이 방법을 처음으로 Pichia pastoris (Komagataella phaffii), 탄소 규제 소스 발기인 P 고용에 효율적인 유도할 수 있는 메탄올 무료 재조합 단백질 생산에 대 한 신뢰할 수 있는 실험 절차를 설명 합니다. DC및 PDF 재배 하면서 작은 규모의 실험에서 매개 변수를 모니터링할 수 있습니다 온라인, 그리고 지속적인 글리세롤 피드 적용 됩니다.
메탄올은 기초가 튼튼한 탄소 소스와 마이크로-, 실험실 및 산업 규모 호스트로 Pichia pastoris (P. pastoris)를 채용 하는 효율적인 단백질 생산을 위한 유도. 그러나, 독성 및 가연성, P. pastoris의 높은 생산성을 유지 하면서 메탄올을 피하기 위해 욕망이 이다. 소규모 생물 경작 (0.5-5 L 작업 볼륨) 미 재배 깊은 잘 격판덮개에서 단단하게 통제 될 수 있다 또는 비싼 장비에 의존 이후 긴장 및 단백질 생산 특성을 평가 하는 통용. 또한, 재배와 P. pastoris 의 유도 대 한 전통적인 프로토콜 설치 되었다 제정 또는 메탄올이 식을 유도 하 고 지금까지, 아니 신뢰할 수 있는 프로토콜 화면 P. pastoris 식 설명 했다 (제어 및 모니터링) 병렬 경작 derepressible 발기인 변종. 특성화 고 새로운 단백질 생산 종자 비교 같은 초기 경작을 간소화 하기 위해 우리 메탄올 공급 일정 느린 글리세롤을 포함 한 생물 조건 시뮬레이션 표현의 자유에 대 한 간단한 동요 플라스 크 배양 시스템 설립 그리고 주로 적용된 소규모 배치 경작에 비해 bioreactors에서 실제 조건에 가까이 오고 온라인 모니터링, 그로 인하여. 재조합 형 단백질 표정 P. pastoris 에 탄소 소스를 PDC 및 PDF 적용 된 발기인을 억 눌렀다. 폴리머 디스크 포함 된 탄소 소스, 글리세롤, 발기인 바이오 매스 세대를 낮은 유지 하는 동안 활성 유지 하기 위한 필요한 에너지를 제공 하는 피드 속도 보장의 일정 금액을 공개 합니다.
수율과 세균 이나 효 모 등 미생물에 의해 재조합 단백질 생산을 위한 대규모에 안정적인 재배 조건에 개선 주요 중 하나입니다 오늘날의 생명 공학1 과 산업의 상업적인 성공의 요구 응용 프로그램입니다. Dueto 간단한 재배 절차와 미디어, 높은 수율과 잘 특징이 도구2 Pichia pastoris (Komagataella phaffii)은 재조합 단백질 생산을 위한 널리 이용 되 비 전통적인 효 모. 추가 혁신적인 도구는 끊임없이 새로운 식 벡터는 널리 사용 되는 PAOX1, 알콜 산화 효소 1 유전자3, 의 발기인 지구에 대 안으로 새로운 발기인을 포함 한 같은이 종족에 대 한 개발 4,5. 500 bp 긴 DNA 시퀀스 상류 CAT1 (CTA1) 유전자의 P. pastoris새로운 메탄올 자유롭고 다양 한 식 전략을 가능 하 게 발기인 지역으로 확인 되었습니다. CAT1 유전자 P. pastoris 의 유일한 catalase 유전자 이며 단백질은 peroxisomes에 위치 하 고 있습니다. catalase는 발생, 예를 들어반응성 산소 종 해독에 중요 한 역할., peroxisomal MUT 통로에 또는 지방산6,7의 베타 산화 동안 메탄올 산화에서. CAT1 유전자의 표현에 포도 당 또는 글리세롤 재배 매체에서의 prescence 억압 이며 이러한 탄소 소스8의 고갈에 따라 derepressed. 또한, 카 탈 라 제 유전자의 표현 메탄올과 올레산, 겉보기에 비슷한 식 수준으로 도달 하는 올레산으로 유도 될 수 있다 P. pastoris MUT 통로의 유일한 유전자 인와 또한 remarkebly와 유도 될 수 있다 메탄올 유도9.
