RU2510821C1 - Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application - Google Patents

Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application Download PDF

Info

Publication number
RU2510821C1
RU2510821C1 RU2012145332/10A RU2012145332A RU2510821C1 RU 2510821 C1 RU2510821 C1 RU 2510821C1 RU 2012145332/10 A RU2012145332/10 A RU 2012145332/10A RU 2012145332 A RU2012145332 A RU 2012145332A RU 2510821 C1 RU2510821 C1 RU 2510821C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strain
bacillus pumilus
gene
proteolytic activity
protease
Prior art date
Application number
RU2012145332/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Маргарита Рашидовна Шарипова
Нелли Павловна Балабан
Альберт Анатольевич Ризванов
Айслу Миркасымовна Марданова
Мадина Рафаэлевна Каримова
Елена Ильясовна Шагимарданова
Анна Александровна Тойменцева
Нямсурэн Чулунцэцэг
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ)
Priority to RU2012145332/10A priority Critical patent/RU2510821C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510821C1 publication Critical patent/RU2510821C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to field of biotechnology, namely to microorganisms and ferments, and represents strain of bacteria Bacillus pumilus MK-10 All-Russian collection of industrial microorganisms B-10742. Claimed strain is obtained from initial strain of bacteria Bacillus pumilus 3-19 by inactivation of gene of major serine protease on chromosome.
EFFECT: invention makes it possible to extend assortment of bacteria stains, applied as recipient with low proteolytic activity in production of heterologous proteins.
3 cl, 3 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Заявленное техническое решение (предлагаемый штамм) относится к области биотехнологии, а именно к микроорганизмам и ферментам. Может быть использовано в микробиологической промышленности и генетической инженерии.The claimed technical solution (the proposed strain) relates to the field of biotechnology, namely to microorganisms and enzymes. It can be used in the microbiological industry and genetic engineering.

Наличие дефекта по генам доминирующих протеаз или дефицит таких генов у бактерий делает их (бактерии) универсальными продуцентами рекомбинантных белков, например,- применяемых для производства лекарственных препаратов со стабильными свойствами.The presence of a defect in the genes of dominant proteases or a deficiency of such genes in bacteria makes them (bacteria) universal producers of recombinant proteins, for example, used for the production of drugs with stable properties.

Известен штамм бактерий Bacillus brevis 31-OK [1] с низкой протеолитической активностью, полученный путем спонтанной мутации после трансформации штамма Bacillus brevis HPD31 плазмидой pNU2OOhGH, несущей ген гормона роста человека. Недостатком [1] является зависимость продуктивности штамма по синтезу экзоферментов от состава питательной среды. Требуется специфическая питательная среда с обязательным добавлением, например, полипептона P1 - в концентрации до 2%, отсутствие которого существенно снижает выход продукции ферментов. Эта зависимость сужает перечень применяемых для культивирования штамма (Bacillus brevis 31-OK) питательных сред, что в свою очередь существенно ограничивает область применения этого штамма в качестве производителя рекомбинантных белков, например, в производстве лекарственных препаратов.A known bacterial strain Bacillus brevis 31-OK [1] with low proteolytic activity, obtained by spontaneous mutation after transformation of the Bacillus brevis HPD31 strain with plasmid pNU2OOhGH carrying the human growth hormone gene. The disadvantage [1] is the dependence of the strain productivity on the synthesis of exoenzymes on the composition of the nutrient medium. A specific nutrient medium is required with the obligatory addition of, for example, polypeptone P1 at a concentration of up to 2%, the absence of which significantly reduces the yield of enzyme production. This dependence narrows the list of culture media used for the cultivation of the strain (Bacillus brevis 31-OK), which in turn significantly limits the scope of this strain as a producer of recombinant proteins, for example, in the manufacture of drugs.

Известен полученный путем многократного УФ (ультрафиолетового) облучения дефектный по протеазам штамм бактерий Bacillus amyloliquefaciens A50-32 [2], обладающий 0,3% протеазной активностью. Недостатком штамма бактерий Bacillus amyloliquefaciens A50-32 [2] является наличие неконтролируемых и непредсказуемых мутаций, например регуляторной мутации. Эти мутации оказывают плейотропный (множественный) эффект на синтез экзоферментов. Из-за этого недостатка (неконтролируемых и непредсказуемых мутаций) продукты жизнедеятельности штамма (экзоферменты), например те, которые используют для производства лекарственных препаратов, нестабильны по свойствам и действию, что существенно ограничивает область применения аналога.Known obtained by repeated UV (ultraviolet) irradiation, the protease-defective bacterial strain Bacillus amyloliquefaciens A50-32 [2], with 0.3% protease activity. The disadvantage of the bacterial strain Bacillus amyloliquefaciens A50-32 [2] is the presence of uncontrolled and unpredictable mutations, such as regulatory mutations. These mutations have a pleiotropic (multiple) effect on the synthesis of exoenzymes. Due to this drawback (uncontrolled and unpredictable mutations), the vital products of the strain (exoenzymes), for example, those used for the production of drugs, are unstable in properties and action, which significantly limits the scope of the analogue.

