RU2456345C1 - RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE - Google Patents
RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456345C1 RU2456345C1 RU2010154169/10A RU2010154169A RU2456345C1 RU 2456345 C1 RU2456345 C1 RU 2456345C1 RU 2010154169/10 A RU2010154169/10 A RU 2010154169/10A RU 2010154169 A RU2010154169 A RU 2010154169A RU 2456345 C1 RU2456345 C1 RU 2456345C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- def
- trx
- defensin
- peptide
- fusion protein
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Peptides Or Proteins (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к получению антимикробного пептида дефенсина чечевицы обыкновенной Lens culinaris, который может найти применение в качестве лекарственного средства в медицинской и ветеринарной практике, а также средства, повышающего устойчивость растений к инфекции в сельском хозяйстве.The invention relates to the field of biotechnology, in particular to the production of the antimicrobial peptide of the defensin of lentil ordinary Lens culinaris, which can be used as a medicine in medical and veterinary practice, as well as a tool that increases the resistance of plants to infection in agriculture.
Растительные дефенсины представляют собой класс катионных, богатых цистеином пептидов длиной 45-54 аминокислотных остатков, играющих важную роль в защите растений от патогенных микроорганизмов. Растительные дефенсины кодируются генами, образующими мультигенные семейства. Индукция экспрессии этих генов происходит под действием различных биотических и абиотических факторов. Растительные дефенсины, как и дефенсины млекопитающих, являются мультифункциональными пептидами и характеризуются широким спектром биологической активности in vitro. Данные пептиды подавляют рост микроорганизмов и пролиферацию опухолевых клеток, ингибируют активность пищеварительных ферментов насекомых, биосинтез белка и обратную транскриптазу ВИЧ-1, блокируют ионные каналы, задерживают развитие паразитарных растений [Carvalho A. et al. (2009) Peptides. 30:1007-1020].Plant defensins are a class of cationic, cysteine-rich peptides with a length of 45-54 amino acid residues that play an important role in protecting plants from pathogenic microorganisms. Plant defensins are encoded by genes that form multi-gene families. Induction of the expression of these genes occurs under the influence of various biotic and abiotic factors. Plant defensins, like mammalian defensins, are multifunctional peptides and are characterized by a wide spectrum of in vitro biological activity. These peptides inhibit the growth of microorganisms and the proliferation of tumor cells, inhibit the activity of insect digestive enzymes, protein biosynthesis and HIV-1 reverse transcriptase, block ion channels, and inhibit the development of parasitic plants [Carvalho A. et al. (2009) Peptides. 30: 1007-1020].
Растительные дефенсины проявляют антимикробную активность в микромолярных концентрациях в отношении большого числа фитопатогенных грибов и бактерий, а также обладают инсектицидной активностью и могут найти применение в сельском хозяйстве для создания устойчивых к заболеваниям трансгенных растений. Традиционные методы борьбы с патогенными микроорганизмами, вирусами и насекомыми-вредителями, основанные на применении пестицидов и инсектицидов, имеют такие негативные последствия, как загрязнение окружающей среды, гибель непатогенной микрофлоры, насекомых и птиц, а также появление устойчивых форм патогенов и вредителей.Plant defensins exhibit antimicrobial activity in micromolar concentrations against a large number of phytopathogenic fungi and bacteria, and also have insecticidal activity and can be used in agriculture to create transgenic plants resistant to diseases. Traditional methods of combating pathogenic microorganisms, viruses and insect pests, based on the use of pesticides and insecticides, have such negative consequences as environmental pollution, the death of non-pathogenic microflora, insects and birds, as well as the emergence of resistant forms of pathogens and pests.
Растительные дефенсины также ингибируют рост некоторых патогенных для человека грибов, характеризуются высокой специфичностью действия и отсутствием токсических эффектов на клетки млекопитающих. В последнее время отмечается рост заболеваемости микозами, причиной которых наиболее часто являются патогенные дрожжеподобные грибы рода Candida и филаментные грибы-оппортунисты, такие как Aspergillus, в отношении которых дефенсины растений способны проявлять свою активность [Aerts A.M. et al. (2008) Cell. Mol. Life Sci. 65:2069-2079]. Увеличение частоты встречаемости грибковых инфекций обусловлено изменением нормального состава микрофлоры человека, которое происходит под влиянием различных сенсибилизирующих факторов и необоснованного применения антисептических средств и антибиотиков. Появление возбудителей микозов, устойчивых к известным антимикотикам, увеличение количества пациентов с иммунодефицитом и частоты использования катетеров и имплантатов также приводят к изменению показателя заболеваемости грибковыми инфекциями и утяжелению их клинического течения. Ввиду отсутствия противогрибковых вакцин для лечения микозов используются антимикробные препараты, зачастую обладающие целым рядом недостатков. Используемые антимикотики, как правило, требуют внутривенного введения, взаимодействуют с другими лекарственными средствами, характеризуются узким спектром антимикробного действия, выраженными побочными эффектами и высокой токсичностью [Thevissen K. et al. (2007) Drug Discov. Today. 12:966-971].Plant defensins also inhibit the growth of some fungi pathogenic for humans, are characterized by a high specificity of action and the absence of toxic effects on mammalian cells. Recently, there has been an increase in the incidence of mycoses, the most often caused by pathogenic yeast-like fungi of the genus Candida and filamentous opportunistic fungi, such as Aspergillus, against which plant defensins are able to show their activity [Aerts A.M. et al. (2008) Cell. Mol. Life Sci. 65: 2069-2079]. The increase in the incidence of fungal infections is due to a change in the normal composition of human microflora, which occurs under the influence of various sensitizing factors and the unreasonable use of antiseptic agents and antibiotics. The appearance of pathogens of mycoses resistant to known antimycotics, an increase in the number of patients with immunodeficiency and the frequency of use of catheters and implants also lead to a change in the incidence rate of fungal infections and an increase in their clinical course. Due to the lack of antifungal vaccines, antimicrobials are often used to treat mycoses, often with a number of disadvantages. Used antimycotics, as a rule, require intravenous administration, interact with other drugs, are characterized by a narrow spectrum of antimicrobial activity, pronounced side effects and high toxicity [Thevissen K. et al. (2007) Drug Discov. Today. 12: 966-971].
Из проращенных семян чечевицы обыкновенной Lens culinaris выделен дефенсин (Lc-def) (SEQ ID No. 1), состоящий из 47 аминокислотных остатков и содержащий восемь остатков цистеина, образующих четыре дисульфидные связи. Данный пептид обладает противогрибковой активностью и ингибирует рост фитопатогенных грибов. Белок-предшественник Lc-def содержит характерный для растительных дефенсинов сигнальный пептид из 27 аминокислотных остатков [Finkina E.I. et al. (2008) Biochem. Biophys. Res. Commun. 371(4):860-5].Defensin (Lc-def) (SEQ ID No. 1), consisting of 47 amino acid residues and containing eight cysteine residues forming four disulfide bonds, was isolated from germinated seeds of lentil Lens culinaris. This peptide has antifungal activity and inhibits the growth of phytopathogenic fungi. The Lc-def precursor protein contains a signal peptide characteristic of plant defensins from 27 amino acid residues [Finkina E.I. et al. (2008) Biochem. Biophys. Res. Commun. 371 (4): 860-5].
Известен наиболее близкий к заявленному способ получения дефенсина чечевицы Lc-def, заключающийся в гомогенизации проращенных семян чечевицы, экстракции, высаливании белков и нескольких последовательных стадиях очистки, включающих гель-фильтрацию, ионообменную и обращенно-фазовую хроматографии [Finkina E.I. et al. (2008) Biochem. Biophys. Res. Commun. 371(4):860-5]. Недостатками данного способа является сложная схема очистки и низкий выход продукта, составляющий 1 мг пептида на 1 кг семян.Known closest to the claimed method for producing lentil defensin Lc-def, which consists in the homogenization of germinated lentil seeds, extraction, salting out of proteins and several successive purification steps, including gel filtration, ion exchange and reverse phase chromatography [Finkina E.I. et al. (2008) Biochem. Biophys. Res. Commun. 371 (4): 860-5]. The disadvantages of this method is the complex purification scheme and a low yield of 1 mg peptide per 1 kg of seeds.
Изобретение решает задачу расширения ассортимента биологически активных пептидов и получения антимикробного пептида дефенсина чечевицы обыкновенной Lens culinaris.The invention solves the problem of expanding the range of biologically active peptides and obtaining the antimicrobial peptide of the defensin of lentils ordinary Lens culinaris.
