Улучшенный способ получения рекомбинантного человеческого гормона роста
Патент 2592671
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Улучшенный способ получения рекомбинантного человеческого гормона роста
Изобретение относится к биотехнологии, конкретно к улучшенному способу получения человеческого гормона роста, и может быть использовано в медицине. Ферментацией клеток E.coli в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов, с выделением телец включения, получают человеческий гормон роста (hGH). Изобретение позволяет получить hGH со значительно уменьшенным количеством агрегатов без необходимости применения восстановителей и/или хаотропных агентов. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Реферат
Область изобретения
Изобретение относится к области получения рекомбинантного человеческого гормона роста (hGH).
Предшествующий уровень техники
Человеческий гормон роста (hGH), также известный как соматропин (INN) или соматотропин, представляет собой белковый гормон, продуцируемый и секретируемый соматотропными клетками передней доли гипофиза. Человеческий гормон роста играет ключевую роль в соматическом росте у детей и в метаболизме у взрослых, вследствие его воздействия на метаболизм белков, углеводов и липидов. Человеческий гормон роста представляет собой единичную полипептидную цепь из 191 аминокислоты, имеющей две дисульфидные связи, одну между Cys-53 и Cys-165, образуя большую петлю в молекуле, и другую между Cys-182 и Cys-189, образуя малую петлю около С-конца.
Технология рекомбинантной ДНК позволила получать hGH в неограниченном количестве во множестве различных систем. Одна из таких систем представляет собой бактерии, например, Е. соli. Хотя такой способ является общепризнанным и широко используемым, как и любой технологический способ во все времена, он все же может быть улучшен.
Когда рекомбинантный hGH экспрессируется в клетках E. соli в виде телец включения, тельца включения, как правило, растворяют в присутствии восстановителей и/или хаотропных агентов, таким образом, полностью ренатурируя hGH и облегчая правильную укладку hGH в его биологически активную форму и уменьшая образование агрегатов.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить значительное уменьшение образования агрегатов во время получения hGH без необходимости применения восстановителей и/или хаотропных агентов.
В связи с этим, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить способ получения человеческого гормона роста, включающий:
(1) ферментацию клеток Е. соli, продуцирующих человеческий гормон роста (hGH);
(2) выделение телец включения из клеток Е. соli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;
(3) возможно, лиофилизацию растворенного hGH;
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
Задача изобретения дополнительно заключается в том, чтобы предложить способ уменьшения количества полимерных форм человеческого гормона роста, образующихся во время способа получения человеческого гормона роста, включающий:
(1) ферментацию клеток Е. соli, продуцирующих человеческий гормон роста (hGH);
(2) выделение телец включения из клеток Е. соli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;
(3) возможно, лиофилизацию растворенного hGH;
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
Подробное описание изобретения
Способ получения человеческого гормона роста в соответствии с задачей изобретения, включающий стадии:
(1) ферментации клеток Е. соli, продуцирующих человеческий гормон роста (hGH);
(2) выделения телец включения из клеток Е. соli' и растворения выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;
(3) возможно, лиофилизации растворенного hGH;
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
Способ уменьшения количества полимерных форм человеческого гормона роста, образующихся во время способа получения человеческого гормона роста, в соответствии с задачей изобретения, включающий стадии:
(1) ферментации клеток E. соli, продуцирующих человеческий гормон роста (hGH);
(2) выделения телец включения из клеток Е. соli и растворения выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;
(3) возможно, лиофилизации растворенного hGH;
отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
Следует понимать, что термины «человеческий гормон роста» и «hGH», используемые здесь взаимозаменяемо, охватывают рекомбинантный человеческий гормон роста, имеющий 191 аминокислоту, или Met-hGH, имеющий 192 аминокислоты (т.е. hGH с дополнительным метионином на N-конце).
Следует понимать, что используемый здесь термин «полимерная форма hGH» охватывает любую форму hGH, которая отличается от hGH, имеющего 191 аминокислоту или 192 аминокислоты (hGH с одним дополнительным метионином на N-конце), такую как димеры и олигомеры hGH, но не ограничивается ими.