Наиболее близким по существу предлагаемому штамму (прототипом) является протеазо-дефицитный штамм бактерий Bacillus subtilis GX4924 [3] с направленной инактивацией гена субтилизина (сокращенное название гена - apr). Недостатком прототипа [3] является наличие «помехи» в геноме указанного штамма бактерий - гена другой мажорной нейтральной протеазы (сокращенное название гена - npr), доля которой составляет до 54% в общем протеолитическом пуле ферментов (продуктов жизнедеятельности прототипа). Наличие протеазы, выступающей помехой, вызывает дополнительную деградацию рекомбинантных полипептидов, количественно ограничивающих синтез полезных экзоферментов, снижает количество и качество получаемого продукта, например, применяемого в фармацевтике для производства лекарственных препаратов в форме ферментативных добавок, например, для лечения недостаточности экзокринной функции поджелудочной железы.The closest essentially proposed strain (prototype) is a protease-deficient strain of bacteria Bacillus subtilis GX4924 [3] with directed inactivation of the subtilisin gene (abbreviated name of the gene is apr). The disadvantage of the prototype [3] is the presence of “interference” in the genome of the indicated bacterial strain — the gene of another major neutral protease (the abbreviated name of the gene is npr), whose share is up to 54% in the total proteolytic pool of enzymes (prototype vital products). The presence of a protease that acts as an obstacle causes additional degradation of recombinant polypeptides that quantitatively limit the synthesis of useful exoenzymes, reduces the quantity and quality of the resulting product, for example, used in pharmaceuticals for the manufacture of drugs in the form of enzymatic additives, for example, for the treatment of pancreatic exocrine insufficiency.

Заявленное техническое решение поясняется Фиг.1 - 3 и таблицей, на которых представлены:The claimed technical solution is illustrated in Fig.1 - 3 and the table on which are presented:

На Фиг.1 представлена схема поэтапного создания тройной рекомбинирующей конструкции, состоящей из левой (L), правой (R) фланкирующей областей гена aprBp Bacillus pumilus 3-19 и гена резистентности к антибиотику эритромицину erm (E) с использованием плазмиды pGEM-T.Figure 1 presents the scheme for the phased creation of a triple recombinant construct consisting of the left (L), right (R) flanking regions of the aprBp gene of Bacillus pumilus 3-19 and the antibiotic resistance gene erythromycin erm (E) using the plasmid pGEM-T.

На Фиг.2. представлена схема интеграции тройной рекомбинирующей конструкции, инактивирующей ген aprBp в геном Bacillus pumilus 3-19. Обозначения: aprBp - ген субтилизиноподобной протеазы, erm - ген резистентности к антибиотику эритромицину, волнистой линией обозначены хромосома Bacillus pumilus 3-19 и хромосома Bacillus pumilus MK-10, пунктирной линией обозначен путь интеграции. На Фиг.3. представлены колонии исходного штамма Bacillus pumilus 3-19 (контроль) и нокаутированного/протеазо-негативного штамма Bacillus pumilus MK-10 (опыт) на 2% молочном агаре.Figure 2. The scheme of integration of a triple recombinant construct inactivating the aprBp gene in the Bacillus pumilus 3-19 genome is presented. Designations: aprBp is the subtilisin-like protease gene, erm is the antibiotic resistance gene erythromycin, the wavy line indicates the chromosome Bacillus pumilus 3-19 and the chromosome Bacillus pumilus MK-10, the dashed line indicates the integration path. In figure 3. Colonies of the original Bacillus pumilus 3-19 strain (control) and the knockout / protease-negative Bacillus pumilus MK-10 strain (experiment) on 2% milk agar are presented.

Целью предлагаемого изобретения является получение штамма-реципиента бактерий вида Bacillus pumilus с низкой протеолитической активностью для производства чистых гомологичных и рекомбинантных белков, повышение чистоты используемых в полезных целях продуктов жизнедеятельности бактерий.The aim of the invention is to obtain a strain of a bacterial recipient of the species Bacillus pumilus with low proteolytic activity for the production of pure homologous and recombinant proteins, increasing the purity of bacteria used for useful purposes.

Цели достигают тем, что в качестве реципиента с низкой протеолитической активностью применяют штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 ВКПМ В-10742, получаемый от исходного штамма бактерий Bacillus pumilus 3-19 путем инактивирования гена мажорной сериновой протеазы на хромосоме. Штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 ВКПМ В-10742 используют в качестве реципиента с низкой протеолитической активностью. Штамм бактерий применяют для производства гомологичных белков Bacillus pumilus. Штамм бактерий применяют для производства гетерологичных белков рода Bacillus.The goals are achieved in that the bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 VKPM B-10742 obtained from the original bacterial strain Bacillus pumilus 3-19 by inactivation of the major serine protease gene on the chromosome is used as a recipient with low proteolytic activity. The bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 VKPM B-10742 is used as a recipient with low proteolytic activity. A bacterial strain is used to produce homologous proteins of Bacillus pumilus. The bacterial strain is used to produce heterologous proteins of the genus Bacillus.

