction, at an excitation wavelength of 488 nm and an emission wavelength of 533 nm. The increase in intracellular GFP protein in both cultures was also confirmed by measuring the increase in GFP specific fluorescence (Fig. 12). The rate of intracellular expression of the GFP protein when co-expressing the carboxypeptidase PBP5/6 was lower according to the initial assumption. After 6h from induction, it was approximately 10-fold lower and after 8h from induction, approximately 5-fold lower than in the case of overexpression of a separate GFP protein in V. natriegens Vmax™. The reduced level of expression will probably be a consequence of the increased requirement of the proteosynthetic apparatus of the cell due to the co-expression of PBP5/6 type carboxypeptidase. However, after 24 h of induction, the level of fluorescence intensity is only approximately 1.2 times higher than in the case of solitary overexpression of the GFP protein. On the other hand, the transport of the overproduced GFP protein into the culture medium was supported in the case of co-expression of carboxypeptidase and GFP

SK 50063-2021 A3 proteínu. Po 24h od indukcie došlo ku navýšeniu intenzity GFP fluorescencie v médiu približne 6-násobne oproti kontrole bez nadexpresie karboxypeptidázy typu PBP5/6.SK 50063-2021 A3 protein. After 24 h of induction, the intensity of GFP fluorescence in the medium increased approximately 6-fold compared to the control without overexpression of PBP5/6 type carboxypeptidase.

Príklad č. 2 - Ľudský rastový hormón (hGH) - Vplyv nadexpresie karboxypeptidáz typu PBP4, PBP5/6 a kombinácie oboch na transport ľudského rastového hormónu (hGH) do kultivačného médiaExample no. 2 - Human growth hormone (hGH) - Effect of overexpression of carboxypeptidases of type PBP4, PBP5/6 and a combination of both on the transport of human growth hormone (hGH) into the culture medium

Kmeň V. natriegens Vmax™ bol transformovaný plazmidom pJK100-hGH (hGH gén vo fúzii s tioredoxínom) s génom pre ľudský rastový hormón ako modelovým proteínom. Kmeň V. natriegens Vmax™ bol následne kotransformovaný plazmidom pJK100-hGH a jednotlivými testovanými plazmidovými konštruktami pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 a pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 (Obr. 13).The V. natriegens Vmax™ strain was transformed with plasmid pJK100-hGH (hGH gene fused to thioredoxin) with the human growth hormone gene as a model protein. The V. natriegens Vmax™ strain was subsequently co-transformed with plasmid pJK100-hGH and the individual tested plasmid constructs pRSFDuet-PBP4, pRSFDuet-PBP5/6 and pRSFDuet-PBP4-PBP5/6 (Fig. 13).

Následne bola testovaná prítomnosť intracelulárnej expresie hGH pri kontrolnej kultivácii V. natriegens Vmax™ len s plazmidom, ktorý niesol gén pre modelový proteín (pJK100-hGH).Subsequently, the presence of intracellular expression of hGH was tested in the control culture of V. natriegens Vmax™ with only the plasmid that carried the gene for the model protein (pJK100-hGH).