Следует понимать, что используемый здесь термин «культуральная среда» охватывает среду ферментера и/или продуцирующую среду.
Микроэлементы в культуральную среду могут быть привнесены обычным образом, например, применением имеющихся в продаже солей микроэлементов, включающих кислоты и основания, и их гидраты. Они могут быть введены в культуральную среду в форме твердых солей или в форме водных растворов, содержащих одну или более чем одну из солей. В одном воплощении их добавляют в форме раствора микроэлементов, содержащих каждый из микроэлементов в предопределенной концентрации. Раствор микроэлементов может дополнительно содержать кислоту или основание для регулирования pH и, например, поддерживания микроэлементов в растворе.
Марганец в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, моногидрата сульфата марганца (MnSO4·H2O). Цинк в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, гептагидрата сульфата цинка (ZnSO4·7H2O). Кобальт в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, гексагидрата хлорида кобальта (СоСl2·H2O). Молибден в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, дигидрата молибдата натрия (NaMoO4·2H2O). Кальций в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, дигидрата хлорида кальция (СаСl2·2Н2O). Медь в качестве микроэлемента может быть привнесена с использованием, например, пентагидрата сульфата меди (CoSO4·5H2O). Бор в качестве микроэлемента может быть привнесен с использованием, например, борной кислоты (Н3BO3). Также в качестве микроэлемента может быть привнесено железо.
Микроэлементы представлены в культуральной среде в следующих диапазонах концентраций (на основе общего объема культуральной среды) («диапазон») и в одном воплощении представлены в указанных конкретных концентрациях («воплощение»):
| Микроэлемент | Диапазон (мкМ) | Воплощение (мкМ) |
| Марганец | 4,4-5,4 | 4,9 |
| Цинк | 7,2-8,8 | 8,0 |
| Кобальт | 6,3-7,7 | 7,0 |
| Молибден | 6,2-7,6 | 6,9 |
| Кальций | 15,2-18,6 | 16,9 |
| Медь | 5,5-6,7 | 6,1 |
| Бор | 6,0-7,4 | 6,7 |
В одном из воплощений микроэлементы используются в растворе микроэлементов, который добавляют в культуральную среду. В этом воплощении раствор микроэлементов предпочтительно представляет собой концентрированный водный раствор, содержащий микроэлементы в концентрации, которая, при использовании в культуральной среде, позволяет достичь вышеупомянутых диапазонов концентраций.
В одном из воплощений раствор микроэлементов добавляют в культуральную среду в количестве от 0,1 до 10 мл/л на основе общего объема культуральной среды, или от 0,2 до 5 мл/л, или от 0,5 до 1 мл/л, или при приблизительно 0,8 мл/л.
Когда раствор микроэлементов добавляют в культуральную среду в количестве приблизительно 0,8 мл/л, он может содержать 1 г/л моногидрата сульфата марганца. Он может также содержать 2,8 г/л гептагидрата сульфата цинка. Он может также содержать 2 г/л гексагидрата хлорида кобальта. Он может также содержать 2 г/л дигидрата молибдата натрия. Он может также содержать 3 г/л дигидрата хлорида кальция. Он может также содержать 1,85 г/л пентагидрата сульфата меди. Он может также содержать 0,5 г/л борной кислоты. В одном воплощении раствор микроэлементов содержит каждую из вышеупомянутых концентраций микроэлементов.
Когда стадию ферментации осуществляют в течение более чем одной стадии, например, при приготовлении затравочной культуры в затравочном ферментере и продвижении этой затравочной культуры в продуцирующий ферментер, тогда микроэлементы в соответствии с задачей изобретения используют в течение по меньшей мере одной стадии, или более чем одной стадии, или в течение всех стадий ферментации.
Следует понимать, что используемый здесь термин «щелочной pH» охватывает pH, находящийся в диапазоне от 10 до 12,5. В одном из аспектов щелочной pH составляет приблизительно 12.
Дополнительно предусмотрено, что стадия (2), т.е. выделение телец включения и растворение выделенных телец включения при щелочном pH, не включает применение восстановителей и хаотропных агентов.