즉 PDC (때때로 또한 약식된 PCAT1-500),이 P. pastoris CAT1 발기인의 500 bp 조각 이미 침 표현 하 고 분 비 단백질의 생산에 대 한 테스트 되었습니다 그리고 그것은 한 매력적인 대안 클래식 2 P. pastoris 발기인-강한 제정 P갭 과 메탄올 유도할 수 있는 PAOX1, 20 여 년 전에 개발 된. PDC 21% (CalB) 및 설탕 부유한 매체에서 P간격 에 비해 체적 활동의 35% (HRP)를 도달할 수 있었다. 메탄올 유도 시 PDC 만 PAOX1, 보다 빠르게 응답 하지 않았습니다 하지만 CalB9의 2.8 배 높은 최종 titer에 의해 또한 명확 하 게 그것을 능가할 수 있습니다.
PDC외 orthologous 발기인 (PDF) 했다 발견 되었습니다 비슷한 규칙 프로필 전시. 그러나, 그것은 상당히 강한 PDC 에서 derepressed로 메탄올 유도 아래 조건 (준비에서 원고)3.
강한 제정 P간격 순수 문제가 또는 세포 독성 단백질10,11때문에 실패 하는 경우에 PDC 와 PDF 는 이상적인 대안을 나타냅니다. 마이크로 규모 실험에서 이러한 발기인에 의해 구동 하는 식의 초기 탄소 소스 고갈 후 시작 (예., 포도 당 또는 글리세롤), 바이오 매스 생산을 용이 하 게 셀의 overexpression 부담 없이 처음부터 바로 재조합 단백질입니다. 이 발기인의 둘 다 여전히 메탄올으로 유도할 수 있는 동안, derepression에 의해 활성화 게 P를 채용 하는 식에 비해 preinduction 위상의 추가 사용AOX1. 또한, PDC 및 PDF 큰 산업 프로세스12에 대 한 바람직한 목표 이다 메탄올 무료 단백질 생산을 위해 사용할 수 있습니다.
해당 생산 긴장과 식 구조 개발, 개발의 여러 단계 확장에 대 한 선호 후보에 transformants의 많은 수에서 범위를 좁혀 하려면 전달 해야 합니다. 보통 검 진 다 잘 판에 높은 처리량에서 수행 (마이크로 규모: 0.5 mL 미만) 가능한 한 크게 클론의 범위를 캡처하기 위해. 이후 다시 검사 하 고 re-re-screening는 쉐이크 플라스 크 뒤 다음 단계 (작은 규모: 50-250 mL) (마이크로-) 생물 검사12. 그러나, 그것은 가장 잘 제어에 메탄올-무료 생산의 나중 스케일 업까지 동요 플라스 크에 몇 밀리 리터까지 깊은 잘 격판덮개에 microlitres의 수백에서 다른 비늘 사이 비슷한 방법을 바람직한 생물 반응 기입니다. 몇 가지 제한, 일정 한 먹이, 폭 기 및 온라인 모니터링13 성장 등 대규모 단백질 생산에 대 한 관련성이 높은 있다 쉐이크 플라스 크로 작은 bioreactors 이미 비슷한 볼륨을 제공할 수 있습니다, 그리고 산소 공급입니다. 쉐이크 플라스 크를 적응 광학 감시 고용 하 고 여전히 같은 주요 문화 매개 변수에 대 한 지속적인 온라인 정보를 제공 하는 동안 병렬 재배에 대 한 보다 정교한 장비에 대 한 비용 효율적인 대안을 제공 하는 진동 장치 바이오 매스 및 용 존된 산소 농도입니다. 폴리머 사업자에서 탄소 소스의 느린 방출 이전에 적용 된 간단한 전체 보다 bioreactors의 더 유사한 조건을 시뮬레이션 장치와 복잡 한 기술 솔루션에 의존 하지 않고 일정 및 제어 피드를 확보에 적용할 수 있습니다. 탄소 소스9,10, 고갈 지속적인 단백질 식 에너지 된다 제한 하 고 있다.