Предлагаемый штамм Bacillus pumilus MK-10 получают, например, описанным далее путем. С применением известных компьютерных программ, например программного обеспечения Oligo Calc [4], известным путем [5] конструируют олигонуклеотидные праймеры с использованием общедоступной базы данных NCBI (National Center for Biotechnology Information - Национальный центр биотехнологической информации) [6]. Последовательности гена субтилизиноподобной протеазы (aprBp) и гена резистентности к антибиотику эритромицину (erm) используют, например, из общедоступной базы данных NCBI. Последовательности праймеров приведены в таблице.The proposed strain of Bacillus pumilus MK-10 receive, for example, as described below. Using known computer programs, for example, Oligo Calc software [4], oligonucleotide primers are designed in a known manner [5] using the NCBI (National Center for Biotechnology Information) public database [6]. The sequences of the subtilisin-like protease gene (aprBp) and the antibiotic resistance gene erythromycin (erm) are used, for example, from the NCBI public database. The primer sequences are shown in the table.

ТаблицаTable Праймеры, используемые для получения штамма Bacillus pumilus MK-10Primers used to obtain the strain of Bacillus pumilus MK-10 Название праймераPrimer Name Последовательность праймераPrimer sequence Sub left upSub left up 5' GAAGTCAAACAAACGGTGTCC 3'5 'GAAGTCAAACAAACGGTGTCC 3' Sub left lowSub left low 5' GAATACCAACATGACGAATCCCCCACGTTGTAATCAAGGACC 3'5 'GAATACCAACATGACGAATCCCCCACGTTGTAATCAAGGACC 3' Sub right upSub right up 5' GGGCACTCTAATAACTACCAAAATTGGTGTTCTTGGGGTCG 3'5 'GGGCACTCTAATAACTACCAAAATTGGTGTTCTTGGGGGTCG 3' Sub right lowSub right low 5' AGAGAGGGATCCGAGAGGCAGGGGTGACGTCTTTTC 3'5 'AGAGAGGGATCCGAGAGGCAGGGGGTGACGTCTTTTC 3' Em upEm up 5' GGGATTCGTCATGTTGGTATTC 3'5 'GGGATTCGTCATGTTGGTATTC 3' Em lowEm low 5' ATTGGTAGTTATTAGAGTGCCC 3'5 'ATTGGTAGTTATTAGAGTGCCC 3' SP6SP6 5' GATTTAGGTGACACTATAG 3'5 'GATTTAGGTGACACTATAG 3' T7T7 5' TAATACGACTCACTATAGGG 3'5 'TAATACGACTCACTATAGGG 3'

Дальнейшие действия показаны на Фиг.1. Методом полимеразно-цепной реакции (далее по тексту - ПЦР) проводят амплификацию левого (L) и правого (R) фланкирующих участков гена aprBp с геномной ДНК штамма бактерий Bacillus pumilus 3-19 при использовании олигонулеотидных пар Sub left up/Sub left low и Sub right up/Sub right low соответственно. ПЦР для получения гена erm проводят с плазмиды pCS9 с использованием праймеров Em up/Em low. В результате нарабатывают амплификаты одинарных конструкций (с длиной, например, ~1 kb или одной килобазы).Further actions are shown in FIG. Using the polymerase chain reaction (hereinafter referred to as PCR), the left (L) and right (R) flanking regions of the aprBp gene are amplified with the genomic DNA of the bacterial strain Bacillus pumilus 3-19 using oligonulotide pairs Sub left up / Sub left low and Sub right up / Sub right low respectively. PCR to obtain the erm gene is carried out from the plasmid pCS9 using primers Em up / Em low. As a result, amplitudes of single structures are generated (with a length of, for example, ~ 1 kb or one kilobase).

Затем амплификаты одинарных конструкций используют как сырье и путем ПЦР получают двойные конструкции: левый фланкирующий регион aprBp+erm (LE) и правый фланкирующий регион aprBp+erm (ER). При этом в ПЦР используют олигонуклеотидные пары Sub left up/Em low (LE) и Em up/Sub right low (ER) соответственно. Продукты амплификации (двойные конструкции), электрофоретически соответствующие ожидаемой длине (продуктов амплификации) в ~2 kb, выделяют из агарозного геля, например - с использованием набора реактивов фирмы Fermentas (Литва).Then the amplitudes of the single structures are used as raw materials and double structures are obtained by PCR: the left flanking region aprBp + erm (LE) and the right flanking region aprBp + erm (ER). Moreover, oligonucleotide pairs Sub left up / Em low (LE) and Em up / Sub right low (ER), respectively, are used in PCR. Amplification products (double structures), electrophoretically corresponding to the expected length (amplification products) of ~ 2 kb, are isolated from agarose gel, for example, using a set of reagents from Fermentas (Lithuania).

Полученные двойные конструкции (LE и ER) клонируют в плазмиду pGEM-T Easy (Promega, США) путем лигирования по липким Т-концам плазмиды и А-концам амплификатов. Лигазной смесью трансформируют известный штамм бактерий Escherichia coli XL-1 Blue. Трансформацию проводят, например, по известной методике [7]. Суспензию трансформированных клеток высевают на чашки с агаризованной средой, содержащей 5-бромо-4-хлоро-3-индоил-бета-D-галактопиранозид, например, в концентрации 40 mg/ml, изопропил-β-D-1-тиогалактопиранозид, например, в концентрации 32 mg/ml и ампициллин, например, в концентрации 20 mg/ml. Используют, например, реактивы фирмы Fermentas (Литва). После инкубации трансформантов в течение 24 часов при плюс 37°С на чашках образуются белые (содержащие LE и ER клонированные конструкции) и синие (не содержащие конструкций) колонии бактериальных клеток.The resulting double constructs (LE and ER) are cloned into the pGEM-T Easy plasmid (Promega, USA) by ligation at the sticky T-ends of the plasmid and the A-ends of the amplifications. The known bacterial strain Escherichia coli XL-1 Blue is transformed with a ligase mixture. Transformation is carried out, for example, by a known method [7]. A suspension of transformed cells is plated on agar plates containing 5-bromo-4-chloro-3-indoyl-beta-D-galactopyranoside, for example, at a concentration of 40 mg / ml, isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside, for example at a concentration of 32 mg / ml and ampicillin, for example, at a concentration of 20 mg / ml. Use, for example, reagents of the company Fermentas (Lithuania). After incubation of the transformants for 24 hours at plus 37 ° C, white (containing LE and ER cloned constructs) and blue (containing no constructs) colonies of bacterial cells are formed on the plates.

