WO2022060246A1 - Method for producing l-(+)-tartaric acid - Google Patents

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

Info

Publication number
WO2022060246A1
WO2022060246A1 PCT/RU2021/000387 RU2021000387W WO2022060246A1 WO 2022060246 A1 WO2022060246 A1 WO 2022060246A1 RU 2021000387 W RU2021000387 W RU 2021000387W WO 2022060246 A1 WO2022060246 A1 WO 2022060246A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
enzyme
polynucleotide
tartaric acid
cis
host cell
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000387
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич РОЗАНОВ
Сергей Евгеньевич ПЕЛЬТЕК
Антон Владимирович КОРЖУК
Константин Викторович СТАРОСТИН
Валерия Николаевна ШЛЯХТУН
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг") filed Critical Публичное Акционерное Общество "Сибур Холдинг" (Пао "Сибур Холдинг")
Publication of WO2022060246A1 publication Critical patent/WO2022060246A1/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
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/16Enzymes or microbial cells immobilised on or in a biological cell

Definitions

  • the invention relates to a method for producing L-(+)-tartaric acid, which includes the step of enzymatic hydrolysis of alkali or alkaline earth metal cisepoxysuccinate.
  • L- (+) -tartaric acid is used in the food, cosmetic, textile, pharmaceutical, chemical and construction industries as an acidulant, flavor enhancer, antioxidant and chemical solvent.
  • L-(+)-tartaric acid is obtained from winemaking waste.
  • L-(+)-tartaric acid can be obtained by chemical synthesis (see document US5087746 A (publ. 11.02.1992, MONSANTO CO [US] ) or fermentation (see Bhat H. K. et al. PRODUCTION OF TARTARIC ACID BY IMPROVED RESISTANT STRAIN OF GLUCONOBACTER-SUBOXYDANS Research and Industry 1986 vol 31 no 2 pp 148-152) of maleic anhydride and 5-oxogluconic acid or glucose as starting material.
  • Epoxy hydrolases are biocatalysts for the asymmetric hydrolysis of epoxides that require neither cofactors nor metal ions.
  • the cis-epoxysuccinate hydrolase activity has been described for a wide group of microorganisms: Acetobacter curtus, Achromobacter tartarogenes, Ach. acinus and Ach. sericatus, Acinetobacter tartarogenes, Agrobacterium aureum, Agr. viscosum, Alcaligenes epoxy lytus, Ale. margaritae, Corynebacterium sp. , Nocardia tartaricans , Pseudomonas sp. , Rhizobium validum , Rhodococcus rhodochrous , Klebsiella sp. and Labrys sp.
  • the second known sequence is the CESH gene sequence from Klebsiella oxytoca (Cheng Y. et al. Purification and characterization of a novel cisepoxysuccinate hydrolase from Klebsiella sp. that produces L (+) -tartaric acid //Biotechnology letters. - 2014. - T. 36 . - No. 11. - C. 2325-2330) .
  • the invention consists in the use of an enzyme having the amino acid sequence SEQ ID N0 : 1 in the production of tartrates from cis-epoxysuccinates (CES) of alkali and alkaline earth metals.
  • CES cis-epoxysuccinates
  • This enzyme is obtained from a host cell culture carrying a plasmid construct containing the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
  • the invention also relates to a polynucleotide encoding the sequence SEQ ID N0 : 1 , a plasmid construct containing a polynucleotide encoding an enzyme containing the amino acid sequence SEQ I D N0 : 1 .
  • the invention relates to a host cell containing a polynucleotide or plasmid construct encoding an enzyme containing the amino acid sequence of SEQ ID N0 : 1 .
  • the invention relates to a process for the production of L-(+)-tartaric acid by hydrolysis of alkali and alkaline earth metal cis-epoxysuccinates.
  • the technical result of the invention is to ensure the stability of the enzyme in the process of obtaining tartrate from the CES of alkali and alkaline earth metals at temperatures up to 60°C.
  • FIG. 1 Map of plasmid pQE30-PrCo expressing the CESH gene of Prauserella coralliicola.
  • FIG. 2 1H NMR spectrum of the resulting tartaric acid in D2O.
  • FIG.3 Profiles of enzyme activity depending on the temperature of the incubation of the enzyme solution before adding the substrate
  • the invention discloses an enzyme having the amino acid sequence SEQ IN N0:1, useful for the hydrolysis of alkali and alkaline earth metal cis-epoxy succinates.
  • the described method for obtaining a sequence is given by way of example only and does not limit the present invention.
  • Examples of specific steps for obtaining a sequence are the steps for obtaining, described in: Liu Z. et al. Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007.
  • EP 2840135 Al published 03/25/2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN]
  • US 6379938 Bl published 04/30/2002 PURATOS NV [BE] ) .
  • the resulting sequence can be immobilized as described, for example, in Wang Z. et al. Production of tartaric acid using immobilized recominant cisepoxysuccinate hydrolase //Biotechnology letters. - 2017. - T. 39. - No. 12. - C. 1859- 1863.
  • the invention relates to a polynucleotide encoding an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1.
  • the polynucleotide is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
  • the invention relates to a plasmid construct for expression of an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2 has been cloned.
  • the invention relates to a host cell for expression of an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2 has been cloned, or a plasmid construct containing the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
  • E. coli bacteria Any cell known in the art, such as bacteria, fungi or yeast, can be used as the host cell.
  • E. coli bacteria are used, in the most preferred embodiment of the invention, the E. coli strain deposited in the All-Russian Collection of Industrial Organisms (VKPM) under the number B-13524 is used.
  • VKPM All-Russian Collection of Industrial Organisms
  • the invention relates to the use of an enzyme containing the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 in the production of L-(+)-tartaric acid.
  • the invention in another embodiment, relates to a method for producing L-(+)-tartaric acid by enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, where as the enzyme is used the sequence of SEQ ID N0:1.
  • a sequence in enzymatic hydrolysis a sequence of more than 70%, preferably more than 75%, more than 80%, more than 85%, more than 90%, more than 95%, more than 99% is also used. % homologous to the above.
  • cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals cis-epoxysuccinates of sodium, calcium, barium, and the like are used.
  • calcium cis-epoxysuccinate is used.
  • Enzymatic hydrolysis is carried out by any method known from the prior art. Examples of such methods are, but are not limited to: EP 2840135 A1 (publ. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN] ) , US 6379938 Bl (publ. 30.04.2002 PURATOS NV [BE] ) , GB 1534195 A ( 11/29/1978, Takeda Chemical Industries [JP] ) .
  • a distinctive feature of the method for obtaining L-(+)-tartaric acid according to the present method is the ability to carry out enzymatic hydrolysis at temperatures above 40°C and up to 60°C.
  • L-(+)-tartaric acid is used both in the food industry as a flavor enhancer and sweetener, and in construction as part of dry building mixes, etc.
  • PAAG Polyacrylamide gel electrophoresis
  • SDS sodium dodecyl sulfate
  • lysis buffer 0.05 M Tris-HC1 pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue
  • glycerol 10% glycerol
  • 5% mercaptoethanol 10% glycerol