Na základe SDS-PAGE analýzy sme určili prítomnosť intracelulárnej expresie hGH proteínu pri koexpresii jednotlivých karboxypeptidáz. Analyzovali sme tiež vzorky kultivačného LB3 média odoberaného v udaných časových intervaloch (0h, 6h, 24h), pričom SDS-PAGE analýza špecificky nepotvrdila nárast koncentrácie hGH proteínu v médiu (Obr. 14). V dôsledku toho sme využili Western blot analýzu, na základe ktorej sme špecificky detegovali prítomnosť hGH proteínu v médiu. Pri detekcii sme využili prítomnosť His-tag značky, ktorá bola pripojená ku hGH proteínu a bola špecificky rozpoznaná primárnou myšou protilátkou anti-His (Invitrogen) a následne anti-myšou sekundárnou protilátkou (Sigma). Na základne výsledkov Western blot analýzy (Obr. 15 A,B; Obr. 16 C, D) je možné zhodnotiť pozitívny vplyv koexpresie jednotlivých karboxypeptidáz typu PBP4, PBP5/6, respektíve kombinácie oboch na extracelulárny transport hGH proteínu do kultivačného LB3 média pri 37 °C.On the basis of SDS-PAGE analysis, we determined the presence of intracellular hGH protein expression with co-expression of individual carboxypeptidases. We also analyzed samples of culture LB3 medium taken at given time intervals (0h, 6h, 24h), while SDS-PAGE analysis did not specifically confirm an increase in hGH protein concentration in the medium (Fig. 14). Consequently, we used Western blot analysis, based on which we specifically detected the presence of hGH protein in the medium. For detection, we used the presence of a His-tag tag, which was attached to the hGH protein and was specifically recognized by the primary mouse anti-His antibody (Invitrogen) and subsequently by the anti-mouse secondary antibody (Sigma). Based on the results of the Western blot analysis (Fig. 15 A,B; Fig. 16 C, D), it is possible to evaluate the positive effect of the co-expression of individual carboxypeptidases of the type PBP4, PBP5/6, respectively the combination of both on the extracellular transport of the hGH protein into the culture LB3 medium at 37 °C.

Príklad č. 3 - Kvasinková alkoholdehydrogenáza 1 (ScADHl) - Vplyv nadexpresie karboxypeptidázy typu PBP4 na transport kvasinkovej alkoholdehydrogenázy ADH1 do kultivačného médiaExample no. 3 - Yeast alcohol dehydrogenase 1 (ScADH1) - Effect of PBP4-type carboxypeptidase overexpression on the transport of yeast alcohol dehydrogenase ADH1 into the culture medium

Kmeň V. natriegens Vmax™ bol transformovaný plazmidovým konštruktom pRSFDuet-ADH-PBP4. Prítomnosť plazmidového konštruktu bola overená PCR analýzou jednotlivých plazmidových izolátov (Obr. 17). Na rozdiel od predchádzajúcich dvoch príkladov produkcie, GFP a hGH proteínu, bol využitý iba jeden plazmidový konštrukt. Pripravený konštrukt nesie gén pre nadexpresiu karboxypeptidázy typu PBP4 a súčasne aj gén pre nadprodukciu tretieho modelového proteínu kvasinkovej alkoholdehydrogenázy 1 (ScADH1). Dvojplazmidový systém síce umožňuje značnú variabilitu a zjednodušenie práce pri využívaní uvedenej metódy, predovšetkým z pohľadu využitia aktuálnych neupravených plazmidových konštruktov s cieľovým génom pre proteín záujmu, bez nutnosti preklonovania tohto génu do „pracovného plazmidu. Na druhú stranu však kotransformácia napríklad nekompatibilných plazmidov nie je možná, čo v tomto smere môže pôsobiť obmedzenia aplikácie metódy. Pripravili sme teda aj alternatívu jedného „pracovného plazmidu (Obr. 17).The V. natriegens Vmax™ strain was transformed with the pRSFDuet-ADH-PBP4 plasmid construct. The presence of the plasmid construct was verified by PCR analysis of individual plasmid isolates (Fig. 17). Unlike the previous two production examples, GFP and hGH protein, only one plasmid construct was used. The prepared construct carries the gene for the overexpression of PBP4-type carboxypeptidase and, at the same time, the gene for the overproduction of the third model protein of yeast alcohol dehydrogenase 1 (ScADH1). Although the two-plasmid system allows considerable variability and simplification of the work when using the mentioned method, primarily from the point of view of using current unmodified plasmid constructs with the target gene for the protein of interest, without the need to clone this gene into a "working plasmid." On the other hand, however, co-transformation of, for example, incompatible plasmids is not possible, which may limit the application of the method in this regard. So we also prepared an alternative of one "working plasmid" (Fig. 17).