다음 방법에 설명 합니다 작은 중간 규모 메탄올-무료 제어 단백질 표정 P. pastoris 에서 시스템에 따라 새로운 발기인 PDC 및 PDf. Derepression에 의해 유도 두 단계를 포함 한다. 탄소 소스 명과 발기인 및 대상 단백질 생산의 두 번째 단계는 탄소 소스 작지만 일정 농도에서 제공 됩니다를 사용 하 여 관심사의 단백질의 생산 없이 바이오 매스 축적의 첫번째 짧은 단계 derepressed 발기인을 유지. 가장 중요 한 경작 매개 변수의 온라인 모니터링 전체 재배 기간 동안 적용 됩니다. 목표는 P. pastoris위한 메탄올 무료, 안정적이 고 확장 가능한 재배 시스템을 제공 했다.
이 방법은 효율적인 메탄올 독립적인 유도할 수 있는 식 P. pastoris 클래식 메탄올 유도 단백질 표정12 PAOX1의해 구동을 위한 신뢰할 수 있는 프로토콜을 제공 합니다. PDC, PDF 또는 앞에서 설명한 돌연변이 PAOX1 변종17같은 드 repressible 발기인이 새로운 단백질 생산 개념에 대 한 분자 기초 구축. 표시 된 대표적인 결과 밑줄 유용 성과 여 드 억압 된 발기인 및 간단한 온라인 모니터링 소규모 상영 P. pastoris 에 재조합 형 단백질 표정의 실행할 수 있습니다. 한편으로, AOX1 발기인의 유도에 일반적으로 사용 되는 유해 하 고 독성 메탄올 재배에서 제거할 수 있습니다. 다른 한편으로, 성장과 단백질 생산 단계는 구성 단백질 식, 예를 들어달리 uncoupled9 ., 일반적으로 사용 되는 P간격. 이 때 특히 유용 세포 독성 또는 유해 단백질 그들에 대 한 부담을 표시 하는 표현 한다.
다른 탄소 소스 농도 경작을 시작을 시작 하는 하나의 단백질 생산 단계 전에 얻을 하 고 싶습니다 얼마나 많은 바이오 매스의 결정을 수 있습니다. 일괄 처리에서 낮은 탄소 소스 농도 선택할 때 다른 한편으로 더 높은 세포 밀도 높은 단백질 titers 발생할 수도 있습니다 동안 산소 전송 제한 때문에 너무 높은 세포 밀도 줄일 수 있습니다. 문화 개발 바이오 매스 생성 및 산소 농도 모니터링 하 여 먹이 배치 개시에 대 한 최적의 시간 포인트 확인할 수 있습니다 쉽게 그림 1에서 보듯이.
이러한 재배 매개 변수의 온라인 모니터링을 위한 적절 한 측정 시스템을 적용 한다. 측정 장치 (예를 들어, SFR Vario) 바이오 매스 간단 이며 문화 모니터링에 대 한 경제 온라인 측정 시스템 플라스 크를 흔들어. 광전자 리더 흩어져 빛 감지를 통해 플라스 크에 세포 성장을 결정 하 고 플라스 크에 통합 하는 산소 센서의 신호를 읽습니다. 바이오 매스 측정 광학 입자 (세포) 문화 국물에 의해 흩어져 커지고는 포토 다이오드로 빛 신호를 방출 하는 LED의 구성 됩니다. 광학 센서 형광으로 특정 파장의 빛을 방출 한다. 현재 실정이 분자의 양에 따라이 형광 신호 변경, 리더 광학에 의해 감지 고 농도 값으로 변환 합니다. 그러나, 셀 밀도 측정 교정 측정 시스템은 실제 세600 값을 측정 하지 이후 미리 설정할 수 있다. 산소 통풍 관 비율 리더 소프트웨어와 산소 곡선의 기울기 로부터 산출 될 수 있다 고 rpm 뿐만 아니라 온도 다른 매개 변수와 함께 지속적으로 기록 된다. 이 시스템으로 모니터링을 사용 하려면 쉐이크 플라스 크는 이전 원하는 매개 변수에 대 한 적절 한 센서 장착 해야 합니다.