  • mercaptoethanol 5% mercaptoethanol
  • the resulting lysate was boiled for 5 min at 95°C, centrifuged for 15 min at 16100 d. After that, the supernatant was applied to a polyacrylamide SDS gel for electrophoresis according to the Laemmli method (34) in a mini-gel (8> ⁇ 10 cm, 1 mm thick) .
  • the samples were mixed in a 2:1 ratio with loading buffer (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol) then boiled for 5 minutes.
  • loading buffer 0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol
  • Protein concentration was determined by the Bradford method (see Bradford, M.M. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding // Anal. Biochem. -1976. -Vol. 2. - P.248 - 254).
  • the resulting gene was cloned into the pQE30 plasmid construct under the control of a powerful T5 promoter under the regulation of the lactose operon operator.
  • a map of the plasmid pQE30-PrCo expressing the CESG gene of Prauserella coralliicola is shown in FIG. 1.
  • the pQE30-PrCo molecular genetic construct was introduced into E. coli Xl-blue cells by electroporation. Cultivation of transformed E. coli cells was carried out as follows.
  • the minimum salt medium containing 2.0 g/l Na2SO 4 , 6.12 g/l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g/l NH 4 C1, 14.60 g/l K 2 was used as a basis.
  • IPTG isopropyl-p-D-l-thiogalactopyranoside
  • ampicillin at a rate of 100 ⁇ g/ml
  • additional sources of carbon were added to the bacterial culture - glycerol and a solution containing 100 g/l tryptone and 50 g/l yeast extract.
  • test lysate demonstrates the presence of activity in comparison with the analogous lysate obtained from the E. coli XL blue strain (with pQE30 plasmid without inserting the target gene).
  • the overnight culture was grown in 500 ml conical flasks, in which 100 ml of LB medium (1% peptone, 1% NaCl and 0.5% yeast extract, medium pH 8.0) was placed with the addition of ampicillin at a concentration of 100 ⁇ g/ml.
  • the total overnight culture volume was 400 ml. Cultivation was carried out at 37°C, at 250 rpm on an ES-20/60 shaker-incubator (Biosan) for 16 hours.
  • a mineral medium of the following composition was used: 2.0 g/l Na 2 SO 4 , 6.12 g/l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g/l NH 4 C1, 14.60 g/ l K 2 HPO 4 , 3.60 g / l NaH 2 PO 4 -H 2 O, 1.00 g / l dibasic sodium citrate, 0.36 g / l MgSO 4 and 0.1 g / l thiamine hydrochloride with the addition to the prepared mixture of 1/1000 solution of microelements containing 0.50 g / l CaCl 2 -2H 2 O, 0.18 g / l ZnSO 4 -7H 2 O, 0.10 g / l MnSO 4 -H 2 O, 20 1 g/l Na2-EDTA, 16.70 g/l FeCl3 -6H 2 O, 0.16 g/l CuSO 4 -5H 2 O, 0.18 g/l
  • the cell culture was concentrated by tangential ultrafiltration on filters with a pore size of 0.2 ⁇ m. A total of 56 g of cells were obtained from four liters of culture. Six grams of the obtained cell pellet was suspended in 40 ml of distilled water, the tube was placed in an ice bath. Cells were disrupted by ultrasound. The lysate was clarified by centrifugation at 12000 g for 30 minutes.
  • the cis-epoxysuccinate hydrolase activity was determined by the ammonium metavanadate method.
  • the activity of the resulting enzyme was ⁇ 40,000 U/l of culture fluid.
  • Example 1 Enzymatic hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate (SaCES)
  • the precipitate was filtered and dried to an air-dry state.
  • the test showed that the resulting powder contained 90 ⁇ 5% calcium tetrahydrate L-tartrate.
  • the obtained powder contains L-CaC4H 4 O6 * 4H 2 O and does not contain SaCES, which indicates the completeness of the reaction.
  • Example 2 Comparison of enzymatic activity depending on temperatures.
  • the sequence found in Prauserella coralliicola is more stable than known sequences over the optimum temperature range for enzymatic hydrolysis (45-60°C).
  • the sequence found in Prauserella coralliicola shows high selectivity in the hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of producing L-(+)-tartaric acid from cis-epoxysuccinates of alkali metals or alkaline earth metals. More particularly, the invention relates to: an enzyme with an amino acid sequence having at least 70% identity with SEQ ID NO:1 for the hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali metals or alkaline earth metals; a polynucleotide that codes for said enzyme, a plasmid construct containing said polynucleotide, and a host cell containing said polynucleotide or said plasmid construct; and a method for producing L-(+)-tartaric acid by the enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali metals or alkaline earth metals using said enzyme.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ L-(+) -ВИННОЙ КИСЛОТЫ METHOD FOR PRODUCING L-(+)-Tartaric Acid
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к способу получения L-( + ) -винной кислоты, включающему стадию ферментативного гидролиза цисэпоксисукцината щелочного или щелочно-земельного металла. The invention relates to a method for producing L-(+)-tartaric acid, which includes the step of enzymatic hydrolysis of alkali or alkaline earth metal cisepoxysuccinate.
Уровень техники State of the art
Карбоновые и дикарбоновые кислоты, диолы и спирты находят все большее применение в различных отраслях промышленности. В том числе, это относится к L- (+) -винной кислоте. L-(+) -винную кислоту применяют в пищевой, косметической, текстильной, фармацевтической, химической и строительной промышленностях в качестве подкислителя, усилителя вкуса, антиоксиданта и химического растворителя. Традиционно L-(+) -винную кислоту получают из отходов виноделия. Carboxylic and dicarboxylic acids, diols and alcohols are increasingly used in various industries. In particular, this applies to L- (+) -tartaric acid. L-(+)-tartaric acid is used in the food, cosmetic, textile, pharmaceutical, chemical and construction industries as an acidulant, flavor enhancer, antioxidant and chemical solvent. Traditionally, L-(+)-tartaric acid is obtained from winemaking waste.
Кроме того, L-(+) -винная кислота может быть получена химическим синтезом (см. документ US5087746 А (опубл. 11.02.1992, MONSANTO СО [US] ) или ферментацией (см. Bhat Н. К. et al. PRODUCTION OF TARTARIC ACID BY IMPROVED RESISTANT STRAIN OF GLUCONOBACTER-SUBOXYDANS //Research and Industry. - 1986. - T. 31. - №. 2. - C. 148-152) малеинового ангидрида и 5- оксоглуконовой кислоты или глюкозы в качестве исходного сырья. In addition, L-(+)-tartaric acid can be obtained by chemical synthesis (see document US5087746 A (publ. 11.02.1992, MONSANTO CO [US] ) or fermentation (see Bhat H. K. et al. PRODUCTION OF TARTARIC ACID BY IMPROVED RESISTANT STRAIN OF GLUCONOBACTER-SUBOXYDANS Research and Industry 1986 vol 31 no 2 pp 148-152) of maleic anhydride and 5-oxogluconic acid or glucose as starting material.
В настоящее время наиболее эффективным способом является ферментативное получение L-(+) -винной кислоты из недорогого и легко доступного цис-эпоксисукцината (ЦЭС) с использованием цисэпоксисукцинат гидролаз (ЦЭСГ) , как описано, например, в документе US 4010072 А (опубл. 01.03.1977, TOKUYAMA SODA [JP] ) . Currently, the most efficient method is the enzymatic production of L-(+)-tartaric acid from inexpensive and readily available cis-epoxysuccinate (CES) using cisepoxysuccinate hydrolases (CESH), as described, for example, in US 4010072 A (publ. 01.03 .1977, TOKUYAMA SODA [JP] ) .
Эпоксидные гидролазы представляют собой биокатализаторы для асимметричного гидролиза эпоксидов, для которых не требуется ни кофакторов, ни ионов металлов. Epoxy hydrolases are biocatalysts for the asymmetric hydrolysis of epoxides that require neither cofactors nor metal ions.