Поставленная задача решается за счет:The problem is solved by:
1) рекомбинантной плазмидной ДНК рЕ-Trx-Lc-def, состоящей из двух фрагментов:1) recombinant plasmid DNA pE-Trx-Lc-def, consisting of two fragments:
- BglII/XhoI-фрагмента с нуклеотидной последовательностью SEQ ID No. 2, который содержит промотор транскрипции Т7 РНК-полимеразы, lac-оператор, участок связывания рибосомы и участок, кодирующий аффинную последовательность, белок-носитель тиоредоксин и дефенсин чечевицы;- BglII / XhoI fragment with the nucleotide sequence of SEQ ID No. 2, which contains a T7 RNA polymerase transcription promoter, a lac operator, a ribosome binding site and an affinity sequence coding region, a carrier protein thioredoxin and lentils defensin;
- BglII/XhoI-фрагмента плазмиды pET31b(+), который содержит терминатор транскрипции Т7 РНК-полимеразы, сайт инициации репликации, ген β-лактамазы и ген lac-репрессора (lacI);- BglII / XhoI fragment of plasmid pET31b (+), which contains the T7 RNA polymerase transcription terminator, replication initiation site, β-lactamase gene and lac repressor gene (lacI);
2) штамма-продуцента гибридного белка Trx-Lc-def путем трансформации штамма Escherichia coli BL21(DE3) указанной плазмидой pE-Trx-Lc-def;2) a producer strain of the Trx-Lc-def fusion protein by transforming the Escherichia coli strain BL21 (DE3) with the indicated plasmid pE-Trx-Lc-def;
3) способа получения дефенсина чечевицы, включающего культивирование штамма-продуцента Escherichia coli BL21(DE3)/pE-Trx-Lc-def, разрушение клеток, аффинную очистку гибридного белка Trx-Lc-def на металлохелатном носителе, расщепление гибридного белка Trx-Lc-def бромцианом по остатку метионина, введенному между последовательностями дефенсина и тиоредоксина, и очистку целевого пептида методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.3) a method for producing lentil defensin, including culturing a producer strain of Escherichia coli BL21 (DE3) / pE-Trx-Lc-def, cell destruction, affinity purification of the Trx-Lc-def fusion protein on a metal chelate carrier, cleavage of the Trx-Lc- fusion protein def with bromine cyanide on the methionine residue introduced between the sequences of defensin and thioredoxin, and purification of the target peptide by reverse phase HPLC.
С целью предотвращения преждевременной гибели микроорганизма-продуцента во время экспрессии в его клетках антимикробных пептидов и связанной с этим потери продуктивности необходимо нейтрализовать на данной стадии токсичность синтезируемого продукта. Заявленная плазмидная ДНК pE-Trx-Lc-def обеспечивает высокий уровень экспрессии дефенсина в Е.coli за счет включения его аминокислотной последовательности в состав гибридного белка Trx-Lc-def (SEQ ID No. 3), несущего последовательность тиоредоксина А. Тиоредоксин способен накапливаться в высокой концентрации (до 40%) в цитоплазме Е.coli в растворимой форме и применяется для сверхэкспрессии биологически активных полипептидов [LaVallie E.R. et al. (1993) Nature BioTechnology. 11:187-193]. Необходимость использования белка-носителя обусловлена не только токсичностью зрелого дефенсина для бактериальной клетки, но и возможностью его деградации в гетерологичной системе. Для высвобождения целевого пептида из молекулы гибридного белка Trx-Lc-def между последовательностями дефенсина и тиоредоксина вводят остаток метионина, позволяющий проводить избирательное расщепление гибридного полипептида бромцианом.In order to prevent premature death of the producer microorganism during the expression of antimicrobial peptides in its cells and the associated loss of productivity, it is necessary to neutralize the toxicity of the synthesized product at this stage. The claimed plasmid DNA pE-Trx-Lc-def provides a high level of expression of defensin in E. coli due to the inclusion of its amino acid sequence in the Trx-Lc-def fusion protein (SEQ ID No. 3) carrying the sequence of thioredoxin A. Thioredoxin is able to accumulate in a high concentration (up to 40%) in the E. coli cytoplasm in soluble form and is used for overexpression of biologically active polypeptides [LaVallie ER et al. (1993) Nature BioTechnology. 11: 187-193]. The need to use a carrier protein is due not only to the toxicity of mature defensin for a bacterial cell, but also to the possibility of its degradation in a heterologous system. To release the target peptide from the Trx-Lc-def fusion protein molecule, a methionine residue is introduced between the defensin and thioredoxin sequences, allowing selective cleavage of the fusion polypeptide with bromine cyan.
При расщеплении гибридного белка Trx-Lc-def бромцианом целесообразным является использование в качестве партнера для гетерологичной экспрессии модифицированного тиоредоксина А Е.coli, содержащего замену внутреннего остатка метионина на остаток другой аминокислоты, например на лейцин (M37L). Известно, что подобное незначительное изменение первичной структуры не оказывает влияния на пространственную структуру и свойства тиоредоксина [Rudresh et al. (2002) Protein Eng. 15(8):627-33]. Отсутствие внутренних остатков метионина в последовательности белка-носителя уменьшает число индивидуальных полипептидных фрагментов, образующихся в результате реакции с бромцианом. Расщепление гибридного белка дает всего один побочный продукт, значительно отличающийся по физико-химическим свойствам от целевого пептида, что облегчает процесс очистки последнего.When splitting the Trx-Lc-def fusion protein with cyanogen bromide, it is advisable to use E. coli as a partner for heterologous expression of modified thioredoxin A, containing the substitution of the internal methionine residue for a residue of another amino acid, for example, leucine (M37L). It is known that such a slight change in the primary structure does not affect the spatial structure and properties of thioredoxin [Rudresh et al. (2002) Protein Eng. 15 (8): 627-33]. The absence of internal methionine residues in the carrier protein sequence reduces the number of individual polypeptide fragments resulting from a reaction with cyanogen bromide. The cleavage of the hybrid protein gives only one by-product, significantly different in physicochemical properties from the target peptide, which facilitates the process of purification of the latter.
Очистку целевого пептида упрощают за счет включения в состав гибридного белка Trx-Lc-def аффинной метки, позволяющей проводить очистку гибридного полипептида методом аффинной хроматографии на сорбентах с иммобилизованными (хелатированными) ионами металлов, т.е. металлохелатную очистку. В качестве такой метки обычно используют последовательность из 4-10 остатков гистидина, чаще всего - последовательность из шести остатков гистидина, которая вводится в N-концевую или С-концевую область гибридного белка либо в область, разделяющую белок-носитель и целевой белок [Terpe K. (2003) Appl Microbiol Biotechnol. 60(5):523-33]. В качестве аффинной метки для металлохелатной очистки также используют фрагменты HAT и 6xHN [US Pat. No. 7176298].Purification of the target peptide is simplified by the inclusion of an affinity tag in the Trx-Lc-def fusion protein, which allows purification of the hybrid polypeptide by affinity chromatography on sorbents with immobilized (chelated) metal ions, i.e. metal chelate cleaning. As such a label, a sequence of 4-10 histidine residues is usually used, most often a sequence of six histidine residues, which is introduced into the N-terminal or C-terminal region of the fusion protein or in the region separating the carrier protein and the target protein [Terpe K . (2003) Appl Microbiol Biotechnol. 60 (5): 523-33]. HAT and 6xHN fragments are also used as affinity tags for metal chelate purification [US Pat. No. 7176298].
В состав заявленной плазмидной ДНК pE-Trx-Lc-def включают регуляторные элементы, контролирующие экспрессию гибридного белка: промотор и терминатор для РНК-полимеразы бактериофага Т7, lac-оператор, консенсусный сайт связывания бактериальной рибосомы, стартовый и стоп-кодоны. Для подавления базальной экспрессии гена гибридного белка в состав плазмиды pE-Trx-Lc-def включают ген lac-репрессора (lacI). В состав заявленной плазмидной ДНК входят сайт инициации репликации (Ori) плазмиды pBR322 и маркерный ген β-лактамазы, детерминирующий устойчивость трансформированных плазмидой pE-Trx-Lc-def клеток Escherichia coli к ампициллину и позволяющий проводить отбор клеток, содержащих плазмидную ДНК, путем выращивания на соответствующей селективной питательной среде.The composition of the claimed plasmid DNA pE-Trx-Lc-def includes regulatory elements that control the expression of the hybrid protein: promoter and terminator for RNA polymerase of the bacteriophage T7, lac-operator, consensus bacterial ribosome binding site, start and stop codons. To suppress the basal expression of the fusion protein gene, the lE repressor gene (lacI) is included in the plasmid pE-Trx-Lc-def. The claimed plasmid DNA includes the replication initiation site (Ori) of plasmid pBR322 and the β-lactamase marker gene, which determines the resistance of Escherichia coli cells transformed with plasmid pE-Trx-Lc-def to ampicillin and allows selection of cells containing plasmid DNA by growth on appropriate selective nutrient medium.
