Abstract
Russian The objects of the study were recombinant clones of Komagataella phaffii K51 carrying the heterologous proteinase K (PK-w) gene from Tritirachium album integrated into their genome as well as samples of recombinant proteinase K isolated from these clones. The aims of this work were i) to determine whether it is possible to create recombinant K. phaffii K51 clones overexpressing functionally active proteinase K from T. album and ii) to analyze the enzymatic activity of the resulting recombinant enzyme. The following methods were used: computational analysis of primary structure of the proteinase K gene, molecular biological methods (PCR, electrophoresis of DNA in an agarose gel, electrophoresis of proteins in an SDS polyacrylamide gel under denaturing conditions, spectrophotometry, and quantitative assays of protease activity), and genetic engineering techniques (cloning and selection of genes in bacterial cells Escherichia coli TOP10 and in the methylotrophic yeast K. phaffii K51). The gene encoding natural proteinase K (PK-w) was designed and optimized for expression in K. phaffii K51. The proteinase K gene was synthesized and cloned within the plasmid pPICZα-A vector in E. coli TOP10 cells. The proteinase K gene was inserted into pPICZα-A in such a way that - at a subsequent stage of transfection into yeast cells - it was efficiently expressed under the control of the promoter and terminator of the AOX1 gene, and the product of the exogenous gene contained the signal peptide of the Saccharomyces cerevisiae a-factor to ensure the protein's secretion into the culture medium. The resultant recombinant plasmid (pPICZα-A/PK-w) was transfected into K. phaffii K51 cells. A recombinant K. phaffii K51 clone was obtained that carried the synthetic proteinase K gene and ensured its effective expression and secretion into the culture medium. An approximate productivity of the yeast recombinant clones for recombinant proteinase K was 25 μg/ mL after 4 days of cultivation. The resulting recombinant protease has a high specific proteolytic activity: ~5000 U/mg. Объектами исследования являлись рекомбинантные штаммы Komagataella phaffii K51, несущие интегрированный в их геном гетерологичный ген протеиназы К (PK-w) из Tritirachium album, а также препарат рекомбинантной протеиназы К, полученный из этих штаммов. Целью работы было изучение возможности по- лучения рекомбинантных штаммов K. phaffii K51, обеспечивающих высокий уровень синтеза функционально активной протеиназы К из T. album, и анализ ферментативной активности полученного рекомбинантного эн- зима. В работе использованы методы компьютерного анализа первичной структуры гена протеиназы К, моле- кулярно-биологические методы (ПЦР, электрофорез ДНК в агарозных гелях, электрофорез белков в SDS-ПААГ в денатурирующих условиях, спектрофотометрия, методы количественного определения активности протеаз), генно-инженерные методы (методы клонирования и селекции генов в бактериальных клетках Escherichia coli str. TOP10 и в метилотрофных дрожжах K. phaffii str. K51). Спроектирован ген природной протеиназы К (PK- w), оптимизированный для экспрессии в дрожжах K. phaffii K51. Осуществлены синтез и клонирование синтезиро- ванного гена протеиназы К в составе вектора pPICZα-A в клетках E. coli str. TOP10. Ген протеиназы К встроен в векторную плазмиду pPICZα-A таким образом, чтобы на последующем этапе переклонирования в клетках дрожжей обеспечить его эффективную экспрессию под контролем промотора и терминатора гена AOX1, а про- дукт экспрессии клонированного гена содержал сигнальный пептид альфа-фактора Saccharomyces cerevisiae для обеспечения секреции белка в культуральную жидкость. Проведено переклонирование рекомбинантной плазмиды (pPICZα-A/PK-w) в клетках дрожжей K. phaffii str. K51. Получен рекомбинантный штамм K. phaffii K51, несущий синтетический ген протеиназы К и обеспечивающий его экспрессию в дрожжах и секрецию в культу- ральную среду. Приблизительный выход рекомбинантной протеиназы К после четырех суток культивирования дрожжевых рекомбинантных клонов составил 25 мкг/мл. Полученный препарат рекомбинантной протеазы об- ладает высокой удельной протеолитической активностью, составляющей ~5000 Ед/мг.