Kmeň V. natriegens Vmax™ bol transformovaný pripraveným plazmidom pRSFDuet-ADH-PBP4. Na jeho overenie boli využité špecifické primery pre gén ScADH1 a výsledkom amplifikácie bol produkt o predpokladanej veľkosti 1 050 bp. Prítomnosť génu karboxypeptidázy typu PBP4 bola rovnako overená PCR analýzou so špecifickými primermi a výsledkom bol PCR produkt o predpokladanej veľkosti 1 422 bp (Obr. 18). Na základe SDS-PAGE analýzy bola overená prítomnosť intracelulárnej expresie ScADH1 proteínu v prípade solitárnej expresie ScADH1 aj koexpresie ScADH1 s karboxypeptidázou typu PBP4. Pri porovnaní oboch príkladov intracelulárnej expresie na základe denzitometrickej analýzy (CP atlas 2.0) nebol preukázaný signifikantný rozdiel medzi produkciami. Konkrétne nebol detegovaný signifikantný vplyv na produkčnú kapacitu buniek s koexprimovanou karboxypeptidázou typu PBP4. Expresia bola indukovaná pridaním IPTG do finálnej koncentrácie 1 mM. Príkladom je 6h po indukcii expresie, kedy bola miera ScADH1 bez koexpresie karboxypeptidázy ~ 33 % voči celkovému bunkovému proteínu. V prípade koexpresie karboxypeptidázy bola miera proteínu v 6h od indukcie približne ~ 36 % celkového bunkového proteínu (Obr. 19).The V. natriegens Vmax™ strain was transformed with the prepared pRSFDuet-ADH-PBP4 plasmid. For its verification, specific primers for the ScADH1 gene were used and the result of amplification was a product with a predicted size of 1,050 bp. The presence of the PBP4-type carboxypeptidase gene was also verified by PCR analysis with specific primers and resulted in a PCR product with a predicted size of 1422 bp (Fig. 18). On the basis of SDS-PAGE analysis, the presence of intracellular expression of ScADH1 protein was verified in the case of solitary expression of ScADH1 and co-expression of ScADH1 with PBP4-type carboxypeptidase. When comparing both examples of intracellular expression based on densitometric analysis (CP atlas 2.0), no significant difference between productions was demonstrated. Specifically, no significant effect was detected on the production capacity of cells with co-expressed PBP4-type carboxypeptidase. Expression was induced by addition of IPTG to a final concentration of 1 mM. An example is 6h after induction of expression, when the level of ScADH1 without carboxypeptidase co-expression was ~33% relative to the total cellular protein. In the case of carboxypeptidase co-expression, the level of protein at 6h from induction was approximately ~36% of total cellular protein (Fig. 19).

Na základe Western blot analýzy sme stanovili prítomnosť voľného proteínu ScADH1 v komplexom LB3 médiu. Pri detekcii sme využili prítomnosť His-tag značky, ktorá bola pripojená ku ScADH1 proteínu a bola špecificky rozpoznaná primárnou myšou protilátkou anti-His (Invitrogen) a následne anti-myšou sekundárnou protilátkou (Sigma). Na základe tejto analýzy môžeme potvrdiť navýšenie extracelulárneho transportu pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP4 (Obr. 20).Based on Western blot analysis, we determined the presence of free ScADH1 protein in the complex LB3 medium. For detection, we used the presence of a His-tag tag, which was attached to the ScADH1 protein and was specifically recognized by the primary mouse anti-His antibody (Invitrogen) and subsequently by the anti-mouse secondary antibody (Sigma). Based on this analysis, we can confirm the increase in extracellular transport upon co-expression of PBP4-type carboxypeptidase (Fig. 20).