Цис-эпоксисукцинат гидролазная активность была описана для широкой группы микроорганизмов: Acetobacter curtus, Achromobacter tartarogenes, Ach. acinus and Ach . sericatus, Acinetobacter tartarogenes , Agrobacterium aureum, Agr. viscosum, Alcaligenes epoxy lytus , Ale. margaritae , Corynebacterium sp. , Nocardia tartaricans , Pseudomonas sp. , Rhizobium validum , Rhodococcus rhodochrous , Klebsiella sp. и Labrys sp. The cis-epoxysuccinate hydrolase activity has been described for a wide group of microorganisms: Acetobacter curtus, Achromobacter tartarogenes, Ach. acinus and Ach. sericatus, Acinetobacter tartarogenes, Agrobacterium aureum, Agr. viscosum, Alcaligenes epoxy lytus, Ale. margaritae, Corynebacterium sp. , Nocardia tartaricans , Pseudomonas sp. , Rhizobium validum , Rhodococcus rhodochrous , Klebsiella sp. and Labrys sp.
Несмотря на достаточно широкое распространение ЦЭСГ среди бактерий, в базах данных представлены только 2 аминокислотные последовательности ЦЭСГ, для которых достоверно описана реакция преобразования ЦЭС в L-тартрат. Despite the rather wide distribution of CESH among bacteria, only 2 amino acid sequences of CESH are presented in the databases, for which the conversion reaction of CESH to L-tartrate is reliably described.
В документе US6379938 В1 (опубл. 30.02.2002 PURATOS NV [BE] определена первая полная последовательность белка ЦЭСГ из бактерии Rhodococcus rhodochrous LMGP-18079 и продемонстрировано, что белок гена обладает ЦЭСГидролазной активностью. Идентичная последовательность также обнаружена в бактерии Rhodococcus opacus (документ Liu Z. et al. Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - T. 74. - №. 1. - C. 99-106) , Nocardia tartaricans CAS-52 (Wang Z . , Wang Y., Su Z. Purification and characterization of a cisepoxysuccinic acid hydrolase from Nocardia tartaricans CAS- 52, and expression in Escherichia coli //Applied microbiology and biotechnology. - 2013. - T. 97. - №. 6. - C. 2433-2441) . В настоящее время последовательность фермента представлена в базе данных NCBI (GenBank ID: JQ267565) . Document US6379938 B1 (publ. 02.30.2002 PURATOS NV [BE]) determined the first complete sequence of the CESH protein from the bacterium Rhodococcus rhodochrous LMGP-18079 and demonstrated that the gene protein has CESH hydrolase activity. An identical sequence was also found in the bacterium Rhodococcus opacus (document Liu Z et al., Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme, Applied microbiology and biotechnology, 2007, V. 74, No. 1, C. 99 -106) , Nocardia tartaricans CAS-52 (Wang Z . , Wang Y., Su Z. Purification and characterization of a cisepoxysuccinic acid hydrolase from Nocardia tartaricans CAS-52, and expression in Escherichia coli //Applied microbiology and biotechnology. - 2013 - V. 97. - No. 6. - C. 2433-2441) The enzyme sequence is currently listed in the NCBI database (GenBank ID: JQ267565) .
Второй известной последовательностью является последовательность гена ЦЭСГ из Klebsiella oxytoca (Cheng Y. et al. Purification and characterization of a novel cisepoxysuccinate hydrolase from Klebsiella sp. that produces L (+) -tartaric acid //Biotechnology letters. - 2014. - T. 36. - №. 11. - C. 2325-2330) . The second known sequence is the CESH gene sequence from Klebsiella oxytoca (Cheng Y. et al. Purification and characterization of a novel cisepoxysuccinate hydrolase from Klebsiella sp. that produces L (+) -tartaric acid //Biotechnology letters. - 2014. - T. 36 . - No. 11. - C. 2325-2330) .
Несмотря на то, что данные последовательности обладают ЦЭСГ- активностью, процесс ферментативного раскрытия эпоксида требуется проводить при температуре не более 37°С из-за не достаточной стабильности фермента. Использование более высоких температур позволит повысить эффективность процесса и снизить вероятность микробного заражения . Despite the fact that these sequences have CESG activity, the process of enzymatic opening of the epoxide must be carried out at a temperature of no more than 37°C due to the insufficient stability of the enzyme. Use of higher temperatures will improve process efficiency and reduce the chance of microbial contamination.
Таким образом, в настоящее время существует потребность в определении новых последовательностей, проявляющих ЦЭСГ- активность и позволяющих оптимизировать процесс получения тартратов из соответствующих ЦЭС с последующим селективным получение L- ( + ) -винной кислоты. Thus, at present, there is a need to identify new sequences that exhibit CESG activity and allow optimizing the process of obtaining tartrates from the corresponding CES with subsequent selective production of L-(+)-tartaric acid.
Сущность изобретения The essence of the invention
Изобретение заключается в применении фермента , имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID N0 : 1 в получении тартратов из цис-эпоксисукцинатов ( ЦЭС ) щелочных и щелочноземельных металлов . The invention consists in the use of an enzyme having the amino acid sequence SEQ ID N0 : 1 in the production of tartrates from cis-epoxysuccinates (CES) of alkali and alkaline earth metals.
Данный фермент получают из культуры клеток -хозяина , несущей плазмидную конструкцию, содержащую нуклеотидную последовательность SEQ ID N0 : 2 . This enzyme is obtained from a host cell culture carrying a plasmid construct containing the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
Также изобретение относится к полинуклеотиду, кодирующему последовательность SEQ ID N0 : 1 , плазмидной конструкции, содержащей полинуклеотид кодирующий фермент, содержащий аминокислотную последовательность SEQ I D N0 : 1 . The invention also relates to a polynucleotide encoding the sequence SEQ ID N0 : 1 , a plasmid construct containing a polynucleotide encoding an enzyme containing the amino acid sequence SEQ I D N0 : 1 .
Кроме того, изобретение относится к клетке-хозяину, содержащей полинуклеотид или плазмидную конструкцию, кодирующих фермент , содержащий аминокислотную последовательность SEQ ID N0 : 1 . In addition, the invention relates to a host cell containing a polynucleotide or plasmid construct encoding an enzyme containing the amino acid sequence of SEQ ID N0 : 1 .
В конечном итоге изобретение относится к способу получения L- ( + ) -винной кислоты путем гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочно-земельных металлов . Ultimately, the invention relates to a process for the production of L-(+)-tartaric acid by hydrolysis of alkali and alkaline earth metal cis-epoxysuccinates.
Техническим результатом изобретения является обеспечение стабильности фермента в процессе получения тартрата из ЦЭС щелочных и щелочно-земельных металлов при температуре до 60°С . The technical result of the invention is to ensure the stability of the enzyme in the process of obtaining tartrate from the CES of alkali and alkaline earth metals at temperatures up to 60°C.
Описание фигур Description of figures
ФИГ . 1 Карта плазмиды pQE30-PrCo, экспрессирующей ген ЦЭСГ Prauserella coralliicola . FIG. 1 Map of plasmid pQE30-PrCo expressing the CESH gene of Prauserella coralliicola.
ФИГ . 2 Спектр ЯМР 1Н полученной винной кислоты в D2O . ФИГ.З Профили активности фермента в зависимости от температуры инкубации раствора фермента перед добавлением субстрата FIG. 2 1H NMR spectrum of the resulting tartaric acid in D2O. FIG.3 Profiles of enzyme activity depending on the temperature of the incubation of the enzyme solution before adding the substrate