Отбирают белые колонии бактерий, с которых проводят ПЦР-скрининг с фланкирующих праймеров (Т7, SP6) на наличие вставки в плазмиде pGEM-T Easy длиной (продукта амплификации) в ~2 kb. Из положительных (содержащих продукт амплификации) колоний бактерий путем щелочного лизиса выделяют плазмиды pGEMTE-LE и pGEMTE-ER со вставками LE и ER соответственно.White bacteria colonies were selected from which PCR screening was performed from flanking primers (T7, SP6) for the presence of an insert in plasmid pGEM-T Easy (amplification product) of ~ 2 kb. From the positive (containing the amplification product) bacterial colonies, the plasmids pGEMTE-LE and pGEMTE-ER with inserts LE and ER, respectively, are isolated by alkaline lysis.

Проводят реакцию амплификации и получают тройную рекомбинирующую конструкцию (LER). Для этого используют плазмиды pGEMTE-LE и pGEMTE-ER в качестве матрицы и праймеры Sub left up/Sub right low. Продукт реакции амплификации, соответствующий электрофоретически ожидаемой длине в ~3 kb, очищают из агарозного геля, например, с использованием набора фирмы Fermentas (Литва).The amplification reaction is carried out and a triple recombinant construct (LER) is obtained. To do this, use the plasmids pGEMTE-LE and pGEMTE-ER as the template and primers Sub left up / Sub right low. The amplification reaction product corresponding to the expected electrophoretic length of ~ 3 kb is purified from an agarose gel, for example, using a Fermentas kit (Lithuania).

Заключительным этапом по получению предлагаемого протеазо-дефицитного штамма бактерий Bacillus pumilus является трансформация клеток бактерий Bacillus pumilus 3-19 полученной тройной рекомбинирующей конструкцией. Трансформацию проводят по методу [8], при этом используют синтетические минимальные среды Спецайзена 1/11. Солевая основа среды Спецайзена (%): К2НРО4×3Н2О - 18,34; KH2PO4 (безводный) - 6,0; (NH4)2SO4 - 2,0; цитрат - Na - 1.2. Отдельно готовят растворы: глюкоза - 40%; казаминовые кислоты - 200 mg/ml; Mg2SO4 - 0,2 g/ml. Среда Спецайзена I: на 100 ml H2O: глюкоза - 2 ml; казаминовые кислоты - 2 ml; дрожжевой экстракт - 2 ml; Mg2SO4 - 0,1 ml; солевая основа - 10 ml. Среда Спецайзена II: на 100 ml H2O: глюкоза - 2 ml; казаминовые кислоты - 1 ml; Mg2SO4 - 8 µ1; солевая основа - 10 ml).The final step in obtaining the proposed protease-deficient strain of bacteria Bacillus pumilus is the transformation of bacterial cells of Bacillus pumilus 3-19 obtained triple recombinant design. The transformation is carried out according to the method [8], while using synthetic minimal medium Specisen 1/11. The salt base of the Specisen medium (%): K 2 NRA 4 × 3H 2 O - 18.34; KH 2 PO 4 (anhydrous) - 6.0; (NH 4 ) 2 SO 4 - 2.0; citrate - Na - 1.2. Solutions are prepared separately: glucose - 40%; casamic acids - 200 mg / ml; Mg 2 SO 4 - 0.2 g / ml. Specialized Medium I: per 100 ml H 2 O: glucose - 2 ml; casamic acids - 2 ml; yeast extract - 2 ml; Mg 2 SO 4 - 0.1 ml; salt base - 10 ml. Specisen II medium: per 100 ml H 2 O: glucose - 2 ml; casamic acids - 1 ml; Mg 2 SO 4 - 8 µ1; salt base - 10 ml).

Суспензию содержащих тройную рекомбинирующую конструкцию компетентных клеток Bacillus pumilus 3-19 рассевают на чашки с агаризованной средой с антибиотиком эритромицином, например, в концентрации 20 Hg/ml. После инкубации в течение от 24 до 48 часов при +37°С отбирают, например, три независимых клона, растущих на среде с эритромицином. Дополнительную проверку наличия (или отсутствия) гена протеазы выполняют с применением ПЦР. Выявленное в результате ПЦР наличие вставки гена erm (внутри гена протеазы aprBp) подтверждает разрушение функционального гена, т.е. достижение цели изобретения - получение имеющих генотип aprBp::.erm модифицированного штамма бактерий, именуемых как Bacillus pumilus MK-10.A suspension of competent triple recombinant construct Bacillus pumilus 3-19 cells is plated on agar plate with antibiotic erythromycin, for example, at a concentration of 20 Hg / ml. After incubation for 24 to 48 hours at + 37 ° C, for example, three independent clones growing on erythromycin medium are selected. Additional verification of the presence (or absence) of the protease gene is performed using PCR. The presence of the erm gene insert (inside the aprBp protease gene) revealed by PCR confirms the destruction of the functional gene, i.e. The achievement of the purpose of the invention is the production of a modified bacterial strain having the aprBp ::. erm genotype, referred to as Bacillus pumilus MK-10.