Ďalším príkladom zvýšenej miery transportu ScADH1 proteínu pri koexpresii karboxypeptidázy typu PBP4 bol nárast aktivity ScADH1 v odobratom médiu po 24h kultivácie. Aktivita bola meraná pri 340 nm, na základe konverzie primárneho alkoholu za prítomnosti NAD+ na acetalhehyd a NADH pri 25 °C. Miera zachytenej aktivity v médiu bola približne 4,4-násobne vyššia ako pri paralelných kultiváciách bez koexpresie karboxypeptidázy typu PBP5/6.Another example of the increased rate of ScADH1 protein transport during co-expression of PBP4-type carboxypeptidase was the increase in ScADH1 activity in the collected medium after 24h of cultivation. Activity was measured at 340 nm, based on the conversion of the primary alcohol in the presence of NAD+ to acetaldehyde and NADH at 25°C. The rate of activity captured in the medium was approximately 4.4-fold higher than in parallel cultures without co-expression of PBP5/6-type carboxypeptidase.

SK 50063-2021 A3SK 50063-2021 A3

Použitá literatúra:References:

Cohen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 70, 1973, pages 3240 - 3244 Eagon, R. G. (1962). Pseudomonas natriegens, a marine bacterium with a generation time of less than 10 minutes. J. Bacteriol. 83, 736-737.Cohen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., Vol. 70, 1973, pages 3240-3244 Eagon, R.G. (1962). Pseudomonas natriegens, a marine bacterium with a generation time of less than 10 minutes. J. Bacteriol. 83, 736-737.

Payne, W. J. (1958). studies on bacterial utilization of uronic acids. J. Bacteriol. 76, 301-307.Payne, W.J. (1958). studies on bacterial utilization of uronic acids. J. Bacteriol. 76, 301-307.

Des Soye, B. J., Davidson, S. R., Weinstock, M. T., Gibson, D. G., and Jewett, M. C. (2018). Establishing a high-yielding cell-free protein synthesis platform derived from Vibrio natriegens. ACS Synth. Biol. 7, 22452255.Des Soye, B.J., Davidson, S.R., Weinstock, M.T., Gibson, D.G., and Jewett, M.C. (2018). Establishing a high-yielding cell-free protein synthesis platform derived from Vibrio natriegens. ACS Synth. Biol. 7, 22452255.

Hoffart, E., Grenz, S., Lange, J., Nitschel, R., Muller, F., Schwentner, A., et al. (2017). High substrate uptake rates empower Vibrio natriegens as production host for industrial biotechnology. Appl. Environ. Microbiol. 83:AEM.1614-17.Hoffart, E., Grenz, S., Lange, J., Nitschel, R., Muller, F., Schwentner, A., et al. (2017). High substrate uptake rates empower Vibrio natriegens as production host for industrial biotechnology. Appl. Environment. Microbiol. 83:AEM.1614-17.

Kormanova, L., Rybecka, S., Levarski, Z., Struharnanska, E., Levarska, L., Blasko, J., et al. (2020). Comparison of simple expression procedures in novel expression host Vibrio natriegens and established Escherichia coli system. J. Biotechnol. 321, 57-67. Becker, W., Wimberger, F., and Zangger, K. (2019). Vibrio natriegens: an alternatíve expression system for the high-yield production of isotopically labeled proteins. Biochemistry 58, 2799-2803.Kormanova, L., Rybecka, S., Levarski, Z., Struharnanska, E., Levarska, L., Blasko, J., et al. (2020). Comparison of simple expression procedures in novel expression host Vibrio natriegens and established Escherichia coli system. J. Biotechnol. 321, 57-67. Becker, W., Wimberger, F., and Zangger, K. (2019). Vibrio natriegens: an alternative expression system for the high-yield production of isotopically labeled proteins. Biochemistry 58, 2799-2803.