Подробное описание изобретения Далее приводится описание различных аспектов реализации настоящего изобретения. Detailed description of the invention The following is a description of various aspects of the implementation of the present invention.
В одном из вариантов осуществления изобретения раскрывается фермент, имеющий аминокислотную последовательность SEQ IN N0:1, применяемый для гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов. In one embodiment, the invention discloses an enzyme having the amino acid sequence SEQ IN N0:1, useful for the hydrolysis of alkali and alkaline earth metal cis-epoxy succinates.
Указанная последовательность может быть получена следующим образом: The specified sequence can be obtained as follows:
1. Химический синтез нуклеотида, кодирующего указанную последовательность ; 1. Chemical synthesis of a nucleotide encoding the specified sequence;
2. Необязательно оптимизацию нуклеотидной последовательности по составу кодонов (для повышения уровня экспрессии фермента клеткой хозяина) ; 2. Optional optimization of the nucleotide sequence according to the composition of codons (to increase the level of expression of the enzyme by the host cell);
3. Клонирование нуклеотида в плазмидную конструкцию; 3. Cloning of a nucleotide into a plasmid construct;
4. Введение плазмидной конструкции в клетки микроорганизма;4. Introduction of the plasmid construct into the cells of the microorganism;
5. Культивирование клеток; 5. Cultivation of cells;
6. Разрушение клеток с получением лизата, содержащего указанную последовательность . 6. Destruction of cells to obtain a lysate containing the specified sequence.
Описанный способ получения последовательности приводится только в качестве примера и не ограничивает настоящее изобретение . Примерами конкретных стадий получения последовательности служат стадии получения, описанные в: Liu Z. et al. Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - T. 74. - №. 1. - C. 99-106, EP 2840135 Al (опубл. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN] ) , US 6379938 Bl (опубл. 30.04.2002 PURATOS NV [BE] ) . The described method for obtaining a sequence is given by way of example only and does not limit the present invention. Examples of specific steps for obtaining a sequence are the steps for obtaining, described in: Liu Z. et al. Cloning, sequencing, and expression of a novel epoxide hydrolase gene from Rhodococcus opacus in Escherichia coli and characterization of enzyme //Applied microbiology and biotechnology. - 2007. - T. 74. - No. 1. - C. 99-106, EP 2840135 Al (published 03/25/2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN] ) , US 6379938 Bl (published 04/30/2002 PURATOS NV [BE] ) .
Полученная последовательность может быть иммобилизована как описано, например, в Wang Z. et al. Production of tartaric acid using immobilized recominant cisepoxysuccinate hydrolase //Biotechnology letters. - 2017. - T. 39. - №. 12. - C. 1859- 1863. The resulting sequence can be immobilized as described, for example, in Wang Z. et al. Production of tartaric acid using immobilized recominant cisepoxysuccinate hydrolase //Biotechnology letters. - 2017. - T. 39. - No. 12. - C. 1859- 1863.
В другом варианте осуществления изобретения изобретение относится к полинуклеотиду, кодирующему фермент, имеющий аминокислотную последовательность SEQ ID N0:1. В некоторых вариантах осуществления, полинуклоетид представлен нуклеотидной последовательностью SEQ ID N0:2. In another embodiment of the invention, the invention relates to a polynucleotide encoding an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1. In some embodiments, the polynucleotide is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
В еще одном варианте осуществления изобретения изобретение относится к плазмидной конструкции для экспрессии фермента, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID N0:1, в которую была клонирована нуклеотидная последовательность SEQ ID N0:2. In yet another embodiment, the invention relates to a plasmid construct for expression of an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2 has been cloned.
В другом варианте осуществления изобретения изобретение относится к клетке-хозяину для экспрессии фермента, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID N0:1, в которую была клонирована нуклеотидная последовательность SEQ ID N0:2, или плазмидная конструкция, содержащая нуклеотидную последовательность SEQ ID N0:2. In another embodiment, the invention relates to a host cell for expression of an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 into which the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2 has been cloned, or a plasmid construct containing the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
В качестве клетки-хозяина могут быть использованы любые известные из уровня техники клетки, например, бактерии, грибы или дрожжи. Предпочтительно, в следствие технологического удобства и доступности, используют бактерии E.coli, в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, используют штамм E.coli депонированный во Всероссийской коллекции промышленных организмов (ВКПМ) под номером В-13524. Any cell known in the art, such as bacteria, fungi or yeast, can be used as the host cell. Preferably, due to technological convenience and availability, E. coli bacteria are used, in the most preferred embodiment of the invention, the E. coli strain deposited in the All-Russian Collection of Industrial Organisms (VKPM) under the number B-13524 is used.
В одном из вариантов осуществления изобретения изобретение относится к применению фермента, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID N0:1, в производстве получения L-(+)- винной кислоты. In one embodiment, the invention relates to the use of an enzyme containing the amino acid sequence of SEQ ID N0:1 in the production of L-(+)-tartaric acid.
В еще одном варианте осуществления изобретения изобретение относится к способу получения L-(+) -винной кислоты путем ферментативного гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов, где в качестве фермента используется последовательность SEQ ID N0:1. В качестве последовательности в ферментативном гидролизе также используют последовательность более чем на 70%, предпочтительно более чем на 75%, более чем на 80%, более чем на 85%, более чем на 90%, более чем на 95%, более чем на 99% гомологичную вышеуказанной. In another embodiment of the invention, the invention relates to a method for producing L-(+)-tartaric acid by enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, where as the enzyme is used the sequence of SEQ ID N0:1. As a sequence in enzymatic hydrolysis, a sequence of more than 70%, preferably more than 75%, more than 80%, more than 85%, more than 90%, more than 95%, more than 99% is also used. % homologous to the above.
В качестве цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов используют цис-эпоксисукцинаты натрия, кальция, бария и т.п. Предпочтительно используют цис-эпоксисукцинат кальция. As cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, cis-epoxysuccinates of sodium, calcium, barium, and the like are used. Preferably, calcium cis-epoxysuccinate is used.
Ферментативный гидролиз проводят любым известным из уровня техники способом. Примерами таких способов являются, но не ограничивается ими: ЕР 2840135 А1 (опубл. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN] ) , US 6379938 Bl (опубл. 30.04.2002 PURATOS NV [BE] ) , GB 1534195 А (опубл. 29.11.1978, Takeda Chemical Industries [ JP] ) . Enzymatic hydrolysis is carried out by any method known from the prior art. Examples of such methods are, but are not limited to: EP 2840135 A1 (publ. 25.03.2015 HANGZHOU BIOKING BIOCHEMICAL ENGINEERING CO LTD [CN] ) , US 6379938 Bl (publ. 30.04.2002 PURATOS NV [BE] ) , GB 1534195 A ( 11/29/1978, Takeda Chemical Industries [JP] ) .
