СШИТЫЕ КРИСТАЛЛЫ ЛИПАЗЫ, КОМПОЗИЦИЯ НА ИХ ОСНОВЕ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
CROSS-LINKED LIPASE CRYSTALS, COMPOSITION BASED THEREON AND METHOD FOR MAKING THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к сшитым кристаллам протеина, которые характеризуются способностью переходить из нерастворимой и стабильной формы в растворимую и активную форму при изменении среды, окружающей указанные кристаллы, причем указанное изменение включает: изменение температуры, изменение величины рН, изменение химического состава, переход из концентрата в разбавленную форму, изменение окислительно-восстановительного потенциала раствора, изменение падающей радиации, изменение концентрации переходного металла, изменение концентрации фтора, изменение концентрации свободных радикалов, изменение концентрации металлических хелатирующих агентов, изменение силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетания. В соответствии с одним из вариантов изобретения такие сшитые кристаллы протеина способны выделять свою протеиновую активность с контролируемой скоростью. В настоящем изобретении предложены способы получения таких сшитых кристаллов протеина, способы использования их для доставки протеина и способы использования их в очищающих агентах, включая детергенты, в терапевтических композициях, в фармацевтических композициях, вакцинах, композициях личной гигиены, включая косметику, композициях для ветеринарии, пищевых продуктах, кормах, диагностических агентах и композициях для удаления загрязнений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Протеины используют в широком спектре применений в областях промышленной химии, в фармацевтических препаратах, в продуктах для ветеринарии, в косметике и в других потребительских товарах, в продуктах питания, в кормах, в диагностических агентах и агентах для дегазации. Иногда такие применения бывают ограничены в связи с затруднениями, которые присущи самим протеинам или создаются окружением или средой, в которой их используют. Такие затруднения могут привести к плохой растворимости протеинов, изменчивости характеристик или высокой стоимости. Для того чтобы протеины могли полностью реализовать свой потенциал в областях их использования, их функции не должны чрезмерно зависеть от окружающей их среды. В прошлом элементы окружающей среды часто создавали препятствия широкому использованию протеинов.
Для преодоления таких барьеров были использованы различные подходы. Однако эти подходы приводили либо к потере протеиновой активности, либо приводили к дополнительным расходам на стабилизирующие протеины носители или композиции.
Одним уникальным подходом к преодолению препятствий для широкого использования протеинов является технология сшитых кристаллов фермента («CLEG™») [N.L.Clair and M.A. Navia, J. Am. Chem. Soc., 114, pp 4314-16 (1992)]. Сшитые кристаллы фермента сохраняют свою активность в условиях окружения, которое обычно не совместимо с функционированием фермента. Такие условия окружения включают длительное экспонирование протеазам и другим агентам, расщепляющим протеин, высокие температуры или экстремальные значения рН. В таких условиях окружающей среды сшитые кристаллы протеина остаются нерастворимыми и стабильными.
Растворимость протеинов, приводящая к контролируемому высвобождению или растворению протеина, играет важную роль во многих областях промышленности и медицины. Такие области включают те, которые касаются очищающих агентов, включая детергенты, фармацевтических агентов, включая терапевтические агенты и вакцины, потребительских продуктов и предметов личной гигиены, продуктов ветеринарии, пищевых продуктов, кормов, диагностических агентов и дегазирующих агентов. Были предложены различные подходы к достижению контролируемого выделения. Они включают инкапсулирование, такое как раскрыто в патентах США № 4579779 и 5500223. Другие подходы включают использование механических или электрических приспособлений и осмотические насосы.
Контролируемое выделение (высвобождение) в области фармацевтики достигалось различными средствами. В патенте США 5569467 раскрыто использование микрочастиц с длительным высвобождением, включающих биосовместимый полимер и фармацевтический агент, который выделяется по мере разложения полимера. Патент США 5603956 относится к твердой фармацевтической дозированной форме с замедленным высвобождением, включающей сшитую амилазу, альфа-амилазу и фармацевтический агент. Патент США 4606909 относится к пероральным, с контролируемым выделением фармацевтическим препаратам сложной рецептуры, в которых гомогенное ядро, содержащее частицы слаборастворимых активных ингредиентов, покрыто рН-чувствительным эродируемым покрытием. Патент США 5593697 относится к фармацевтическим или ветеринарным имплантатам, включающим, по крайней мере, один водорастворимый материал и, по крайней мере, один водонерастворимый материал и пленку полимерного покрытия, которое создано так, что разрушается за определенный промежуток времени после имплантации.
Необходимое контролируемое выделение протеинов, однако, должно быть согласовано с тем фактом, что сам протеин может оказаться нестабильным в условиях хранения. На стабильность протеина могут также оказать вредное воздействие другие компоненты композиции, в которую он включен. Например, агрессивные жидкие детергенты представляют враждебную среду для входящих в их состав ферментов. Решение таких проблем пытались найти за счет использования мутантных субтилизиновых протеаз, которые, как утверждают, обладают повышенной устойчивостью к окислению. См. патент США 4760025 и патентную заявку РСТ W089/06279. Протеины, ферменты, которые наиболее широко используют в детергентах, катализируют их собственное разложение. Использование подхода, который включает добавление ингибиторов протеаз (например, бората с гликолями) или снижение водной активности, оказывается лишь частично эффективным.
Другой подход, раскрытый в патенте США 5385959, состоит в инкапсулировании детергентных компонентов, чувствительных к разложению, в капсулы композитной эмульсии полимеров, что позволяет им высвобождаться при растворении. Патент США 5286404 относится к жидкой детергентной композиции, которая, как указано, обладает улучшенной растворимостью фермента при сохранении ферментной активности. Такое усовершенствование связано с химической модификацией свободных первичных аминогрупп в ферментном растворе в результате альдегидной обработки, ацилирования или алкилирования.
Несмотря на такой прогресс в технологии протеинов вообще, все еще сохраняется необходимость в протеинах, которые были бы стабильны в условиях хранения и были бы активны в условиях их использования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к сшитым протеиновым кристаллам, которые отличаются способностью превращаться из нерастворимой и стабильной формы в растворимую и активную форму при изменении среды, окружающей указанные кристаллы, причем указанное изменение включает: изменение температуры, изменение величины рН, изменение химического состава, перехода из концентрата в разбавленную форму, изменение окислительно-восстановительного потенциала раствора, изменение падающей радиации, изменение концентрации переходного металла, изменение концентрации фтора, изменение концентрации свободных радикалов, изменение концентрации металлических хелатирующих агентов, изменение силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетания. В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения такие сшитые кристаллы протеина способны выделять активность своих протеинов с контролируемой скоростью.
Выгодно, чтобы сшитые протеиновые кристаллы настоящего изобретения были бы нерастворимы и стабильны в условиях хранения и были бы растворимыми и активными в условиях их использования.
В настоящем изобретении предложены также очищающие агенты, включая детергенты, терапевтические протеинсодержащие фармацевтические композиции, вакцины, предметы личной гигиены, включая косметику, композиции для использования в ветеринарии, пищевые продукты, корма, диагностические агенты и композиции для удаления загрязнений. Кроме того, настоящее изобретение включает способы получения таких сшитых протеиновых кристаллов и способы доставки протеинов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет график стабильности различных ферментов в детергенте Ciba #16 при 40°С.
Фиг.2 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, в отношении ткани, загрязненной кровью, молоком и сажей.
Фиг.3 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, после хранения при 30°С в отношении ткани, загрязненной какао.
Фиг.4 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, после хранения при 40°С в отношении ткани, загрязненной какао.
Фиг.5 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, после хранения при 30°С в отношении ткани, загрязненной кровью, молоком и сажей.
Фиг.6 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, после хранения при 40°С в отношении ткани, загрязненной кровью, молоком и сажей.
Фиг.7 представляет график характеристики моющей способности жидких детергентных композиций, включая композицию, содержащую сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения, после хранения при 30°С в отношении ткани, загрязненной кровью.
Фиг.8 представляет график растворимости сшитых кристаллов субтилизина настоящего изобретения при 30°С.
Фиг.9 представляет график растворимости сшитых кристаллов субтилизина настоящего изобретения при 37°С.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для более полного понимания настоящего изобретения приводится далее подробное его описание. В этом описании использованы следующие термины.
Смесь водно-органического растворителя
- смесь, содержащая n% органического растворителя, где n принимает значения от 1 до 99, и m% водного растворителя, где m принимает значения 100-n.
Двухфазный субстрат
- раствор субстрата, содержащий две фазы, либо фазы жидкость/твердое вещество, либо фазы жидкость/жидкость, одна из которых содержит субстрат для реакции, катализируемой протеиновой составляющей сшитых кристаллов протеина. Эмульсия оливкового масла в водном растворе, содержащем дискретные водную и органическую фазы, служит примером субстрата для сшитых кристаллов липазы.
Каталитически эффективное количество
- количество сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения, которое эффективно для обработки, защиты, восстановления или детоксификации участка, на который их наносят, в течение некоторого промежутка времени.
Изменение химического состава
- любое изменение химических компонентов среды, окружающей сшитые кристаллы протеина, которое влияет на среду или сшивающий агент, включая добавление химических реагентов, химические изменения, вызываемые привнесением в эту среду энергии в форме света, микроволнового излучения или радиации, химические реакции, которые влияют на сшивающий агент, или их сочетания.
Изменения силы сдвига, действующей на кристалл
- любое изменение факторов среды, окружающей сшитые кристаллы протеина в условиях использования, такие как изменения механического давления, как положительные так и отрицательные, перемешивание за счет вращения, центрифугирование, переворачивание, механическое перемешивание и фильтрование под давлением.
Контролируемое растворение
- растворение сшитых кристаллов протеина или переход протеиновых составляющих из кристаллического состояния в растворимое состояние, который
(1) вызывается изменением среды, окружающей кристаллы, причем указанное изменение выбирают из группы, состоящей из изменения температуры, изменения величины рН, изменения химического состава, изменения концентрированной формы в разбавленную форму, изменения окислительно-восстановительного потенциала раствора, изменения падающей радиации, изменения концентрации переходного металла, изменения концентрации фтора, изменения концентрации свободных радикалов, изменения концентрации металлических хелатирующих агентов, изменения силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетаний, и
(2) контролируется фактором, выбираемом из группы, состоящей из следующего: степени сшивки указанных сшитых кристаллов протеина, аминокислотных остатков, участвующих в процессе сшивки, независимо от того, является ли сшивающий агент гомобифункциональным или гетеробифункциональным, длительности экспонирования кристаллов протеина действию сшивающего агента, скорости добавления сшивающего агента к указанным кристаллам протеина, природы сшивающего агента, размера указанных сшитых кристаллов протеина, формы указанных сшитых кристаллов протеина и их сочетаний. В том смысле, как здесь использована, фраза «контролируемое растворение» не включает выщелачивание.
Контролируемое растворение сшитых кристаллов протеина
- сшитые кристаллы протеинов, которые медленно растворяются после воздействия конкретного триггера (импульс побуждающий цепную реакцию) и высвобождают растворимую форму протеина в раствор. Активность контролируемого растворения сшитых кристаллов протеина определяется главным образом растворимой формой протеина, выделяемого из кристаллов.
Сшитая кристаллическая форма протеина
- сшитые кристаллы протеина, которые остаются нерастворимыми и сохраняются в твердом состоянии при добавлении в раствор.
Повышенная активность протеинов
- активность сшитой кристаллической формы протеинов, которая повышена по сравнению с растворимой формой протеинов. В соответствии с различными вариантами настоящего изобретения повышенная активность протеинов демонстрируется любой из следующих: сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 200-300 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 100-200 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 10-100 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 20-50 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 10-20 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 20-30 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 5-10 раз превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая в 2-3 раза превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая, по крайней мере, в 3 раза превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая, по крайней мере, в 2 раза превышает активность растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая, по крайней мере, на 25-99% выше активности растворимой формы протеина; сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая, по крайней мере, на 25-30% выше активности растворимой формы протеина или сшитая кристаллическая форма протеина обладает активностью, которая, по крайней мере, на 20% выше активности растворимой формы протеина.
Композиции для очистки от загрязнений
- композиции, выбранные из группы, состоящей из: композиций для удаления загрязнений химическими отходами, гербицидами, инсектицидами, пестицидами, агентами, представляющими опасность для окружающей среды, и химическим оружием.
Нерастворимая и стабильная форма протеина
- форма протеина, которая остается нерастворимой в водных растворителях, органических растворителях или водно/органических смесях растворителей и которая демонстрирует более высокую стабильность, нежели растворимая форма протеина. В соответствии с альтернативным вариантом настоящего изобретения фраза «нерастворимая и стабильная форма протеина» может обозначать протеин, который нерастворим в сухих композициях, но растворим во влажных композициях. В любом из вариантов сшитые кристаллы протеина могут быть активны в нерастворимой форме. И в одном из вариантов сшитые кристаллы протеина могут быть активными в нерастворимой форме, затем могут быть растворены, или удалены, или расщеплены после завершения их функции.
Макромолекулярный субстрат
- крупные биомолекулы, такие как протеины или углеводы с молекулярным весом, по крайней мере, 600-700 Дальтон, которые также являются субстратом для реакций, катализируемых протеиновыми составляющими сшитых кристаллов протеина.
Органический растворитель
- любой растворитель не водного происхождения.
Фармацевтически эффективное количество
- количество сшитых кристаллов протеина, которое эффективно для лечения состояния индивидуума, которому их вводят в течение некоторого периода времени.
Профилактически эффективное количество
- количество сшитых кристаллов протеина, которое эффективно для профилактики состояния индивидуума, которому их вводят в течение некоторого периода времени.
Протеин
- протеин, или в другом варианте гликопротеин, или в другом варианте любой пептид с третичной структурой.
Протеиновые составляющие композиций, содержащих сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, могут быть природно или синтетически модифицированы. Они могут быть гликопротеинами, фосфопротеинами, сульфопротеинами, иодопротеинами, метилированными протеинами, немодифицированными протеинами или могут содержать другие модификации.
Протеиновой составляющей композиций, содержащих сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, могут быть любые протеины, включая, например, гормоны, такие как паратироидный гормон, ферменты, антитела, рецепторы вирусов, гликопротеины поверхностного вируса, гликопротеины паразитов, рецепторы паразитов, рецепторы Т-клеток, МНС молекулы, модификаторы иммунитета, опухолевые антигены, муцины, ингибиторы, факторы роста, трофические факторы, цитокины, лимфокины, токсоины, гормоны роста нервов, факторы образования сгустков крови, адгезионные молекулы, протеины устойчивости ко многим лекарствам, аденилатциклазы, костные морфогенные протеины и лектины.
В протеины включены также гликопротеиновые гормоны и цитокины. Примеры гормонов включают гормон стимуляции фолликул, человеческий хорионический гонадотропин, лютеинизирующий гормон, тиротрофин и овечьи, бычьи, свиные, мышиные и крысиные аллели этих гормонов. Примеры гликопротеинов цитокинов включают α-интерферон, лимфотоксин и интерлейкин-2. Они включают также гликопротеиновые антигены, связанные с опухолями, например карциноэмбрионный антиген (СЕА), человеческие муцины, her-2/neu и простато-специфицеский антиген (PSA) [R.A. Henderson and O.J. Finn, Advanced in Immunology, 62, pp. 217-56 (1996)].
Активность протеина
- активность, выбранная из группы, состоящей из активности в отношении связывания, катализа или активностей, которые вызывают функциональные реакции в среде, окружающей используемый протеин, таких как индуцирование иммунной реакции и иммуногеничности, или гидролиз липидов у индивидуумов с дефицитом липаз, или их сочетаний.
Скорость выделения активности протеина
- количество протеина, растворенного в единицу времени.
Растворимая форма протеина
- отдельные молекулы протеина в растворе и диссоциированная форма кристаллической решетки.
Субстрат, состоящий из небольших молекул
- молекулы с молекулярным весом обычно менее 600 Дальтон, которые также являются субстратом для реакций, катализируемых протеиновыми составляющими сшитых кристаллов протеина.
Терапевтический протеин
- протеин, который вводят пациенту в виде фармацевтической композиции и фармацевтически приемлемым способом. Терапевтические протеины включают, например, гормоны, ферменты, включая липазы, антитела, рецепторы вирусов, рецепторы Т-клеток, хемокины, рецепторы хемокинов, МНС молекулы, опухолевые антигены, муцины, ингибиторы, факторы роста, трофические факторы, цитокины, лимфокины, токсоиды, гормоны роста нервов, факторы свертываемости крови, адгезионные молекулы, протеины устойчивости ко многим лекарствам, аденилатциклазы и протеины костной морфогеничности.
Вакцинный антиген
- протеин, полученный из инфекционного агента, такого как вирус, паразит или опухолевый антиген. Активность протеина таких вакцинных антигенов состоит в индуцировании защитного иммунитета против инфицирующего агента.
Сшитые кристаллы протеинов настоящего изобретения особенно выгодны благодаря их стабильности в опасном окружении, создаваемом формами или композициями, в которых они используются, или условиями их хранения. В то же самое время эти сшитые кристаллы протеинов способны к регулируемому растворению или высвобождению их активности при воздействии одного или более триггеров их окружения. Такие триггеры могут быть выбраны из группы, состоящей из изменения температуры, изменения величины рН, изменения химического состава, перехода из концентрированной формы в разбавленную форму, изменения силы сдвига, действующей на кристаллы, и их сочетаний.
Регулируемое растворение или высвобождение активности сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения может также изменяться с течением времени.
Конкретные примеры таких триггеров включают возрастание или понижение температуры, например повышение температуры с низкой (между около 0°С и около 20°С) до высокой температуры (между около 20°С и около 70°С). Другие триггеры включают изменение величины рН с кислотных значений на основные значения и изменение с основных значений на кислотные. Примеры триггеров перехода из концентрированного состояния в разбавленное включают, например, изменение концентрации в растворе, изменение концентрации всех растворенных веществ примерно с 2-кратного до около 10000-кратного, изменение концентрации всех растворенных веществ с примерно 2-кратного до около 700-кратного, увеличение или уменьшение концентрации соли, увеличение или уменьшение концентрации воды, увеличение или уменьшение концентрации органического растворителя, уменьшение концентрации протеина или уменьшение концентрации детергента.
Дополнительные триггеры включают изменения химического состава среды, окружающей сшитые кристаллы протеинов, что влияет на среду или изменения сшивающего агента. Такие изменения включают, например, добавление химических реагентов, увеличение или уменьшение концентрации органического растворителя, химические акты, которые влияют на сшивающий агент, химические изменения, вызываемые подачей энергии, включая свет, микроволновое излучение или радиацию. Как разъяснялось выше, любые из этих триггеров могут действовать в сочетании или последовательно с одним или более из других триггеров.
На контролируемое растворение сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения можно также влиять, изменяя время, которого достаточно, чтобы позволить активности протеина высвобождаться со скоростью между около 0,1% в день до около 100% в день, изменяя время, которого достаточно, чтобы позволить активности протеина высвобождаться со скоростью между около 0,01% в час до около 100% в час, и изменяя время, которого достаточно, чтобы позволить активности протеина высвобождаться со скоростью между около 1% в минуту до около 50% в минуту.
Поэтому сшитые кристаллы протеинов настоящего изобретения включают такие, которые способны высвобождать свою протеиновую активность с контролируемой скоростью при воздействии изменения их окружения, причем указанное изменение выбирают из группы, состоящей из изменения величины рН, изменения концентрации растворенных веществ, изменения температуры, изменения химического состава, изменения силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетаний. Указанная контролируемая скорость выделения активности протеинов может определяться фактором, выбранным из группы, состоящей из следующего: степени сшивки сшитых кристаллов протеина, длительности времени экспонирования кристаллов протеина сшивающему агенту, скорости добавления сшивающего агента к кристаллам протеина, природы сшивающего агента, длины цепи сшивающего агента, аминокислотных остатков, участвующих в сшивках, такого факта, как является ли сшивающий агент гомобифункциональным или гетеробифункциональным, площади поверхности сшитых кристаллов протеина, размера сшитых кристаллов протеина, формы сшитых кристаллов протеина и их сочетаний.