Конструирование плазмидной ДНК pE-Trx-Lc-def, экспрессирующей гибридный белок Trx-Lc-def, содержащий последовательность дефенсина, может быть осуществлено путем лигирования BglII/XhoI-фрагмента плазмиды pET-31b(+) (Novagen), содержащего область инициации репликации, Т7 терминатор, гены β-лактамазы и lacI, со вставкой, кодирующей ген гибридного белка. Искусственный ген, который кодирует гибридный белок, может быть получен химическим синтезом набора олигонуклеотидных фрагментов с последующей сборкой и амплификацией промежуточных и конечного продуктов при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР). Выбор структуры олигонуклеотидных праймеров для синтеза каждого из структурных элементов (промотора, оператора, сайта связывания рибосомы, тиоредоксина, аффинной последовательности, дефенсина) основывают на данных по их нуклеотидным последовательностям, доступных из открытых источников (банки данных GenBank, EMBL-Bank, DDBJ). Матрицей для амплификации последовательности тиоредоксина служит бактериальный геном либо плазмида рЕТ-32а(+) (Novagen). Замену метионинового кодона в составе тиоредоксина (M37L) при необходимости осуществляют на стадии сборки методом направленного мутагенеза при помощи ПЦР. Перед лигированием для получения липких концов очищенный ампликон и плазмидный вектор обрабатывают рестриктазами. Продуктами лигазной реакции трансформируют компетентные клетки Е.coli штамма с выключенной системой рекомбинации и рестрикции ДНК, например DH5α, DH10B или XL1-Blue. Отбор клонов, содержащих плазмиду со вставкой, проводят при помощи ПЦР и рестрикционного анализа выделенной плазмидной ДНК. Правильность сборки конструкции определяют секвенированием плазмидной ДНК.The construction of pE-Trx-Lc-def plasmid DNA expressing the Trx-Lc-def fusion protein containing the defensin sequence can be carried out by ligation of the BglII / XhoI fragment of the plasmid pET-31b (+) (Novagen) containing the replication initiation region, T7 terminator, β-lactamase and lacI genes, with an insert encoding a fusion protein gene. An artificial gene that encodes a fusion protein can be obtained by chemical synthesis of a set of oligonucleotide fragments, followed by assembly and amplification of the intermediate and final products using polymerase chain reaction (PCR). The choice of the structure of oligonucleotide primers for the synthesis of each of the structural elements (promoter, operator, ribosome binding site, thioredoxin, affinity sequence, defensin) is based on data on their nucleotide sequences available from open sources (GenBank, EMBL-Bank, DDBJ data banks). The matrix for amplification of the thioredoxin sequence is the bacterial genome or plasmid pET-32a (+) (Novagen). The replacement of the methionine codon in the composition of thioredoxin (M37L), if necessary, is carried out at the stage of assembly by the method of directed mutagenesis using PCR. Before ligation, the purified amplicon and plasmid vector are treated with restrictase enzymes to obtain sticky ends. Ligase reaction products transform competent cells of the E. coli strain with the DNA recombination and restriction system turned off, for example, DH5α, DH10B or XL1-Blue. The selection of clones containing the plasmid with the insert is carried out using PCR and restriction analysis of the isolated plasmid DNA. The correct assembly of the construct is determined by plasmid DNA sequencing.
Штамм-продуцент гибридного белка Trx-Lc-def, содержащего последовательность целевого пептида дефенсина, получают путем трансформации препаратом плазмидной ДНК pE-Trx-Lc-def компетентных клеток Е.coli и отбора клонов, обладающих способностью экспрессировать рекомбинантный белок. Наличие и уровень экспрессии рекомбинантного белка с молекулярной массой 19,1 кДа контролируют с помощью ПААГ-электрофореза в денатурирующих условиях. В качестве родительского штамма для создания штамма-продуцента используют Е.coli BL21(DE3). Преимущество использования данного штамма в качестве основы для создания штамма-продуцента заключается в том, что BL21(DE3) обладает фенотипом Lon OmpT, что исключает возможность протеолитического расщепления синтезируемого гибридного белка Trx-Lc-def и загрязнения препарата наиболее активными протеазами Е.coli. В хромосомную ДНК BL21(DE3) интегрирован ген Т7-РНК полимеразы, который совместно с Т7 промотором и Т7 терминатором в плазмиде pE-Trx-Lc-def обеспечивает продукцию гибридного белка Trx-Lc-def клетками Е.coli при индукции изопропилтио-β-D-галактозидом или лактозой. Базальная экспрессия (до момента добавления индуктора) Т7 РНК-полимеразы и гибридного белка Trx-Lc-def поддерживается на минимальном уровне благодаря наличию системы контроля на основе lac-операторов и генов lac-репрессора, присутствующих как в плазмиде pE-Trx-Lc-def, так и в хромосоме штамма-продуцента.A producer strain of the Trx-Lc-def fusion protein containing the sequence of the defensin target peptide is obtained by transforming pE-Trx-Lc-def plasmid DNA with competent E. coli cells and selecting clones capable of expressing the recombinant protein. The presence and level of expression of a recombinant protein with a molecular weight of 19.1 kDa is monitored by SDS page electrophoresis under denaturing conditions. E. coli BL21 (DE3) is used as the parent strain to create the producer strain. The advantage of using this strain as a basis for creating a producer strain is that BL21 (DE3) has the Lon OmpT phenotype, which excludes the possibility of proteolytic cleavage of the synthesized Trx-Lc-def fusion protein and contamination of the drug with the most active E. coli proteases. The T7 RNA polymerase gene is integrated into BL21 (DE3) chromosomal DNA, which, together with the T7 promoter and T7 terminator in the pE-Trx-Lc-def plasmid, provides the production of the Trx-Lc-def fusion protein by E. coli cells by inducing isopropylthio-β- D-galactoside or lactose. Basal expression (until the inducer is added) of T7 RNA polymerase and Trx-Lc-def fusion protein is kept to a minimum due to the presence of a control system based on lac-operators and lac-repressor genes present in plasmid pE-Trx-Lc-def , and in the chromosome of the producer strain.
Клетки штамма-продуцента сохраняют культурально-морфологические и физиолого-биохимические признаки родительского штамма Е.coli. Клетки мелкие, палочковидной формы, грамотрицательные, 1×3,5 мкм, подвижные, хорошо растут на обычных питательных средах (мясо-пептонный агар, мясо-пептонный бульон, LB-бульон, LB-агар, минимальная среда с глюкозой). Рост в жидких средах характеризуется ровным помутнением, осадок легко седиментирует. Клетки растут при температуре от 4°С до 42°С при оптимуме рН от 6,8 до 7,5; в качестве источника азота используют как минеральные соли аммония, так и органические соединения: аминокислоты, пептон, триптон, дрожжевой экстракт. В качестве источника углерода при росте на минимальной среде используют аминокислоты, глицерин, углеводы. Клетки проявляют устойчивость к ампициллину (до 500 мкг/мл), обусловленную наличием в плазмиде pE-Trx-Lc-def гена β-лактамазы.The cells of the producer strain retain the cultural-morphological and physiological-biochemical characteristics of the parent E. coli strain. The cells are small, rod-shaped, gram-negative, 1 × 3.5 μm, motile, grow well on ordinary nutrient media (meat-peptone agar, meat-peptone broth, LB-broth, LB-agar, minimal medium with glucose). Growth in liquid media is characterized by even turbidity; sediment easily sedimentes. Cells grow at temperatures from 4 ° C to 42 ° C with optimum pH from 6.8 to 7.5; as a source of nitrogen, both mineral ammonium salts and organic compounds are used: amino acids, peptone, tryptone, yeast extract. When growing on a minimal medium, amino acids, glycerin, and carbohydrates are used as a carbon source. Cells are resistant to ampicillin (up to 500 μg / ml) due to the presence of the β-lactamase gene in plasmid pE-Trx-Lc-def.