Отличительной особенностью способа получения L-(+) -винной кислоты по настоящему способу является возможность проводить ферментативный гидролиз при температуре выше 40°С и до 60°С. A distinctive feature of the method for obtaining L-(+)-tartaric acid according to the present method is the ability to carry out enzymatic hydrolysis at temperatures above 40°C and up to 60°C.
L-(+) -винную кислоту используют как в пищевой промышленности в качестве усилителя вкуса и подсластителя, так и в строительстве в составе сухих строительных смесей и т.д. L-(+)-tartaric acid is used both in the food industry as a flavor enhancer and sweetener, and in construction as part of dry building mixes, etc.
Осуществление изобретения Implementation of the invention
Методики определения Methods of determination
Методика электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ) (одномерного белкового гель-электрофореза) Polyacrylamide gel electrophoresis (PAAG) technique (one-dimensional protein gel electrophoresis)
Для проведения электрофореза белков к клеточному осадку после промывки от среды добавляли 40 мкл лизирующего буфера додецилсульфата натрия (ДСН-буфера) для нанесения (0,05 М Трис- НС1 pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол) , ресуспендировали и подвергали воздействию ультразвуковыми волнами в ультразвуковой ванне в течение 15 мин. Полученный лизат кипятили 5 мин при 95°С, центрифугировали 15 мин при 16100 д. После чего супернатант наносили на полиакриламидный ДСН-гель для проведения электрофореза по методу Лэммли (34) в мини-геле (8><10 см, толщиной 1 мм) . For protein electrophoresis, 40 μl of sodium dodecyl sulfate (SDS) lysis buffer (0.05 M Tris-HC1 pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue) was added to the cell precipitate after washing from the medium. ; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol), resuspended and sonicated in an ultrasonic bath for 15 min. The resulting lysate was boiled for 5 min at 95°C, centrifuged for 15 min at 16100 d. After that, the supernatant was applied to a polyacrylamide SDS gel for electrophoresis according to the Laemmli method (34) in a mini-gel (8><10 cm, 1 mm thick) .
Для проведения электрофореза белков супернатанты после ультразвукового разрушения клеток в солевом буфере смешивали в соотношении 1:1 с буфером для нанесения (0,05 М Трис-НС1 pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол) , затем кипятили в течение 5 минут. For protein electrophoresis, supernatants after ultrasonic disruption of cells in saline buffer were mixed in a 1:1 ratio with loading buffer (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol), then boiled for 5 minutes.
Для проведения электрофореза белков после хроматографической очистки образцы смешивали в соотношении 2:1 с буфером для нанесения (0,05 М Трис-НС1 pH 6,8; 2%-ный ДСН; 0,002%-ный бромфеноловый синий; 10%-ный глицерин; 5%-ный меркаптоэтанол) , затем кипятили в течение 5 минут. For protein electrophoresis, after chromatographic purification, the samples were mixed in a 2:1 ratio with loading buffer (0.05 M Tris-HCl pH 6.8; 2% SDS; 0.002% bromophenol blue; 10% glycerol; 5% mercaptoethanol) then boiled for 5 minutes.
Концентрацию белка определяли по методу Брэдфорда (см. Bradford, М.М. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding // Anal. Biochem. -1976. -Vol. 2. - P.248 - 254) . Protein concentration was determined by the Bradford method (see Bradford, M.M. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding // Anal. Biochem. -1976. -Vol. 2. - P.248 - 254).
Получение последовательности гена Obtaining a gene sequence
Для создания молекулярно-биологической конструкции SEQ ID N0:2, экспрессирующей белок ЦЭС-гидролазу РгСо, проводили химический синтез последовательности гена с оптимизированным для экспрессии в E.coli кодонным составом. To create a molecular biological construct SEQ ID N0:2 expressing the CES hydrolase PrCo protein, a chemical synthesis of a gene sequence with a codon composition optimized for expression in E. coli was carried out.
Полученный ген клонировали в плазмидную конструкцию pQE30 под контроль мощного Т5 промотора под регуляцией оператора лактозного оперона. Карта плазмиды pQE30-PrCo, экспрессирующей ген ЦЭСГ Prauserella coralliicola , представлена на ФИГ .1. The resulting gene was cloned into the pQE30 plasmid construct under the control of a powerful T5 promoter under the regulation of the lactose operon operator. A map of the plasmid pQE30-PrCo expressing the CESG gene of Prauserella coralliicola is shown in FIG. 1.
Получение трансформированных клеток Е . coli Obtaining transformed cells E. coli
Молекулярно-генетическую конструкцию pQE30-PrCo вводили в клетки E.coli Xl-blue при помощи электропорации. Культивирование трансформированных клеток E.coli проводили следующим образом. The pQE30-PrCo molecular genetic construct was introduced into E. coli Xl-blue cells by electroporation. Cultivation of transformed E. coli cells was carried out as follows.
В качестве основы использовали минимальную солевую среду, содержащую 2,0 г/л Na2SO4, 6,12 г/л (NH4)2SO4, 0,50 г/л NH4C1, 14,60 г/л К2НРО4, 3,60 г/л NaH2PO4 ‘Н2О, 1,00 г/л двухосновного цитрата натрия, 0,36 г/л MgSO4 и 0,1 г/л тиамина гидрохлорида. К приготовленной смеси добавляли 250 мкл раствора микроэлементов, содержащего 0,50 г/л СаС12 -2Н2О, 0,18 г/л ZnSO4 -7Н2О, 0, 10 г/л MnSO420, 20,1 г/л Па2-ЭДТА, 16,70 г/л ГеС13 ’6Н2О, 0,16 г/л CuSO4 -5H2O, 0,18 г/л СоС12 -6Н20. Уровень pH питательной среды доводили до значения 7.5. В качестве источника углерода использовали глицерин и глюкозу, 7,5 г/л и 2,5 г/л, соответственно . The minimum salt medium containing 2.0 g/l Na2SO 4 , 6.12 g/l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g/l NH 4 C1, 14.60 g/l K 2 was used as a basis. HPO 4 , 3.60 g/l NaH 2 PO 4 'H 2 O, 1.00 g/l dibasic sodium citrate, 0.36 g/l MgSO 4 and 0.1 g/l thiamine hydrochloride. TO the prepared mixture was added 250 μl of a solution of trace elements containing 0.50 g / l CaCl 2 -2H 2 O, 0.18 g / l ZnSO 4 -7H 2 O, 0.10 g / l MnSO 4 -H 2 0.20, 1 g / l Pa 2 -EDTA, 16.70 g / l GeS1 3 '6H 2 O, 0.16 g / l CuSO 4 -5H 2 O, 0.18 g / l CoC1 2 -6H 2 0. pH level nutrient medium was adjusted to a value of 7.5. Glycerol and glucose, 7.5 g/l and 2.5 g/l, respectively, were used as the carbon source.
Для индукции экспрессии белка через 24 часа инкубации в среду добавляли 150 мкл 1М водного раствора IPTG (изопропил-p-D-l- тиогалактопиранозид) и ампициллина из расчета 100 мкг/мл. Одновременно с началом индукции экспрессии белка к бактериальной культуре добавляли дополнительные источники углерода - глицерин и раствор, содержащий 100г/л триптона и 50 г/л дрожжевого экстракта . To induce protein expression after 24 hours of incubation, 150 μl of a 1M aqueous solution of IPTG (isopropyl-p-D-l-thiogalactopyranoside) and ampicillin at a rate of 100 μg/ml were added to the medium. Simultaneously with the induction of protein expression, additional sources of carbon were added to the bacterial culture - glycerol and a solution containing 100 g/l tryptone and 50 g/l yeast extract.