Как результат кристаллической природы, сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения обладают однородностью по всему объему сшитого кристалла. Такая однородность поддерживается за счет внутримолекулярных контактов и химических сшивок между молекулами, составляющими кристаллическую решетку. Молекулы протеина сохраняют одинаковое расстояние друг от друга, образуя точно определенные стабильные поры внутри сшитых кристаллов протеина, что облегчает доступ субстрата в протеин, а также удаление продукта. В этих сшитых кристаллах протеина внутренние взаимодействия в решетке при фиксировании химическими связями особенно важны для обеспечения стабильности и предотвращения денатурации, особенно при хранении в условиях, которые включают вредные условия окружающей среды, создаваемые компонентами композиции, в которой эти кристаллы используют. В то же самое время кристаллы протеина сшиты таким образом, что они растворяются или высвобождают свою протеиновую активность при воздействии триггера (импульса) в окружающей их среде в условиях использования. Так, они могут быть практически не растворимы и стабильны в композиции в условиях хранения и практически растворимы и активны в условиях использования указанной композиции.
Факторы, которые вносят вклад в скорость высвобождения протеиновой активности сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения, включают степень сшивки кристаллов протеина, длительность воздействия на кристаллы протеина сшивающего агента, скорость добавления сшивающего агента к кристаллам протеина, природу сшивающего агента, аминокислотные остатки, участвующие в образовании сшивок, тот факт, является ли сшивающий агент гомобифункциональным или гетеробифункциональным, длину цепи сшивающего агента, площадь поверхности сшитых кристаллов протеина, размер сшитых кристаллов протеина, форму сшитых кристаллов протеина и их сочетания.
В дополнении к их активности сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения особенно стабильны и нерастворимы в условиях хранения, которые включают сопутствующую температуру хранения, величину рН при хранении, время хранения, форму хранящегося концентрата, хранение в условиях отсутствия или небольшой силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетания. Выгодно, чтобы эти сшитые кристаллы протеина были бы растворимы и активны в условиях использования, которые включают изменение температуры, изменение химического состава, переход из концентрированной формы в разбавленную форму, изменение силы сдвига, действующей на кристаллы, и их сочетания. Такие свойства делают сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения особенно подходящими для доставки очищающих агентов, включая детергенты, терапевтических протеинов, фармацевтических композиций, агентов личной гигиены или композиций, включая косметику, вакцину, композиций для использования в ветеринарии, продуктов питания, кормов, диагностических агентов и композиций для очистки от загрязнений.
В соответствии с одним из вариантов сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения характеризуются таким сроком полураспада активности в условиях хранения, который, по крайней мере, в два раза превышает эту величину для растворимой формы протеина, который кристаллизуется для получения сшитых кристаллов, и активностью, которая аналогична активности растворимой формы в условиях использования.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения сшитые кристаллы протеина характеризуются активностью, которая аналогична активности их растворимых или не сшитых кристаллизованных составляющих в условиях использования. Однако важно, что сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения демонстрируют повышенную стабильность в условиях хранения по сравнению с их растворимыми или не сшитыми кристаллизованными составляющими протеина.
Одним из преимуществ контролируемого растворения сшитых кристаллов протеина является то, что для выделения растворимой формы протеина из кристаллической решетки необходим триггер (импульс). Поэтому можно обеспечить контролируемое растворение сшитых кристаллов протеина, которые существуют как сшитые кристаллы протеина с протеиновой активностью в твердом кристаллическом состоянии до тех пор, пока не подвергнутся воздействию триггера. После воздействия триггера растворимый протеин высвобождается, и протеиновая активность функционирует как из сшитой кристаллической формы, так и из растворимой формы протеина.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения выгодные свойства достигаются за счет сшитых кристаллов протеина, которые получают как сшитые кристаллы протеина с контролируемым растворением, но которые затем не подвергаются воздействию триггера. В частности, в отсутствие соответствующего триггера для инициирования растворения такие сшитые кристаллы протеина могут демонстрировать повышенную активность протеина в отношении макромолекулярных субстратов, бифазных субстратов или субстратов из небольших молекул по сравнению с их растворимыми составляющими. Так, например, кристаллы липазы, сшитые в сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноатом (Sulfo-LC-SMPT), которые затем не подвергают воздействию триггера для разрушения -S-S-связей сшивок, демонстрируют повышенную активность гидролиза в отношении бифазного субстрата оливкового масла.
Более конкретно, кристаллы липазы, сшитые с Sulfo-LC-SMPT, отличаются активностью протеина примерно в 5-10 раз более высокой в отношении гидролиза субстрата оливкового масла, нежели активность растворимой формы протеина, который кристаллизуют для получения сшитых кристаллов. Кроме того, кристаллы липазы, сшитые 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимидгидрохлоридом (EDC), отличаются примерно в два раза более высокой активностью в отношении гидролиза субстрата оливкового масла по сравнению с растворимой формой протеина, который кристаллизуют для получения сшитых кристаллов.
Протеиновой составляющей сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения может быть любой протеин, включая, например, терапевтические протеины, профилактические протеины, включая антитела, протеины очищающих агентов, включая протеины детергентов, протеины агентов личной гигиены, включая косметические протеины, протеины для использования в ветеринарии, протеины пищевых продуктов, кормов, диагностические протеины и протеины агентов, удаляющих загрязнения. Среди других протеинов включены также такие протеины, как ферменты, такие как, например, гидролазы, изомеразы, лиазы, лигазы, трансферазы и оксидоредуктазы. Примеры гидролаз включают термолизин, эластазу, эстеразу, липазу, нитрилазу, амилазу, пектиназу, субтилиназу, гидантоиназу, аспарагиназу, уреазу, субтилизин и другие протеазы и лизоцим. Примеры лиаз включают альдодазы и гидроксинитриллиазу. Примеры оксидоредуктаз включают пероксидазу, лакказу, глюкозооксидазу, алкоголь-дегидрогеназу и другие дегидрогеназы. Другие ферменты, которые можно кристаллизовать и сшивать, включают целлюлазы и оксидазы.
Примеры терапевтических или профилактических протеинов включают гормоны, ферменты, включая липазу, антитела, ингибиторы, факторы роста, трофические факторы, цитокины, лимфокины, токсоиды, эритропротеины, Фактор VIII, инсулин, глюкагоноподобный пептид-I (инсулинотропин), амилин, ТРА, дорназ-α, α-1-антитрипсин, человеческие гормоны роста, горомоны роста нервов, паратироидный гормон, костные морфогенные протеины, уреазу, токсоиды, гормоны фертильности, FSH, LSH, postridical гормоны, токсоид столбняка, токсоид дифтерии.
Сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно использовать в любом из многочисленных химических процессов. Такие процессы включают процессы, проводимые как в промышленных, так и в лабораторных масштабах, таких как органические синтезы специальных химических веществ и лекарств. Процессы ферментных превращений включают окисление, восстановление, присоединение, включая эстерификации и трансэстерификации, гидролизы, элиминирование, перегруппировки и ассиметричные превращения, включая стереоселективные, стереоспецифические и региоселективные реакции.
Так, сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно с успехом использовать вместо обычных растворимых или иммобилизованных протеинов в очищающих агентах, включая детергенты, фармацевтические агенты, терапевтические агенты, соединения для ветеринарии, композиции личной гигиены, включая косметические препараты, пищу, корма, вакцины, обработку целлюлозы, бумаг и текстиля, диагностические агенты и композиции для дегазации (очистки от загрязнений).
Сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно также использовать в различных применениях в отношении окружающей среды. Их можно использовать вместо обычных растворимых или иммобилизованных протеинов для решения задач, связанных с окружающей средой, таких как дегазация обширных площадей или источников опасности для окружающей среды.
В другом варианте сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно использовать в очищающих агентах, выбранных из группы, состоящей из детергентов, таких как порошковые детергенты и жидкие детергенты, отбеливатели, очистители для дома, очистители для твердых поверхностей, промышленные очистители, шампуни для очистки ковров и мебельных тканей.
Очищающие агенты, содержащие сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, могут также включать соединения, которые обычно бывают включены в такие агенты. См., например, Soaps and Detergents, A Theoretical and Practical Review, Louis Spitz (Ed.), AOCS Press (Champlain, Illinopis) (1996). Такие соединения включают анионные, неионные, катионные или цвиттерионные поверхностно-активные агенты или их смеси.
Примеры анионных поверхностно-активных агентов включают алкилсульфаты, алкиловые эфиры сульфатов, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, олефиновые сульфонаты, алкиловые эфиры фосфатов, соли жирных кислот, мыла, изотионаты и сульфонированные ненасыщенные сложные эфиры и кислоты.
Примеры неионных поверхностно-активных агентов включают продукты конденсации органических алифатических или алкилароматических гидрофобных соединений с алкиленоксидом, алкилполиглюкозами и сложными эфирами сахаров.
8
22
Примеры катионных поверхностно-активных агентов включают четвертичные аммониевые соли или третичные алкиламины, аминоамиды, сложные аминоэфиры или имидазолины, содержащие, по крайней мере, одну длинноцепочечную (С-С) алифатическую группу или алкиларильную группу, в которой алкил содержит от около 4 до около 12 атомов углерода, а арилом является предпочтительно группа фенилена.
Примеры цвиттерионных поверхностно-активных агентов включают производные четвертичных аммониевых, четвертичных фосфониевых или третичных сульфониевых соединений, производные вторичных или третичных аминов и производные гетероциклических вторичных или третичных аминов.
Сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно использовать в качестве ингредиентов в композициях личной гигиены, включая косметику, таких как кремы, лосьоны, эмульсии, пены, смывки, пудры, гели, муссы, суспензии, порошки, спреи, пасты, мази, помады, бальзамы, капли, шампуни и солнцезащитные препараты. В кремах и лосьонах для наружного применения, например, их можно использовать как увлажнители или для защиты кожи, смягчающие, отбеливающие, очищающие, обезжиривающие, депротеинизирующие, увлажняющие, обесцвечивающие, окрашивающие или детоксифицирующие агенты. Их можно также использовать в косметике в качестве антиоксидантов.
В соответствии с настоящим изобретением любого индивидуума, включая людей и других млекопитающих, можно лечить фармацевтически приемлемым способом фармацевтически эффективным или каталитически эффективным количеством сшитых кристаллов протеина в течение промежутка времени, которого достаточно для лечения состояния индивидуума, которому вводят указанный протеин в течение некоторого промежутка времени. В качестве альтернативы индивидуумы могут получать профилактически эффективное или каталитически эффективное количество сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения, которое эффективно предотвращает у индивидуума, которому его вводят в течение некоторого промежутка времени, возникновение такого состояния.
Такие сшитые кристаллы протеина можно вводить отдельно, как часть фармацевтической композиции, часть средства личной гигиены или ветеринарного препарата, или как часть профилактического препарата, такого как вакцина, с добавлением адъюванта или без добавления адъюванта. Их можно вводить парэнтерально или не парэнтерально. Например, их можно вводить перорально, через легкие, через нос, через уши, анально, через кожу, в глаза, внутривенно, внутримышечно, через артерии, внутрибрюшинно, через слизистую, под язык, подкожно или путем внутричерепного введения. Либо в лекарственных, либо в ветеринарных препаратах, либо в средствах личной гигиены сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения можно использовать для наружного применения, нанося на любые эпителиальные поверхности. Такие эпителиальные поверхности включают ротовые, глазные, ушные, анальные и носовые поверхности, которые необходимо лечить, защитить, восстановить или детоксифицировать, нанося указанные кристаллы.
Настоящее изобретение включает также композиции с контролируемым высвобождением, включающие сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения. В таких композициях сшитые кристаллы протеина практически нерастворимы в условиях хранения и способны высвобождать свою протеиновую активность in vivo с контролируемой скоростью. Например, фармацевтические композиции настоящего изобретения с контролируемым высвобождением, введенные перорально, характеризуются тем, что компоненты сшитых кристаллов протеина практически нерастворимы в условиях рН желудка и практически растворимы в условиях рН тонкого кишечника. В другом варианте для этих и других целей настоящего изобретения сшитые кристаллы протеина могут быть активны в нерастворимой форме, а затем могут растворяться и могут быть удалены или расщеплены после завершения их функций.
Фармацевтические, ветеринарные или профилактические композиции или композиции личной гигиены, включающие сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, можно также выбрать из группы, состоящей из таблеток, липосом, гранул, шариков, микрочастиц, микросфер и капсул.
Для таких применений, а также для других применений в соответствии с настоящим изобретением сшитые кристаллы протеина могут быть приготовлены в виде таблеток. Такие таблетки состоят из не содержащей жидкости и не содержащей пылевидных частиц формы сшитых кристаллов протеина, которые легко хранить и которые сохраняют приемлемые уровни активности.
В другом варианте сшитые кристаллы протеина могут быть в удобных формах пролонгированного действия, которые используют для введения для обеспечения реакционноспособных композиций. Они включают, например, твердые, полутвердые и жидкие дозированные формы, такие как жидкие растворы или суспензии, гели, кремы, бальзамы, эмульсии, лосьоны, взвеси, порошки, спреи, пены, пасты, мази, помады и капли.
Композиции или составы, включающие сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, могут также включать любые обычные носители или адъюванты, которые используют в фармацевтических композициях, композициях личной гигиены или ветеринарных рецептурах. Эти носители и адъюванты включают, например, адъювант Фреунда, ионообменники, окись алюминия, стеарат алюминия, лецитин, буферные вещества, такие как фосфаты, глицин, сорбиновая кислота, сорбат калия, частичные глицеридные смеси насыщенных растительных жирных кислот, воду, соли или электролиты, такие как протаминсульфат, динатрийгидрофосфат, хлорид натрия, соли цинка, коллоидную двуокись кремния, магнезию, трисиликат, вещества на основе целлюлозы и полиэтиленгликоль. Адъюванты для наружного применения или формы на основе гелей могут включать, например, карбоксиметилцеллюлозу, полиакрилаты, блок-сополимеры полиоксиэтилен-полиоксипропилена, полиэтиленгликоль и древесные смолы и спирты.
В соответствии с одним из вариантов этого изобретения сшитые кристаллы протеина могут быть объединены с обычными материалами, которые используются для введения с контролируемым высвобождением. Такие материалы включают, например, покрытия, оболочки и пленки, такие как желудочные покрытия и полимерные покрытия и пленки.
Наиболее эффективный способ введения и режим дозирования рецептур или композиций, включающих сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, будет зависеть от нужного эффекта, предшествующего лечения (если оно имело место), состояния здоровья индивидуума или состояния его самого и реакции на сшитые кристаллы протеина, и заключения лечащего врача или клинициста. Сшитые кристаллы протеина можно вводить в любой дозированной форме, приемлемой для фармацевтического препарата, композиций средств личной гигиены или ветеринарной рецептуры, единовременно или в несколько приемов.
Количество сшитых кристаллов протеина, которое можно объединить с материалами носителя для получения единичной дозированной формы, будет меняться в зависимости от конкретного способа введения, рецептуры, уровня доз и частоты приема доз. Типичный препарат будет содержать от около 0,01% до около 99%, предпочтительно от около 1% до около 50% сшитых кристаллов протеина (вес./вес.).
После улучшения состояния индивидуума при необходимости можно вводить поддерживающую дозу сшитых кристаллов протеина, причем дозы или частоту введения, или и то и другое, можно снизить как функцию симптомов до уровня, при котором это улучшенное состояние будет сохраняться. После того как состояние облегчается до нужного уровня, лечение можно прекратить. Однако индивидуумам может понадобиться периодическое длительное лечение после любого возврата состояния или его симптомов.
Альтернативный вариант настоящего изобретения включает систему доставки протеина, включающую описываемые здесь сшитые кристаллы протеина. Такую систему можно использовать для доставки протеинов, таких как те, которые включены в очищающие агенты, такие как детергенты, продукты личной гигиены, такие как косметические препараты и фармацевтические препараты, такие как липазы, композиции для использования в ветеринарии, вакцины, пищевые продукты, корма, диагностические агенты и композиции для дегазации. Системы доставки протеина настоящего изобретения, которые могут быть композициями или приспособлениями, такими как имплантируемые устройства, могут быть системами доставки протеина, состоящими из микрочастиц, где сшитые кристаллы протеина имеют наибольшее измерение от около 0,01 до около 500 мкм, в другом варианте от около 0,1 мкм до около 50 мкм. Компоненты сшитых кристаллов протеина в таких системах могут иметь форму, выбранную из группы, состоящей из: сфер, иголок, палочек, пластин, таких как шестигранники и квадраты, ромбоидов, кубов, бипирамид и призм. Выгодно, чтобы сшитые кристаллические формы протеинов настоящего изобретения обеспечивали бы содержание вплоть до от около 50% до около 90% протеина на единицу веса.
Одним из примеров защищенных протеиновых систем настоящего изобретения является система, подходящая для хранения в среде, такой как жидкий детергент, до использования. Компоненты сшитых кристаллов протеина такой системы нерастворимы в условиях хранения в указанной среде, которая обычно вызывает разложение растворимой формы протеина, который кристаллизуют для получения указанных сшитых кристаллов, и растворимы в условиях использования.
В соответствии с настоящим изобретением получение сшитых кристаллов протеина включает стадии кристаллизации и сшивки протеина. Это можно осуществить в соответствии с приводимой далее иллюстрацией.
Получение сшитых кристаллов протеина - Кристаллизация протеина
Кристаллы протеина выращивают путем контролируемой кристаллизации протеина из водного раствора или водного раствора, содержащего органический растворитель. Условия, которые необходимо контролировать, включают, например, скорость испарения растворителя, присутствие соответствующих сорастворенных веществ и буферов, рН и температуру. Исчерпывающий обзор различных факторов, которые влияют на кристаллизацию протеинов, опубликован McPherson, Methods Enzymol., 114, pp. 112-20 (1985).
McPherson and Gilliland, J.Cryst. Growth, 90, pp. 51-59 (1988) собрали обширный список протеинов и нуклеиновых кислот, которые были кристаллизованы, а также условий их кристаллизации. Полный перечень кристаллов и способов их кристаллизации, также как и ссылки на хранилища определенных структур протеинов и нуклеиновых кислот, содержится в Protein Data Bank в Brookhaven National Laboratory [http//www. pdb.dnl.gov; Bernstein et al., J. Mol. Biol., 112, pp 535-42 (1977)]. Эти ссылки можно использовать для определения условий, необходимых для кристаллизации протеина, как прелюдии к образованию соответствующего сшитого кристалла протеина и как руководство к определению стратегии кристаллизации для других протеинов. В другом варианте разумная стратегия проб и ошибок в большинстве случаев приводит к определению подходящих условий для кристаллизации для многих протеинов, при условии, что для них можно достичь приемлемого уровня степени чистоты [см., например, C.W. Carter, Jr. and C.W. Carter, J. Biol. Chem., 254 PP 12219-23 (1979)].
Для использования сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения не требуются крупные одиночные кристаллы, которые нужны для анализа дифракции рентгеновских лучей. Пригодны мелкокристаллические частицы.
Так, например, сшитые кристаллы протеина могут иметь наибольшее измерение от около 0,01 мкм до около 500 мкм, или от около 0,1 мкм до около 50 мкм. Они также могут иметь форму, выбранную из группы, состоящей из: сфер, иголок, палочек, пластин, таких как гексагоны и квадраты, ромбоидов, кубов, бипирамид и призм.