Штамм-продуцент хранят на чашках и косяках при температуре 4°С, пересевая на свежие среды один раз в месяц, а также при температуре минус 70°С в среде LB с добавлением 10-30% глицерина.The producer strain is stored on dishes and jambs at a temperature of 4 ° C, transferring to fresh media once a month, as well as at a temperature of minus 70 ° C in LB medium with the addition of 10-30% glycerol.
Биосинтез продукта (экспрессию) проводят следующим образом: клетки штамма-продуцента выращивают в питательной среде (например, LB, MBL или М9) с добавлением необходимого селектирующего агента (100 мкг/мл ампициллина) при температуре 20-37°С до достижения культурой средней или поздней логарифмической фазы роста, ступенчато увеличивая объем культуральной жидкости путем последовательных пересевов материала, после чего индуцируют синтез гибридного белка добавлением изопропилтио-β-D-галактозида или лактозы и инкубируют дополнительно в течение 3-24 часов при температуре 20-37°С. Увеличения выхода гибридного белка достигают с помощью принудительной аэрации культуральной жидкости и культивирования штамма-продуцента на обогащенных питательных средах (например, с добавлением глюкозы, глицерина, дикарбоновых кислот, аминокислот, неорганических солей, в т.ч. содержащих микроэлементы).The biosynthesis of the product (expression) is carried out as follows: the cells of the producer strain are grown in a nutrient medium (for example, LB, MBL or M9) with the addition of the necessary selection agent (100 μg / ml ampicillin) at a temperature of 20-37 ° C until the culture reaches an average or late logarithmic growth phase, stepwise increasing the volume of the culture fluid by successive transfers of material, after which synthesis of the hybrid protein is induced by the addition of isopropylthio-β-D-galactoside or lactose and incubated for an additional 3-24 hours at a temperature of 20-37 ° C. An increase in the yield of the hybrid protein is achieved by forced aeration of the culture fluid and cultivation of the producer strain on enriched nutrient media (for example, with the addition of glucose, glycerol, dicarboxylic acids, amino acids, inorganic salts, including those containing trace elements).
Очистка антимикробного пептида дефенсина включает следующие обязательные стадии: разрушение клеток, металлохелатную очистку гибридного белка Trx-Lc-def, обработку гибридного белка бромцианом, разделение продуктов реакции с помощью повторной металлохелатной хроматографии и очистку целевого пептида методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.Purification of the defensin antimicrobial peptide involves the following mandatory steps: cell disruption, metal chelate purification of the Trx-Lc-def fusion protein, treatment of the hybrid protein with bromine cyan, separation of reaction products by repeated metal chelate chromatography, and purification of the target peptide by reverse phase HPLC.
Для очистки клеточного материала от примесей, содержащихся в культуральной жидкости, особенно при выделении гибридного белка из клеточной культуры с низкой плотностью, желательным является предварительное концентрирование клеток с помощью центрифугирования или фильтрации. Разрушение (лизис) клеток осуществляют физическим или химическим способом или комбинацией способов, например с помощью ультразвукового дезинтегратора, Френч-пресса, дезинтегратора Гаулина, с помощью осмотического шока, детергентов, хаотропных агентов, гидролитических ферментов (лизоцим, ДНКаза). С целью снижения нагрузки на аффинный сорбент нерастворимые примеси из клеточного лизата могут быть удалены центрифугированием или фильтрацией. Для металлохелатной очистки может быть использован сорбент, содержащий такие хелатирующие группы, как иминодиацетат (IDA), нитрилотриацетат (NTA) или карбоксиметиласпартат (СМА, TALON) в комплексе с катионами Ni2+, Со2+ или Cu2+ [Chaga G.S. (2001) J Biochem Biophys Methods. 49(1-3):313-34]. Элюирование гибридного белка проводят, уменьшая рН буфера или увеличивая концентрацию имидазола либо добавляя в буфер ЭДТА. Реакцию с бромцианом проводят в стандартных условиях: растворяют белок в 60-90% трифторуксусной, уксусной или муравьиной кислоте или в 6М хлориде гуанидина с добавлением 0,1М соляной кислоты, добавляют бромциан в 10-200-кратном стехиометрическом избытке по отношению к числу остатков метионина в образце, инкубируют в темноте в течение 16-20 ч. Далее проводят очистку продуктов реакции расщепления гибридного белка с помощью повторной металлохелатной хроматографии, в ходе которой белок-носитель и нерасщепленный гибридный белок связываются с носителем, а целевой пептид уходит в проскок. Очистку дефенсина проводят методом обращенно-фазовой ВЭЖХ в системе ацетонитрил-вода с добавлением 0,1% трифторуксусной кислоты, используя градиент концентрации ацетонитрила. Степень чистоты пептида может быть повышена путем повторной очистки методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.To purify the cell material from impurities contained in the culture fluid, especially when fusion protein is isolated from a low density cell culture, it is desirable to pre-concentrate the cells by centrifugation or filtration. The destruction (lysis) of cells is carried out physically or chemically or by a combination of methods, for example using an ultrasonic disintegrator, a French press, a Gaulin disintegrator, using osmotic shock, detergents, chaotropic agents, hydrolytic enzymes (lysozyme, DNase). In order to reduce the load on the affinity sorbent, insoluble impurities from the cell lysate can be removed by centrifugation or filtration. For metal chelate cleaning, a sorbent containing chelating groups such as iminodiacetate (IDA), nitrilotriacetate (NTA) or carboxymethylaspartate (CMA, TALON) in combination with Ni 2+ , Co 2+ or Cu 2+ cations can be used [Chaga GS (2001 ) J Biochem Biophys Methods. 49 (1-3): 313-34]. Elution of the hybrid protein is carried out by decreasing the pH of the buffer or increasing the concentration of imidazole or adding EDTA to the buffer. The reaction with cyanogen bromide is carried out under standard conditions: the protein is dissolved in 60-90% trifluoroacetic, acetic or formic acid or in 6M guanidine chloride with the addition of 0.1 M hydrochloric acid, bromine is added in a 10-200-fold stoichiometric excess with respect to the number of methionine residues in the sample, incubated in the dark for 16-20 hours. Next, the products of the fusion protein cleavage reaction are purified by repeated metal chelate chromatography, during which the carrier protein and the undigested hybrid protein bind to I eat the peptide goes breakthrough. Purification of defensin is carried out by reverse phase HPLC in an acetonitrile-water system with the addition of 0.1% trifluoroacetic acid using an acetonitrile concentration gradient. The purity of the peptide can be increased by repeated purification by reverse phase HPLC.
Идентичность рекомбинантного и природного дефенсина устанавливают методами ПААГ-электрофореза в денатурирующих условиях, МАЛДИ-времяпролетной масс-спектрометрии, секвенирования N-концевой аминокислотной последовательности по методу Эдмана, тестирования антимикробной активности методом серийных разведений в жидкой питательной среде. Степень очистки определяют методами ПААГ-электрофореза в денатурирующих условиях и МАЛДИ-времяпролетной масс-спектрометрии, а также с помощью повторной обращенно-фазовой ВЭЖХ.The identity of recombinant and natural defensin is established by methods of SDS page electrophoresis under denaturing conditions, MALDI time-of-flight mass spectrometry, sequencing of the N-terminal amino acid sequence by the Edman method, antimicrobial activity testing by the method of serial dilutions in a liquid nutrient medium. The degree of purification is determined by methods of PAGE-electrophoresis under denaturing conditions and MALDI-time-of-flight mass spectrometry, as well as using repeated reverse-phase HPLC.