Дальнейшую инкубацию культур проводили при температуре 32°С в течение 7 часов. Оптическая плотность OD600 культуры по окончании культивирования составляла ~ 6,2. Клеточную культуру осаждали при 3000-4000 об/мин в течении 10 минут, промывали минимальной солевой средой, замораживали в жидком азоте и хранили при -70 °C. Further incubation of cultures was carried out at a temperature of 32°C for 7 hours. The optical density OD600 of the culture at the end of cultivation was ~6.2. The cell culture was precipitated at 3000-4000 rpm for 10 minutes, washed with minimal saline medium, frozen in liquid nitrogen, and stored at -70°C.
Аликвоту клеток из образца анализировали на предмет наличия рекомбинантного белка с помощью одномерного гель электрофореза в ПААГ. An aliquot of cells from the sample was analyzed for the presence of recombinant protein using one-dimensional gel electrophoresis in PAAG.
Получение лизата Getting a lysate
Культуру клеток 50 мл рекомбинантной E.coli XL blue (с плазмидой pQE30-PrCo) после индукции осаждали центрифугированием при 3000g в течении десяти минут. Клетки ресуспендировали в 10 мл минеральной среды и разрушали ультразвуком. Лизат центрифугировали при 16100g в течение десяти минут. Cell culture 50 ml of recombinant E. coli XL blue (with plasmid pQE30-PrCo) after induction was besieged by centrifugation at 3000g for ten minutes. Cells were resuspended in 10 ml of mineral medium and destroyed by ultrasound. The lysate was centrifuged at 16100g for ten minutes.
Для определения наличий ферментативной реакции 10 мкл лизата после центрифугирования добавляли к 90 мкл раствора, содержащего 25 г/л натрия цис-эпоксисукцината, и перемешивали на вортексе. Инкубировали смесь в течении 1 часа при 32°С. После чего определяли наличие в растворе тартрата метаванадатным способом. Исследуемый лизат демонстрирует наличие активности в сравнении с аналагочным лизатом полученным из штамма E.coli XL blue (с плазмидой pQE30 без встройки целевого гена) . To determine the presence of an enzymatic reaction, 10 µl of the lysate after centrifugation was added to 90 µl of a solution containing 25 g/l of sodium cis-epoxysuccinate and vortexed. The mixture was incubated for 1 hour at 32°C. After that, the presence of tartrate in the solution was determined by the metavanadate method. The test lysate demonstrates the presence of activity in comparison with the analogous lysate obtained from the E. coli XL blue strain (with pQE30 plasmid without inserting the target gene).
Культивирование Е. coli Cultivation of E. coli
Ночную культуру выращивали в конических колбах объемом 500 мл, в которые помещали 100 мл среды LB (1% пептон, 1% NaCl и 0,5% дрожжевой экстракт, pH среды 8,0) с добавлением ампициллина в концентрации 100 мкг/мл. Общий объем ночной культуры составлял 400 мл. Культивирование проводили при 37°С, при 250 об/мин на шейкере-инкубаторе ES-20/60 (Biosan) в течение 16 часов. The overnight culture was grown in 500 ml conical flasks, in which 100 ml of LB medium (1% peptone, 1% NaCl and 0.5% yeast extract, medium pH 8.0) was placed with the addition of ampicillin at a concentration of 100 μg/ml. The total overnight culture volume was 400 ml. Cultivation was carried out at 37°C, at 250 rpm on an ES-20/60 shaker-incubator (Biosan) for 16 hours.
Для культивирования в биореакторе использовали минеральную среду следующего состава: 2,0 г/л Na2SO4, 6,12 г/л (NH4)2SO4, 0,50 г/л NH4C1, 14,60 г/л К2НРО4, 3,60 г/л NaH2PO42О, 1,00 г/л двухосновного цитрата натрия, 0,36 г/л MgSO4 и 0,1 г/л тиамина гидрохлорида с добавлением к приготовленной смеси 1/1000 раствора микроэлементов, содержащего 0,50 г/л СаС12 -2Н2О, 0,18 г/л ZnSO4 -7Н2О, 0, 10 г/л MnSO42О, 20,1 г/л Ыа2-ЭДТА, 16,70 г/л ЕеС1з -бН2О, 0,16 г/л CuSO4 -5Н2О, 0,18 г/л СоС12 -6Н20. Минеральную основу автоклавировали, микроэлементы стерилизовали фильтрованием через 0,22 мкм фильтры. For cultivation in a bioreactor, a mineral medium of the following composition was used: 2.0 g/l Na 2 SO 4 , 6.12 g/l (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.50 g/l NH 4 C1, 14.60 g/ l K 2 HPO 4 , 3.60 g / l NaH 2 PO 4 -H 2 O, 1.00 g / l dibasic sodium citrate, 0.36 g / l MgSO 4 and 0.1 g / l thiamine hydrochloride with the addition to the prepared mixture of 1/1000 solution of microelements containing 0.50 g / l CaCl 2 -2H 2 O, 0.18 g / l ZnSO 4 -7H 2 O, 0.10 g / l MnSO 4 -H 2 O, 20 1 g/l Na2-EDTA, 16.70 g/l FeCl3 -6H 2 O, 0.16 g/l CuSO 4 -5H 2 O, 0.18 g/l CoCl 2 -6H 2 0. The mineral base was autoclaved , trace elements were sterilized by filtration through 0.22 µm filters.
400 мл ночной культуры добавляли в пятилитровый биореактор Biostat В (Sartorius) , содержащий 4 литра описанной выше минеральной среды с добавлением 2,5 г/л глюкозы и 7,5 г/л глицерина. Культивирование проводили при подаче воздуха: 2 литра на литр среды в минуту. Скорость вращения мешалки составляла 800 об/мин. pH среды поддерживали на оптимальный для роста E.coli уровне, равном 7,6. Перед добавлением ночной культуры среду прогревали до 37°С, далее поддерживали эту же температуру на протяжении всего эксперимента. 400 ml of overnight culture was added to a five liter Biostat B bioreactor (Sartorius) containing 4 liters of the mineral medium described above supplemented with 2.5 g/l glucose and 7.5 g/l glycerol. Cultivation was carried out with air supply: 2 liters per liter of medium per minute. The stirrer rotation speed was 800 rpm. The pH of the medium was maintained at an optimum level for the growth of E. coli equal to 7.6. Before adding the overnight culture, the medium was heated to 37°C, then the same temperature was maintained throughout the experiment.
Оптическую плотность культуры измеряли каждые 30 минут через 8 часов после начала культивирования. По достижению оптической плотности OD600 = 8,0 проводили индукцию. В среду добавляли 50 мл глицерина и 16 мл раствора (Триптон 100 г/л и дрожжевой экстракт 50 г/л) . В качестве индуктора добавляли IPTG до концентрации 1 мкМ/мл . Культивировали при 32°С в течении 6 , 5 часов . The optical density of the culture was measured every 30 minutes 8 hours after the start of cultivation. Upon reaching the optical density OD600 = 8.0, induction was performed. 50 ml of glycerol and 16 ml of a solution (Trypton 100 g/l and yeast extract 50 g/l) were added to the medium. IPTG was added as an inducer to concentration 1 µM/ml. Cultivated at 32°C for 6.5 hours.
Культуру клеток концентрировали при помощи тангенциальной ультрафильтрации на фильтрах с размером пор 0 , 2 мкм . Всего с четырех литров культуры получали 56 г клеток . Шесть граммов полученного клеточного осадка суспендировали в 40 мл дистиллированной воды, пробирку помещали в ледяную баню . Клетки разрушали ультразвуком . Лизат осветляли центрифугированием при 12000 g в течении 30 минут . The cell culture was concentrated by tangential ultrafiltration on filters with a pore size of 0.2 μm. A total of 56 g of cells were obtained from four liters of culture. Six grams of the obtained cell pellet was suspended in 40 ml of distilled water, the tube was placed in an ice bath. Cells were disrupted by ultrasound. The lysate was clarified by centrifugation at 12000 g for 30 minutes.
Цис-эпоксисукцинатгидролазную активность определяли по методике с использованием метаванадата аммония . Активность полученного фермента составила ~ 40 000 U/л культуральной жидкости . The cis-epoxysuccinate hydrolase activity was determined by the ammonium metavanadate method. The activity of the resulting enzyme was ~ 40,000 U/l of culture fluid.
Пример 1 . Ферментативный гидролиз кальций цис-эпоксисукцината (СаЦЭС) Example 1 . Enzymatic hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate (SaCES)