Следует понимать, что используемый здесь термин «восстановитель» охватывает агент, способный восстанавливать белковые Cys-Cys связи. Не ограничивающими примерами восстановителей являются дитиотреитол (DTT), бета-меркаптоэтанол, цистеин и глутатион.
Следует понимать, что используемый здесь термин «хаотропный агент» охватывает агент, который нарушает трехмерную структуру в макромолекулах, таких как белки, и денатурирует их. Не ограничивающими примерами хаотропных агентов являются мочевина, гуанидин, тиомочевина и перхлорат лития.
Стадия (3) способа в соответствии с задачей изобретения представляет собой возможную стадию, которая может быть осуществлена в том случае, когда желательно получить hGH в твердой форме. В одном воплощении стадия (3) содержит подстадию очистки растворенного hGH перед лиофилизацией. Подобным образом, подстадия очистки может быть добавлена к стадии (2) в том случае, когда лиофилизацию не осуществляют.
ПРИМЕРЫ
Изобретение дополнительно описано в следующих примерах, которые, как предполагается, никоим образом не ограничивают заявленный объем изобретения.
ПРИМЕР 1 - Способ получения hGH
Производство hGH состоит из способов, хорошо известных в данной области техники, включающих ферментацию и сбор клеток E. соli, продуцирующих hGH, выделение и растворение телец включения, и очистку и лиофилизацию hGH.
Способ ферментации
Способ ферментации hGH состоит из трех стадий, осуществляемых последовательно в колбе шейкера, затравочном ферментере и продуцирующем ферментере. Параметры ферментации, температура, встряхивание, аэрация, давление, pH и кислород полностью контролируются контрольной системой, которая также контролирует потребление глюкозы и аммиака.
Инокулят
Приблизительно 1 мл E. соli, экспрессирующих hGH (АТСС (Американская коллекция типовых культур) No. 39384), инокулировали в колбу, содержащую 200 мл ростовой среды (20 г/л гидролизата казеина, 10 г/л дрожжевого экстракта, 5 г/л NaCl и 100 мг/л натриевой соли ампициллина). Колбу инкубировали в течение приблизительно 6 часов в ротационном шейкере при приблизительно 30°C при приблизительно 250 об/мин. В конце этого периода времени культура имела оптическую плотность при 660 нм (OD) приблизительно 4. Рассчитанное количество затравочной культуры инокулировали в затравочный ферментер.
Затравочный ферментер
Среда затравочного ферментера содержала:
| Гидролизат казеина | 20 г/л |
| Дрожжевой экстракт | 10 г/л |
| К2НРO4 | 2,5 г/л |
| NaCl | 5 г/л |
| MgSO4·7H2O | 1 г/л |
| Антивспениватель (PPG) | 0,4 мл/л |
| Глюкоза | приблизительно 50 г/л |
| и возможно: | |
| Раствор микроэлементов | 0,83 мл/л |
1 л раствора микроэлементов состоит из:
| MnSO4·Н2O | 1 г/л |
| ZnSO4·7H2O | 2,78 г/л |
| CoCl2 6H2O | 2 г/л |
| Na2MoO4 2H2O | 2 г/л |
| CaCl2 2H2O | 3 г/л |
| CuSO4 5H2O | 1,85 г/л |
| Н3BO3 | 0,5 г/л |
| 32%НСl | 100 мл |
Затравочный ферментер (150 л) инокулировали затравочной культурой и ферментацию осуществляли при приблизительно 30°C, pH 7. Уровни растворенного кислорода поддерживали способами, хорошо известными специалистам в данной области техники, и когда OD культуры составляла больше 12, содержимое затравочного ферментера, приблизительно 120 л, переносили в продуцирующий ферментер объемом 1500 л.