Изобретение иллюстрируют графические материалы:The invention is illustrated by graphic materials:
Фиг.1. Физическая карта рекомбинантной плазмидной ДНК для экспрессии антимикробного пептида дефенсина: BglII, XhoI - сайты рестрикции; pBR322 Ori - участок инициации репликации плазмиды; bla - ген устойчивости к β-лактамным антибиотикам; lacI - ген lac-репрессора; Т7 promoter - промотор транскрипции; Т7 terminator - терминатор транскрипции; lac operator - сайт связывания lac-репрессора; RBS - сайт связывания рибосомы; His8 - аффинная последовательность из восьми остатков гистидина; Trx - последовательность, кодирующая тиоредоксин; Lc-def - последовательность, кодирующая дефенсин.Figure 1. Physical map of recombinant plasmid DNA for expression of the defensin antimicrobial peptide: BglII, XhoI - restriction sites; pBR322 Ori — plasmid replication initiation site; bla - gene for resistance to β-lactam antibiotics; lacI - lac repressor gene; T7 promoter - transcription promoter; T7 terminator - transcription terminator; lac operator - lac repressor binding site; RBS - ribosome binding site; His8 is an affinity sequence of eight histidine residues; Trx is a sequence encoding thioredoxin; Lc-def is the sequence encoding defensin.
Фиг.2. Электрофоретический анализ экспрессии и очистки дефенсина: М - стандарт молекулярных масс; 1 - суммарный клеточный лизат, содержащий гибридный белок Trx-Lc-def; 2 - проскок с колонки с Ni сефарозой; 3 - элюат, содержащий гибридный белок; 4 - диализат; 5 - продукты реакции с бромцианом; 6 - Lc-def, очищенный с помощью ВЭЖХ.Figure 2. Electrophoretic analysis of the expression and purification of defensin: M - molecular weight standard; 1 - total cell lysate containing the Trx-Lc-def fusion protein; 2 - slip from the column with Ni sepharose; 3 - eluate containing a hybrid protein; 4 - dialysate; 5 - reaction products with bromine cyan; 6 - Lc-def purified by HPLC.
Фиг.3. Хроматограмма очистки рекомбинантного дефенсина методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.Figure 3. Chromatogram of purification of recombinant defensin by reverse phase HPLC.
Фиг.4. MALDI масс-спектр дефенсина, полученного генно-инженерным способом.Figure 4. MALDI mass spectrum of defensin obtained by genetic engineering.
Изобретение иллюстрируют примеры.The invention is illustrated by examples.
Пример 1.Example 1
Конструирование рекомбинантной плазмидной ДНК pE-Trx-Lc-def.Construction of recombinant plasmid DNA pE-Trx-Lc-def.
Нуклеотидную последовательность SEQ ID No. 2, содержащую промотор транскрипции Т7 РНК-полимеразы, lac-оператор, участок связывания рибосомы и участок, кодирующий гибридный полипептид (последовательно связанные гистидиновый октамер, тиоредоксин с заменой M37L, сайт расщепления бромцианом и дефенсин), получают химико-ферментативным синтезом с помощью ПЦР. Олигонуклеотиды, используемые в ПЦР, синтезируют твердофазным фосфоамидитным методом с наращиванием олигонуклеотидной цепи в направлении от 3'-конца к 5'-концу с помощью защищенных фосфамидитов - 5'-диметокситритил-N-ацил-2'-дезоксинуклеозид-3'-O-(β-цианэтилдиизопропиламино)-фосфитов, активированных тетразолом.The nucleotide sequence of SEQ ID No. 2, containing a T7 RNA polymerase transcription promoter, a lac operator, a ribosome binding site and a hybrid polypeptide coding region (sequentially linked histidine octamer, thioredoxin with M37L substitution, bromine cyan cleavage site and defensin), are obtained by PCR using enzymatic-chemical synthesis. The oligonucleotides used in PCR are synthesized by the solid-state phosphoamidite method with the growth of the oligonucleotide chain in the direction from the 3'-end to the 5'-end using protected phosphamidites - 5'-dimethoxytrityl-N-acyl-2'-deoxynucleoside-3'-O- (β-cyanoethyl diisopropylamino) phosphites activated with tetrazole.
Фрагмент, кодирующий белок-носитель тиоредоксин (M37L), получают методом ПЦР-амплификации и направленного мутагенеза с помощью ген-специфических праймеров, используя в качестве исходной матрицы плазмиду рЕТ32а(+), содержащую ген тиоредоксина. Остальные участки последовательности pE-Trx-Lc-def получают путем последовательного отжига и элонгации взаимно перекрывающихся олигонуклеотидов, а также отжига, элонгации и амплификации промежуточных продуктов синтеза. На завершающей стадии синтеза последовательность амплифицируют с помощью праймеров, несущих на 5'-концах сайты узнавания рестриктаз BglII и XhoI. Продукт амплификации гидролизуют указанными рестриктазами, очищают электрофорезом в 1,5% агарозном геле, полосу ДНК величиной 650 п.н. выделяют из геля методом электроэлюции в 15% раствор ПЭГ-6000 и лигируют с фрагментом ДНК размером 5,3 тыс. п.н., полученным в результате обработки плазмиды pET31b(+) рестриктазами BglII и XhoI. В результате лигазной реакции получают кольцевую ковалентно замкнутую ДНК размером 5903 п.н. (фиг.1). Продуктами лигазной реакции трансформируют компетентные клетки E.coli DH10B, приготовленные с помощью 0,1 М хлорида кальция. После трансформации суспензию бактерий смешивают с питательной средой LB, растят 1 ч при 37°С и высевают на чашки Петри с LB-агаром, содержащим 50 мкг/мл ампициллина.The fragment encoding the carrier protein thioredoxin (M37L) was obtained by PCR amplification and directed mutagenesis using gene-specific primers using the pET32a (+) plasmid containing the thioredoxin gene as the initial template. The remaining sections of the pE-Trx-Lc-def sequence are obtained by sequential annealing and elongation of mutually overlapping oligonucleotides, as well as annealing, elongation and amplification of intermediate synthesis products. At the final stage of the synthesis, the sequence is amplified using primers carrying restriction enzyme recognition sites BglII and XhoI at the 5'-ends. The amplification product is hydrolyzed with the indicated restriction enzymes, purified by electrophoresis in a 1.5% agarose gel, a 650 bp DNA strip. PEG-6000 is isolated from the gel by electroelution in a 15% solution and ligated with a 5.3 kbp DNA fragment obtained by treatment of plasmid pET31b (+) with BglII and XhoI restriction enzymes. As a result of the ligase reaction, circular covalently closed DNA of 5903 bp is obtained (figure 1). The ligase reaction products transform competent E. coli DH10B cells prepared with 0.1 M calcium chloride. After transformation, the bacterial suspension is mixed with LB medium, grown for 1 h at 37 ° C and plated on Petri dishes with LB agar containing 50 μg / ml ampicillin.
Первичный отбор клонов, содержащих нужную плазмиду, осуществляют методом «ПЦР с клонов» с использованием праймеров на плазмидный остов и вставку. Отобранные клоны подращивают в жидкой питательной среде и выделяют плазмидную ДНК, которую анализируют на наличие вставки с помощью рестрикционного анализа. Окончательное строение плазмид, содержащих требуемый фрагмент, подтверждают определением нуклеотидной последовательности секвенированием по Сэнгеру. По данным секвенирования отбирают плазмиду со вставкой, нуклеотидная последовательность которой полностью соответствует запланированной (SEQ ID No. 2).The primary selection of clones containing the desired plasmid is carried out by the method of "PCR from clones" using primers for the plasmid backbone and insert. Selected clones are grown in a liquid nutrient medium and plasmid DNA is isolated, which is analyzed for the presence of insert using restriction analysis. The final structure of plasmids containing the desired fragment is confirmed by determining the nucleotide sequence by Sanger sequencing. According to sequencing data, a plasmid with an insert is selected, the nucleotide sequence of which is fully consistent with the planned one (SEQ ID No. 2).
Пример 2.Example 2
Получение штамма-продуцента Escherichia coli BL21(DE3)/pE-Trx-Lc-def, вырабатывающего гибридный белок Trx-Lc-def, и определение его продуктивности.Obtaining a producer strain of Escherichia coli BL21 (DE3) / pE-Trx-Lc-def, producing a hybrid protein Trx-Lc-def, and determining its productivity.
Проводят трансформацию компетентных клеток Е.coli BL21(DE3), приготовленных с помощью 0,1М хлорида кальция, плазмидой pE-Trx-Lc-def, описанной в примере 1. После трансформации суспензию бактерий смешивают с питательной средой LB, растят 1 ч при 37°С и высевают на чашки Петри с LB-агаром, содержащим 50 мкг/мл ампициллина и 20 ммоль/л глюкозы. Чашки инкубируют при 37°С в течение 18 ч.Competent E. coli BL21 (DE3) cells prepared using 0.1 M calcium chloride were transformed with the plasmid pE-Trx-Lc-def described in Example 1. After the transformation, the bacterial suspension was mixed with LB medium and grown for 1 h at 37 ° C and plated on Petri dishes with LB agar containing 50 μg / ml ampicillin and 20 mmol / l glucose. The plates are incubated at 37 ° C for 18 hours.
