بهینه‌کردن تولید شکل محلول آنزیم ال-آسپاراژیناز باکتری نمک‌دوست به‌طور نوترکیب در اشریشیا کلی

مقدمه: آنزیم ال-آسپاراژیناز (ec 3.5.1.1) نقش مهمی در درمان سرطان و به‌ویژه لوسمی حاد لنفوئیدی دارد. حذف سریع آنزیم‌ از جریان خون، فعالیت گلوتامینازی و همچنین ایجاد واکنش ایمنی در بدن از معایب آنزیم‌های تجاری است و ازاین‌رو، شناسایی ال-آسپاراژینازهای جدید با ویژگی‌های مطلوب ضروری است. ژن بیان‌کنندۀ ال-آسپاراژیناز مشتق‌شده از باکتری نمک‌دوست هالوموناس الانگاتا که پیش‌تر ویژگی‌های مطلوب آن به‌منظور درمان سرطان گزارش شده به‌شکل نوترکیب در اشریشیا کلی تولید شده است؛ اما بخش اعظم پروتئین نوترکیب به‌شکل نامحلول در سلول باقی می‌ماند. مواد و روش‏‏ها: در مطالعۀ حاضر، ابتدا دو میزبان اشریشیا کلی bl21 (de3) و arcticexpress (de3) برای بیان پروتئین به‌شکل محلول مقایسه شدند. پس‌از انتخاب میزبان، اثر عوامل مختلف ازجمله محیط‌کشت، غلظت القاکننده، میزان مایۀ تلقیح، زمان و دمای القا و میزان هوادهی به روش یک فاکتور در زمان بهینه شد. نتایج: بر اساس یافته‌ها، بیشترین مقدار تولید ال-آسپاراژیناز فعال مربوط به میزبان اشریشیا کلی bl21 (de3) در محیط کشت lb با افزودن 1 درصد مایۀ تلقیح، 0.5 میلی‌مولار iptg و سرعت برهم‌زدن 150 دور‌بردقیقه حاصل شد؛ همچنین بیشترین فعالیت ویژۀ ال-آسپاراژیناز به بیان در دمای 37 درجه سانتی‌گراد و برای مدت زمان 9 ساعت تعلق داشت. در مرحله بعد، اثر افزودنی‌های مختلف به محیط‌کشت بررسی و مشاهده شد افزودن 2 درصد اتانول و 200 میلی‌مولار آرژینین تاثیر چشمگیری بر افزایش فعالیت ویژۀ آنزیم دارد. بحث و نتیجه‏گیری: درنهایت، اِعمال شرایط بهینه سبب افزایش مقدار فعالیت ویژه از حالت پایۀ تقریباً 1000 واحد‌بر‌میلی‌گرم به حدود 3500 واحد‌بر‌میلی‌گرم (بیش از سه برابر) شد.

Optimizing the Production of Soluble Form of Recombinant L-asparaginase isolated from Halophilic Bacterium in Escherichia coli

Introduction: Lasparaginase has an essential role in the treatment of cancers, especially Acute Lymphoblastic Leukemia. The rapid removal of the enzyme from the bloodstream, glutaminase activity, and also inducing an immune response in the body are disadvantages of commercial enzymes, therefore, the identification of new Lasparaginase with desirable properties is essential. Previously, the coding sequence of Lasparaginase isolated from Halomonas elongata had been cloned in E. coli and had shown to have advantageous properties as a chemotherapeutic agent. However, it was mostly expressed as inclusion bodies. Materials and methods: In this study, soluble enzyme expression was examined in two E. coli hosts, BL21 (DE3) and ArcticExpress strains. After selecting the host, the effects of various factors such as culture media, inducer concentration, inoculum size, induction duration, temperature, and also aeration rate were optimized using the onefactoratatime approach. Results: Based on the results, the highest amount of active Lasparaginase production was related to Escherichia coli host Bl21 (DE3) strain in LB culture medium by adding 1% inoculum size, after 9 h induction with 0.5 mM IPTG at 37 ˚C, and shaking at 150 rpm. In the next step, the effect of various additives on the culture medium was investigated and it was observed that the addition of ethanol 2% (v/v) or arginine (200 mM) has a significant effect on increasing the specific activity of the enzyme. Discussion and conclusion: Finally, the optimization could increase soluble Lasparaginase production from 1000 U/mg in the basal condition up to approximately 3500 U/mg (more than three times).