Обычно кристаллы получают, объединяя подлежащий кристаллизации протеин с соответствующим водным растворителем или водным растворителем, содержащим соответствующие агенты кристаллизации, такие как соли или органические растворители. Растворитель объединяют с протеином и можно перемешивать при температуре, определенной экспериментально, которая необходима для индуцирования кристаллизации и приемлема для сохранения активности протеина и стабильности. Растворитель может необязательно включать сорастворенные вещества, такие как двухвалентные катионы, кофакторы или хаотропные агенты, а также различные типы буферов для регулирования рН. Необходимость в таких сорастворенных веществах и их концентрации определяются экспериментально для облегчения кристаллизации.
В промышленных процессах контролируемое осаждение, приводящее к кристаллизации, можно лучше всего осуществить простым объединением протеина, осаждающего агента, сорастворенного вещества и, необязательно, буферов в периодическом процессе. В качестве другой возможности протеины можно кристаллизовать, используя в качестве исходного материала осажденные протеины. В этом случае осадки протеина добавляют к кристаллизационному раствору и инкубируют до образования кристаллов. Альтернативные лабораторные способы кристаллизации, такие как диализ или диффузия паров, также можно адаптировать.
McPherson (см. выше) и Gilliland (см. выше) в своих обзорах литературы, относящейся к кристаллизации, представили исчерпывающий список подходящих условий.
Иногда несовместимость сшивающего агента и среды для кристаллизации может потребовать переноса кристаллов в более подходящую систему растворителя.
Многие протеины, для которых условия кристаллизации уже были описаны, можно использовать для получения сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения. Следует заметить, однако, что условия, указанные в приведенных выше ссылках, были оптимизированы для получения, в большинстве случаев, нескольких крупных кристаллов для дифракционных исследований. Соответственно специалистам должно быть ясно, что может оказаться необходимым несколько изменить эти условия для создания процесса для крупномасштабного получения более мелких кристаллов, которые используют для получения сшитых кристаллов протеина.
Получение сшитых кристаллов протеина - Сшивание кристаллов протеина
После того, как кристаллы протеина были выращены в подходящей среде, их можно сшить. Сшивание приводит к стабилизации кристаллической решетки за счет введения ковалентных связей между молекулами протеина, составляющими кристалл. Это делает возможным перенос протеина в другое окружение, которое, в противном случае, могло бы оказаться несовместимым с существованием кристаллической решетки или даже с самим существованием неизмененного протеина.
Выгодно, чтобы сшивание по способу настоящего изобретения было осуществлено таким образом, чтобы в условиях хранения взаимодействия сшивок предотвращали обратный переход в раствор молекул протеина, составляющих кристалл, эффективно делая нерастворимыми или иммобилизованными молекулы протеина в микрокристаллических частицах. Под воздействием триггера в среде, окружающей сшитые кристаллы протеина, как, например, в условиях использования, отличающихся от условий хранения, молекулы протеина растворяются, выделяя свою протеиновую активность. Скорость растворения контролируется одним или более из следующих факторов, которые включают степень сшивки, длительность экспонирования кристаллов протеина сшивающему агенту, аминокислотные остатки, участвующие в образовании сшивок, тот факт, является ли сшивающий агент гомобифункциональным или гетеробифункциональным, скорость добавления сшивающего агента к кристаллам протеина, длительность экспонирования кристаллов сшивающему агенту, природу сшивающего агента, длину цепи сшивающего агента, размер сшитых кристаллов протеина, площадь поверхности сшитых кристаллов протеина, форму сшитых кристаллов протеина и их сочетания.
В другом варианте контролируемое растворение сшитых кристаллов протеина действуют как сшитые кристаллы в отсутствие специфического триггера, необходимого для инициирования и поддержания растворения.
Образования сшивок можно достичь, используя один реагент или комбинацию широкого круга многофункциональных реагентов одновременно (параллельно) или последовательно, включая бифункциональные реагенты. После воздействия триггера в окружающей среде или по прошествии определенного промежутка времени сшивки между кристаллами протеина, сшитыми такими многофункциональными сшивающими агентами, уменьшаются или ослабевают, что приводит к растворению протеина или высвобождению активности.
Такие сшивающие агенты включают глутаральдегид, янтарный альдегид, октандиальдегид и глиоксаль. Дополнительные многофункциональные сшивающие агенты включают галоидтриазины, например хлорангидрид циануровой кислоты; галоидпиримидины, например 2,4,6-трихлор/бромпиримидин; ангидриды или галиды алифатических или ароматических моно- или ди-карбоновых кислот, например, малеиновый ангидрид, (мет)акрилоилхлорид, хлорацетилхлорид; соединения N-метилола, например N-метилолхлорацетамид; ди-изоцианаты или изотиоцианаты, например, фенилен-1,4-ди-изоцианат и азиридины. Другие сшивающие агенты включают эпоксиды, такие как, например, ди-эпоксиды, три-эпоксиды и тетра-эпоксиды.
В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения сшивающим агентом является глутаральдегид, который используют отдельно или последовательно с эпоксидом. Для представителей других доступных сшивающих агентов см., например, каталог 1996 Pierce Chemical Company. Такие многофункциональные сшивающие агенты можно также использовать одновременно (параллельно) или последовательно с обратимыми сшивающими агентами, такими как те, которые будут описаны далее.
Сшивающими агентами, которые пригодны для использования в различных вариантах настоящего изобретения, являются (1) те, которые создают ковалентные связи между одной цистеиновой боковой цепью протеина и другой цистеиновой боковой цепью, (2) те, которые создают ковалентные связи между одной лизиновой боковой цепью протеина и другой, или (3) те, которые создают ковалентные связи между одной цистеиновой боковой цепью протеина и лизиновой боковой цепью. Сшивание может происходить как за счет внутримолекулярных, так и межмолекулярных ковалентных сшивок.
Кристаллы протеина для обеспечения контролируемого растворения сшитых кристаллов протеина могут быть сшиты одним из следующих сшивающих агентов: диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl (DTBP); дитиобис(сукцинимидилпропионат) (DSP); бисмалеимидогексан (ВМН); бис(сульфосукцинимидил)суберат (BS);
1,5-дифтор-2,4-динитробензол (DFDNB);
диметилсуберимидат • 2НСl (EMS); дисукцинимидилглутарат (DSG); дисульфосукцинимидилтартарат, (Sulfo-DST);
1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимидгидрохлорид (EDC); этиленгликольбис [сульфосукцинимидилсукцинат] (Sulfo-EGS); сложный эфир N-[γ-малеимидобутирилокси]сукцинимида (GMBS);
N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензоат (Sulfo-HSAB); сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноат (Sulf o-LC-SMPT);
бис-[(β-(4-азидосалициламидо)этил]дисульфид (BASED) и
NHS-PEG-винилсульфон (NHS-PEG-VS).
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения сшивание можно осуществить, используя обратимые сшивающие агенты параллельно или последовательно. Полученные сшитые кристаллы протеина отличаются реакционноспособным многофункциональным связующим, в которое триггер включен как отдельная группа. Реакционноспособная функциональность участвует в связывании вместе с реакционноспособными аминокислотными боковыми цепями протеина, и триггер состоит из связи, которая может быть нарушена при изменении одного или более из условий окружающей среды (например, рН, температуры или термодинамической активности воды). Схематически это можно проиллюстрировать следующим образом:
1
2
X-Y-Z + 2АА остатки → AA-X-Y-Z-AA
1
2
изменение в окружающей среде → AA-X+Y-Z-AA,
где X и Z представляют группы с реакционноспособной функциональностью,
где Y представляет триггер,
1
2
где АА и АА представляют реакционноспособные аминокислотные остатки одного и того же протеина или двух различных протеинов.
Связь между сшивающим агентом и протеином может быть ковалентной или ионной связью или водородной связью. Изменение окружающей среды приводит к разрушению триггерной связи и растворению протеина. Так, сшивки между кристаллами протеина, сшитые такими обратимыми сшивающими агентами, разрушаются, что приводит к растворению кристаллов протеина или выделению активности.
В другом варианте реакционноспособная функциональность сшивающего агента и триггер могут быть одними и теми же, как в:
1
2
X-Z + 2АА остатки → AA-X-Z-AA
1
2
изменение окружающей среды → AA+X-Z-AA
Сшивающий агент может быть гомофункциональным (X=Y) или гетерофункциональным (X не равен Y). Реакционноспособные функциональности X и Y могут быть (но ими не ограничиваются) следующими функциональными группами (где R, R', R” и R”' могут представлять алкильные, арильные группы или водород).
3
+
I. Примеры реакционноспособных ацильных доноров: карбоксилатные сложные эфиры RCOOR', амиды RCONHR', ацилазиды RCON, карбодиимиды R-N=C=N-R', сложные эфиры N-гидроксиимидов RCO-O-NR', сложные имидоэфиры R-C=NH2 (OR'), ангидриды RCO-O-COR', карбонаты RO-CO-O-R', уретаны RNHCONHR', галоидангидриды RCO-Hal (где Наl=галоген), ацилгидразиды RCONNR'R", O-ацилизомочевины RCO-O-C=NR' (-NR”R”'),
2
II. Примеры реакционноспособных карбонильных групп: альдегиды RCHO и кетоны RCOR', ацетали RCO(H)R', кетали RR'C02R'R”. Реакционноспособные карбонилсодержащие функциональные группы, хорошо известные специалистам в области иммобилизации и сшивания протеинов, раскрыты в литературе [Pierce Catalog and Handbook, Pierce Chemical. Company, Rockford, Illinois (1994); S.S. Wong, Chemistry of Protein Conjugation and Cross-Linking, CRC Press, Boca Raton, Florida (1991)].
3
3
3
3
3
2
2
III. Примеры алкильных или арильных доноров: алкил или арилгалоиды R-Hal, азиды R-N, сульфатные сложные эфиры RSOR', фосфатные сложные эфиры RРО(OR'), алкилоксониевые соли RО+, сульфоний RS+, нитратные сложные эфиры RONO, акцепторы Михаэля RCR'=CR”'CO-R”, арилфториды ArF, изонитрилы RN+≡C-, галоидамины RN-Hal, алкены и алкины.
IV. Примеры серусодержащих групп: дисульфиды RSSR',
2
сульфгидрилы RSH, эпоксиды RCO-CR'.
4
3
3
3
V. Примеры солей представлены алкил- или ариламмониевыми солями RN+, карбоксилатами RCOO-, сульфатами ROSO-, фосфатами RОРО” и аминами RN.
Приведенная далее таблица включает примеры триггеров, созданных механизмом выделения. В этой таблице R= представляет многофункциональный сшивающий агент, который может быть алкилом, арилом или может представлять другие цепочки с активирующими группами, которые могут реагировать с протеином для сшивания. Эти реакционноспособные группы могут быть любыми из различных групп, таких как те, которые подвержены нуклеофильному, свободно-радикальному или электрофильному замещению, включая, наряду с другими, галоиды, альдегиды, карбонаты, уретаны, ксантаны и эпоксиды.
Триггер
Примеры
Условия высвобождения
1. Неустойчивые к кислоте связующие
R-O-R, напр. Thp, MOM• Ацеталь, кеталь• Альдол, аддукты Михаэля, сложные эфиры
Н<sup>+</sup> или кислотные катализаторы Льюиса
2. Неустойчивые к основанию связующие
• R'OCO<sub>2</sub>-R' карбонаты• R'O-CONR<sub>2</sub> карбаматы• R<sub>2</sub>'NONR<sub>2</sub> уретаны• Аль дол, аддукты Михаэля, сложные эфиры
Различные основные среды
3. Неустойчивые к фтору связующие
• R-OSiR<sub>3</sub>, различные Si содержащие связующие
Водные F<sup>-</sup>
4. Неустойчивые к ферментам связующие
• RCOOR, RCONR<sub>2</sub>'
Свободные липазы, амидазы, зстеразы
5. Неустойчивые к восстановлению связующие
• Дисульфидные связующие, которые расщепляются гидрогенолизом• Восстановительное элиминирование• R'-S-S-R
Н<sub>2</sub> катализатор, гидриды
6. Неустойчивые к окислению связующие
• R-OSiR<sub>3</sub>• ГликолиR-CH(OH)-CH(OH)R'
Окисляющие агенты, напр. Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, NaOCl, IO<sub>4</sub> <sup>-</sup>Окислители на основе металлов, другие гипервалентные окислители
7. Неустойчивые серусодержащие связующие
• R'-S-S-R
Тиолы, напр., Cys, DTT, меркаптоэтанол
8. Неустойчивые к тяжелым металлам связующие
• Различные аллильные зфиры ROCH<sub>2</sub>CY=CHR алкил, ацил• Аллильный сложный эфир
Реагенты на основе переходных металлов (Pd, Ir, Hg, Ag, Cu, Tl, Rh)• Pd(0) катализаторы
9. Неустойчивые к свету связующие
• O-нитробензил (ONB)• DESYL группы в связующем
Свет (hv)
10. Неустойчивые к свободным радикалам связующие
• Сложный эфир тиогидроксамата (сложный эфир Бартона)
• Свободный радикальный инициатор
11. Металлхелатные связующие
• Железо (III) дифенантролин
• Удаление металла, напр. хелатирование или осаждение
12. Термически неустойчивые связующие
• Пероксиды R-OO-R
• Повышение температуры
13. "Предохранительные" (Safety catch) связующие
• Метилтиоэтил (Mte)• Дитианы
Основания; амины и др.
Растворение сшитых кристаллов протеина настоящего изобретения можно контролировать, выбирая соответствующие сшивающие агенты и соответствующие триггеры. Примеры доступных физических и химических триггеров включают: изменение температуры, изменение величины рН, изменение химического состава, переход из концентрата в разбавленную форму, изменение окислительно-восстановительного потенциала раствора, изменение падающей радиации, изменение концентрации переходного металла, изменение концентрации фтора, изменение концентрации свободных радикалов, изменение концентрации металлических хелатирующих агентов, изменение силы сдвига, действующей на кристаллы, или их сочетания.
Дополнительные примеры обратимых сшивающих агентов описаны в T.W. Green, Protective Groups in Organic Synthesis, John Wiley & Sons (Eds.) (1981). Любые подходы, используемые для обратимых защитных групп можно использовать для сшивающего агента, пригодного для получения сшитых кристаллов протеина, способных к обратимой контролируемой солюбилизации. Различные подходы перечислены в обзоре Waldmann's в Angewante Chemie Inl. Ed. Engl., 35, p. 2056 (1996).
Другие типы обратимых сшивающих агентов представляют сшивающие агенты, содержащие дисульфидные связи. Триггером, разрушающим сшивки, образованные такими сшивающими агентами, является добавление восстанавливающего агента, такого как цистеин, к среде, окружающей сшитые кристаллы протеина.
Дисульфидные сшивающие агенты раскрыты в Pierce Catalog and Handbook (1994-1995).
Примеры таких сшивающих агентов включают:
Гомобифункциональные (симметричные)
DSP
- Дитиобис(сукцинимидилпропионат), известный также как реагент Ломанта (Lomant's)
DTSSP
- 3,3'-дитиобис(сульфосукцинимидилпропионат), водно-растворимая версия DSP
DTBP
- Диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl
BASED
- Бис-(β-[4-азидосалициламидо]этил)дисульфид
DPDPB
- 1,4-ди-(3'-[2'-пиридилдитио]пропионамидо)бутан.
Геторобифункциональные (асимметричные)
SPDP
-N-сукцинимидил-3-(2-пиридилдитио)пропионат
LC-SPDP
- Сукцинимидил-6-(3-[2-пиридилдитио]пропионат)гексаноат
Sulfo-LC-SPDP
LC-SPDP
- Сульфосукцинимидил-6-(3-[2-пиридилдитио]пропионат)гексаноат, водно-растворимая версия
APDP
- N-(4-[п-азидосалициламидо]бутил)-3'-(2'-пиридилтио)пропионамид
SADP
- N-сукцинимидил(4-азидофенил) 1,3'-дитиопропионат
Sulfo-SADP
- Сульфосукцинимидил(4-азидофенил) 1,3'-дитиопропионат, водно-растворимая версия SADP
SAED
- Сульфосукцинимидил-2-(7-азидо-4-метилкумарин-3-ацетамид) этил-1,3'-дитиопропионат
SAND
- Сульфосукцинимидил-2-(м-азидо-о-нитробензамидо)этил-1,3'-дитиопропионат
SASD
- Сульфосукцинимидил-2-(п-азидосалициламидо)этил-1,3'-дитиопропионат
SMPB
- Сукцинимидил-4-(п-малеимидофенил)бутират
Sulfo-SMPB
- Сульфосукцинимидил-4-(п-малеимидофенил)бутират
SMPT
- 4-сукцинимидилоксикарбонилметил-α-(2-пиридилтио)толуол
Sulfo-LC-SMPT
- Сульфосукцинимидил-6-(α-метил-α-(2-пиридилтио)толуамидо)гексаноат.
Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие примеры. Эти примеры служат лишь целям иллюстрации и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 - Получение сшитых кристаллов субтилизина
Кристаллизация субтилизина
Один объем Алькалазы 2,5 л (Novo Nordisk Bioindustrials, Franklinton, North Carolina) добавляют к 2 объемам 15% раствора сульфата натрия (рН 5,5), полученного при 30-35°С. В кристаллизационный раствор вносят затравку, составляющую 1/2000-1/500 объема (30 мг/мл) суспензии кристаллов в 15% сульфате натрия (рН 5,5), рН поддерживают при 5,5, добавляя NaOH. Кристаллизационный раствор с внесенной затравкой инкубируют при 30-35°С, перемешивая с помощью магнитной мешалки в течение ночи. В результате через 24-48 часов получают 60-80% (по активности) кристаллических палочек, длиной 10-50 мкм, шириной 1-3 мкм.
Пример 2 - Сшивание кристаллов субтилизина
Кристаллы субтилизина сшивают, используя один из различных сшивающих агентов, включая: глутаральдегид, глиоксаль, янтарный альдегид, октандиальдегид и эпоксиды.
Сшивание глутаральдегидом
Глутаральдегид ("GA") (поставляется в виде 50% водного раствора Aldrich Chemical Co.) разбавляют при 4°С различными количествами деионизированной воды, указанными далее в таблице I. На каждый мл кристаллов субтилизина (27 мг/мл) в 15% сульфате натрия 10 мкл разбавленного глутаральдегида добавляют к суспензии, встряхивая при вращении с малой скоростью (для количеств менее 5 мл) или перемешивая расположенной сверху мешалкой с умеренной скоростью (для количеств 25 мл - 500 мл). После перемешивания в течение определенного времени сшивания образцы центрифугируют в течение 20 с с максимальной скоростью, надосадочную жидкость сливают и заменяют 15% сульфатом натрия. Такую "промывку" повторяют всего 5 раз. Окончательное суспендирование осуществляют в 900 мкл 15% сульфата натрия.
Таблица IСшивание глутаральдегидом
Окончательный % GA
GA (мл)
Н<sub>2</sub>O
Время сшивания
0,0076
1,0
64,96
60
0,0189
1,0
25,46
39
0,02
1,0
24,0
39, 81
0,05
1,0
9,00
15, 60, 89
0,08
1,0
5,25
39, 81
0,10
1,0
4,00
60, 81
0,125
1,0
3,00
3, 10, 17, 39
0,15
1,0
2,33
81, 120
0,20
1,0
1,50
19, 60, 120
0,231
1,0
1,16
10, 39, 120
0,3
1,0
0,67
60
0,5
1,0
0
60
Сшивание глиоксалем
Глиоксаль (поставляется в виде 40% водного раствора Aldrich Chemical Co.) ("GY") добавляют к суспензии кристаллов до получения конечной концентрации 0,01-1,0%. Для каждого мл кристаллов субтилизина (27 мг/мл) в 15% сульфате натрия 0,25 мкл до 25 мл (0,01 до 1%) глиоксаля добавляют к суспензии, перемешивая магнитной мешалкой при комнатной температуре. После перемешивания в течение 1 часа сшитые кристаллы центрифугируют и промывают, как указано для сшивания глутаральдегидом.