4 느리게 출시 폴리머의 추가 의해 문화 국물에 글리세롤의 일정 금액을 제공 하는 디스크, 바이오 매스 축적 중지 거의 하 고 재조합 단백질 생산을 계속 했다. 피드 디스크 추가 시간 지점의 결정이이 실험에서 중요 한 단계 이지만 그 지 수 성장 단계 전에 조기 공급된 시작 수 수 억제 발기인 활성화 시 식을 시작으로 간주 한다 탄소 소스 고갈입니다. 또한, 폴리머 용량 제한으로 인해 시간을 먹이 총 셀 고정 단계에 도달 했습니다 후 피드 지연으로 이어질 수도 배 고 파 하 고 저하는 이미 단백질을 생산 하는 반면에, 줄일 수 있습니다. 이 프로토콜에 사용 되는 피드 디스크의 금액은 발기인 드 바이오 매스 세대 낮은 (데이터 표시 되지 않음)을 누른 억압을 유지 하는 최적의 탄소 소스 릴리스에 대 한 실험적으로 결정 되었다. 이 방식으로 경작 수 개입 없이 쉽게 이상 160-180 h를 수행.
이 새로운 프로토콜의 주요 응용 프로그램 식 복제 검사, 효소 진화 및 발견, 특성화 및 잘 모니터링 상태에서 메탄올 무료 재배 프로토콜을 채용 하는 새로운 발기인의 공학에 될 것입니다. 원칙적으로, 동일한 프로토콜 메탄올 및 Panula Perälä 외에 의해와 같은 설명 하는 제한 일 탄소 소스 피드 피드 혼합 전략에 대 한 적용 해야 합니다. 201418.
The authors have nothing to disclose.
ROBOX는 작업 H2020 검색 바이오-2014-1 ROBOX (보조금 계약 n ° 635734) EU의 지평선 2020 프로그램 연구 및 혁신 프로젝트는 유럽 연합 (EU)에서 자금을 받았다. 전망과 의견이 언급 된 저자의 들만 있으며 반드시 유럽 연합 연구 기관 들을 반영 하지 않습니다. 유럽 연합 수 있는 여기에 포함 된 정보의 사용에 대 한 책임을 지지 않습니다.
제이 피셔의 박사 학위 논문은 공동의 오스트리아 자금 FFG “Industrienahe 논문”에 대 한 교부 금에 의해 융자 된다.
우리는 유용한 토론 및 원고 초안에 대 한 귀중 한 입력에 대 한 Gernot 존 (PreSens GmbH) 감사합니다.
Bacto Yeast Extract | BD Biosciences | 212720 | |
Baffled Flask 250 mL | DWK Life Science | 212833655 | |
BBL Phytone Peptone | BD Biosciences | 298147 | |
BioPhotometer | Eppendorf AG | 5500-200-10 | |
Certoclav-EL | CertoClav GmbH | 9.842 014 | |
Difco Yeast nitrogen base w/o amino acids | BD Biosciences | 291920 | |
Feed discs glycerol | Adolf Kuhner AG | 315060 | |
Glucose-monohydrate | Carl Roth GmbH + Co. KG | 6887 | |
Glycerol ≥98 % | Carl Roth GmbH + Co. KG | 3783 | |
K2HPO4 | Carl Roth GmbH + Co. KG | 6875 | |
KH2PO4 | Carl Roth GmbH + Co. KG | 3904 | |
Multitron Standard | Infors AG | 444-4226 | |
SFR Vario v2 | PreSens GmbH | 200001689 |