Микробиологической петлей переносят выросшие колонии в 10 мл жидкой среды LB, содержащей 150 мкг/мл ампициллина, подращивают до оптической плотности OD600 0,7 на термостатируемой качалке со скоростью вращения 200 мин-1 при температуре 37°С, отбирают 0,3 мл культуры для последующего электрофоретического анализа, добавляют индуктор - изопропилтио-β-D-галактозид до концентрации 0,2 мМ и продолжают инкубацию при температуре 30°С в течение 5 ч, отбирая каждый час пробы по 0,3 мл для определения оптической плотности OD600 и последующего электрофоретического анализа. Равные аликвоты суспензии клеток, отобранных до внесения индуктора и после завершения роста, центрифугируют, отделяют супернатант и анализируют осадок клеток ПААГ-электрофорезом в денатурирующих условиях. Для этого образцы лизируют буфером, содержащим 2% додецилсульфат натрия (SDS), на водяной бане в течение 5 мин. Электрофорез проводят в 15% ПААГ в присутствии SDS. Гель прокрашивают 0,1% кумасси G-250 в присутствии 25% изопропилового спирта. Появление отчетливой полосы в области 19 кДа в образцах, отобранных после индукции, свидетельствует о способности штамма синтезировать гибридный полипептид Trx-Lc-def (фиг.2). Относительное содержание гибридного белка определяют путем сканирования и денситометрического анализа окрашенных гелей.The grown colonies are transferred with a microbiological loop in 10 ml of LB liquid medium containing 150 μg / ml ampicillin, grown to an optical density of OD 600 0.7 on a temperature-controlled shaker at a rotation speed of 200 min -1 at a temperature of 37 ° C, 0.3 ml of culture are selected for subsequent electrophoretic analysis, add the inducer isopropylthio-β-D-galactoside to a concentration of 0.2 mM and continue incubation at 30 ° C for 5 hours, taking 0.3 ml samples every hour to determine the optical density of OD 600 and subsequent electrophoretic Alisa. Equal aliquots of the cell suspension, taken before the inducer was introduced and after growth was complete, were centrifuged, the supernatant was separated, and the cell pellet was analyzed by PAGE by electrophoresis under denaturing conditions. For this, samples are lysed with a buffer containing 2% sodium dodecyl sulfate (SDS) in a water bath for 5 minutes. Electrophoresis is carried out in 15% SDS page in the presence of SDS. The gel is stained with 0.1% Coomassie G-250 in the presence of 25% isopropyl alcohol. The appearance of a distinct band in the region of 19 kDa in samples taken after induction indicates the ability of the strain to synthesize the Trx-Lc-def hybrid polypeptide (Fig. 2). The relative content of the hybrid protein is determined by scanning and densitometric analysis of stained gels.
Пример 3.Example 3
Получение рекомбинантного антимикробного пептида дефенсина.Obtaining a recombinant antimicrobial peptide defensin.
Клетки штамма-продуцента Escherichia coli BL21(DE3)/pE-Trx-Lc-def, полученного согласно примеру 2, выращивают в жидкой питательной среде LB с добавлением 100 мкг/мл ампициллина и 20 ммоль/л глюкозы до достижения культурой оптической плотности OD600 0,7 при температуре 37°С. Индукцию синтеза белка проводят с помощью изопропил-β-D-галактозида в концентрации 0,2 мМ, после чего инкубируют 4 часа при температуре 30°С. Уровень экспрессии гибридного белка, а также содержание гибридного белка, белка-носителя и целевого пептида в препарате на последующих стадиях очистки определяют с помощью ПААГ-электрофореза в трис-глициновой буферной системе в денатурирующих условиях.The cells of the producer strain Escherichia coli BL21 (DE3) / pE-Trx-Lc-def, obtained according to example 2, are grown in liquid nutrient medium LB with the addition of 100 μg / ml ampicillin and 20 mmol / l glucose until the culture reaches an optical density of OD 600 0.7 at a temperature of 37 ° C. The induction of protein synthesis is carried out using isopropyl-β-D-galactoside at a concentration of 0.2 mm, after which they are incubated for 4 hours at a temperature of 30 ° C. The expression level of the hybrid protein, as well as the content of the hybrid protein, the carrier protein and the target peptide in the preparation at the subsequent stages of purification, is determined using PAGE electrophoresis in Tris-glycine buffer system under denaturing conditions.
По окончании ферментации клеточную биомассу отделяют центрифугированием при 4000 g в течение 10 мин, ресуспендируют в буфере А (50 мМ трис-HCl, 0,5 М NaCl, 20 мМ имидазол, рН 7,8), содержащем 1 мМ фенилметилсульфонилфторид (PMSF), и разрушают клетки с помощью ультразвукового гомогенизатора. Полученный лизат центрифугируют (осветляют) при 25000 g в течение 20 мин. Все работы по получению осветленного лизата проводят при температуре 4°С. Очистку гибридного белка Trx-Lc-def, содержащего в качестве аффинной метки октагистидиновую последовательность, осуществляют с помощью металлохелатной хроматографии на препаративной колонке с Ni сефарозой, уравновешенной буфером А. Для этого осветленный лизат наносят на колонку, промывают колонку четырехкратным объемом буфера А и элюируют связавшийся с носителем гибридный белок буфером В (50 мМ трис-HCl, 0,5 М NaCl, 0,5 М имидазол, рН 7,8). Элюат, содержащий гибридный белок, диализируют против 100-кратного объема воды в течение ночи при температуре 4°С через мембрану с размером пор 12 кДа и лиофильно высушивают.After fermentation, the cell biomass was separated by centrifugation at 4000 g for 10 min, resuspended in buffer A (50 mm Tris-HCl, 0.5 M NaCl, 20 mm imidazole, pH 7.8) containing 1 mm phenylmethyl sulfonyl fluoride (PMSF), and destroy cells using an ultrasonic homogenizer. The resulting lysate is centrifuged (clarified) at 25,000 g for 20 minutes. All work on obtaining clarified lysate is carried out at a temperature of 4 ° C. Purification of the Trx-Lc-def fusion protein containing the octahytidine sequence as an affinity tag is carried out using metal chelate chromatography on a preparative Ni Sepharose column equilibrated with buffer A. For this, the clarified lysate is applied to the column, the column is washed with four times the volume of buffer A, and the bound with carrier hybrid protein buffer B (50 mm Tris-HCl, 0.5 M NaCl, 0.5 M imidazole, pH 7.8). The eluate containing the fusion protein is dialyzed against a 100-fold volume of water overnight at 4 ° C. through a 12 kDa membrane and freeze-dried.
Очищенный гибридный белок Trx-Lc-def растворяют в 80% трифторуксусной кислоте в концентрации 20 мг/мл, добавляют равную массу бромциана (1 г бромциана на 1 г белка) и выдерживают при температуре 25°С в защищенном от света месте в течение 16 ч. Реакцию останавливают добавлением пятикратного объема деионизированной воды, после чего образец лиофильно высушивают. Процедуру добавления воды и упаривания повторяют трижды.The purified Trx-Lc-def fusion protein is dissolved in 80% trifluoroacetic acid at a concentration of 20 mg / ml, an equal mass of bromine cyan (1 g bromine cyan per 1 g protein) is added and kept at a temperature of 25 ° C in a dark place for 16 hours The reaction is stopped by adding five times the volume of deionized water, after which the sample is freeze-dried. The procedure for adding water and evaporation is repeated three times.
Очистку рекомбинантного белка от нерасщепленного гибридного белка и белка носителя проводят с помощью повторной металлохелатной хроматографии в той же буферной системе на колонке с Ni сефарозой. Образцы для нанесения на металлохелатную колонку готовят, растворяя упаренный после расщепления бромцианом образец в буфере А в концентрации 20 мг/мл. Остатки кислоты нейтрализуют, добавляя раствор щелочи (1 М NаОН) до рН 7,0.Purification of the recombinant protein from the unsplit fusion protein and the carrier protein was carried out using repeated metal chelate chromatography in the same buffer system on a column of Ni Sepharose. Samples for application to a metal chelate column are prepared by dissolving a sample evaporated after bromine-cyan cleavage in buffer A at a concentration of 20 mg / ml. Residues of the acid are neutralized by adding an alkali solution (1 M NaOH) to a pH of 7.0.