В 100 мл дистиллированной воды суспендировали 5 , 35 гр СаЦЭС .5.35 g of SaCES was suspended in 100 ml of distilled water.
К полученной суспензии добавляли 5 мл осветленного лизата препаративно наработанного фермента ЦЭС гидролазы РгСо и инкубировали в течении 20 часов при 28°С при постоянном перемешивании 150 об/мин на шейкере-инкубаторе ES-20 / 60 ( Biosan) . 5 ml of a clarified lysate of the preparatively produced CES hydrolase PrCo enzyme was added to the resulting suspension and incubated for 20 hours at 28°C with constant stirring at 150 rpm on an ES-20/60 shaker-incubator (Biosan).
По окончании культивирования осадок фильтровали и высушивали до воздушно-сухого состояния . At the end of cultivation, the precipitate was filtered and dried to an air-dry state.
Проверка показала, что полученный порошок содержит 90 ± 5% четырехводного гидрата кальция L-тартрата . The test showed that the resulting powder contained 90 ± 5% calcium tetrahydrate L-tartrate.
Согласно данным анализа РФА полученный порошок содержит L- CaC4H4O6 * 4Н2О И не содержит СаЦЭС , что говорит о полноте прохождения реакции . According to XRD analysis, the obtained powder contains L-CaC4H 4 O6 * 4H 2 O and does not contain SaCES, which indicates the completeness of the reaction.
Пример 2 . Сравнение ферментативной активности в зависимости от температур . Example 2 . Comparison of enzymatic activity depending on temperatures.
Проводили качественное определение ЦЭСГ-активности в полученных растворах белков . Активность была продемонстрирована для осветленных лизатов культур клеток E. coli, несущих конструкции, экспрессирующие следующие ЦЭСГ : SEQ ID N0 : 3 ( RhOp из Rhodococcus opacus) ; SEQ ID N0:4 (KlOx из Klebsiella oxytoca) ; SEQ ID N0:1 (PrCo из Prauserella coralliicola) . Результат определения представлен на ФИГ.З. Conducted a qualitative determination of CESG activity in the obtained solutions of proteins. Activity was demonstrated for clarified lysates of E. coli cell cultures carrying constructs expressing the following CESH: SEQ ID N0 : 3 (RhOp from Rhodococcus opacus); SEQ ID N0:4 (KlOx from Klebsiella oxytoca) ; SEQ ID N0:1 (PrCo from Prauserella coralliicola) . The result of the determination is shown in FIG.3.
Как проиллюстрировано на ФИГ.З, последовательность, обнаруженная в Prauserella coralliicola , по сравнению с известными последовательностями, более стабильна в диапазоне температур, оптимальном для проведения ферментативного гидролиза (45-60°С) . Вместе с тем, последовательность, обнаруженная в Prauserella coralliicola , проявляет высокую селективность в процессе гидролиза кальций цис-эпоксисукцинат . As illustrated in FIG. 3, the sequence found in Prauserella coralliicola is more stable than known sequences over the optimum temperature range for enzymatic hydrolysis (45-60°C). However, the sequence found in Prauserella coralliicola shows high selectivity in the hydrolysis of calcium cis-epoxysuccinate.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Фермент, имеющий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 70% SEQ ID N0:1, для гидролиза цис-эпоксисукнинатов щелочных и щелочноземельных металлов. 1. An enzyme having an amino acid sequence at least 70% identical to SEQ ID N0:1 for the hydrolysis of alkali and alkaline earth metal cis-epoxysuccinates.
2. Полинуклеотид, кодирующий фермент по п.1. 2. Polynucleotide encoding the enzyme according to claim 1.
3. Полинуклеотид по п.2, отличающийся тем, что обладает нуклеотидной последовательностью SEQ ID N0:2. 3. A polynucleotide according to claim 2, characterized in that it has the nucleotide sequence of SEQ ID N0:2.
4. Плазмидная конструкция для экспрессии фермента по п.1, содержащая полинуклеотид по п.2 или 3. 4. Plasmid construction for the expression of the enzyme according to claim 1, containing a polynucleotide according to claim 2 or 3.
5. Клетка-хозяин для экспрессии фермента по п.1, содержащая полинуклеоид по п.2 или 3 или плазмидную конструкцию по п.4. 5. A host cell for expression of an enzyme according to claim 1, containing a polynucleoid according to claim 2 or 3 or a plasmid construct according to claim 4.
6. Клетка-хозяин по п.5, где клеткой является бактерия6. The host cell of claim 5, wherein the cell is a bacterium
Е . coli . E . coli.
7. Клетка-хозяин по п.б, где клетка E.coli депонирована во Всероссийской коллекции промышленных организмов под номером В- 13524. 7. The host cell according to claim b, where the E. coli cell is deposited in the All-Russian Collection of Industrial Organisms under the number B-13524.
8. Способ получения фермента по п.1 включающий следующие стадии : a) химический синтез полинуклеотида, кодирующего фермент; b) клонирование полинуклеотида в плазмидную конструкцию или клетку-хозяина ; c) в случае клонирования полинуклеотида в плазмидную конструкцию, введение плазмидной конструкции в клетки-хозяева; d) культивирование клеток-хозяев; e) разрушение клеток-хозяев с получением лизата, содержащего фермент по п.1. 8. The method of obtaining the enzyme according to claim 1, including the following stages: a) chemical synthesis of a polynucleotide encoding the enzyme; b) cloning the polynucleotide into a plasmid construct or host cell; c) in the case of cloning the polynucleotide into a plasmid construct, introducing the plasmid construct into host cells; d) culturing the host cells; e) destruction of host cells to obtain a lysate containing the enzyme according to claim 1.
9. Способ по п.8, в котором после стадии а) дополнительно проводят оптимизацию нуклеотидной последовательности по составу кодонов . 9. The method according to claim 8, in which, after step a), the nucleotide sequence is additionally optimized for the composition of codons.
10. Способ по п.8, в котором полинуклеотид на стадии а) представляет собой полинуклеотиды по пп. 2-3. 10. The method according to claim 8, in which the polynucleotide in step a) is a polynucleotide according to claims. 2-3.
11. Способ по п.8, где клетка-хозяин представляет собой клетку E.coli. 11. The method of claim 8 wherein the host cell is an E. coli cell.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
12. Способ получения L- (+) -винной кислоты путем ферментативного гидролиза цис-эпоксисукцинатов щелочных и щелочноземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве фермента используют фермент по п.1. 12. A method for producing L- (+) -tartaric acid by enzymatic hydrolysis of cis-epoxysuccinates of alkali and alkaline earth metals, characterized in that the enzyme according to claim 1 is used as the enzyme.
13. Способ по п.12, в котором ферментативный гидролиз проводят при температуре более 40°С. 13. The method according to claim 12, in which the enzymatic hydrolysis is carried out at a temperature of more than 40°C.
14. Способ по п.13, в котором ферментативный гидролиз проводят при температуре до 60°С. 14. The method according to claim 13, in which the enzymatic hydrolysis is carried out at temperatures up to 60°C.
15. Применение фермента по п.1 или фермента, полученного способом по п.8, для получения L- (+) -винной кислоты. 15. Use of the enzyme according to claim 1 or the enzyme obtained by the method according to claim 8 for the production of L-(+)-tartaric acid.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2021/000387 2020-09-16 2021-09-10 Method for producing l-(+)-tartaric acid WO2022060246A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130524 2020-09-16
RU2020130524A RU2756179C1 (en) 2020-09-16 2020-09-16 Method for producing l-(+)-tartaric acid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022060246A1 true WO2022060246A1 (en) 2022-03-24