Сшивание октандиальдегидом
Октандиальдегид ("ОА") (100% как поставляет DSM Chemie Linz) в количествах, указанных далее в таблице II, добавляют неразбавленным к 1 мл суспензии кристаллов субтилизина (27 мг/мл в 15% сульфате натрия) при перемешивании магнитной мешалкой при комнатной температуре. Перемешивание продолжают в течение определенного количества минут или часов, прежде чем сшитые кристаллы центрифугируют и промывают, как указано для сшивания глутаральдегидом.
Таблица IIСшивание октандиальдегидом
Конечный % ОА
ОА (мкл)
Время сшивания
0,05
0,5
16 ч
0,1
1,0
16 ч
0,2
2,0
16 ч
0,25
2,5
16 ч
0,5
5,0
16 ч
1,0
10,0
30 м, 1 ч, 3 ч, 16 ч
Сшивание янтарным альдегидом
Янтарный альдегид ("SA") (40% как поставляет DSM Chemie Linz) в количествах, указанных далее в таблице III, добавляют неразбавленным к 1 мл суспензии кристаллов субтилизина (27 мг/мл в 15% сульфате натрия) при перемешивании магнитной мешалкой при комнатной температуре. Перемешивание продолжают в течение определенного количества минут или часов, прежде чем сшитые кристаллы центрифугируют и промывают, как указано для сшивания глутаральдегидом.
Таблица IIIСшивание янтарным альдегидом
Конечный % ОА
ОА (мкл)
Время сшивания
1,0
25
30 мин, 1 час, 3 час
Сшивание эпихлоргидрином
10 мкл эпихлоргидрина ("ЕР") (99%, Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri) добавляют неразбавленными к 1 мл суспензии кристаллов субтилизина (27 мг/мл в 15% сульфате натрия) при перемешивании при комнатной температуре. Перемешивание продолжают в течение определенного количества минут или часов, прежде чем сшитые кристаллы центрифугируют и промывают, как указано для сшивания глутаральдегидом.
Сшивание эпоксидом
Общая процедура
Сшивание субтилизина осуществляют отдельно, используя один из следующих эпоксидов:
1) Общее название DENACOL
a) DENACOL EX-411
b) DENACOL EX-421
c) DENACOL EX-614
d) DENACOL EX-201
e) DENACOL EX-202; все получены от Nagase American Corporation.
2) Полученные от Tokyo Kasei Inc. America:
a) Диглицидиловый эфир неопентилгликоля (N448) ("NP")
b) Диглицидиловый эфир этиленгликоля (Е0342) ("EG")
Концентрация эпоксида меняется от 0,01 до 4,0%, а время процесса сшивания меняется от 1 часа до 72 часов. Процедура добавления к ферменту и удаления сшивающего агента из фермента такая же, что указана для сшивания глутаральдегидом.
После сшивания глутаральдегидом (0,01 до 0,2%) в течение 1-5 часов получают сильно сшитые кристаллы фермента, которые нерастворимы в воде, но активны в анализе с использованием азоказеина.
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
Образец 1 мл суспензии кристаллов субтилизина (27 мг/мл в 15% сульфате натрия) перемешивают, встряхивая при вращении с малой скоростью для обеспечения однородной суспензии кристаллов. Эпоксид (10% раствор в DMF) добавляют к суспензии кристаллов в количествах, которые указаны далее в таблице IV, и полученную смесь встряхивают при комнатной температуре. После определенного промежутка времени от 1 до 72 часов при комнатной температуре к смеси эпоксид/кристаллы добавляют глутаральдегид (10% в DMF) и перемешивание продолжают при комнатной температуре в течение промежутка времени, указанного в таблице IV. Полученные сшитые кристаллы фермента промывают 2x1% (NH)SO/10 mM CaCl, затем трижды водой и наконец 1x1% (NH)SO/10 mM СаСl перед тем, как снова суспендируют в 1% (NH)SO/10 mM СаСl.
Таблица IVСшивание эпоксид/глутаральдегидом
Название эпоксида
Кол-во эпоксида
Время сшивания эпоксидом
Кол-во глутаральдегида
Время сшивания глутаральдегидом
ЕХ-411
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
ЕХ-421
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
ЕХ-614
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
ЕХ-201
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
ЕХ-202
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
NP (N448)
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
EG (ЕO342)
0,01-4%
1-72 ч
0,01-0,1%
0,5-2 ч
Получение предпочтительного эпоксидного образца в крупном масштабе
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
Перед сшиванием образец 380 мл кристаллического субтилизина в 15% сульфате натрия (27 мг/мл) смешивают при интенсивном перемешивании при комнатной температуре в течений 5 минут для обеспечения однородной суспенции кристаллов. Диглицидиловый эфир неопентилгликоля (3,838 мл в 10% раствора в DMF) добавляют к суспензии кристаллов и полученную смесь перемешивают при комнатной температуре. После 5 часов при комнатной температуре 3,838 мл глутаральдегида (10% в DMF) добавляют к смеси эпоксид/кристаллы и перемешивание продолжают при комнатной температуре в течение 1,5 часа. Полученные сшитые кристаллы фермента промывают 2x1% (NH)SO/10 mМ СаСl, затем трижды водой и наконец, 1x1% (NH)SO/10 mM СаСl перед тем, как снова суспендируют в 1% (NH)SO/10 mM СаСl.
Пример 3 - Анализ активности
Для тестирования активности сшитых кристаллов протеина по способу настоящего изобретения, а также других образцов ферментов авторами разработан следующий анализ с использованием азоказеина.
Материалы:
2
2,0 М Tris буфер, 500 част. на млн СаСl
2
0,2 М Tris буфер, 50 част. на млн СаСl
50% мочевина
Азоказеин
5% трихлоруксусная кислота ("ТСА")
Алькалаза (2,5 л)
tm
ChiroCLEC-BL (сшитые кристаллы субтилизина, поставляемые Altus Biologies, Inc., Cambridge, Massachusetts)
Анализ осуществляют, приготавливая азоказеин непосредственно перед использованием, растворяя 600 мг азоказеина в 10 мл 50% мочевины и слегка встряхивая и вращая для полного растворения. Затем 10 мл 2,0 Tris добавляют и встряхивают, вращая для перемешивания, увеличивая объем до 100 мл, добавляя деионизированную воду.
Приготавливают исходные растворы фермента для анализа в 0,2 М Tris буфере, получая 50 мкл аликвоты для анализа следующим образом.
Без детергента:
tm
0,03 мг/мл Алькалазы (растворимый не сшитый субтилизин Carlsberg 80,3 мг/мл); 3,0 мг/мл ChiroCLEC-BL.
Со 120 мкл детергента/мл раствора:
TM
0,03 мг/мл Алькалазы и 3,0 мг/мл ChiroCLEC-BL.
Добавляют 50 мкл аликвоты фермента к 150 мкл 0,2 М Tris и помещают смеси в 5 мл тестовые ампулы с микробрусками для перемешивания. Затем нагревают как тестовые ампулы, так и азоказеин при 40°С в течение 1 мин, используя металлический нагревающий блок. После этого добавляют 1 мл азоказеина в каждую ампулу и перемешивают при 40°С в течение 15 мин, используя металлический нагревающий блок при скорости перемешивания 4. Затем добавляют 2 мл ТСА в каждую ампулу, перемешивают при встряхивании и вращении и немедленно помещают ампулы в баню со льдом, оставляя образцы при 0°С на 20 минут. Образцы обрабатывают в микроцентрифуге в течение 5 минут при максимальных оборотах, при необходимости микрофильтруют. Определяют поглощение проявленной активности надосадочной жидкости в абс. ед./мг протеина в минуту на длине волны λ390 нм. В этом анализе все измерения повторяют трижды. В качестве контроля используют образец без фермента, но содержащий детергент, если он присутствует в анализе. Это время = 0. Анализ повторяют в момент времени = 15 мин и в другие моменты при необходимости.
Детергенты, используемые в анализе, включают Tide, Wisk и Ciba-Deigy детергенты #15, #16 и #44 ("Ciba детергенты"). Ciba детергент #15 представляет собой типичную Европейскую детергентную композицию - жидкий (водный) детергент на основе 15% алкилбензолсульфоната, 14% этоксилата жирного спирта и 10% соли жирной кислоты (мыло). Ciba детергент #16 представляет типичную детергентную композицию США - жидкий (водный) детергент на основе 7,5% алкилбензолсульфоната, 10% этоксилата жирного спирта и 17% алкилэфирсульфата. Ciba детергент #44 представляет типичную компактную детергентную композицию - жидкий (водный) детергент на основе 6% этоксилата жирного спирта, 23% алкилэфирсульфата и 10% цитрата натрия. Ciba детергенты #15, #16 и #44 можно получить, завербовав от Ciba Specialty Chemicals Corp., Division Consumer Care Chemicals, Greensboro, North Carolina.
Приготавливают аналитические рабочие растворы из разбавленных исходных и анализы осуществляют следующим образом.
Анализ активности - 200 х разбавление - Сшитые кристаллы субтилизина и кристаллический субтилизин в жидком детергенте для сильных загрязнений (Ciba #15, Ciba #44, Tide и Wisk}
Рабочие растворы А, В, С и D приготавливают в 10 мл неопреновых ампулах следующим образом.
Рабочий раствор А: Сшитые кристаллы субтилизина, полученные по способу настоящего изобретения (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 37 мкл суспензии сшитых кристаллов субтилизина (эквивалентно 1 мг сшитых кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости добавляют 1 мл детергента и встряхивают, вращая для перемешивания. 50 мл аликвоты полученной смеси добавляют к 9,95 мл воды до конечной концентрации 5 мкг/мл.
Рабочий раствор В: Не сшитые кристаллы субтилизина (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 37 мкл суспензии кристаллов субтилизина (эквивалентно 1 мг кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости, добавляют 1 мл детергента и встряхивают, вращая, для перемешивания. 50 мкл аликвоты полученной смеси добавляют к 9,95 мл воды до конечной концентрации 5 мкг/мл.
Рабочий раствор С: Алькалаза
Добавляют 18,75 мкл Алькалазы (80,3 мг/мл) к 3 мл детергента и встряхивают, вращая, для перемешивания. 50 мл аликвоты полученной смеси добавляют к 9,95 мл воды до конечной концентрации 5 мкг/мл.
Рабочий раствор D: Детергент
50 мкл аликвоты детергента добавляют к 9,95 мл воды.
Азоказеиновый исходный раствор (6 мг/мл) приготавливают, как указано ранее. После разбавления рабочих растворов А и В до 5 мкг/мл время t=0 анализа устанавливают немедленно и анализ осуществляют, как указано ранее, за исключением того, что количество рабочего образца используют 200 мкл вместо 50 мкл + 150 мкл 0,2 М Tris. Пока ампулы нагреваются при 40°С в течение 1 мин, два дополнительных образца по 2 мл каждый растворов А, В и С помещают в 1,5 мл микроцентрифужные ампулы и нагревают до 52°С при встряхивании для дальнейшего тестирования через 5 минут и 15 минут разбавления при нагревании.
Анализ активности - 670 х разбавление - Сшитые кристаллы субтилизина и кристаллический субтилизин в детергентном концентрате (Ciba #16)
Рабочие растворы А, В, С и D приготавливают в 10 мл неопреновых ампулах следующим образом.
Рабочий раствор А: Сшитые кристаллы субтилизина, полученные по способу настоящего изобретения (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 124 мкл суспензии сшитых кристаллов субтилизина (эквивалентно 3,35 мг сшитых кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости добавляют 1 мл детергента и встряхивают и вращают для перемешивания. 50 мл аликвоты полученной смеси добавляют к 33,45 мл воды до конечной концентрации 5 мкг/мл.
Рабочий раствор В: Несшитые кристаллы субтилизина (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 124 мкл суспензии кристаллов субтилизина (эквивалентно 3,35 мг кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости, добавляют 1 мл детергента и встряхивают, вращая, для перемешивания. 50 мл аликвоты полученной смеси добавляют к 33,45 мл воды до конечной концентрации 5 мкг/мл.
Рабочий раствор С: Алькалаза
Добавляют 167 мкл Алькалазы (80,3 мг/мл) к 8 мл детергента и встряхивают и вращают для перемешивания. 50 мкл аликвоты полученной смеси добавляют к 33,45 мл воды до конечной концентрации 2,5 мкг/мл.
Рабочий раствор D: Детергент
50 мкл аликвоты детергента добавляют к 33,45 мл воды.
Азоказеиновый исходный раствор (6 мг/мл) приготавливают, как указано ранее. Время t=0 анализа устанавливают немедленно и анализ осуществляют, как указано ранее, за исключением того, что количество рабочего образца используют 200 мкл вместо 50 мкл плюс 150 мкл 0,2 М Tris. Пока ампулы нагревают в течение 1 мин при 40°С, два дополнительных образца по 2 мл каждый растворов А, В и С помещают в ампулы Эппендорфа и нагревают до 40°С при встряхивании для дальнейшего тестирования через 5 минут и 15 минут разбавления при нагревании.
Пример 4 - Исследование стабильности
Для исследования стабильности сшитых кристаллов фермента настоящего изобретения, а также образцов других ферментов был разработан следующий способ анализа.
Анализ с азоказеином - Исследование стабильности при 52°С
Вначале приготавливают исходные растворы образцов фермента в детергенте в 2 мл ампулах Эппендорфа с завинчивающимися крышками. После инкубирования смесей в водяной бане при 52°С в течение соответствующих промежутков времени добавляют 1,47 мл 0,2 М Tris буфера в одну из ампул каждых образцов фермента и тщательно перемешивают. Для анализа активности после соответствующего промежутка времени инкубирования после разбавления отбирают 50 мкл аликвоты из каждой ампулы и анализируют, как указано далее. Остальные образцы фермент/детергент исходных растворов помещают в водяную баню при 52°С, при этом далее отбирают аликвоты для анализа в конкретные моменты времени.
Анализ осуществляют, добавляя 50 мкл образца фермента к 150 мкл 0,2 М Tris буфера и нагревая до 40°С в течение 1 минуты. При постоянной температуре 40°С добавляют 1,0 мл азоказеинового рабочего раствора (как указано в примере 1) к каждому образцу, перемешивают в течение 15 минут, используя нагревательный блок и скорость перемешивания 4. Затем добавляют 2 мл ТСА в каждую ампулу, перемешивают встряхиванием и вращением и немедленно помещают ампулы в баню со льдом, оставляя образцы при 0°С на 20 минут. Образцы обрабатывают в микроцентрифуге в течение 5 минут при максимальных оборотах, при необходимости микрофильтруют. Определяют поглощение проявленной активности надосадочной жидкости на длине волны 390 нм и выражают активность в абс. ед./мг протеина в минуту. В этом анализе все измерения повторяют трижды. В качеcтве контроля используют образец без фермента, но содержащий детергент, если он присутствует в анализе.
Для оценки активности как части исследований стабильности, проводимых при 52°С, приготавливают аналитические исходные растворы, разбавляя рабочие растворы и анализ осуществляют следующим образом.
Для Алькалазы
Рабочие растворы
Рабочий раствор А:
Алькалаза (80,3 мг/мл) в коммерческом детергенте (Tide или Wisk, дезактивированный нагреванием при 70°С в течение 4 часов) - конечная концентрация = 0,25 мг/мл. Раствор приготавливают, добавляя 31,2 мкл Алькалазы к 9,97 мл детергента. 200 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2 мл ампул Эппендорфа (по 3 для t=0, 30 и т.д.).
Рабочий раствор В:
Алькалаза (80,3 мг/мл) в Ciba детергенте (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) - конечная концентрация = 0,25 мг/мл. Раствор приготавливают, добавляя 31,2 мкл Алькалазы к 9,97 мл детергента. 200 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2 мл ампул Эппендорфа (по 3 для t=0, 1 час и 4-6 часов).
Рабочий раствор С:
Коммерческий детергент (Tide или Wisk, дезактивированный нагреванием при 70°С в течение 4 часов). 3 х (200 мкл вышеуказанного в 2 мл ампулах Эппендорфа).
Рабочий раствор D:
Ciba детергент (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) 3 х (200 мкл вышеукзанного в 2 мл ампулах Эппендорфа).
Анализ при t=0 начинают немедленно после того, как 1,47 мл 0,2 М Tris добавляют в одну из каждых ампул, содержащих рабочие растворы A-D, и содержимое тщательно перемешивают. Остальные образцы рабочих растворов A-D помещают в водяную баню и нагревают до 52°С. Во всем остальном анализы осуществляют как указано выше.
Для сшитых кристаллов субтилизина и кристаллического субтилизина
Рабочие растворы А, В, С и D приготавливают в 2 мл ампулах Эппендорфа с завинчивающимися крышками.
Рабочий раствор A:
tm
ChiroCLEC-BL в коммерческом детергенте (денатурированный Tide или Wisk) - конечная концентрация = 25 мг/мл. Рабочий раствор приготавливают, центрифугируя 31,2 мл суспензии фермента для удаления воды, а затем разбавляя фермент до 10 мл детергентом. 200 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2 мл ампул Эппендорфа (4 х для t=0, 24 час, 48 час и 72 час).
Рабочий раствор В:
tm
ChiroCLEC-BL в Ciba детергенте (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) - конечная концентрация = 0,25 мг/мл. Рабочий раствор приготавливают, центрифугируя 31,2 мл суспензии фермента для удаления воды, а затем разбавляя фермент до 10 мл детергентом. 200 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2 мл ампул Эппендорфа (4 х для t=0, 24 час, 48 час и 72 час при 52°С).
Рабочий раствор С:
Коммерческий детергент (Tide или Wisk, дезактивированный нагреванием при 70°С в течение 4 часов) 4 х (200 мкл вышеуказанного в 2 мл ампулах Эппендорфа).
Рабочий раствор D:
Ciba-Geigy детергент (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44, в зависимости от того, какой детергент выбран для рабочего раствора В) 4 х (200 мкл вышеукзанного в 2 мл ампулах Эппендорфа).
Анализ при t=0 начинают немедленно после того, как 1,47 мл 0,2 М Tris добавляют в одну из каждых ампул, содержащих рабочие растворы A-D, и содержимое тщательно смешивают. Остальные образцы рабочих растворов A-D помещают в водяную баню и нагревают до 52°С. Во всем остальном анализы осуществляют, как указано выше.
Для сшитых кристаллов субтилизина и кристаллического субтилизина
Рабочие растворы А, В и С приготавливают в 2 мл ампулах Эппендорфа с завинчивающимися крышками.
Рабочий раствор А:
Несшитые кристаллы субтилизина (~ 27 мг/мл) в Ciba детергенте (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) - конечная концентрация = ~ 1 мг/мл. Рабочий раствор приготавливают, центрифугируя 50 мкл суспензии кристаллов для удаления надосадочной жидкости, затем добавляя 1,35 мл детергента (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) до конечной концентрации 1 мг/мл. 80 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2,0 мл ампул Эппендорфа (по 3 для t=0, 15 мин и др.).
Рабочий раствор В:
Сшитые кристаллы субтилизина настоящего изобретения (~ 27 мг/мл) в детергенте Ciba (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) - конечная концентрация = ~ 1 мг/мл. Рабочий раствор приготавливают, центрифугируя 50 мкл суспензии кристаллов для удаления надосадочной жидкости, затем добавляя 1,35 мл детергента до конечной концентрации 1 мг/мл. 80 мкл аликвоты полученной смеси помещают в каждую из нескольких 2,0 мл ампул Эппендорфа (по 3 для t=0, 15 мин и др.).