Окончательную очистку дефенсина проводят с помощью обращенно-фазовой ВЭЖХ на препаративной колонке Reprosil-Pur C18-AQ (d=5 мкм, 250×10 мм) в линейном градиенте концентрации ацетонитрила 5-80% в течение 60 мин в присутствии 0,1% трифторуксусной кислоты (фиг.3). Детектирование ведут при длине волны 214 нм. Фракцию, содержащую дефенсин, собирают и лиофильно высушивают. Выход пептида в пересчете на 1 л клеточной культуры составляет 3 мг.The final purification of defensin is carried out using reverse-phase HPLC on a Reprosil-Pur C 18 -AQ preparative column (d = 5 μm, 250 × 10 mm) in a linear gradient of 5-80% acetonitrile concentration for 60 min in the presence of 0.1% trifluoroacetic acid (figure 3). Detection is carried out at a wavelength of 214 nm. The fraction containing defensin is collected and freeze-dried. The yield of the peptide in terms of 1 l of cell culture is 3 mg.
Для определения N-концевой аминокислотной последовательности дефенсина применяют автоматическое микросеквенирование на приборе Procise 491 cLC Protein Sequencing System (PE Applied Biosystems). Идентификацию фенилтиогидантоин-производных аминокислот проводят на анализаторе 120А РТН Analyzer (PE Applied Biosystems). В основе методики автоматического определения аминокислотной последовательности пептидов и белков лежит метод химической деградации полипептидной цепи по методу Эдмана, позволяющий последовательно отщеплять N-концевые аминокислотные остатки в виде фенилтиогидантоинов и идентифицировать отщепленные производные аминокислот методом обращенно-фазовой ВЭЖХ. В результате автоматического микросеквенирования устанавливают идентичность аминокислотных последовательностей генно-инженерного и природного дефенсина.Automatic microsequencing on a Procise 491 cLC Protein Sequencing System (PE Applied Biosystems) is used to determine the N-terminal amino acid sequence of defensin. The identification of phenylthiohydantoin derivatives of amino acids is carried out on a 120A PTH Analyzer (PE Applied Biosystems). The method for the automatic determination of the amino acid sequence of peptides and proteins is based on the method of chemical degradation of the polypeptide chain according to the Edman method, which allows one to sequentially cleave the N-terminal amino acid residues in the form of phenylthiohydantoins and identify the cleaved amino acid derivatives by reverse phase HPLC. As a result of automatic microsequencing, the amino acid sequences of genetic engineering and natural defensin are identified.
Для определения молекулярной массы очищенного пептида используют МАЛДИ-времяпролетный масс-спектрометрический анализ на приборе Reflex III (Bruker Daltonics), оснащенном УФ-лазером с длиной волны 336 нм. В качестве матрицы используют 2,5-дигидроксибензойную кислоту в смеси, содержащей 20% ацетонитрил и 0,1% трифторуксусную кислоту. Полученный пик с m/z 5441,29 (фиг.4) соответствует молекулярному иону природного дефенсина (расчетная молекулярная масса составляет 5440,21 Да), стабилизированного четырьмя дисульфидными связями.To determine the molecular weight of the purified peptide, MALDI time-of-flight mass spectrometric analysis was performed on a Reflex III instrument (Bruker Daltonics) equipped with a 336 nm UV laser. As a matrix, 2,5-dihydroxybenzoic acid is used in a mixture containing 20% acetonitrile and 0.1% trifluoroacetic acid. The resulting peak with m / z 5441.29 (Fig. 4) corresponds to the molecular ion of natural defensin (calculated molecular weight is 5440.21 Da), stabilized by four disulfide bonds.
Пример 4.Example 4
Тестирование антимикробной активности дефенсина.Testing the antimicrobial activity of defensin.
Антимикробную активность рекомбинантного Lc-def определяют методом серийных разведений пептида в жидкой питательной среде с культурой спор. Фитопатогенные грибы Aspergillus niger VKM F-2259, Aspergillus versicolor VKM F-114, Botrytis cinerea VKM F-85, Fusarium culmorum VKM F-844, Fusarium oxysporum TCXA-4 и Neurospora crassa VKM F-184 выращивают на стерильных чашках Петри с картофельно-сахарозным агаром в течение 10 дней при комнатной температуре до начала активной споруляции. Выросший на поверхности мицелий грибов разрезают на квадраты размером 1×1 см, помещают в 3 мл стерильной воды и инкубируют на термостатируемом шейкере при 25°C с целью высвобождения и перевода в суспензию спор. Концентрацию спор определяют с помощью камеры Горяева. В лунки 96-луночного планшета вносят по 110 мкл суспензии спор, разбавленной картофельно-сахарозным бульоном до концентрации 104 спор/мл, и по 10 мкл стерильных растворов пептида различной концентрации в 0,1% трифторуксусной кислоте. Каждый вариант теста ставят в трех повторностях. Планшет инкубируют в термостатируемом шейкере при 25°С в течение 48 ч. Прорастание спор исследуют с помощью микроскопа СХ31 (Olympus) и оценивают путем измерения оптической плотности культуры в лунках при 620 нм при помощи планшетного фотометра Multiscan EX (Thermo Scientific). В качестве отрицательного контроля используют 0,1% трифторуксусную кислоту. Результаты обсчитывают с помощью программы Multiscan Magic 3.1. За МИК50 (минимальную ингибирующую концентрацию) дефенсина для данного штамма принимают минимальную концентрацию пептида, при которой достигается 50% ингибирование роста гриба по сравнению с отрицательным контролем. Результаты тестирования активности рекомбинантного пептида, полученного заявленным способом, представлены в таблице 1.The antimicrobial activity of recombinant Lc-def is determined by serial dilutions of the peptide in a liquid nutrient medium with a spore culture. Phytopathogenic fungi Aspergillus niger VKM F-2259, Aspergillus versicolor VKM F-114, Botrytis cinerea VKM F-85, Fusarium culmorum VKM F-844, Fusarium oxysporum TCXA-4 and Neurospora crassa VKM F-184 are grown in sterile potatoes on potatoes sucrose agar for 10 days at room temperature until active sporulation begins. The fungal mycelium grown on the surface is cut into 1 × 1 cm squares, placed in 3 ml of sterile water and incubated on a thermostatic shaker at 25 ° C in order to release and transfer the spores into suspension. The spore concentration is determined using a Goryaev camera. 110 μl of a spore suspension diluted in potato-sucrose broth to a concentration of 10 4 spores / ml and 10 μl of sterile peptide solutions of various concentrations in 0.1% trifluoroacetic acid are added to the wells of a 96-well plate. Each test option is set in triplicate. The plate is incubated in a thermostatic shaker at 25 ° C for 48 hours. Spore germination is examined using a CX31 microscope (Olympus) and evaluated by measuring the absorbance of the culture in the wells at 620 nm using a Multiscan EX plate photometer (Thermo Scientific). As a negative control, 0.1% trifluoroacetic acid is used. The results are calculated using the program Multiscan Magic 3.1. For MIC 50 (minimum inhibitory concentration) of defensin for this strain, the minimum concentration of the peptide is taken at which 50% inhibition of fungal growth is achieved compared to the negative control. The results of testing the activity of the recombinant peptide obtained by the claimed method are presented in table 1.
Полученный рекомбинантный Lc-def ингибирует рост фитопатогенного гриба А. niger, являющегося причиной развития аспергиллезной гнили у растений и аспергиллеза у человека, с той же эффективностью, что и природный дефенсин. Рекомбинантный пептид также ингибирует рост еще пяти фитопатогенных грибов, а именно A. versicolor, F. culmorum, F. oxysporum, N. crassa и В. cinerea. Наиболее чувствительной к рекомбинантному Lc-def является культура N. crassa, эффективность ингибирования роста которой через 48 часов составляет 100% для дефенсина в концентрации 37 мкМ/л.The resulting recombinant Lc-def inhibits the growth of the phytopathogenic fungus A. niger, which causes the development of aspergillic rot in plants and aspergillosis in humans, with the same efficiency as natural defensin. The recombinant peptide also inhibits the growth of five other phytopathogenic fungi, namely A. versicolor, F. culmorum, F. oxysporum, N. crassa and B. cinerea. The most sensitive to recombinant Lc-def is the culture of N. crassa, the growth inhibition efficiency of which after 48 hours is 100% for defensin at a concentration of 37 μM / L.