Family

ID=77999810

Family Applications (1)

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

Country Status (2)

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

Citations (2)

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

Patent Citations (2)

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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE Protein NCBI; 5 May 2019 (2019-05-05), ANONYMOUS : "haloacid dehalogenase type II [Prauserella endophytica] ", XP055919521, Database accession no. TKG60628 *
SINGER M. ET AL.: "Geny i genomy", MIR, vol. 1, 1998, Moscow, pages 63 - 64 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2756179C1 (en) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103635574B (en) improved nitrile hydratase
JPWO2005116206A1 (en) Improved nitrile hydratase
CN112391372B (en) Glutamic acid decarboxylase mutant, genetically engineered bacterium and application thereof
JP4916685B2 (en) Improved nitrile hydratase
CN109182298B (en) Recombinant lipase mutant, engineering bacterium and application
JP6489013B2 (en) Improved nitrile hydratase
JP2015221037A (en) D-succinylase and methods for producing d-amino acids using the same
WO2011138966A1 (en) Method for producing acrylamide using microbial catalyst
CN111763662A (en) Ketoreductase and application thereof in synthesis of ticagrelor intermediate
CN111057695B (en) Nitrilase and preparation method and application thereof
RU2546239C1 (en) RECOMBINANT STRAIN Escherichia coli, HAVING CONSTITUTIVE ASPARTASE ACTIVITY AND METHOD OF SYNTHESIS OF L-ASPARTIC ACID USING THIS STRAIN AS BIOCATALYST
RU2756179C1 (en) Method for producing l-(+)-tartaric acid
JP4785120B2 (en) Transformants of Rhodococcus bacteria with halohydrin epoxidase activity
JP5226509B2 (en) Improved halohydrin epoxidase
RU2304165C1 (en) Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same
EP1383886A2 (en) D-hydantoinase from ochrobactrum anthropi
AU2002254519A1 (en) D-hydantoinase from ochrobactrum anthropi
CN117402846B (en) L-alanine dehydrogenase mutant and preparation method and application thereof
CN109280651B (en) Lactate dehydrogenase mutant gene LbLDH1 and fermentation method for efficient expression of lactate dehydrogenase mutant gene LbLDH1 in escherichia coli
AU2021100409A4 (en) Recombinant low-temperature catalase, recombinant vector and engineered strain thereof
Balan et al. Thermostable lipase production by Geobacillus thermodenitrificans in a 5-L stirred-tank bioreactor
RU2620942C2 (en) Plasmid-free recombinant escherichia coli strain, with constitutive aspartase activity and method for l-asparagin acid synthesis using this strain as biocatalyst
Cătălin et al. Preliminary studies regarding transglutaminase synthesis by polar filamentous bacteria of the genus Streptomyces sp.
CN117089540A (en) Glutamate decarboxylase from fecal metagenome as well as preparation method and application thereof
CN115786295A (en) L-pantolactone dehydrogenase, coding gene and application

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21869842

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21869842

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1