Продуцирующий ферментер
Продуцирующая среда содержала:
| Гидролизат казеина | 20 г/л |
| Дрожжевой экстракт | 10 г/л |
| К2НРO4 | 2,5 г/л |
| NaCl | 5 г/л |
| MgSO4-7H20 | 1 г/л |
| Антивспениватель (PPG) | 0,4 мл/л |
| Глюкоза приблизительно | 13 г/л |
| и возможно: | |
| Раствор микроэлементов | 0,83 мл/л |
50% раствор глюкозы добавляли во время фазы получения. Температура ферментера составляла приблизительно 30°C, pH поддерживали на уровне приблизительно 7 при помощи аммиака, и уровни растворенного кислорода поддерживали способами, хорошо известными специалистам в данной области техники. При OD 13-16 продукцию hGH индуцировали увеличением температуры ферментации от приблизительно 30°C до приблизительно 42°C, и ферментацию осуществляли в течение следующих приблизительно 2 часов.
Сбор
Бактериальные клетки, содержащие hGH, собирали посредством микрофильтрации через полые волокна. Ферментационный бульон, приблизительно 1200 л, концентрировали и подвергали диализу против очищенной воды (PuW). Суспензию хранили при -10°-30°C.
Выделение и очистка hGH
Собранную клеточную суспензию разрушали и промывали в PuW, получая тельца включения, содержащие hGH. Тельца включения растворяли посредством увеличения pH до 12,0±0,1 добавлением 1 н. NaOH при перемешивании. hGH подвергали рефолдингу посредством уменьшения pH до 10,5±0,1 и добавления 0,5 М бората с pH 9,0 до конечной концентрации бората 10 мМ. При растворении телец включения не применяли ни восстановители, ни хаотропные агенты.
hGH затем очищали способами, известными в данной области техники, включающими серии стадий ультрафильтрации и хроматографии. Аминопептидазу, фермент, удаляющий N-концевой метионин, использовали в процессе удаления N-концевого метионина из Met-hGH. В конце очищенный hGH лиофилизировали.
ПРИМЕР 2 - Сравнительный анализ hGH. полученных с и без микроэлементов
Одиннадцать (11) препаратов hGH получали в соответствии с примером 1, за исключением того, что микроэлементы (ТЕ) не добавляли ни в затравочную среду ферментера, ни в продуцирующую среду.
Двадцать три (23) препарата hGH получали в соответствии с примером 1, где ТЕ добавляли в затравочную среду ферментера и в продуцирующую среду.
Таблица 1 демонстрирует, что лиофилизированные препараты, полученные в результате ферментации, содержащей микроэлементы, содержат гораздо меньшее количество полимерных форм hGH. Количество полимерных форм hGH представлено в виде относительного процента от общей площади пика, соответствующей всем пикам в аналитической гельфильтрации (SEC), используемой в анализе. Процедуру SEC осуществляли в соответствии с Somatropin monograph в 6м издании Европейской фармакопеи 2010 года.
| Таблица 1 | ||
| Препарат | Раствор микроэлемента | Полимерные формы |
| ' | - | 1,4 |
| II | - | 1,9 |
| III | - | 1,3 |
| IV | - | 1,7 |
| V | - | 2,0 |
| VI | - | 1,8 |
| VII | - | 1,9 |
| VIII | - | 3,0 |
| IX | - | 1,6 |
| X | - | 1,3 |
| XI | - | 1,3 |
| XII | + | 0,7 |
| XIII | + | 0,6 |
| XIV | + | 0,8 |
| XV | + | 0,7 |
| XVI | + | 0,6 |
| XVII | + | 0,9 |
| XVIII | + | 0,8 |
| XIX | + | 0,5 |
| XX | + | 1,0 |
| XXI | + | 0,7 |
| XXII | + | 0,9 |
| XXIII | + | 0,8 |
| XXIV | + | 0,7 |
| XXV | + | 0,8 |
| XXVI | + | 0,9 |
| XXVII | + | 0,8 |
| XXVIII | + | 0,9 |
| XXIX | + | 0,9 |
| XXX | + | 0,7 |
| XXXI | + | 0,7 |
| XXXII | + | 0,8 |
| XXXIII | + | 0,8 |
| XXXIV | + | 0,8 |
1. Способ получения человеческого гормона роста (hGH), включающий:(1) ферментацию клеток Е. coli, продуцирующих человеческий гормон роста;(2) выделение телец включения из клеток Е. coli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;(3) возможно, лиофилизацию растворенного hGH;отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
2. Способ по п. 1, где культуральная среда содержит микроэлементы в следующих концентрациях:
| Марганец | 4,9 мкМ |
| Цинк | 8,0 мкМ |
| Кобальт | 7,0 мкМ |
| Молибден | 6,9 мкМ |
| Кальций | 16,9 мкМ |
| Медь | 6,1 мкМ |
| Бор | 6,7 мкМ |
3. Способ по п. 1, где микроэлементы добавляют в культуральную среду в форме раствора микроэлементов.
4. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 1 г/л моногидрата сульфата марганца.
5. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно приблизительно 2,8 г/л гептагидрата сульфата цинка.
6. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 2 г/л гексагидрата хлорида кобальта.
7. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 2 г/л дигидрата молибдата натрия.
8. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 3 г/л дигидрата хлорида кальция.
9. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 1,85 г/л пентагидрата сульфата меди.
10. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 0,5 г/л борной кислоты.
11. Способ по п. 3, где раствор микроэлементов содержит 1 г/л моногидрата сульфата марганца, 2,78 г/л гептагидрата сульфата цинка, 2 г/л гексагидрата хлорида кобальта, 2 г/л дигидрата молибдата натрия, 3 г/л дигидрата хлорида кальция, 1,85 г/л пентагидрата сульфата меди и 0,5 г/л борной кислоты.
12. Способ по п. 1, где щелочной pH составляет от приблизительно 10 до приблизительно 12,5.
13. Способ по п. 12, где щелочной pH составляет приблизительно 12.
14. Способ по п. 1, где стадия (2) включает выделение телец включения из клеток Е. coli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH при отсутствии восстановителей и хаотропных агентов с получением растворенного hGH.
15. Способ уменьшения количества полимерных форм человеческого гормона роста, образующихся в способе получения человеческого гормона роста (hGH), включающий:(1) ферментацию клеток Е. coli, продуцирующих человеческий гормон роста;(2) выделение телец включения из клеток Е. coli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH с получением растворенного hGH;(3) возможно, лиофилизацию растворенного hGH;отличающийся тем, что ферментацию осуществляют в культуральной среде, содержащей марганец, цинк, кобальт, молибден, кальций, медь и бор в качестве микроэлементов.
16. Способ по п. 15, где культуральная среда содержит микроэлементы в следующих концентрациях:
| Марганец | 4,9 мкМ |
| Цинк | 8,0 мкМ |
| Кобальт | 7,0 мкМ |
| Молибден | 6,9 мкМ |
| Кальций | 16,9 мкМ |
| Медь | 6,1 мкМ |
| Бор | 6,7 мкМ |
17. Способ по п. 15, где микроэлементы добавляют в культуральную среду в форме раствора микроэлементов.
18. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 1 г/л моногидрата сульфата марганца.
19. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно приблизительно 2,8 г/л гептагидрата сульфата цинка.
20. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 2 г/л гексагидрата хлорида кобальта.
21. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 2 г/л дигидрата молибдата натрия.
22. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 3 г/л дигидрата хлорида кальция.
23. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 1,85 г/л пентагидрата сульфата меди.
24. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит предпочтительно 0,5 г/л борной кислоты.
25. Способ по п. 17, где раствор микроэлементов содержит 1 г/л моногидрата сульфата марганца, 2,78 г/л гептагидрата сульфата цинка, 2 г/л гексагидрата хлорида кобальта, 2 г/л дигидрата молибдата натрия, 3 г/л дигидрата хлорида кальция, 1,85 г/л пентагидрата сульфата меди и 0,5 г/л борной кислоты.
26. Способ по п. 15, где щелочной pH составляет от приблизительно 10 до приблизительно 12,5.
27. Способ по п. 26, где щелочной pH составляет приблизительно 12.
28. Способ по п. 15, где стадия (2) включает выделение телец включения из клеток Е. coli и растворение выделенных телец включения при щелочном pH при отсутствии восстановителей и хаотропных агентов с получением растворенного hGH.