Рабочий раствор С:
Ciba детергент (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) 3 х (80 мкл вышеуказанного в 2,0 мл ампулах).
Анализ при t=0 начинают немедленно после того, как 1,8 мл воды добавляют в одну из каждых ампул, содержащих рабочие растворы А-С, и содержимое тщательно смешивают. Остальные образцы рабочих растворов А-С помещают в водяную баню и нагревают до 52°С. Во всем остальном анализы осуществляют, как указано выше, за исключением того, что добавляют 150 мкл 0,2 М Tris буфера вместо 200 мкл.
Анализ с азоказеином - Исследование стабильности при 40°С
Вначале приготавливают исходные растворы образцов фермента в детергенте в 2 мл ампулах Эппендорфа с завинчивающимися крышками. Для анализа стабильности при t=0 добавляют 1,8 мл деионизированнои воды к 25 мкл каждого образца и тщательно смешивают. Отбирают 25 мкл аликвоты из каждой ампулы и анализируют, как указано далее. Остальные образцы фермент/детергент исходных растворов помещают в водяную баню при 40°С, при этом далее отбирают аликвоты для анализа в конкретные моменты времени.
Анализ осуществляют, добавляя 25 мкл разбавленного образца фермента к 175 мкл 0,2 М Tris буфера и нагревая до 40°С в течение 1 минуты. При постоянной температуре 40°С добавляют 1,0 мл азоказеинового рабочего раствора (как указано в примере 3) к каждому образцу, перемешивают в течение 15 минут, используя нагревательный блок, при скорости перемешивания 4. Затем добавляют 2 мл ТСА в каждую ампулу, перемешивают встряхиванием и вращением и немедленно помещают ампулы в баню со льдом, оставляя образцы при 0°С на 20 минут. Образцы обрабатывают в микроцентрифуге в течение 5 минут при максимальных оборотах, при необходимости микрофильтруют. Определяют поглощение надосадочной жидкости на длине волны 390 нм и выражают активность как абс. ед./мг протеина в минуту. В этом анализе все измерения повторяют трижды. В качестве контроля используют образец без фермента, но содержащий детергент, если он присутствует в анализе.
Для оценки активности как части исследований стабильности, проводимых при 40°С, приготавливают аналитические исходные растворы, разбавляя рабочие растворы, и анализ осуществляют следующим образом.
Раствор А: Сшитые кристаллы субтилизина, полученные по способу настоящего изобретения (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 124 мкл суспензии сшитых кристаллов субтилизина (эквивалентно 3,35 мг сшитых кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости, добавляют 1 мл детергента и встряхивают и вращают для перемешивания до конечной концентрации 3,35 мкг/мл.
Раствор В: Несшитые кристаллы субтилизина (~ 27 мг/мл)
Центрифугируют 124 мкл суспензии кристаллов субтилизина (эквивалентно 3,35 мг кристаллов фермента) для удаления надосадочной жидкости, добавляют 1 мл детергента и вращают для перемешивания до конечной концентрации 3,35 мкг/мл.
Раствор С: Алькалаза
Добавляют 20,9 мкл Алькалазы (80,3 мг/мл) к 1 мл детергента Ciba (Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44) и коммерческий детергент (Tide или Wisk, денатурированные нагреванием при 70°С в течение 4 минут) и встряхивают и вращают для перемешивания до конечной концентрации 1,67 мкг/мл.
Раствор D: Детергент
1 мл коммерческого детергента (Tide или Wisk, дезактивированные нагреванием при 70°С в течение 4 минут) и детергенты Ciba #15, Ciba #16 или Ciba #44. 25 мкл аликвоты каждого рабочего раствора добавляют к 1,8 мл деионизированной воды и тщательно перемешивают. Дополнительно 25 мкл аликвоты разбавленного рабочего раствора добавляют в каждую реакционную ампулу.
Анализ при t=0 осуществляют немедленно после того, как 175 мкл 0,2 М Tris добавляют в каждую ампулу, содержащую 25 мкл различных исходных образцов. Остальные образцы рабочих растворов A-D помещают в водяную баню и нагревают до 40°С. Что касается всего остального, анализы осуществляют, как указано ранее.
Пример 5 - Исследование растворимости
Проводилась также оценка характеристик сшитых кристаллов фермента настоящего изобретения, а также образцов других ферментов в отношении растворимости в концентрате и после разбавления, как указано далее. Исходные растворы приготавливают и разбавляют, как указано далее. Полученные дисперсии нагревают при 40°С и процесс растворения исследуют под микроскопом при увеличении 250х.
Пример 6 - Результаты анализов активности и стабильности
tm
Сшитые кристаллы фермента субтилизина, как указано выше, а также растворимые ферменты и другие коммерческие ферменты, взятые отдельно и в присутствии коммерческих детергентов, тестируют на активность в анализе с использованием азоказеина, как указано выше. Концентрации катализатора для эквивалентных активностей определяют для Алькалазы, Chiro-CLEC-BL, Wisk с активной протеазой и Tide с активной протеазой:
tm
ChiroCLEC-BL: 150 мкг/6 мкл детергента 0,4-0,5 ед. поглощения
Алькалаза: 15 мкг/6 мкл детергента 0,5-0,6 ед. поглощения Tide: 6 мкл детергента примерно 0,6 ед. поглощения
Wisk: 6 мкл детергента примерно 0,6 ед. поглощения.
Исследования разбавления (обсуждалось ранее) начинают с оценки активностей Алькалазы и несшитых кристаллов Алькалазы в детергентах Ciba #15 и #16. Начальные активности оказались сравнимыми, и потери вплоть до примерно 50% наблюдались через 15 мин при 52°С.
tm
В таблице V суммированы стабильности образцов Алькалазы (0,25 мг/мл) и ChiroCLEC-BL (25 мг/мл) в денатурированных детергентах Wisk или Tide или в детергентах Ciba #15 и #16 при 52°С. Активности определяют в анализе с использованием азоказеина.
Таблица VСтабильность субтилизина в детергентах при 52°С
Детергент
Алькалаза Ti/2 при 52°С
ChiroCLEC-BL<sup>m</sup> <sub>1/2 </sub>при 52°С
#15
Менее 15 мин
>> 100 час
#16
Менее 15 мин
>> 100 час
Tide (денатурирован)
16 час
>> 100 час
Wisk (денатурирован)
60-70 час
>> 100 час
Проводилась также оценка стабильности различных ферментов в детергентах Ciba #15 при 52°С. Результаты представлены в таблице VI далее.
Таблица VIСтабильность субтилизина в детергенте Ciba #15 при 52°С
Катализатор
Начальная активность
Активность, 15 мин, разбавлено, при 52°С
Тх/2 в концентрате, при 52°С
Алькалаза
36
14
~ 15 мин
Алькалаза
33
13
~ 15 мин
ОА 0,1%, 16 ч
34
18
~ 15 мин
ОА 1%, 1 ч
23
17
~ 30 мин
ОА 1%, 3 ч
10
14
~ 30 мин
GA 0,05%, 30 мин
27
16
~ 40 мин
GA 0,05%, 10 мин
35
16
~ 40 мин
Все сшитые кристаллы, приготовленные в указанных в таблице условиях, которые имеют срок полураспада в концентрате детергента примерно 30 мин или более, обладают также хорошими характеристиками растворимости.
Кроме того, проводилась оценка стабильности различных ферментов в детергенте Ciba #15 по сравнению с детергентом Ciba #16 при 40°С. Полученные результаты приведены в таблице VII далее.
Таблица VIIСтабильность субтилизина в детергенте Ciba #15 по сравнению с #16 при 40°С
Катализатор
Начальная активность
Ti/2 в #15 концентратепри 40°С
Tl/2 В #16концентрате, при 40°С
Алькалаза
33
10 ч
2,5 ч
GA 0,05% 16 ч
27
7 ч
~ 10 ч
ОА 0,1 %, 16 ч
32
9 ч
8 ч
ОА 0,2%, 16 ч
15
12 ч
16 ч
Оценивалось также влияние времени сшивания на активность и стабильность полученных сшитых кристаллов фермента. Эти результаты приведены в таблице далее. В таблице VIII звездочками отмечены значения, полученные при инкубировании 25 мкл в 2 мл ампулах, a "Xs" означает несшитые кристаллы протеина.
Для получения сшитых кристаллов протеина, представленных в таблицах VIII, IX и X, кристаллы протеина кристаллизовали по способу примера 1 и сшивали глутаральдегидом по способу примера 2, используя время сшивания и концентрации глутаральдегида, представленное в примерах, или то которое указано в таблицах.
Таблица VIIIВлияние времени сшивания и концентрации глутаральдегида на стабильность субтилизина в детергенте Ciba #16 при 40°С
СА(%)
Время сшивания
Активность абс/мг/мин t=0 ч
Активность абс/мг/мин t=18 ч
Стабильность 18 ч % Xs, t=0 ч
(Xs) 0
0
33,6
1,1
3,3
(Xs) 0
0
31,7
2,6*
8,2*
0,0189
10,0
28,5
5,2
16,5
0,0189
10,0
31,3
5,7
17,8
0,0189
39,3
14,1
5,4
17,0
0,0189
39,3
14,3
5,0
15,8
0,05
5,0
20,7
3,8
12,0
0,05
15,0
16,4
7,0
22,1
0,05
18,6
19,6
8,7
27,4
0,05
18,6
17,8
9,8
30,9
0,050,050,125
60,060,03,0
03,018,3
13,514,79,1
42,646,428,7
0,125
3,0
15,4
9,0
28,4
0,125
10,0
7,9
14,9
46,9
0,125
10,0
9,5
14,8
46,6
0,125
10,0
7,9
14,7
46,4
0,125
10,0
9,5
13,4
42,1
0,125
10,0
9,4
12,2
38,5
0,125
10,0
8,1
12,2
38,5
0,1250,125
10,017,0
8,35,4
16,014,0
50,544,2
0,125
17,0
6,4
15,3
48,3
0,125
39,3
2,1
3,3
10,4
0,1250,1250,125
39,339,339,3
1,01,11,7
5,84,44,5
18,313,914,3
0,1250,125
39,339,3
1,60,9
5,73,3
18,010,4
0,125
68,6
1,3
3,1
9,9
0,2
5,0
10,4
12,1
38,2
0,2
15,0
2,5
9,0
28,4
0,2
18, 6
1,8
6,9
21,8
0,2
18, 6
0,8
3,1
9,8
0,2
60,0
0,4
1,3
4,1
0,2
60,0
1,4
1,4
4,4
0,231
10,0
2,7
13,0
41,0
0,231
10,0
4,8
11,7
37,0
0,231
39,3
0,5
1,1
3,5
Алькалаза
28,0
3,1*
9,8*
Алькалаза
32,9
0,2
1,0
В таблице IX звездочками указано, что кристаллы были разрушены в процессе сшивки, а -- указывают, что для этих точек измерения не проводились. Все образцы приготовлены в масштабе 1 мл (27 мг).
Таблица IXАктивность сшитого глутаральдегидом субтилизина в детергенте Ciba #16 при 40°С
Время сшивания Активность при 40°С (абс/мг/мин)
GA(%)
(мин)
t=0
18 ч
39 ч
63 ч
80 ч
90 ч
6 дней
(Xs) 0
0
33,6
1,1
--
--
--
--
--
0,0076
60
14,1
3,0
--
--
--
--
--
0,02
39
12,0
7,7
--
--
--
--
--
0,02
80
6,9
11,5
--
--
--
0
--
0,02*
80
12,2
26,2
10,7
3
--
--
--
0,05*
31
13,5
26,3
9,8
5,3
--
--
--
0,05
60
4,9
17,7
7,9
2,4
--
--
1,0
0,05*
60
8,7
27,3
12,5
7,3
--
--
--
0,05
89
1,3
12,1
--
--
--
3,7
--
0,08
39
2,2
12,6
--
--
--
5,3
--
0,08
81
0, 8
3,9
--
--
5,8
--
3,9
0,08*
81
9,8
--
--
--
10,2
--
--
0,125
3
16,4
9,7
1,7
0,3
--
--
--
0,125
10
9,4
14,8
9,4
1,9
--
--
--
0,125
17
6,4
15,3
11,5
8,5
4,6
--
--
0,2
5
10,4
12,7
5,1
0,3
--
--
--
0,23
10
4,8
11,7
10,0
8,5
5,2
--
--
Алькалаза
30,5
1,6
Таблица XУсловия для крупномасштабного получения сшитых кристаллов фермента - Стабильность сшитых глутаральдегидом кристаллов субтилизина в детергенте Ciba #16 при 40°С
Время сшивания
Стабильность при 40°С (абс/мг/мин)
GA(%)
(мин)
t=0
18 ч
(Xs)
0
33,9
--
t=0
16 ч
38 ч
59 ч
110 ч
*0,05
60
23,2
16,8
5,9
1,9
5,6
*0,08
80
14,4
12,2
4,1
2,4
--
*0,1
80
8,0
13,6
5,5
3,1
1,4
*0,125
60
9,3
20,9
13,6
--
2,3
*0,15
80
3,8
11,2
7,4
5,2
2,8
*0,231
60
5,2
9,9
9,3
6,6
8,3
*1,0
60
1,3
2,5
2,2
1,1
2,4
t=0
24 ч
48 ч
72 ч
120 ч
168 ч
264 ч
ξ 0,25
120
4,8
9,5
7,7
6,7
5,7
4,3
4,4
ξ 0,20
120
2,6
9,5
8,6
8,7
5,6
--
4,5
ξ 0,15
120
5,2
14,3
9,6
5,6
3,7
--
1,2
ξ 0,1-NP/ 0,1 GA
5ч/ 1,5ч
9,6
10,2
6,3
--
--
5,7
В таблице X звездочками отмечено, что процессы сшивания существляли в масштабе 1-2 г, ξ указывает, что процессы сшивания осуществляли в масштабе 10 г для предварительно измельченных кристаллов, а -- указывают, что для этих точек измерения не проводили.
На фиг.1 графически представлена стабильность препаратов сшитых кристаллов субтилизина настоящего изобретения, полученных в масштабе 10 г, в детергенте Ciba #16 при 40°С. На фиг.1 "Altus I" представляет кристаллы, сшитые 0,25% глутаральдегидом в течение 2 часов; "Altus II" представляет кристаллы, сшитые 0,20% глутаральдегидом в течение 2 часов; "Altus III" представляет кристаллы, сшитые 0,15% глутаральдегидом в течение 2 часов, и "Altus IV" представляет кристаллы, сшитые 0,1% диглицидиловым эфиром неопентилгликоля в течение 5 часов с последующей обработкой 0,1% глутаральдегидом в течение 1,5 часов. Все сшитые образцы измельчают перед сшиванием, используя гомогенизатор Brinkman Polytron, затем приготавливают в масштабе 10 г и исследуют с использованием азоказеина в течение 1 недели при 40°С.
Пример 7 - Результаты исследований растворимости
Исследования растворимости демонстрируют, как различные сшитые кристаллы ферментов растворяются в концентрате, и степень, до которой они растворяются при разбавлении в условиях использования, например в условиях стирки. Представительные результаты этого теста включены в таблицы, приводимые далее, причем в этих таблицах "+" указывает, что образец растворяется, "-" указывает, что образец не растворяется, "-/+" указывает, что образец немного растворяется (1 мг/мл в жидком детергенте). В этих таблицах "GP" обозначает кристаллы, сшитые, как указано для GA сшивания, используя вместо этого ультрачистый глутаральдегид (поставляемый как 8% водный раствор Sigma Chemical Co), который не разбавляют перед добавлением кристаллов протеина.
Таблица XIИсследования при инкубировании в жидком детергенте - Исследования растворимости - Концентрат, 14 ч при 40°С
Катализатор
Ciba #15
Ciba #16
Ciba #44
Tide
ОА 1%, 16 ч
-
-/+
+
-
ОА 0,5%, 16 ч
_
+
ОА 0,1%, 16 ч
-
+
+
-
ОА 0,2%, 16 ч
-
-/+
+
GA 0,5%, 1 ч
-
-/+
+
-
GA 0,9%, 1 ч
-
-
-
GA 0,7%, 1 ч
-
-
+
-
ЕР 1,0%, 20 мин
-/+
+
+
GP 0,08%, 20 мин
-
-/+
+
-
CLECBL<sup>TM</sup>
-
-
-
-
Кристаллы (не сшитые)
+
+
+
-
Таблица XIIИсследования при инкубировании в жидком детергенте - Исследования растворимости - 200-кратное разбавление,20 мин при 52°С
Катализатор
Ciba #15
Ciba #16
Ciba #44
Tide
ОА 1%, 16 ч
-/+
-/+
+
-
ОА 0,5%, 16 ч
-
+
+
-
ОА 0,1%, 16 ч
-
+
+
+
ОА 0,2%, 16 ч
-/+
+
+
-
GA 0,5%, 1 ч
-
-/+
+
-
GA 0,9%, 1 ч
-
+
+
-
GA 0,7%, 1 ч
-
-
+
-
ЕР 1,0%, 20 мин
+
+
+
+
GP 0,08%, 20 мин
-
+
+
-
CLECBL<sup>TM</sup>
-
-
-
-
Кристаллы (не сшитые)
+
+
+
+
Как представлено в приведенных выше таблицах, сшитые кристаллы фермента по способу настоящего изобретения практически нерастворимы в концентрированном детергенте и существенно растворимы в разбавленном детергенте в условиях стирки.
Пример 8 - Суммарные свойства сшитых кристаллов ферментов настоящего изобретения
В приводимой далее таблице XIII суммированы все свойства стабильности/нестабильности, активности и растворимости в детергенте Ciba #15 сшитых кристаллов субтилизина, полученных по способу настоящего изобретения с использованием диальдегидов.
Таблица XIII
Сшивающий агент
Растворимость в Ciba #15
Растворимость при разбавлении
Активность (t=0)
Стабильностьпри 52°С
Глиоксаль
Низкая
Растворяется при 52°С
Высокая
Низкая
Янтарный альдегид
Низкая
Растворяется при 52°С; частично растворяется при 25°С
17-66%Алькалазы
ND
Глутаральдегид
Очень низкая
Растворяется при 52°С; частично или полностью растворяется при 25°С
1-100% Алькалазы
Низкая при52°С;умереннаяпри 40°С
Октандиальдегид
Очень низкая
Растворяется при 52°С; частично или полностью растворяетсяпри 25°С
30-66% Алькалазы
Низкая при 52°С; умеренная при 40°С
Как видно из таблицы XIII, сшитые кристаллы фермента настоящего изобретения нерастворимы и поэтому стабильны в условиях хранения, хотя быстро выделяют свою активность в условиях использования. Выгодно, чтобы сшитые кристаллы фермента настоящего изобретения демонстрировали бы активность, аналогичную активности их растворимых или несшитых кристаллизованных составляющих в условиях использования, демонстрируя при этом 5-6-кратно улучшенную стабильность, а также благоприятные характеристики растворимости.
Пример 9 - Влияние изменения химического состава на сшитые кристаллы субтилизина
Субтилизин кристаллизуют по способу примера 1 и сшивают полученные кристаллы по способу примера 2, используя GA 1%/1 час. Когда 100 мкл (2,2 мг) полученных сшитых кристаллов субтилизина суспендируют в 1,5 мл 33,3% ацетонитрил/фосфатного буфера (0,3 М, рН 7,5), эти кристаллы полностью растворяются через 45 мин при 40°С.
Используя аналогичные условия, суспендируют сшитые кристаллы субтилизина в 1,2 мл 16,7% ацетонитрил/фосфатного буфера, при этом кристаллы полностью растворяются через 5 часов.