Описание предлагаемого штаммаDescription of the proposed strain

Штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИГенетика под регистрационным номером ВКПМ В-10742. Предлагаемый штамм является производным от штамма Bacillus pumilus 3-19 и содержит гены минорных протеаз, например глутамилэндопептидазы, адамализиноподобной металлопротеазы.The bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 was deposited in the All-Russian collection of industrial microorganisms of the Federal State Unitary Enterprise GosNII Genetika under the registration number VKPM V-10742. The proposed strain is derived from a strain of Bacillus pumilus 3-19 and contains genes for minor proteases, for example glutamyl endopeptidase, adamalysin-like metalloprotease.

Генетические особенности штаммаGenetic features of the strain

Предлагаемый штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 несет ген резистентности к антибиотику эритромицину, фланкированный участками гена субтилизиноподобной протеазы Bacillus pumilus 3-19. Ген aprBp инактивирован посредством гомологичной рекомбинации (Фиг.2).The proposed bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 carries the antibiotic resistance gene erythromycin, flanked by portions of the subtilisin-like protease gene of Bacillus pumilus 3-19. The aprBp gene is inactivated by homologous recombination (Figure 2).

Культурально-морфологические особенности штаммаCultural and morphological features of the strain

Предлагаемый штамм бактерий Bacillus pumilus МК10 - аэробные, грамположительные бактерии. Клетки палочковидные, прямые или изогнутые, располагаются скоплениями или обособленно. Размер выращенных на агаризованной среде клеток односуточной культуры составляет 14-15 мкм. Свободные споры появляются на сороковые часы роста (не более 5%), далее их количество нарастает и достигает максимального значения (до 80%) в поздней стационарной фазе роста. При росте на агаризованной среде Лурия-Бертани (далее по тексту - LB) колонии имеют более шероховатую поверхность и неровные края по сравнению с более гладкими и ровными колониями исходного штамма Bacillus pumilus 3-19.The proposed strain of bacteria Bacillus pumilus MK10 - aerobic, gram-positive bacteria. The cells are rod-shaped, straight or curved, located in clusters or separately. The size of the cells of a one-day culture grown on an agar medium is 14-15 microns. Free spores appear on the fortieth growth hours (no more than 5%), then their number increases and reaches its maximum value (up to 80%) in the late stationary growth phase. When growing on an agar medium Luria-Bertani (hereinafter referred to as LB), the colonies have a rougher surface and uneven edges compared to smoother and more even colonies of the original Bacillus pumilus 3-19 strain.

Физиолого-биохимические свойстваPhysiological and biochemical properties

Среда для выращивания, например LB: триптон - 10 g/l, дрожжевой экстракт - 5 g/l, NaCl - 10 g/l, pH 8.5 с антибиотиком эритромицином, например, в конечной концентрации 20 µg/ml. Для создания твердой питательной среды дополнительно вносят 2% агар. Оптимальная температура роста +37°С.Growth medium, for example LB: tryptone - 10 g / l, yeast extract - 5 g / l, NaCl - 10 g / l, pH 8.5 with the antibiotic erythromycin, for example, in a final concentration of 20 µg / ml. To create a solid nutrient medium, an additional 2% agar is added. The optimum growth temperature is + 37 ° C.

Протеолитическая активность предлагаемого штаммаProteolytic activity of the proposed strain

Активность штамма определяют, например, следующим способом.The activity of the strain is determined, for example, in the following way.

Определение протеолитической активности протеазо-дефицитного штамма Bacillus pumilus MK-10 проводят на среде, содержащей 2% молочного агара. Наличие протеолитической активности при этом определяют по появлению области просветления на молочном агаре (зоны расщепления белков молока). В результате селекции (отбора), например, трех колоний, которые не имеют зон просветления на молочной среде, получают предлагаемый штамм.Determination of the proteolytic activity of the protease-deficient strain of Bacillus pumilus MK-10 is carried out on a medium containing 2% milk agar. The presence of proteolytic activity in this case is determined by the appearance of the enlightenment region on milk agar (zone of splitting of milk proteins). As a result of selection (selection), for example, of three colonies that do not have enlightenment zones on the dairy medium, the proposed strain is obtained.