Schleicher, L., Muras, V., Claussen, B., Pfannstiel, J., Blombach, B., Dibrov, P., et al. (2018). Vibrio natriegens as host for expression of multisubunit membrane protein complexes. Front. Microbiol. 9:2537.Schleicher, L., Muras, V., Claussen, B., Pfannstiel, J., Blombach, B., Dibrov, P., et al. (2018). Vibrio natriegens as host for expression of multisubunit membrane protein complexes. Queue. Microbiol. 9:2537.

Shokri A, Sandén A, Larsson G 2003. Celí and process design for targeting of recombinant protein into the culture medium of Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 60:654-664.Shokri A, Sandén A, Larsson G 2003. Cell and process design for targeting of recombinant protein into the culture medium of Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 60:654-664.

Stathopoulos C, Hendrixson DR, Thanassi DG, Hultgren SJ, St Geme JW, Curtiss R 2000. Secretion of virulence determinants by the general secretory pathway in Gram-negative pathogens: an evolving story. Microbes Infect 2:1061-1072.Stathopoulos C, Hendrixson DR, Thanassi DG, Hultgren SJ, St Geme JW, Curtiss R 2000. Secretion of virulence determinants by the general secretory pathway in Gram-negative pathogens: an evolving story. Microbes Infect 2:1061-1072.

Bao RM, Yang HM, Yu CM, Zhang WF, Tang JB 2016. An efficient protocol to enhance the extracellular production of recombinant protein from Escherichia coli by the synergistic effects of sucrose, glycine, and Triton X-100. Protein Expr Purif 126:9-15.Bao RM, Yang HM, Yu CM, Zhang WF, Tang JB 2016. An efficient protocol to enhance the extracellular production of recombinant protein from Escherichia coli by the synergistic effects of sucrose, glycine, and Triton X-100. Protein Expr Purif 126:9-15.

Mergulhao F, Summers D, Monteiro G 2005. Recombinant protein secretion in Escherichia coli. Biotechnol Adv 23:177-202. doi:10.1016/j.biotechadv.2004.11.003. Carrio MM, Villaverde A (2002) Construction and deconstruction of bacterial inclusion bodies. J Biotechnol 96(1):3-12Mergulhao F, Summers D, Monteiro G 2005. Recombinant protein secretion in Escherichia coli. Biotechnol Adv 23:177-202. doi:10.1016/j.biotechadv.2004.11.003. Carrio MM, Villaverde A (2002) Construction and deconstruction of bacterial inclusion bodies. J Biotechnol 96(1):3-12

Tang JB, Yang HM, Song SH, Zhu P, Ji AG (2008) Effect of glycine and Triton X-100 on secretion and expression of ZZ-EGFP fusion protein. Food Chem 108(2):657-662 Choi J, Lee S (2004) Secretory and extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 64(5):625635Tang JB, Yang HM, Song SH, Zhu P, Ji AG (2008) Effect of glycine and Triton X-100 on secretion and expression of ZZ-EGFP fusion protein. Food Chem 108(2):657-662 Choi J, Lee S (2004) Secretory and extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol 64(5):625635

Typas A, Banzhaf M, Gross CA, Vollmer W (2012) From the regulation of peptidoglycan synthesis to bacterial growth and morphology. Nat Rev Microbiol 10(2):123-136Typas A, Banzhaf M, Gross CA, Vollmer W (2012) From the regulation of peptidoglycan synthesis to bacterial growth and morphology. Nat Rev Microbiol 10(2):123-136

Baquero MR, Bouzon M, Quintela JC, Ayala JA, Moreno F (1996) dacD, an Escherichia coli gene encoding a novel penicillin-binding protein (PBP6b) with DD-carboxypeptidase activity. J Bacteriol 178(24):7106-7111Baquero MR, Bouzon M, Quintela JC, Ayala JA, Moreno F (1996) dacD, an Escherichia coli gene encoding a novel penicillin-binding protein (PBP6b) with DD-carboxypeptidase activity. J Bacteriol 178(24):7106-7111