Активность (ед)
Время
В 100% буфере
ACN/16,7% буфер
ACN/33,3% буфер
0
27,3
27, 3
27,3
1,5 ч
27,3
7,4*
3,3 ч
27,3
25, 5
7,0 ч
27,3
24, 0**
* к этому моменту кристаллы полностью растворились** кристаллы растворились не полностью
Анализ: 0,2 ммоля (75,8 мг) TAME в 2,5 мл фосфатного буфера инкубируют с каждым образцом суспензии (или раствора) сшитых кристаллов субтилизина (эквивалентно 0,044 мг кристаллов фермента) при комнатной температуре.
Одна единица гидролизует 1,0 мкмоль TAME в минуту из мг сшитых кристаллов.
Полученные выше результаты иллюстрируют действие добавления органического растворителя к среде, окружающей сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения.
Пример 10 - Моющие характеристики детергента, содержащего сшитые кристаллы субтилизина
Оценивают активность и стабильность при хранении сшитых кристаллов фермента настоящего изобретения в жидком детергенте, используя анализ моющих характеристик, созданный для проверки способности детергента удалять пятна с тканей.
Анализ моющих средств
Подготовка ткани
Образцы ткани одинакового размера нарезают из одного рулона:
5 г загрязненной тестовой ткани и
5 г хлопкового балласта без загрязнений (Ciba №1-3005)
Пред стиркой образцов изменяют интенсивность света (=освещенность), отраженную загрязненными образцами ткани (как указано далее).
Приготовление раствора детергента
Образец жидкого детергента, подлежащего тестированию, нагревают в колбе в течение 2 часов при 20°С. Затем образец гомогенизируют, интенсивно встряхивая, и 0,8 г детергента отбирают из колбы и добавляют к 200 мл водопроводной воды (20°С) в металлическом стакане. Водный раствор детергента перемешивают в течение 60 с.
Стирка
Образец загрязненной тестируемой ткани и образец чистого балласта помещают вместе в стакан, содержащий водный раствор детергента. Стакан плотно закрывают и немедленно помещают в предварительно нагретую (40°С) стиральную машину (Unitest, производства Hereus, Switzerland). В процессе стирки стакан непрерывно вращается в водяной бане, нагретой до 40°С. В результате содержимое стакана непрерывно нагревается вплоть до температуры 40°С.
Точно через 20 минут после того, как ткань поместили в раствор детергента, стирку останавливают и отстиранную ткань немедленно вынимают из раствора детергента и промывают в течение 30 с холодной водопроводной водой (13-15°С). Влажную ткань центрифугируют и гладят для удаления морщин и сушат в то же время.
Определение моющих характеристик
Каждый образец выстиранной и высушенной ткани исследуют на предмет удаления пятен, измеряя отраженный свет (освещенность Y) в интервале длин волн 460-700 нм, используя Spectraflash 500 (Datacolor). Отсекающий фильтр используют для исключения потенциальных помех, которые могут вызвать загрязнения веществами, поглощающими УФ часть спектра. Величину освещенности для каждого тестируемого образца ткани определяют пятикратно и берут среднее значение.
С улучшением моющих характеристик освещенность ткани повышается. Таким образом, моющую характеристику определяют
как разницу в освещенности, ΔY:
ΔY = освещенность ткани после стирки - освещенность ткани перед стиркой.
Пример 11 - Влияние концентрации сшитых кристаллов субтилизина на моющие характеристики содержащего их детергента
Моющие характеристики сшитых кристаллов фермента настоящего изобретения исследуют как функцию их концентрации в жидком детергенте, используя описанные далее материалы.
Тестовая ткань:
EMPA (Eidgenossische Materialprufungs und Forschungsanstalt, St. Gallen, Switzerland) #116, загрязненная комбинацией крови, молока и сажи.
Жидкий детергент:
Детергент Ciba #16.
Фермент:
Сшитые кристаллы фермента; образец Altus IV (как указано в примере 6)
- Несшитый фермент (Алькалаза) ).
Концентрация фермента в жидком детергенте:
Концентрация фермента составляет величину от 0,05 до 0,9 вес.% (вес сухого вещества). В таблице XIV приведены остальные подробности.
Таблица XIV
Фермент, вес.%
Вес суспензии фермента (г)
Вес сухого в-ва фермента
Жидкий детергент Ciba #16
Алькалаза
Altus IV
г
г
0,05
0,106
0,0053
10
0,05
0,130
0,0056
10
0,1
0,207
0,0104
10
0,1
0,240
0,0104
10
0,3
0,599
0,0301
10
0,3
0,683
0,0297
10
0,5
0,492
0,0247
5
0,5
0,580
0,0252
5
0,9
0,886
0,0445
5
0,9
1,046
0,0455
5
Приготовление жидкого детергента с ферментом
Конкретные аликвоты суспензии кристаллов фермента (см. таблицу XIV) добавляют в колбу и центрифугируют для выделения кристаллов из жидкости. Жидкость сливают, а кристаллы суспендируют и гомогенизируют в жидком детергенте (в отношении количеств см. таблицу XIV). Полученные препараты используют в тестах для определения моющих характеристик.
Тесты для определения моющих характеристик композиций детергента с ферментом осуществляют, как указано в разделе анализ выше. Результаты исследований представлены на фиг.2. На фиг.2 продемонстрировано, что при концентрациях фермента ID 0,1 вес.% моющий эффект жидкого детергента Ciba #16 совместно с Altus IV превышает таковой для композиции с несшитой Алькалазой. Эффективность как сшитого, так и несшитого фермента снижается при концентрациях фермента ниже 0,1 вес.%.
Пример 12 - Стабильность при хранении и моющие характеристики детергентов, содержащих сшитые кристаллы субтилизина
Детергенты, в композиции которых входят сшитые и несшитые ферменты, хранят при постоянной температуре для исследования стабильности фермента в концентрированном жидком детергенте. Детергентные композиции (150 г каждая) приготавливают тем же способом, что и образцы в примере 10.
Жидкий детергент:
Детергент Ciba #16
Фермент:
- Сшитые кристаллы фермента: образец Altus IV (пример 6)
- Несшитый фермент (Алькалаза)
Концентрация фермента:
0,3 вес.% (сухого вещества) в жидком детергенте
Температура хранения для исследования стабильности
Все образцы хранят при 30°С в течение 0-7 дней. После 7 дней образцы делят на две равные части для исследования стабильности при повышенной температуре. Одну часть продолжают хранить при 30°С, а другую часть хранят при 40°С.
Тестируемая ткань:
Используют три различные загрязненные ткани. Все они представляют стандартные тестовые материалы, доступные от ЕМРА:
ЕМРА #112: ткань, загрязненная какао
ЕМРА #116: ткань, загрязненная смесью крови, молока и сажи
ЕМРА #111: ткань, загрязненная кровью
Моющие характеристики для ткани, загрязненной какао
Моющие характеристики различных жидких детергентов с ферментами исследуют в отношении удаления пятен какао с тестовой ткани, загрязненной какао, используя описанный выше анализ для определенных моющих характеристик. Стабильность при хранении определяют, периодически оценивая моющие характеристики во время хранения детергента, контролируя таким образом влияние температуры хранения на характеристики фермента в жидком детергенте. В этом анализе эффективность жидкого детергента уменьшается по мере нарушения стабильности детергента. Результаты этого анализа, представленные на фиг.3 и 4, обсуждаются далее.
Стабильность при хранении при 30°С
Как видно на фиг.3, детергенты, приготовленные как с Алькалазой, так и с Altus IV, демонстрируют улучшенные характеристики после 2 дней хранения (по сравнению с начальными значениями). Однако при увеличении времени хранения характеристики композиции с Алькалазой непрерывно ухудшаются, тогда как композиция детергента с Altus IV не демонстрирует разложения даже после 28 дней.
Стабильность при хранении при 40°С
Как видно на фиг.4, когда температуру повышают с 30°С до 40°С, композиция детергента с Алькалазой теряет активность в течение 2 дней, тогда как композиция детергента с Altus IV разлагается лишь слегка, при этом существенно удаляет загрязнение какао с испытываемой ткани даже после 21 дня хранения при 40°С.
Моющие характеристики ткани, загрязненной комбинацией крови, молока и сажи (ЕМРА #116 тестовая ткань)
Условия эксперимента и детергенты были теми же самыми (за исключение окрашенных тканей), что и для отмывания загрязнений какао. Результаты теста стирки представлены на фиг.5 и 6.
Стабильность при хранении при 30°С
Фиг. 5 отчетливо иллюстрирует ухудшение моющих характеристик композиции детергента с Алькалазой после 2 дней хранения при 30°С. Однако жидкий детергент, содержащий фермент Altus IV, сохраняет исходные моющие характеристики даже после 28 дней хранения.
Стабильность при хранении при 40°С
Как продемонстрировано на фиг.6, когда температуру хранения повышают с 30°С до 40°С, детергентная композиция с Алькалазой теряет почти все свои моющие характеристики в течение 2 дней. Напротив, детергент, содержащий Altus IV, сохраняет свою моющую эффективность дополнительно в течение еще 14 дней.
Моющие характеристики для ткани, загрязненной кровью
Моющие характеристики в отношении пятен крови тестируют ферментом, содержащим детергенты, которые хранились при 30°С. Детергентная композиция и условия стирки были такими же, что и для стирки пятен какао. Результаты теста на моющие характеристики проиллюстрированы на фиг.7.
Анализ показал, что моющий эффект в отношении пятен крови композиции жидкого детергента Ciba #16 с Алькалазой оказался меньше при сравнении с детергентом без фермента. С другой стороны, композиция с Altus IV оказалась более активной в условиях стирки и более стабильной при хранении.
Стабильность при хранении при 30°С
Моющий эффект детергентной композиции с Алькалазой быстро снижается по мере увеличения времени хранения, тогда как композиция детергента с Altus IV сохраняет почти полностью свою эффективность после 28 дней хранения.
Пример 13 - Растворимость сшитых кристаллов субтилизина при 30 и при 37°С
Была исследована растворимость различных кристаллов субтилизина, которые были сшиты глутаральдегидом (GA), октандиальдегидом (ОА), диглицидиловым эфиром неопентилгликоля (NP) с последующей обработкой глутаральдегидом или DENACOL ЕХ(411) с последующей обработкой глутаральдегидом.
В 1,5 мл ампулах Эппендорфа образцы суспензий несшитых кристаллов субтилизина и сшитых кристаллов субтилизина, эквивалентные 37,5 мг фермента, обрабатывают в микроцентрифуге при 5000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость удаляют. 1,5 мл аликвоты PBS буфера (0,01 М фосфат, 0,0027 М хлорид калия, 0,137 М хлорид натрия, рН 7,4) добавляют к каждому образцу, доводя концентрацию субтилизина до 25 мг/мл. Образцы переносят в 2 мл стеклянные ампулы с завинчивающимися крышками и палочками магнитных мешалок, затем инкубируют при 30°С или при 37°С. Исследуют растворимость образцов, периодически отбирая 50 мкл суспензии, обрабатывая в микроцентрифуге при 13000 об/мин в течение 5 мин, отбирая 20 мкл аликвот и помещая их в 980 мкл деионизированной воды и затем измеряя УФ поглощение на длине волны 280 нм. Были исследованы следующие образцы:
Сшивающий агент
Концентрация сшивающего агента
Время сшивания
GA
1,0%
1,5 ч
GA
0,25%
2 ч
GA
0,2%
2 ч
GA
0,15%
2 ч
NP/GA
0,1%/0,1%
5 ч/1,5 ч
411/GA
0,15%/0,035%
16 ч/1 ч
ОА
0,2%
16 ч
ОА
0,1%
16 ч
ОА
0,05%
16 ч
Кривые растворимости образцов, представленные на фиг.8 и 9, иллюстрируют различные скорости растворения для сшитых кристаллов.
Пример 14 - Обратимые сшивающие агенты - Кристаллы субтилизина, сшитые дисульфидными связями
2
4
Получены кристаллы субтилизина (30-40 мкм в среднем, 27 мг/мл в NaSO), как было ранее указано для кристаллизации субтилизина.
Были получены сшитые кристаллы с использованием одного из следующих сшивающих агентов:
1) Диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl - (DTBP) (Pierce)
2) Дитиобис(сукцинимидилпропионат) - (DSP) (Pierce)
3) 3,3'-дитиобис (сульфосукцинимидилпропионат) - (DTSSP) (Pierce)
3
3
Сшивание осуществляют в 15 мл неопреновых ампулах с завинчивающимися крышками, помещая 740 мкл суспензии кристаллов субтилизина (20 мг) в 9,26 мл буфера (25 мМ NаСО/50 мМ NаНСО рН 8,0). Один сшивающий агент добавляют в каждую ампулу следующим образом: А) 93 мг DTBP (30 мМ) В) 100 мг DTSSP (16 мМ) С) 120 мг DSP (30 мМ).
Ампулы переворачивают при комнатной температуре (24-26°С) до тех пор, пока не подтверждается, что все образцы нерастворимы в 32 мМ NaOH (5 дней) - 100 мкл образца в 300 мкл NaOH. Несшитые образцы легко растворяются в 32 мМ NaOH в тех же условиях. Процесс образования сшивок останавливают, добавляя 1 мл 1 М Tris, рН 7,5. Образцы центрифугируют при 3000 об/мин, в течение 5 мин, надосадочную жидкость удаляют и заменяют 5 мл 100 мМ Tris, pH 7,5. Такое центрифугирование при 3000 об/мин в течение 5 мин с последующей заменой надосадочной жидкости 5 мл 100 мМ Tris, pH 7,5, повторяют три раза.
Пример 15 - Растворение сшитых кристаллов субтилизина, содержащих дисульфидную связь
200 мМ раствор цистеина приготавливают, растворяя 121 мг цистеина в 5 мл 100 мМ Tris (pH 7,5). 400 мкл аликвоты раствора цистеина добавляют в 3 х 750 мкл ампулы. 400 мкл аликвоты 100 мМ Tris (pH 7,5) добавляют в другие 3 х 750 мкл ампулы. Каждый сшивемый образец (100 мкл) помещают в одну ампулу, содержащую цистеин, и в одну ампулу без цистеина. Все образцы инкубируют при 37°С и контролируют процесс растворения (визуально и с помощью микроскопа).
После инкубирования в течение 3 часов при 37°С образец DTBP, по-видимому, полностью растворяется в присутствии цистеина и остается нерастворимым в его отсутствие. Образец DTSSP, по-видимому, почти полностью растворяется в присутствии цистеина и не растворяется в его отсутствие. Образец DSP оказывается едва растворим в присутстви цистеина и не растворяется в его отсутствие.
Candida Rugosa
Пример 16 - Кристаллизация липазы
Candida Rugosa
3
2
5 кг аликвот порошка липазы ("CRL") от (Metio) смешивают с 5 кг целита и растворяют в 102 л дистиллированной деионизированнои воды и объем доводят до 200 л деионизированнои водой. Суспензию перемешивают в смесителе Air Drive Lightning Mixer в течение 2 часов при комнатной температуре, а затем фильтруют через 0,5 мк фильтр для удаления целита. Затем смесь подвергают ультрафильтрации и концентрируют до 14 л (469 г), используя картридж мембраны с фильтром из полого волокна ЗК. Твердый ацетат кальция добавляют до концентрации 5 мМ Са(СНСОО). РН доводят до 5,5 концентрированной уксусной кислотой при необходимости. 7 л аликвоты кристаллизуют, либо добавляя 1,75 л 2-метил-2,4-пентандиола ("MPD"), либо добавляя 3,5 л 30% раствора PEG-8000. Полученный раствор смешивают и кристаллизации дают протекать в течение ночи при комнатной температуре в течение около 17-20 часов. Выход кристаллов составляет около 70%.
Перекристаллизация
Candida Rugosa
Кристаллы липазы солюбилизируют, добавляя 50 мМ фосфат натрия (рН 5,2). Концентрацию растворимого протеина кристаллизационного раствора доводят до 20 мг/мл. MPD добавляют постепенно при перемешивании в течении 6 часов до конечной концентрации 25%. Полученный раствор перемешивают и кристаллизации дают протекать при комнатной температуре в течение 20 часов.
Пример 17 - Кристаллизация Candida.Rugosa липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 16, перед стадиями солюбилизации и перекристаллизации солюбилизируют, добавляя 50 мМ ацетат натрия (рН 6,5). Концентрацию растворимого протеина в кристаллизационном растворе доводят до 20 мг/мл. Постепенно добавляют MPD при перемешивании в течение 6-часового периода до конечной концентрации 20%. Полученный раствор перемешивают и кристаллизации дают протекать при комнатной температуре в течение 20 часов.
Candida Rugosa
Пример 18 - Сшивание кристаллов липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 16, сшивают, добавляя не обработанный чистый глутаральдегид (Sigma), добавляя поэтапно 2 мл 20% глутаральдегида в объеме 40,5 мл в течение 1 часа к 8 мл перемешиваемых кристаллов липазы (25 мг/мл), при комнатной температуре. Окончательная концентрация сшивающего агента составляет 4,0%. Процесс сшивки продолжается в течение 24 часов. Кристаллы выделяют с помощью центрифугирования с низкой скоростью и промывают 25% MPD в 50 мМ фосфата натрия (рН 5,2).
Rugosa
Пример 19 - Сшивание кристаллов Candida липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 16, сшивают, добавляя не обработанный чистый глутаральдегид, добавляя поэтапно 2 мл 20% глутаральдегида в течение 1 часа. Кристаллы сшивают и обрабатывают по способу примера 18.
Candida Rugosa
Пример 20 - Сшивание кристаллов липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 16, сшивают по способу примера 19, за исключением того, что реакции дают возможность протекать в течение 24 часов. Затем кристаллы обрабатывают по способу примера 18.
Candida Rugosa
Пример 21 - Сшивание кристаллов липазы
Rugosa
Кристаллы Candida липазы, полученные по способу примера 17, сшивают, добавляя глутаральдегид до конечной концентрации 4,0%. Процесс образования сшивок протекает 3 часа. Кристаллы обрабатывают по способу примера 18.
Candida Rugosa
Пример 22 - Сшивание кристаллов липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 17, сшивают в чистом глутаральдегиде при концентрации 6,5% в течение 1 часа. Кристаллы сшивают и обрабатывают по способу примера 18.
Candida Rugosa
Пример 23 - Сшивание кристаллов липазы
Candida Rugosa
Кристаллы липазы, полученные по способу примера 17, сшивают в чистом глутаральдегиде при концентрации 6,0% в течение 1 часа. Кристаллы сшивают и обрабатывают по способу примера 18.
Candida Rugosa
Пример 24 - рН-контролируемая растворимость сшитых кристаллов липазы
Candida Rugosa
Растворимость различных сшитых кристаллов липазы исследуют после повышения величины рН с 6,5 до 9,0. Кристаллы инкубируют при концентрации 1 мг/мл в 50 мМ фосфате натрия (рН 9,0), содержащем 25% MPD. Аликвоты отбирают после 3 часов и 24 часов инкубирования при 25°С при перемешивании. Активность и растворимость различных концентраций протеина определяют по способу примера 25. Полученные результаты представлены далее в таблице.
Сшитые кристаллы протеина
3
Время (ч)
24
Активность (ед)
Протеин(мг/мл)
Активность (ед)
Протеин(мг/мл)
Пример 18
7,5
0,47
20
1
Пример 19
10,8
0,60
11,3
0,63
Пример 20
7,5
0,42
8,8
0,49
Rugosa
Пример 25 - рН растворимость сшитых кристаллов Candida липазы
Candida Rugosa
Растворимость различных сшитых кристаллов липазы исследуют после повышения величины рН с 5,2 до 7,5. Кристаллы инкубируют при концентрации 1 мг/мл в 50 мМ фосфате натрия (рН 7,5), содержащем 25% MPD. Аликвоты отбирают после 3 часов и 24 часов инкубирования при 25°С при перемешивании. Нерастворимый материал удаляют фильтрованием (0,25 мк). Активность в растворе определяют спектрофотометрически, следя за гидролизом пара-нитрофенилацетата (Fluka) на длине волны 400 нм. Концентрация субстрата 1 мМ. Анализ ведут при 25°С в объеме 1 мл 50 мМ ацетата натрия (рН 6,5). Концентрацию растворимого протеина определяют по поглощению на длине волны 280 нм. Результаты представлены далее в таблице.