Выраженные зоны протеолиза на молочном агаре (2% агара и 1% молоко) наблюдают только у исходного штамма бактерий Bacillus pumilus 3-19. У предлагаемого штамма Bacillus pumilus MK-10 просветление менее выражено по сравнению с исходным штаммом Bacillus pumilus 3-19 (Фиг.3), что указывает на инактивацию гена секретируемой субтилизиноподобной протеазы. Наличие остаточных зон лизиса объясняется присутствием активности других секретируемых протеаз, например металлопротеазы. Таким образом, предлагаемый штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 обладает низкой протеолитической активностью.Marked proteolysis zones on milk agar (2% agar and 1% milk) are observed only in the initial bacterial strain Bacillus pumilus 3-19. The proposed strain of Bacillus pumilus MK-10 enlightenment is less pronounced compared to the original strain of Bacillus pumilus 3-19 (Figure 3), which indicates the inactivation of the gene of secreted subtilisin-like protease. The presence of residual lysis zones is explained by the presence of activity of other secreted proteases, for example metalloproteases. Thus, the proposed bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 has a low proteolytic activity.

Пример применения предлагаемого штамма бактерий Bacillus pumilus MK-10 приведен далее.An example of the application of the proposed bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 is given below.

ПРИМЕР. Использование предлагаемого штамма для производства и синтеза рекомбинантных гомо- и гетерологичных белков р.Bacillus, применяемых для создания лекарственных препаратов.EXAMPLE. The use of the proposed strain for the production and synthesis of recombinant homo- and heterologous proteins of bacillus, used to create drugs.

Отличительным свойством исходного штамма Bacillus pumilus 3-19, из которого получен предлагаемый штамм, является наличие в хромосоме гена одной мажорной сериновой субтилизиноподобной протеазы. То есть у предлагаемого штамма, в отличие от прототипа, отсутствует вторая мажорная секретируемая протеаза, наличие которой приводило бы к деградации рекомбинантных белков и снижало эффективность (уровень синтеза и качество целевого белка) получаемой продукции. Инактивация гена единственного мажорного фермента (субтилизиноподобной протеазы) позволяет получить штамм Bacillus pumilus MK-10 с низкой, по сравнению с прототипом, протеолитической активностью. В результате общая протеолитическая активность штамма снижена в 2,5 раза по сравнению с активностью исходного штамма. Таким образом, предлагаемый штамм Bacillus pumilus MK-10 обеспечивает его использование в качестве реципиента для экспрессии гомологичных генов из бактерий рода Bacillus pumilus. Данное свойство связано с отсутствием вариаций последовательностей Shine Dalgarno (Шайна Дальгарно) в промоторах генов, выделенных из штаммов Bacillus pumilus. Поэтому предлагаемый штамм является наиболее эффективным при производстве промышленно важных ферментов, например, субтилизиноподобной протеазы Bacillus pumilus, имеющей потенциал в создании тромболитических лекарственных препаратов [9]. То есть предлагаемый штамм позволяет избавиться от присущих прототипу возможных изменений эффективности трансляции белков и тем самым добиться стабильности свойств продуктов, получаемых как результат жизнедеятельности этих микроорганизмов и реализуемых в биотехнологиях производства препаратов, например, применяемых в медицине, ветеринарии, сельскохозяйственном производстве и производстве продуктов питания.A distinctive property of the original Bacillus pumilus 3-19 strain from which the proposed strain is derived is the presence of one major serine subtilisin-like protease in the chromosome of the gene. That is, the proposed strain, unlike the prototype, lacks a second major secreted protease, the presence of which would lead to the degradation of recombinant proteins and reduce the efficiency (level of synthesis and quality of the target protein) of the resulting product. Inactivation of the gene of the only major enzyme (subtilisin-like protease) allows you to get a strain of Bacillus pumilus MK-10 with low, compared with the prototype, proteolytic activity. As a result, the total proteolytic activity of the strain is reduced by 2.5 times compared with the activity of the original strain. Thus, the proposed strain of Bacillus pumilus MK-10 provides its use as a recipient for the expression of homologous genes from bacteria of the genus Bacillus pumilus. This property is associated with the absence of Shine Dalgarno sequence variations in the promoters of genes isolated from Bacillus pumilus strains. Therefore, the proposed strain is most effective in the production of industrially important enzymes, for example, subtilisin-like protease Bacillus pumilus, which has the potential to create thrombolytic drugs [9]. That is, the proposed strain allows you to get rid of the possible prototype changes in the efficiency of protein translation inherent in the prototype and thereby achieve the stability of the properties of the products obtained as a result of the vital activity of these microorganisms and realized in biotechnology for the production of drugs, for example, used in medicine, veterinary medicine, agricultural production and food production.

Предлагаемый штамм в качестве хозяина применяют, например, нижеописанным методом для экспрессии гомологичных генов Bacillus pumilus.The proposed strain as a host is used, for example, by the method described below for the expression of homologous Bacillus pumilus genes.

1. Клетки бактерий предлагаемого штамма Bacillus pumilus МК-10 трансформируют плазмидой, содержащей ген рекомбинантного белка (например, гена субтилизиноподобной протеазы aprBp штамма Bacillus pumilus 3-19) под контролем индуцибельного или конститутивного промотора. Полученные трансформированные клетки подращивают на питательной среде, например LB, при температуре инкубации +37°С. Индукцию синтеза белка осуществляют в соответствии с выбранным промотором.1. The bacterial cells of the proposed Bacillus pumilus MK-10 strain are transformed with a plasmid containing a recombinant protein gene (for example, the subtilisin-like protease gene aprBp of Bacillus pumilus strain 3-19) under the control of an inducible or constitutive promoter. The obtained transformed cells are grown on a nutrient medium, for example, LB, at an incubation temperature of + 37 ° C. The induction of protein synthesis is carried out in accordance with the selected promoter.