Peters, Katharina; Kannan, Suresh; Rao, Vincenzo A; Biboy, Jacob; Vollmer, Daniela; Erickson, Stephen W; Lewis, Richard J; Young, Kevin D; Vollmer, Waldemar (2016) The Redundancy of Peptidoglycan Carboxypeptidases Ensures Robust Cell Shape Maintenance in Escherichia coli. American Society for Microbiology 7(3): e00819-16 Yang, H., Hu, J., Lu, X. et al. (2019) Improving extracellular protein production in Escherichia coli by overexpressing D,D-carboxypeptidase to perturb peptidoglycan network synthesis and structure. Appl Microbiol Biotechnol 103, 793-806Peters, Katharina; Kannan, Suresh; Rao, Vincenzo A; Biboy, Jacob; Vollmer, Daniela; Erickson, Stephen W; Lewis, Richard J; Young, Kevin D; Vollmer, Waldemar (2016) The Redundancy of Peptidoglycan Carboxypeptidases Ensures Robust Cell Shape Maintenance in Escherichia coli. American Society for Microbiology 7(3): e00819-16 Yang, H., Hu, J., Lu, X. et al. (2019) Improving extracellular protein production in Escherichia coli by overexpressing D,D-carboxypeptidase to perturb peptidoglycan network synthesis and structure. Appl Microbiol Biotechnol 103, 793-806

Claims (9)

1. Spôsob zvýšenia permeability vonkajších bunkových štruktúr na uvoľňovanie intracelulárnych proteínov do média pomocou bakteriálneho expresného systému, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa kroky: a) kultiváciu hostiteľskej bunky, ktorou je Vibrio natriegens; b) kotransformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre Dalanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 a plazmidom s génom pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média alebo transformáciu hostiteľskej bunky vektorovým plazmidom obsahujúcim gén pre Dalanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 a/alebo gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 a obsahujúcim gén pre cieľový proteín, ktorý má byť uvoľnený do kultivačného média; c) získanie cieľového proteínu z kultivačného média.1. A method of increasing the permeability of external cellular structures for the release of intracellular proteins into the medium using a bacterial expression system, characterized in that it includes the steps of: a) culturing a host cell, which is Vibrio natriegens; b) co-transformation of the host cell with a vector plasmid containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for Dalanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 and a plasmid with the gene for the target protein to be released into the culture medium or transformation of the host cell with a vector plasmid containing the gene for Dalanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 and/or the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 and containing the gene for the target protein to be released into the culture medium; c) obtaining the target protein from the culture medium. 2. Spôsob podľa nároku 1, kde v kroku b) sa použije vektorový plazmid obsahujúci promótor T7.2. The method according to claim 1, where in step b) a vector plasmid containing the T7 promoter is used. 3. Gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4 na použitie v spôsobe podľa nároku 1 uvedený v SEQ ID NO: 1.3. The gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4 for use in the method of claim 1 set forth in SEQ ID NO: 1. 4. Gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6 na použitie v spôsobe podľa nároku 1 uvedený v SEQ ID NO: 2.4. The gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6 for use in the method of claim 1 set forth in SEQ ID NO: 2. 5. Plazmid na použitie v spôsobe podľa nároku 1, obsahujúci gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 4.5. Plasmid for use in the method according to claim 1, containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 4. 6. Plazmid na použitie v spôsobe podľa nároku 1, obsahujúci gén pre D-alanyl-D-alanín karboxypeptidázu 5/6.6. Plasmid for use in the method according to claim 1, containing the gene for D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase 5/6. 7. Hostiteľská bunka Vibrio natriegens kotransformovaná plazmidom pRSFDuet-PBP-4 a/alebo pRSFDuet-PBP5/6 a plazmidom nesúcim gén pre cieľový proteín.7. Vibrio natriegens host cell co-transformed with plasmid pRSFDuet-PBP-4 and/or pRSFDuet-PBP5/6 and a plasmid carrying the gene for the target protein. 8. Bakteriálny expresný systém na použitie podľa spôsobu 1, vyznačujúci sa tým, že využíva mikroorganizmus Vibrio natriegens.8. Bacterial expression system for use according to method 1, characterized in that it uses the microorganism Vibrio natriegens. 9. Bakteriálny expresný systém podľa nároku 8, na použitie na navýšenie permeability vonkajších bunkových štruktúr pre uvoľňovanie cieľových intracelulárnych proteínov do média.9. Bacterial expression system according to claim 8, for use in increasing the permeability of external cellular structures for the release of target intracellular proteins into the medium.
SK50063-2021A 2021-12-06 2021-12-06 Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins SK500632021A3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50063-2021A SK500632021A3 (en) 2021-12-06 2021-12-06 Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins
PCT/SK2022/050011 WO2023107014A1 (en) 2021-12-06 2022-12-06 A method for increasing the permeability of outer cellular structures in vibrio natriegens from the aspect of extracellular transport of recombinant proteins