Сшитые кристаллы протеина
3
Время (ч)
24
Активность (ед)
Протеин(мг/мл)
Активность (ед)
Протеин(мг/мл)
Пример 21
2,4
0,12
15
0, 91
Пример 22
10,0
0,63
15
1,0
Пример 23
2,5
0,17
11
0,69
Пример 26 - Кристаллизация альбумина сыворотки человека
280
Альбумин сыворотки человека ("HSA") получают от Sigma Chemical Company в виде лиофилизованного порошка. Добавляют 10 г порошка протеина к 75 мл перемешиваемого раствора 100 мМ фосфатного буфера с рН 5,5 при 4°С. Окончательная концентрация протеина составляет 120 мг/мл (определяют по оптической плотности ОП, а коэффициент экстинкции для альбумина сыворотки принимают равным 1). Насыщенный раствор сульфата аммония (767 г/л), полученный в деионизированной воде, добавляют к раствору протеина до конечной концентрации 50% насыщения (350 г/л). В кристаллизационный раствор вводят "затравку" - 1 мл кристаллов альбумина (50 мг/мл) в 50% сульфате аммония (рН 5,5). Затравочные кристаллы приготавливают, промывая образец кристаллов, свободный от осадка, раствором 50% насыщенного сульфата аммония в 100 мМ фосфатном буфере (рН 5,5). Кристаллизационный раствор с введенной затравкой инкубируют при 4°С в течение ночи на интенсивно вращающейся платформе. Кристаллические палочки (20 мк) появляются в растворе после 16 часов.
Пример 27 - Сшивание кристаллов альбумина сыворотки человека
Сшивают кристаллы альбумина сыворотки человека, полученные по способу примера 18, при 4°С в 10 мл перемешиваемого раствора кристаллов и маточного раствора, содержащего 50% насыщенного сульфата аммония, как указано выше. Кристаллы, которые не были промыты перед процессом сшивки, сшивают глутаральдегидом, как он поставляется изготовителем (Sigma). Глутаральдегид ("GA") (20%) добавляют к перемешиваемому кристаллизационному раствору в 4 равных объемах (62,5 мкл) с 15-минутными интервалами до конечной концентрации 0,5% (250 мкл GA). Затем кристаллы инкубируют при 4°С. Аликвоты отбирают в процессе инкубирования в следующие моменты времени: 0, 30 мин, 60 мин и 4 часа. Сшитые кристаллы альбумина собирают с помощью центрифугирования с малой скоростью и промывают повторно при рН 7,5 100 мМ Tris HCl, 4°С. Такую промывку прекращают, когда кристаллы уже можно центрифугировать с высокой скоростью без опасности образования агрегатов.
Пример 28 - Сшивание кристаллов альбумина сыворотки человека
Сшивают кристаллы альбумина сыворотки человека по способу примера 27, с одной модификацией: глутаральдегид (20%) добавляют к кристаллизационному раствору 4 равными объемами (131,3 мкл) с 15-минутными интервалами до конечной концентрации 1% (525 мкл GA).
Пример 29 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 0,5% GA, время: 0 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый в течение 0 минут в 0,5% глутаральдегиде по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре ("RT") или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XV.
Таблица XV
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0,3
1,5
1,0
3
5
4,0
4
12,5
24,0
17
18,5
Пример 30 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 0,5% GA, время: 30 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый в 0,5% глутаральдегиде по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XVI.
Таблица XVI
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
1,5
4
1,0
3
5,5
4,0
7
10
24,0
13,5
17,5
Пример 31 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 0,5% GA, время: 60 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый 0,5% глутаральдегидом по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XVII.
Таблица XVII
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0
0,4
1,0
0
0,6
4,0
0
3
24,0
8
17
Пример 32 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 0,5% GA, время: 240 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый 0,5% глутаральдегидом по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XVIII.
Таблица XVIII
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0
0
1,0
0,5
0
4,0
3,5
3
24,0
8,5
14,5
Пример 33 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 1,0% GA, время: 0 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XIX.
Таблица XIX
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
1
2
1,0
3
7
4,0
10,5
16
24,0
19
18,5
Пример 34 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 1,0% GA, время: 30 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XX.
Таблица XX
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0
0
1,0
0
2
4,0
4,5
7
24,0
8
13
Пример 35 - Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 1,0% GA, время: 60 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XXI.
Таблица XXI
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0
0,5
1,0
0
1,5
4,0
1
4
24,0
9
13,5
Пример 35
- Растворимость кристаллов альбумина сыворотки человека, сшитых в 1,0% GA, время: 240 мин инкубирования. Растворение вызвано повышением температуры
a
Альбумин сыворотки человека, закристаллизованный по способу примера 26 и сшитый по способу примера 27, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (20 мг/мл) при перемешивании в буферированном фосфатом физиологическом растворе (рН 7,5) при комнатной температуре или при 37°С. Аликвоты для анализа отбирают в моменты времени 0,5, 1, 4 и 24 ч. Нерастворимый материал удаляют из раствора центрифугированием и концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм, как представлено в таблице XXII.
Таблица XXII
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
RT
37°С
0,5
0
0
1,0
0
0
4,0
0
2
24,0
6
10,3
Пример 36 - Кристаллизация термолизина
280
Термолизин получают от Diawa (Japan) в виде лиофилизованного порошка. 15 г порошка протеина добавляют к 100 мл перемешиваемого раствора 10 мМ ацетата кальция (рН 11) при комнатной температуре. Величину рН поддерживают 11, добавляя 2 н. NaOH, до тех пор, пока термолизин полностью не солюбилизируется. Затем рН доводят до 7,5, добавляя 2 н. уксусную кислоту. Кристаллизации дают возможность протекать в течение ночи при 4°С. Конечная концентрация протеина составляет 40 мг/мл (определяют по ОП, коэффициент экстинкции для термолизина принимают равным 1,8). Кристаллы выделяют центрифугированием и перекристаллизацией для получения кристаллов более однородного размера. Перекристаллизацию осуществляют способом, который почти идентичен способу, указанному для начальной кристаллизации. Кристаллы протеина (40 мг/мл) растворяют, добавляя основание при комнатной температуре. рН кристаллизационного раствора устанавливают 6,5 и кристаллизации дают возможность протекать при комнатной температуре. Кристаллические палочки (50 мк) появляются в растворе после ночи (16 ч).
Пример 37 - Сшивание кристаллов термолизина
Кристаллы термолизина, полученные по способу примера 36, суспендируют (50 мг/мл) в 50 мМ растворе ацетата натрия (рН 6,5). Кристаллы сшивают глутаральдегидом, как он поставляется изготовителем (Sigma). 10 мл глутаральдегида (10%) постепенно добавляют в течение 1 часа при перемешивании к 10 мл суспензии кристаллов. После того как добавляют весь глутаральдегид, кристаллизационный раствор инкубируют при комнатной температуре. Аликвоты отбирают после инкубирования в моменты времени 0,5, 1 и 3 ч. Сшитые кристаллы собирают центрифугированием с низкой скоростью и промывают тщательно 50 мМ Tris НСl, рН 7,5, содержащим 10 мМ ацетата кальция.
Пример 38 - Растворимость кристаллов термолизина, сшитых в течение 0,5 часа. Растворение вызвано удалением ионов кальция с помощью EDTA
Термолизин, закристаллизованный по способу примера 36 и сшитый в течение 0,5 часа по способу примера 37, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании, в 10 мМ Tris HCl (рН 7,2), содержащем 1 мМ EDTA (Sigma), 40°C. 1 мл аликвоты отбирают для анализа в моменты времени 0,5, 3 и 24 часа. Нерастворимые кристаллы удаляют из раствора фильтрованием. 1 мл 500 мМ ацетата кальция (рН 7,2) добавляют к каждой из аликвот. Определяют концентрацию растворимого протеина на длине волны 280 нм. Ферментативную активность определяют спектрофотометрически, регистрируя гидролиз дипептидного субстрата, FAGLA (Feder). Концентрация субстрата составляет 1,67 мМ. Одну единицу определяют как количество фермента, необходимое для гидролиза 1 мкмоля субстрата в одну минуту при рН 7,2, 40°С. Активность растворимого термолизина составляет 27 ед/мг протеина. Данные представлены в таблице XXIII.
Таблица XXIII
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
80
30
3,0
103
97
24,0
100
91
Пример 39 - Растворимость кристаллов термолизина, сшитых в течение 1 часа. Растворение вызвано удалением ионов кальция с помощью EDTA
Термолизин, закристаллизованный по способу примера 36 и сшитый в течение 1 часа по способу примера 37, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании, в 10 мМ Tris HCl (рН 7,2), содержащем 1 мМ EDTA (Sigma), 40°C. 1 мл аликвоты отбирают для анализа в моменты времени 0,5, 3 и 24 часа. Нерастворимые кристаллы удаляют из раствора фильтрованием. 1 мл 500 мМ ацетата кальция (рН 7,2) добавляют к каждой из аликвот. Определяют концентрацию растворимого протеина на длине волны 280 нм. Ферментативную активность определяют спектрофотометрически, регистрируя гидролиз дипептидного субстрата, FAGLA (Feder). Концентрация субстрата составляет 1,67 мМ. Одну единицу определяют как количество фермента, необходимое для гидролиза 1 мкмоля субстрата в одну минуту при рН 7,2, 40°С. Активность растворимого термолизина составляет 27 ед/мг протеина. Данные представлены в таблице XXIV.
Таблица XXIV
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
7
11
3,0
24
29
24,0
104
87
Пример 40 - Растворимость кристаллов термолизина, сшитых в течение 3 часов. Растворение вызвано удалением ионов кальция с помощью EDTA
Термолизин, закристаллизованный по способу примера 36 и сшитый в течение 3 часов по способу примера 37, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании, в 10 мМ Tris HCl (рН 7,2), содержащем 1 мМ EDTA (Sigma), 40°C. 1 мл аликвоты отбирают для анализа в моменты времени 0,5, 3 и 24 часа. Нерастворимые кристаллы удаляют из раствора фильтрованием. 1 мл 500 мМ ацетата кальция (рН 7,2) добавляют к каждой из аликвот. Концентрацию растворимого протеина определяют на длине волны 280 нм. Ферментативную активность определяют спектрофотометрически, регистрируя гидролиз дипептидного субстрата, FAGLA (Feder). Концентрация субстрата составляет 1,67 мМ. Одну единицу определяют как количество фермента, необходимое для гидролиза 1 мкмоля субстрата в одну минуту при рН 7,2, 40°С. Активность растворимого термолизина составляет 27 ед/мг протеина. Данные представлены в таблице XXV.
Таблица XXV
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
2
0
3,0
2
0
24,0
100
73
Пример 41 - Растворимость кристаллов термолизина, сшитых в течение 3 часов. Растворение вызвано удалением ионов кальция путем разбавления
Кристаллы термолизина, полученные по способу примера 36 и сшитые в течение 3 часов по способу примера 37, промывают не содержащим кальция буфером и анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании, в деионизированной воде. 1 мл аликвоты отбирают для анализа в моменты времени 0,5, 3 и 24 часа. Нерастворимые кристаллы удаляют из раствора фильтрованием. 1 мл 500 мМ ацетата кальция (рН 7,2) добавляют к каждой из аликвот. Концентрацию растворимого протеина определяют на длине волны 280 нм. Ферментативную активность определяют спектрофотометрически, регистрируя гидролиз дипептидного субстрата, FAGLA (Feder). Концентрация субстрата составляет 1,67 мМ. Одну единицу определяют как количество фермента, необходимое для гидролиза 1 мкмоля субстрата в одну минуту при рН 7,2, 40°С. Активность растворимого термолизина составляет 27 ед/мг протеина. Данные представлены в таблице XXVI.
Таблица XXVI
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
80
30
3,0
103
97
24,0
100
91
Пример 42 - Кристаллизация глюкозо-изомеразы
Глюкозо-изомеразу ("GA") поставляет Cultor (Finland) в виде суспензии кристаллов. Фермент перекристаллизовывают, солюбилизируя в 50 мл объеме суспензии кристаллов при 50°С при перемешивании в течение 15 минут. Раствор очищают фильтрованием и оставляют медленно остывать до комнатной температуры. В течение 5 часов появляются 50 мк кристаллы. Кристаллы выделяют центрифугированием с низкой скоростью и промывают 166 мМ сульфата магния.
Пример 43 - Сшивание кристаллов глюкозо-изомеразы
500 мг кристаллов глюкозо-изомеразы, полученных по способу примера 42, суспендируют в 50 мл раствора 166 мМ сульфата магния. Кристаллы сшивают глутаральдегидом, как он поставляется изготовителем (Sigma). 5 мл глутаральдегида (10%) постепенно добавляют в течение 1 часа при перемешивании к 50 мл суспензии кристаллов. После того как добавляют весь глутаральдегид, кристаллизационный раствор инкубируют при комнатной температуре. Аликвоты отбирают после инкубирования в моменты времени 1, 3 и 24 ч.
Сшитые кристаллы собирают центрифугированием с низкой скоростью и промывают тщательно 50 мМ Tris НСl, рН 7,0.
Пример 44 - Растворимость кристаллов глюкозо-изомеразы, сшитых в течение 1 часа. Растворение вызывают, удаляя ионы кальция, разбавляя при 50°
280
Кристаллы глюкозо-изомеразы, полученные по способу примера 42 и сшитые в течение 1 часа по способу примера 43, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании в деионизированной воде. 1 мл аликвоты отбирают и анализируют в моменты времени 1, 3 и 24 часа. Концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм (ОП) (коэффициент экстинкции для GI принимают равным 1). Ферментативную активность измеряют спектрофотометрически, регистрируя превращение фруктозы в глюкозу.
Концентрацию глюкозы количественно определяют спектрофотометрически, используя анализ связанного фермента, содержащего гексокиназу и глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу. Дегидрогеназа использует NADP в качестве кофактора, и количество NADPPH, образующееся в реакции, стехиометрично с концентрацией субстрата (глюкоза). Анализ закупают в виде набора от Boehinger Mannheim и используют в соответствии с инструкциями изготовителей. Одну единицу определяют как количество фермента, необходимое для превращения 1 мкмоля фруктозы в глюкозу за одну минуту при рН 7,0, 60°С. Активность растворимой глюкозо-изомеразы составляет 51 ед/мг протеина. Полученные результаты представлены в таблице XXVII.
Таблица XXVII
Время (ч)
Растворимый протеин (мг/мл)
Активность(% от макс.)
0,5
8
0
3,0
52
31
24,0
100
57
Пример 45 - Растворимость кристаллов глюкозо-изомеразы, сшитых в течение 3 часов. Растворение вызывают, удаляя ионы кальция, разбавляя при 50°
280
Кристаллы глюкозо-изомеразы, полученные по способу примера 42 и сшитые в течение 3 часов по способу примера 43, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании в деионизированной воде. 1 мл аликвоты отбирают и анализируют в моменты времени 1, 3 и 24 часа. Концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм (ОП) (коэффициент экстинкции для GI принимают равным 1). Ферментативную активность измеряют спектрофотометрически, регистрируя превращение фруктозы в глюкозу.
Концентрацию глюкозы количественно определяют спектрофотометрически, используя анализ связанного фермента, содержащего гексокиназу и глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу, как указано в примере 44. Полученные результаты представлены в таблице XXVIII.
Таблица XXVIII
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
2
0
3,0
10
6,5
24,0
86
43
Пример 46 - Растворимость кристаллов глюкозо-изомеразы, сшитых в течение 24 часов. Растворение вызывают, удаляя ионы кальция, разбавляя при 50°
280
Кристаллы глюкозо-изомеразы, полученные по способу примера 42 и сшитые в течение 24 ч, по способу примера 43, анализируют на растворимость, инкубируя кристаллы (1 мг/мл) при перемешивании в деионизированной воде. 1 мл аликвоты отбирают и анализируют в моменты времени 1, 3 и 24 часа. Концентрацию растворимого протеина определяют спектрофотометрически на длине волны 280 нм (ОП) (коэффициент экстинкции для глюкозо-изомеразы принимают равным 1). Ферментативную активность измеряют спектрофотометрически, регистрируя превращение фруктозы в глюкозу.
Концентрацию глюкозы количественно определяют спектрофотометрически, используя анализ связанного фермента, содержащего гексокиназу и глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу, как указано в примере 44. Полученные результаты представлены в таблице XXVIX.
Таблица XXIX
Время (ч)
Растворимый протеин (% от макс.)
Активность(% от макс.)
0,5
2
0
3,0
24
5
24,0
83
61
Пример 47 - Получение таблеток, содержащих сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения
Таблетки, содержащие сшитые кристаллы протеина настоящего изобретения, можно получить следующим образом. Суспензию сшитых кристаллов протеина помещают в 0,1 М ацетат натрия, 20 мМ хлорида кальция и буфер (рН 7,9) и сушат при 35°С. Полученный высушенный материал можно смешать с сорбитолом 50:50 (по весу) и гранулировать с Eudragit NE 30D (нейтральный сополимер на основе этил- и метилакрилата) или Eudagit RL 30D (сополимер аммоний-метакрилат). Гранулы сушат (например, в течение 16 часов при 40°С) и прессуют в круглые таблетки примерно 5 мм диаметром и весом около 125 мг. Содержание сшитых кристаллов протеина в таких твердых препаратах составляет около 45% по весу. Если вышеуказанный препарат приготавливают без использования сорбитола, полученные таблетки содержат около 63 вес.% сшитых кристаллов протеина.
Если такие таблетки поместить в воду или в водный буфер (такой, как вышеуказанный ацетатный буфер), все таблетки разрушаются в течение 10 минут при несильном встряхивании при комнатной температуре), в результате чего образуются частицы с размером менее 100 мкм, причем большая часть их имеет размер 4-10 мкм. Исследование под микроскопом выявляет не содержащие полимера отдельные кристаллы протеина как основную часть. Суспензию, образовавшуюся при разрушении таблеток, анализируют титрованием, используя гидролиз метилового сложного эфира N-(а)-п-тозил-L-аргинина (TAME) при 25°С (рН 8). Активность соответствует примерно 50-80% активности равного количества сшитых кристаллов протеина (считая идентичный вес сшитых кристаллов, а не вес целой таблетки).
Candida Rugosa
Пример 48 - Кристаллизация липазы
Candida Rugosa
липазу получают по способу примера 16. После добавления твердого ацетата кальция до 5 мМ, однако рН доводят до 4,8 вместо величины рН 5,5 с помощью концентрированной уксусной кислоты при необходимости. Затем семь литров аликвот кристаллизуют, добавляя 1,4 л MPD. Полученный раствор перемешивают и кристаллизации дают протекать в течение 72 час при 4°С.
В последующих примерах, если нет других указаний, кристаллы липазы приготавливают таким же способом.
Пример 49 - Сшивание кристаллов липазы
Кристаллы липазы сшивают, используя следующие сшивающие агенты: диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl (DTBP); дитиобис(сукцинимидилпропионат) (DSP); бисмалеимидогексан (ВМН); бис[сульфосукцинимидил]суберат (BS);
1,5-дифтор-2,4-динитробензол (DFDNB);
диметилсуберимидат • 2НСl (DMS); дисукцинимидилглутарат (DSG); дисульфосукцинимидилтартарат (Sulfo-DST); 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимидгидрохлорид (EDC); этиленгликольбис[сульфосукцинимидилсукцинат] (Sulfo-EGS); сложный эфир N-[γ-малеимидобутирилокси]сукцинимида (GMBS);
N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензонат (Sulfo-HSAB); сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноат (Sulfo-LC-SMPT);
бис-[(β-(4-азидосалициламидо)этил]дисульфид (BASED);
NHS-PEG-винилсульфон (NHS-PEG-VS) и глутаральдегид (GA).