2. Пробы для анализа белков отбирают из КЖ путем отделения супернатанта от клеточной массы, например, через 1 ч и 16 ч после индукции.2. Samples for protein analysis are taken from QOL by separating the supernatant from the cell mass, for example, 1 hour and 16 hours after induction.

3. Внеклеточные белки в пробе (культуральной жидкости или КЖ) характеризуют с помощью электрофореза в полиакриламидном геле по Лэммли [10].3. Extracellular proteins in the sample (culture fluid or QOL) are characterized by Laemmli polyacrylamide gel electrophoresis [10].

4. Рекомбинантные белки далее очищают различными методами, например с помощью аффинной хроматографии, гель-фильтрации, ионно-обменной хроматографии, высаливания.4. Recombinant proteins are further purified by various methods, for example using affinity chromatography, gel filtration, ion exchange chromatography, salting out.

Таким образом, пример показывает, что предлагаемый штамм бактерий Bacillus pumilus МК-10 за счет снижения деградации белкового продукта позволяет получать рекомбинантные белки, например, для применения в медицине, ветеринарии, в сельском хозяйстве для растениеводства.Thus, the example shows that the proposed bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 by reducing the degradation of the protein product allows to obtain recombinant proteins, for example, for use in medicine, veterinary medicine, in agriculture for crop production.

Кроме того, предлагаемый штамм применяют для экспрессии гетерологичных генов р.Bacillus по приведенному выше методу.In addition, the proposed strain is used to express heterologous bacillus genes according to the above method.

Пример применения предлагаемого штамма бактерий показывает его полезность в биотехнологии при промышленном производстве рекомбинантных белков. Использование предлагаемого штамма также способствует выявлению регуляторных свойств инактивированного фермента AprBp, что вносит свой вклад в фундаментальную молекулярную биологию. Предлагаемый штамм имеет изобретательский уровень, поскольку в опубликованной литературе не выявлены протеазо-дефицитные штаммы вида Bacillus pumilus.An example of the application of the proposed bacterial strain shows its usefulness in biotechnology in the industrial production of recombinant proteins. The use of the proposed strain also helps to identify the regulatory properties of the inactivated AprBp enzyme, which contributes to fundamental molecular biology. The proposed strain has an inventive step, since the published literature has not identified protease-deficient strains of the species Bacillus pumilus.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИUSED SOURCES

1. Kajino Т., Kato К., Miyazaki С., Asami О., Hirai M., Yamada Y., Udaka S. Isolation of a protease-deficient mutant of Bacillus brevis and efficient secretion of a fungal protein disulfide isomerase by the mutant / J Biosci Bioeng. 1999. 87(1): 37-42.1. Kajino T., Kato K., Miyazaki S., Asami O., Hirai M., Yamada Y., Udaka S. Isolation of a protease-deficient mutant of Bacillus brevis and efficient secretion of a fungal protein disulfide isomerase by the mutant / J Biosci Bioeng. 1999.87 (1): 37-42.

2. Plotnikova Т.О., Selivanova G.N., Iomantas Iu.V., Kozlov IuI. Isolation and analysis of protease-deficient mutants of Bacillus amyloliquefaciens I Genetika. - 1992. 28(5):66-72.2. Plotnikova T.O., Selivanova G.N., Iomantas Iu.V., Kozlov IuI. Isolation and analysis of protease-deficient mutants of Bacillus amyloliquefaciens I Genetika. - 1992.28 (5): 66-72.

3. Fahnestock S.R., Fisher K.E. Protease-deficient Bacillus subtilis host strains for production of Staphylococcal protein A / Appl. Environ. Microbiol. 1987. 53(2):379-84.3. Fahnestock S.R., Fisher K.E. Protease-deficient Bacillus subtilis host strains for production of Staphylococcal protein A / Appl. Environ. Microbiol. 1987. 53 (2): 379-84.

4. https://www.basic.northwestern.edu/biotools/oligocalc.html4.http: //www.basic.northwestern.edu/biotools/oligocalc.html

5. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование // - M.: «Мир», 1984.5. Maniatis T., Fritsch E., Sambrook J. Methods of genetic engineering. Molecular Cloning // - M .: Mir, 1984.

6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/6.http: //www.ncbi.nlm.nih.gov/

7. Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual / J.Sambrook, E.F.Fritsch, T.Maniatis. - 2nd ed. NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.7. Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual / J. Sambrook, EFFritsch, T. Maniatis. - 2 nd ed. NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.

8. Harwood, С.R., S.M.Cutting. 1990. Molecular biological methods for Bacillus. John Wiley & Sons, Chichester, England.8. Harwood, C. R., S. M. Cutting. 1990. Molecular biological methods for Bacillus. John Wiley & Sons, Chichester, England.

9. Ицкович Е.Л., Лютова Л.И., Балабан Н.П., Марданова A.M., Шакиров Е.В., Шарипова М.Р., Лещинская И.Б., Руденская Г.Н. Тромболитические и антикоагулянтные свойства тиолзависимой сериновой протеиназы Bacillus intermedms 3-19 / Вопросы медицинской химии, 1999, №5.9. Itskovich E.L., Lyutova L.I., Balaban N.P., Mardanova A.M., Shakirov E.V., Sharipova M.R., Leshchinskaya I.B., Rudenskaya G.N. Thrombolytic and anticoagulant properties of the thiol-dependent serine proteinase Bacillus intermedms 3-19 / Questions of medical chemistry, 1999, No. 5.