Claims (3)
- BglII/XhoI-фрагмента с нуклеотидной последовательностью SEQ ID No.
2, содержащего промотор транскрипции Т7 РНК-полимеразы, lac-оператор, участок связывания рибосомы и участок, кодирующий аффинную метку, белок тиоредоксин и дефенсин;
- BglII/XhoI-фрагмента плазмиды рЕТ31b(+), содержащего терминатор транскрипции Т7 РНК-полимеразы, сайт инициации репликации, ген β-лактамазы и ген lac-peпpeccopa (lacI).1. Recombinant plasmid DNA pE-Trx-Lc-def for expression in Escherichia coli cells of the antimicrobial lentil defensin peptide Lens culinaris as part of the Trx-Lc-def fusion protein, consisting of two DNA fragments ligated at the sticky ends:
- BglII / XhoI fragment with the nucleotide sequence of SEQ ID No.
2, comprising a T7 RNA polymerase transcription promoter, a lac operator, a ribosome binding site and an affinity tag coding region, a thioredoxin protein and defensin;
- BglII / XhoI fragment of plasmid pET31b (+) containing the T7 RNA polymerase transcription terminator, replication initiation site, β-lactamase gene, and lac-peppeccopa (lacI) gene.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154169/10A RU2456345C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154169/10A RU2456345C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2456345C1 true RU2456345C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46847397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010154169/10A RU2456345C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2456345C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580031C2 (en) * | 2015-03-16 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | PLASMID VECTOR pET-His8-TrxL-Acip1 STRAIN OF BACTERIA Escherichia coli BL21(DE3)/pET-His8-TrxL-Acip1 FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE ACIPENSINA-1 AND METHOD OF PRODUCING SAID PEPTIDE |
RU2786706C2 (en) * | 2021-06-11 | 2022-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Международная лаборатория "Резистом" | Composition based on hybrid recombinant polypeptide for protecting plants from diseases caused by oomycetes |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2316590C1 (en) * | 2006-06-16 | 2008-02-10 | Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук | RECOMBINANT PLASMID DNA pE-His8-TrxL-Ar2 ENCODING FUSION PROTEIN COMPRISING ANTIMICROBIAL SEA ANNELID WORM Arenicola marina PEPTIDE ARENICIN AND STRAIN Escherichia coli BL21(DE3)/pE-His8-TrxL-Ar2 AS PRODUCER OF ARENICIN-CONTAINING FUSION PROTEIN |
-
2010
- 2010-12-30 RU RU2010154169/10A patent/RU2456345C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2316590C1 (en) * | 2006-06-16 | 2008-02-10 | Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук | RECOMBINANT PLASMID DNA pE-His8-TrxL-Ar2 ENCODING FUSION PROTEIN COMPRISING ANTIMICROBIAL SEA ANNELID WORM Arenicola marina PEPTIDE ARENICIN AND STRAIN Escherichia coli BL21(DE3)/pE-His8-TrxL-Ar2 AS PRODUCER OF ARENICIN-CONTAINING FUSION PROTEIN |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Huang L et al. Production of bioactive human beta-defensin 5 and 6 in Escherichia coli by soluble fusion expression. Protein Expression and Purification. 2008, 61: 168-174. Finkina El et al. A novel defensin from the lentil Lens culinaris seeds. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2008, 371: 860-865. Andersen AS et al. A novel approach to the antimicrobial activity of maggot debridement therapy. J Antimicrob Chemother (June 11, 2010); 65: 1646-1654. Vijayan S et al. Prokaryotic expression of a constitutively expressed Tephrosia villosa defensin and its potent antifiingal activity. Appi Microbiol Biotechnol (2008) 80:1023-1032. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580031C2 (en) * | 2015-03-16 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | PLASMID VECTOR pET-His8-TrxL-Acip1 STRAIN OF BACTERIA Escherichia coli BL21(DE3)/pET-His8-TrxL-Acip1 FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE ACIPENSINA-1 AND METHOD OF PRODUCING SAID PEPTIDE |
RU2786706C2 (en) * | 2021-06-11 | 2022-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Международная лаборатория "Резистом" | Composition based on hybrid recombinant polypeptide for protecting plants from diseases caused by oomycetes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ji et al. | Identification and characterization of a serine protease from Bacillus licheniformis W10: A potential antifungal agent | |
JP5080467B2 (en) | Proteins extracted from plants of the genus Lupine or produced in transformed form, and methods of use thereof | |
CN111205359A (en) | Scyreproxcin as antibacterial peptide of scylla paramamosain and application thereof | |
Pizzo et al. | A new active antimicrobial peptide from PD-L4, a type 1 ribosome inactivating protein of Phytolacca dioica L.: A new function of RIPs for plant defence? | |
Stöckli et al. | Coprinopsis cinerea intracellular lactonases hydrolyze quorum sensing molecules of Gram-negative bacteria | |
US11142552B2 (en) | Protein against fungal pathogens | |
RU2456345C1 (en) | RECOMBINANT PLASMID DNA pЕ-Trx-Lc-def, Escherichia coli STRAIN FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE OF LENTIL DEFENSIN Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PEPTIDE | |
RU2580031C2 (en) | PLASMID VECTOR pET-His8-TrxL-Acip1 STRAIN OF BACTERIA Escherichia coli BL21(DE3)/pET-His8-TrxL-Acip1 FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE ACIPENSINA-1 AND METHOD OF PRODUCING SAID PEPTIDE | |
CN107266539A (en) | A kind of bacillus licheniformis W10 antibacterial proteins and application | |
RU2316595C1 (en) | Method for preparing antimicrobial peptide arenicin | |
Mohd-Yusoff et al. | Trypsin inhibitor isolated from Streptomyces misionensis UMS1 has anti-bacterial activities and activates α-amylase | |
US10266842B2 (en) | Polypeptides against plant pathogenic fungi | |
RU2618850C2 (en) | pET-mChBac75Na PLASMID VECTOR, ESCHRICHIA COLI BL21(DE3/ pET-mChBac75Na BACTERIA STRAINS FOR CHBAC7NA MINIBACTENECIN ANTIMICROBIAL PEPTIDE EXPRESSION AND METHODS FOR PRODUCTION OF THESE PEPTIDES | |
RU2415940C1 (en) | PLASMID VECTOR pE-Lc-LTP, Escherichia coli BACTERIUM STRAIN FOR EXPRESSION OF LIPID-TRANSPORTING LENTIL PROTEINS Lens culinaris AND METHOD FOR PRODUCING SAID PROTEINS | |
RU2347811C1 (en) | RECOMBINANT PLASMID DNA pET-KSI-Buf2, CODING HYBRID PROTEIN, CONTAINING ANTIMICROBIAL PEPTIDE BUFORIN-2, STRAIN OF Escherichia coli BL21(DE3)/pET-KSI-Buf2-PRODUCER OF INDICATED PROTEIN AND METHOD OF OBTAINING ANTIMICROBIAL PEPTIDE BUFORIN-2 | |
CN1888052A (en) | Separation and purification of protein BS2 resisting cotton blight and verticillium wilt and cloning of BS2 gene | |
US10597430B2 (en) | Chimeric gene for heterologous expression which encodes for peptides with antimicrobial activity | |
RU2412999C1 (en) | PLASMID VECTOR pE-Trx-Aur, STRAIN ESCHERICHIA COLI FOR EXPRESSION OF ANTIMICROBIAL PEPTIDE AURELIN AND METHOD OF SAID PEPTIDE OBTAINING | |
CN119351422B (en) | ScPsbP gene and protein with disease resistance and application | |
CN110923289A (en) | A screening method for a drug for the treatment of citrus Huanglongbing | |
CN111138518B (en) | Expression and application of bacterial transposon component protein and truncation thereof | |
RU2721273C1 (en) | Nikomycin peptide from nereid nicomache minor possessing antimicrobial and antitumour activity | |
CN110128519B (en) | Recombinant buckwheat defensin protein and preparation method and application thereof | |
Mangum | Extracellular Proteins from a Novel Serratia Isolate Capable of Killing Phytophthora erythroseptica | |
Sinelnikov et al. | CLONING AND EXPRESSION OF CHITINASE 19 FAMILIE FROM D. CAPENSIS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151231 |