Сшивание диметил 3, З'-дитиобиспропионимидатом • НСl (DTBP)
Раствор диметил 3,3'-дитиобиспропионимидата • НСl (DTBP) получают, растворяя 27,9 мг DTBP в 60 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) DTBP раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание дитиобис(сукцинимидилпропионатом) (DSP)
Раствор дитиобис(сукцинимидилпропионата) (DSP) получают, растворяя 36 мг DSP в 60 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) DSP раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание бисмалеимидогексаном (ВМН)
Раствор бисмалеимидогексана (ВМН) получают, растворяя 12 мг ВМН в 40 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 7,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) ВМН раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание бис[сульфосукцинимидил]субератом (BS)
Раствор бис[сульфосукцинимидил]суберата (BS) получают, растворяя 29 мг BS в 50 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствоpa добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) BS раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание 1,5-дифтор-2,4-динитробензолом (DFDNB)
Раствор 1,5-дифтор-2,4-динитробензола (DFDNB) получают, растворяя 10 мг DFDNB
в 40 мкл ацетона. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) DFDNB раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание диметилсуберимидатом • 2НСl (DMS)
Раствор диметилсуберимидата • 2НСl (DMS) получают, растворяя 33 мг DMS в 40 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) DMS раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание дисукцинимидилглутаратом (DSG)
Раствор дисукцинимидилглутарата (DSG) получают, растворяя 17 мг DSG в 50 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) DSG раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание дисульфосукцинимидилтартаратом (Sulfo-DST)
Раствор дисульфосукцинимидилтартарата (Sulfo-DST) получают, растворяя 27 мг Sulfo-DST в 50 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) Sulfo-DST раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлоридом (EDC)
Раствор 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимид гидрохлорида (EDC) получают, растворяя 10 мг EDC в 1 мл воды. Затем 200 мкл этого раствора и 5 мг твердого Sulfo-NHS добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 50 мМ MES буфера, рН 6, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество EDC + Sulfo-NHS раствора (200 мкл + 5 мг Sulfo-NHS) и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание этиленгликоль бис[сульфосукцинимидилсукцинатом] (Sulfo-EGS)
Раствор этиленгликоль бис[сульфосукцинимидилсукцината] (Sulfo-EGS) получают, растворяя 33 мг Sulfo-EGS в 40 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) Sulfo-EGS раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание сложным эфиром N-[γ-малеимидобутирилокси]сукцинимида (GMBS)
Раствор сложного эфира N-[γ-малеимидобутирилокси]сукцинимида (GMBS) получают, растворяя 23 мг GMBS в 50 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) GMBS раствора, и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензонатом (Sulfo-HSAB)
Раствор N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензоната (Sulfo-HSAB) получают, растворяя 5 мг Sulfo-HSAB в 40 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 8,5 и содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Вторую реакцию осуществляют при комнатной температуре в течение 10 мин при встряхивании и используя УФ облучение на длине волны 254 нм. Лампа УФ находится на расстоянии 2,5 см от образца. Через 10 мин суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноатом (Sulfo-LC-SMPT)
Раствор сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио) толуамидо]гексаноата (Sulfo-LC-SMPT) получают, растворяя 12 мг Sulfo-LC-SMPT в 60 мкл воды. Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (20 мкл) Sulfo-LC-SMPT раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание бис-[(β-(4-азидосалициламидо)этил]дисульфидом (BASED)
5
Раствор бис-[(β-(4-азидосалициламидо)этил]дисульфида (BASED) получают, растворяя 3 мг BASED в 40 мкл диметилсульфоксида (DMSO). Затем 40 мкл этого раствора добавляют к 21 мг кристаллов липазы в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 30 мин при встряхивании, облучая УФ с длиной волны 365 нм. Лампа УФ находится от образца на расстоянии 2,5 см. Спустя 30 мин суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение мин и надосадочную жидкость сливают. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание NHS-PEG-винилсульфоном (NHS-PEG-VS)
Раствор NHS-PEG-винилсульфона (NHS-PEG-VS) получают, растворяя 20 мг NHS-PEG-VS в 50 мкл воды. Затем 50 мкл этого раствора добавляют к 34 мг кристаллов липазы, полученной по способу примера 16, в 1,5 мл 10 мМ HEPES буфера, рН 8,5, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Реакцию сшивания осуществляют при комнатной температуре в течение 24 часов при переворачивании. Через 24 часа суспензию центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 мин и надосадочную жидкость сливают. Осадок затем суспендируют в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,5, содержащем 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD. Добавляют дополнительное количество (25 мкл) GMBS раствора и процесс сшивания продолжают еще 24 часа. Реакцию сшивания заканчивают, вымывая избыток реагента буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD (5 промывок по 1 мл буфера).
Сшивание глутаральдегидом (GA)
Candida Rugosa
Кристаллы липазы получают по способу примера 16. Реакцию сшивания инициируют, добавляя необработанный чистый глутаральдегид (Sigma) к раствору кристаллов до достижения окончательной концентрации сшивающего агента 0,3% или 0,5%. Реакции сшивания дают возможность протекать в течение 1 часа. Сшитые кристаллы выделяют центрифугированием с невысокой скоростью и промывают буфером 10 мМ ацетата натрия, рН 4,8, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD.
Candida Rugosa
Пример 50 - рН растворимость сшитых липазы кристаллов при 37°С
Candida rugosa
Оценивают растворимость кристаллов липазы сшитых по способу примера 49. В качестве сшивающих агентов для сшитых кристаллов использованы следующие агенты:
диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl (DTBP); дитиобис(сукцинимидилпропионат) (DSP); бисмалеимидогексан (ВМН);
бис[сульфосукцинимидил]суберат (BS);
1,5-дифтор-2,4-динитробензол (DFDNB);
диметилсуберимидат • 2НСl (DMS); дисукцинимидилглутарат (DSG); дисульфосукцинимидилтартарат (Sulfo-DST);
1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимидгидрохлорид (EDC);
этиленгликольбис[сульфосукцинимидилсукцинат] (Sulfo-EGS);
сложный эфир N-[γ-малеимидобутирилокси] сукцинимида (GMBS);
N-гидроксисульфосукцинимидил-4-азидобензонат (Sulfo-HSAB);
сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноат (Sulfo-LC-SMPT);
бис-[β-(4-азидосалициламидо)этил]дисульфид (BASED);
и глутаральдегид (GA).
Образцы несшитых кристаллов липазы, полученные по способу примера 16, и сшитых кристаллов липазы в суспензии, соответствующей 2,8 мг кристаллического фермента, помещают в 1,5 мл ампулы Эппендорфа и обрабатывают в микроцентрифуге при 3000 об/мин в течение 5 минут. Надосадочную жидкость удаляют и растворимость полученных кристаллов оценивают при рН 7,4 и рН 2,0.
Для определения растворимости при рН 7,4 200 мкл аликвоты 0,01 М фосфатного буфера, содержащего 0,0027 М хлорида калия и 0,137 М хлорида натрия при рН 7,4 (PBS), добавляют к каждому образцу. В этих условиях концентрация липазы составляет 14 мг/мл. Затем образцы инкубируют при 37°С в течение 24 часов.
Для определения растворимости при рН 2,0 образцы сшитых кристаллов вначале уравновешивают в буфере 10 мМ глицин • НСl. Уравновешивающий буфер получают, смешивая 80% буфера 10 мМ глицин • НСl, содержащего 10 мМ хлорида кальция, при рН 2,0 и 20% MPD до конечного значения рН 4,8. Уравновешивание осуществляют в течение ночи при 25°С с переворачиванием. Затем уравновешиванные образцы обрабатывают на микроцентрифуге при 300 об/мин в течение 5 минут и надосадочную жидкость сливают. Образцы центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 минут и осадок суспендируют в 200 мкл буфера глицин • НСl, рН 2,0. В этих условиях концентрация липазы составляет 14 мг/мл. И наконец, образцы инкубируют при 37°С в течение 5 часов.
Количество растворенного протеина в надосадочной жидкости после 5 часов инкубирования при рН 2,0 или после 24 часов инкубирования при рН 7,4 определяют, используя анализ протеинов Bio-Rad Microprotein. После периода инкубирования образцы центрифугируют при 14000 об/мин в течение 5 минут. Затем надосадочную жидкость фильтруют через 0,22 мкм целлюлозоацетатный фильтр (Sigma Chemical Co.). Затем концентрацию растворенного протеина определяют, разбавляя 2 мкл отфильтрованной надосадочной жидкости в 798 мкл деионизированной воды. Затем 200 мкл аналитического реагента Bio-Rad-Protein добавляют к образцам и инкубируют при комнатной температуре в течение 5 минут. Поглощение измеряют на длине волны 595 мкм и сравнивают со стандартной кривой для протеина, полученной для 0-20 мкг альбумина бычьей сыворотки от Pierce.
Различные триггеры, взятые отдельно или в сочетании, определяют кинетики выделения протеина. Были исследованы приводимые далее образцы, и полученные результаты приведены в таблице XXX далее.
Таблица XXX
Триггер
Перемешивание (PBS)
Перемешивание и кислота, рН 2,0
Перемешивание и проназа
Протеин в фильтрате в мг
Смешивающий агент
<u>24 часа</u>
<u>5 часов</u>
<u>2 часа</u>
DTBP
0,82
0,73
0,81
DSP
0,74
0,84
0,68
ВМН
0,86
1,74
0,53
DSG
0,94
0,79
0,68
SULFO-DST
1,13
0,85
0,75
DFDNB
0
0,01
0,06
BASED
0,89
0,99
0,63
GMBS
0,9
0,86
0,83
BS
0,02
0
0,03
SULFO-HSAB
0,24
0,22
0,22
SULFO-EGS
1,29
0,46
0,64
SULFO-SMPT
0,4
0,09
0,06
EDC
0,07
0,16
0,02
DMS
1,09
0,83
0,81
GA (0,3%)
0,98
0,97
0,13
GA (0,5%)
0,5
0,09
0,02
Растворимо
2,8
2,8
2,8
Пример 51 - Определение активности липазы с использованием оливкового масла
TM
Активности различных сшитых кристаллов фермента оценивают, измеряя гидролиз субстрата, содержащего оливковое маcло. Во время реакции поддерживают постоянное значение рН, титруя 0,05 М NaOH. За реакцией следят, используя pH-Stat (Titralab) электрод от радиометра, контролируемый VIT90 Video Titrator и автопипетку ABU91.
Процедура:
Вначале в реакционный раствор добавляют 20 мл эмульсии оливкового масла и реакционную смесь уравновешивают при 37°С при перемешивании. Затем рН доводят до 7,7, используя 0,05 М NaOH, и добавляют аликвоту (34 мг) сшитых кристаллов. рН смеси поддерживают 7,7, титруя NaOH. Регистрируют объем расхода основания в зависимости от времени (мл/мин) и строят график. Наклон начального линейного участка кривой используют для определения начальной скорости реакции.
а) Температура реакции: аналитический реактор уравновешивают и поддерживают в нем температуру 37°С с помощью водяной бани на протяжении всего времени реакции.
b) Расчет: Начальная скорость = расход основания = мл/мин (NaOH) x мин.
c) Удельная активность (мкмоль/мин/мг протеина) = начальная скорость х 1000 х концентрация титруемого агента/количество фермента (мг).
d) Контроль: Без фермента - вместо фермента в реакционной смеси используют буфер.
Реагенты:
а) 3,0 М NaCl (раствор А): 34,8 г NaCl добавляют к 150 мл дистиллированной воды и перемешивают. Конечный объем доводят до 200 мл.
2
2
2
2
2
2
b) 75 мМ СаСl • 2HO (раствор В): 220 мг СаСl • 2НO добавляют к 150 мл дистиллированной воды при перемешивании. После того как СаСl • 2НO растворяется, объем доводят до 200 мл.
2
c) Смесь: Раствор А (40 мл) добавляют к раствору В (20 мл) и НO (100 мл).
d) 0,5% альбумин: 500 мг альбумина в 100 мл дистиллированной воды получают, растворяя 1 г альбумина бычьей сыворотки Фракцию V (Sigma) в воде при осторожном перемешивании (чтобы избежать образования пены). После растворения объем доводят до 200 мл.
e) Эмульсию оливкового масла получают, вначале растворяя 16,5 г гуммиарабика (Sigma) в 130 мл воды реагентной степени чистоты. После того как смола растворяется, объем увеличивают до 180 мл дистиллированной водой и раствор фильтруют через хлопок. Затем добавляют 20 мл оливкового масла (Sigma) и эмульсию получают, перемешивая в смесителе Quick Prep в течение 3 минут.
f) Субстрат: 50 мл эмульсии оливкового масла добавляют к 40 мл смеси (с) и 10 мл 0,5% альбумина.
Candida Rugosa
Пример 52 - Активность сшитых кристаллов липазы
Candida Rugosa
Активность кристаллов липазы, сшитых по способу примера 51, анализируют, используя в качестве субстрата оливковое масло (таблица XXXI). Анализируют кристаллы, сшитые следующими сшивающими агентами:
дитиобис(сукцинимидилпропионатом) (DSP); бисмалеимидогексаном (ВМН); NHS-PEG-винилсульфоном (NHS-PEG-VS); дисукцинимидилглутаратом (DSG); 1-этил-3-[3-диметиламинопропил]карбодиимидгидрохлоридом (EDC); сульфосукцинимидил-6-[α-метил-α-(2-пиридилдитио)толуамидо]гексаноатом (Sulfo-LC-SMPT) и глутаральдегидом (GA).
Таблица XXXI
Препараты сшитых кристаллов (34 мг)
Добавляемый объем (мкл)
Специфическая активность единицы/мг
DSP
40
921
ВМН
40
1623
NHS-PEG-VS
50
948
DSG
20
933
DSG
40
687
DSG
80
419
EDC
50
1420
EDC
100
1271
EDC
150
686
sulfo-LC-SMPT
20
5756
sulfo-LC-SMPT
100
5624
GA
0,3%
614
GA
0,5%
322
Растворимая липаза
732
Candida Rugosa
Приведенная выше таблица XXXI демонстрирует влияние различных сшивающих агентов и степени сшивок на кристаллы липазы. Амино/сульфо реакционноспособный гетеробифункциональный сшивающий агент sulfo-LC-SMPT резко повышает активность липазы (более чем в 7 раз) по отношению к субстрату оливкового масла по сранению с активностью растворимого фермента. Аминореактивный (DSP) или сульфгидрилреактивный (ВМН) гомобифункциональные сшивающие агенты демонстрируют несколько повышенную активность и примерно двухкратное повышение активности соответственно при сравнении с растворимым ферментом.
Candida Rugosa
Пример 53 - Обратимые сшивающие агенты - сшитые кристаллы липазы с дисульфидными мостиками
Rugosa
Кристаллы Candida липазы получают по способу примера 48. Образцы, содержащие кристаллы со средним размером 20-30 мкм и с полным содержанием протеина 42 мг/мл, сшивают, используя любой из обратимых сшивающих агентов:
(1) диметил 3,3'-дитиобиспропионимидат • НСl (DTBP) (Pierce), или
(2) дитиобис(сукцинимидилпропионат) (DSP) (Pierce),
(3) бис[2-(сульфосукцинимидооксикарбонилокси)этил]сульфон (Sulfo-BSOCOES) (Pierce).
Реакцию сшивания осуществляют с дублированием в 1,5 мл микроцентрифужных ампулах (USA/Scientific), помещая 250 мкл суспензии кристаллов липазы (11,5 мг) в 500 мкл буфера, содержащего 10 мМ HEPES, 10 мМ ацетата кальция, 20% MPD при рН 8,5. Затем реакцию образования сшивок инициируют, добавляя один раствор сшивающего агента в каждую ампулу следующим образом:
(А) 39,1 мМ DTBP - 27,9 мг DTBP растворяют в 60 мкл воды и 20 мкл этого раствора добавляют в одну ампулу с кристаллами; и
(B) 9,5 мМ DSP - 35,0 мг DSP растворяют в 120 мкл DMSO, а затем 10 мкл этого раствора добавляют в одну ампулу с кристаллами.
(C) 4/9 мМ Sulfo-BSOCOES - 7,2 мг Sulfo-BSOCOES растворяют в 60 мкл воды, а затем 20 мкл этого раствора добавляют в одну ампулу с кристаллами.
Ампулы с DTBP и DSP переворачивают при комнатной температуре (24-26°С) примерно в течение 2 дней или до тех пор, пока можно будет определить, что образец не растворяется в 32 мМ NaOH. Ампулы с Sulfo-BSOCOES переворачивают при комнатной температуре (24-26°С) примерно в течение 2 дней. Тест на растворимость состоит в добавлении 50 мкл образца к 150 мкл 32 мМ NaOH. В этом тесте несшитые образцы оказываются легко растворимыми в 32 мМ NaOH при той же концентрации. Реакцию сшивания заканчивают, центрифугируя образцы при 3000 об/мин в течение 5 минут. Затем надосадочную жидкость сливают и промывают трижды 1 мл 10 мМ Tris • НСl буфером, содержащим 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD при рН 7,0.
Rugosa
Пример 54 - Растворение сшитых кристаллов Candida липазы, содержащих дисульфидную связь
200 мМ раствора цистеина получают, растворяя 242 мг цистеина в 10 мл 10 мМ Tris • НСl буфера, содержащего 10 мМ хлорида кальция и 20% MPD при рН 7,0. 200 мкл образца суспензии сшитых кристаллов центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 минут и надосадочную жидкость сливают. Осадок суспендируют в 200 мкл Tris буфера, содержащего цистеин.
Другие 200 мкл сшитого образца отбирают и центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 минут и надосадочную жидкость сливают. Осадок суспендируют в 200 мкл 10 мМ Tris • НСl буфера при рН 7,0 без цистеина. Все образцы инкубируют при 37°С в течение 1 часа и визуально, и с помощью микроскопа наблюдают за растворением в 32 мМ NaOH.
Образец, обработанный DTBP, оказался полностью растворимым в присутствии 200 мМ цистеина и не растворимым при его отсутствии после инкубирования в течение 1 часа при 37°С. Образец, обработанный DSP, был слегка растворим после 1 часа инкубирования в присутствии цистеина и нерастворим в его отсутствие.
Candida Rugosa
Пример 55 - Растворение расщепляемых основаниями сшитых кристаллов липазы
200 мкл образца суспензии сшитых кристаллов центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 минут и надосадочную жидкость сливают. Осадок суспендируют в 200 мкл Tris буфера и 600 мкл 32 мМ NaOH. Другие 200 мкл сшитого образца отбирают и центрифугируют при 3000 об/мин в течение 5 минут и надосадочную жидкость сливают. Затем этот осадок суспендируют в 200 мкл 10 мМ Tris • НСl буфера при рН 7,0. Все образцы инкубируют при 37°С в течение 1 часа и визуально, и с помощью микроскопа наблюдают за растворением в 32 мМ NaOH.
Образец, обработанный sulfo-BSOCOES, оказался полностью растворимым в присутствии NaOH и нерастворимым в его отсутствие.
Хотя до сих пор авторы описывали ряд воплощений настоящего изобретения, очевидно, что основные конструкции можно изменить, получая другие воплощения, которые используют процессы и композиции настоящего изобретения. Поэтому объем изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения, а не его конкретными вариантами, которые были представлены ранее в примерах.