10. Laemmli, U.К. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4 [Text] / U.K.Laemmli //Nature. - 1970. - V.227. - P.680-685.10. Laemmli, U.K. Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4 [Text] / U.K. Laemmli // Nature. - 1970. - V.227. - P.680-685.

Claims (3)

1. Штамм бактерий Bacillus pumilus MK-10 ВКПМ В-10742 - реципиент с низкой протеолитической активностью.1. The bacterial strain Bacillus pumilus MK-10 VKPM B-10742 is a recipient with low proteolytic activity. 2. Штамм бактерий по п.1 применяют для производства гомологичных белков Bacillus pumilus.2. The bacterial strain according to claim 1 is used to produce homologous Bacillus pumilus proteins. 3. Штамм бактерий по п.1 применяют для производства гетерологичных белков рода Bacillus. 3. The bacterial strain according to claim 1 is used for the production of heterologous proteins of the genus Bacillus.
RU2012145332/10A 2012-10-24 2012-10-24 Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application RU2510821C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145332/10A RU2510821C1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145332/10A RU2510821C1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2510821C1 true RU2510821C1 (en) 2014-04-10

Family

ID=50437656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012145332/10A RU2510821C1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510821C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986001825A1 (en) * 1984-09-21 1986-03-27 Genex Corporation Bacillus strains with reduced extracellular protease levels
RU2060276C1 (en) * 1989-08-11 1996-05-20 Гист-Брокейдс Н.В. Method of preparing alkalophilic bacillus strain with decreased extracellular alkaline protease level, method of preparing high-alkaline protease and mutant form of high-alkaline protease

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986001825A1 (en) * 1984-09-21 1986-03-27 Genex Corporation Bacillus strains with reduced extracellular protease levels
RU2060276C1 (en) * 1989-08-11 1996-05-20 Гист-Брокейдс Н.В. Method of preparing alkalophilic bacillus strain with decreased extracellular alkaline protease level, method of preparing high-alkaline protease and mutant form of high-alkaline protease

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
. . . . *
FAHNESTOCK S.R. et.al. Protease-deficient Bacillus subtilis host strains for production of Staphylococcal protein A., Appl Environ Microbiol. 1987 Feb;53(2):379-84. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Contesini et al. An overview of Bacillus proteases: from production to application
Asha et al. Optimization of alkaline protease production by Bacillus cereus FT 1isolated from soil
JP4870306B2 (en) Mutant APRE promoter
Wang et al. Engineering of a Bacillus amyloliquefaciens strain with high neutral protease producing capacity and optimization of its fermentation conditions
US11453874B2 (en) Enhancement of CRISPR gene editing or target destruction by co-expression of heterologous DNA repair protein
US9896678B2 (en) Mutant with enhanced secretion of L-asparaginase and its application
Promchai et al. Rapid production of extracellular thermostable alkaline halophilic protease originating from an extreme haloarchaeon, Halobacterium salinarum by recombinant Bacillus subtilis
Yomantas et al. Overproduction of Bacillus amyloliquefaciens extracellular glutamyl-endopeptidase as a result of ectopic multi-copy insertion of an efficiently-expressed mpr gene into the Bacillus subtilis chromosome
Lin et al. Construction and application of recombinant strain for the production of an alkaline protease from Bacillus licheniformis
RU2510821C1 (en) Strain of bacteria bacillus pumilus mk-10 with low proteolytic activity and its application
Buchhaupt et al. Over-expression of chloroperoxidase in Caldariomyces fumago
CN112852788B (en) Subtilisin E mutant with improved alkaline substrate selectivity and application thereof
Yu et al. Efficient and precise construction of markerless manipulations in the Bacillus subtilis genome
Rakib et al. Developing Pseudomonas aeruginosa mutants with hyper-proteolytic activity through UV mutagenesis and characterization for optimized production
Mahesh et al. Optimization for the production of extracellular alkaline phosphatase from Proteus mirabilis
Khedr et al. Improvement of thermophilic α-amylase productivity through UV mutagenesis and AmyE gene amplification and sequencing
Ramakrishnan et al. Partial characterization and cloning of protease from Bacillus
RU2511416C1 (en) Strain of bacteria bacillus pumilus 2a-5 with low proteolytic activity, increased phosphatase activity, method of its obtaining and application
Zaghloul et al. Enhanced stability of the cloned Bacillus subtilis alkaline protease gene in alginate-immobilized B. subtilis cells
CN117535273B (en) Temperature-sensitive alkaline protease variants and uses thereof
Tanskul et al. An alkaline serine-proteinase from a bacterium isolated from bat feces: purification and characterization
JP5785787B2 (en) Method for improving protoplast transformation efficiency
KR20100028357A (en) Streptomyces griseus mutants and method for producing pronase with high content trypsin by using the same
Chouati et al. Estimation of Thermo-Halo-Tolerant Alkaline Protease Activity in Re-Identified Bacillus Licheniformis Strains
Sheikh et al. A new method to detect extracellular deoxyribonuclease enzyme in bacteria cell.