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50063-2021A SK500632021A3 (en) 2021-12-06 2021-12-06 Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500632021A3 true SK500632021A3 (en) 2023-06-28

Family

ID=85176038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50063-2021A SK500632021A3 (en) 2021-12-06 2021-12-06 Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins

Country Status (2)

Country Link
SK (1) SK500632021A3 (en)
WO (1) WO2023107014A1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023107014A1 (en) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mazel et al. Genetic characterization of polypeptide deformylase, a distinctive enzyme of eubacterial translation.
EP0856059B1 (en) Methods for production of recombinant plasmids
CN106591343B (en) Secretory expression method of superfolder green fluorescent protein mediated heterologous protein in escherichia coli
Korneli et al. Getting the big beast to work—systems biotechnology of Bacillus megaterium for novel high-value proteins
JP2022502039A (en) Protein purification method
US6361966B1 (en) Over-expression of proteins
US20140011261A1 (en) Nitrogen fixation gene island suitable for expressing in prokaryotic and eukaryotic systems
CN109097317B (en) Lactobacillus engineering bacterium with improved acid stress resistance and application thereof
EP1278883B1 (en) E. coli extract for protein synthesis
CN109536427B (en) Lactobacillus engineering bacterium with improved acid stress resistance
JP2023530967A (en) ADAS containing the bacterial secretion apparatus
US7749756B2 (en) Microorganism strain for producing recombinant proteins
CN107287144B (en) Metabolically-modified bacillus subtilis biotransformation cell and preparation method and application thereof
US10480003B2 (en) Constructs and systems and methods for engineering a CO2 fixing photorespiratory by-pass pathway
CN109486735B (en) Lactobacillus engineering bacterium with improved acid stress resistance and application thereof
CN109182237B (en) Lactobacillus engineering bacterium with improved acid stress resistance and application thereof
SK500632021A3 (en) Method of increasing permeability of outer cellular structures in Vibrio natriegens from point of view of extracellular transport of recombinant proteins
Josic et al. Application of proteomics in biotechnology–microbial proteomics
CN113249352B (en) N-glycosyltransferase mutant P1 and application thereof
KR101959019B1 (en) Manufacturing method of recombinant microorganism having acid resistance and microorganism using the same
WO2024024427A1 (en) Method for determining outer membrane detachment in cyanobacterium, device for determining outer membrane detachment in cyanobacterium, and program
WO2020165872A1 (en) Culture media composition for enhancing protein secretion by bacteria
CN110878293A (en) Application of bacillus licheniformis with deletion of yceD gene in production of heterologous protein
US10414796B2 (en) Genetic system for producing a proteases inhibitor of a small peptide aldehyde type
CN116536345B (en) Method for detecting phenylalanine relative content in blue algae cells in real time by utilizing codon degeneracy