| Resumen: | Biopharmaceutical drugs are mainly recombinant proteins produced by biotechnological tools. Currently on the market L-asparaginase preparations, derived either from Escherichia coli or Erwinia chrysanthemi, have been used as a therapeutic agent on the effective treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) for more than 40 years. The interest in Erwinia carotovora L-asparaginase type II stems from its significantly lower glutaminase- and similar asparaginase-activity compared to current therapeutic preparations, this is particularly important since the glutaminase-activity has been implicated in causing serious side effects. The aim of this work is to apply a combination of technologies to develop a productive and simplified process for production of homogeneous and active recombinant L-asparaginase II from Erwinia carotovora (rErAII) in E. coli as host cells. The shake flasks and bioreactor conditions for productive rErAII expression are described, as well as a one-step ion-exchange liquid chromatography purification protocol followed by enzyme kinetics and thermodynamics through isothermal titration calorimetry (ITC).By using a robust fed-batch technique with pre-determined exponential feeding rates the bioreactor culture system yielded 30. 7 gram of dry cell weight and 0. 9 gram of recombinant rErAII protein in soluble form per liter of culture broth. This was achieved in cultures maintained at 30 ºC, in Terrific Broth medium under isopropil β-D-tiogalactopiranosideo (IPTG) induction and using E. coli C43 (DE3) as a host cell. The established one-step purification protocol yielded more than 5 mg of homogeneous rErAII per gram of dry cell weight, corresponding to 168 mg of rErAII protein per culture liter. The work shows that it is possible to produce an active homogeneous rErAII enzyme in the soluble cell fraction through IPTG-induced E. coli fed-batch cultivation. The rErAII proved to be a promising alternative therapy in the treatment of ALL, due to its lower glutaminase activity. When compared to well-established spectrophotometric assays, the straightforward calorimetric techniques for enzyme kinetics determination are accurate and precise either for purified enzymes or crude extracts. These data will contribute to biopharmaceutical companies interested in developing biosimilars, to healthcare policies, and quality control improvement.
Biofármacos são, na sua maioria, proteínas recombinantes produzidas por ferramentas biotecnológicas. Preparações de L-asparaginase que atualmente estão no mercado, derivadas de Escherichia coli ou Eravinia chrysanthemi, têm sido utilizadas como agentes terapêuticos no tratamento efetivo de leucemia linfoblástica aguda (ALI-) por mais de 40 anos. O interesse em L-asparaginase tipo 11 de Ertivinicr carotovora decorre da sua atividade de glutaminase reduzida e sua atividade de asparaginase similar quando comparada a preparações terapêuticas atualmente em uso. Isso é particularmente importante uma vez que a atividade de glutaminase foi relacionada a sérios efeitos colaterais. O objetivo desse trabalho é aplicar uma combinação de tecnologias para desenvolver um processo simplificado e produtivo para a produção de L-asparaginase II recombinante homogênea e ativa de Envinia carolovora (rErAll) em células hospedeiras de E. coli. Neste trabalho são descritas as condições para a expressão produtiva de rErAll em agitador orbital e em biorreator, assim como um protocolo de purificação em uma única etapa, por cromatografia líquida de troca fônica, seguida pela determinação dos parâmetros cinéticos e termodinâmicos da enzima através de calorimetria de titulação isotérmica (ITC). Usando uma técnica robusta de batelada alimentada, com vazão em perfil exponencial pré-determinado, o sistema de cultivo em biorreator rendeu 30,7 gramas de células secas e 0,9 gramas de proteína rErAll na fração solúvel por litro de meio de cultivo. Os resultados foram atingidos em cultivos mantidos a 30°C, em meio de cultura Terrific Broth sob indução de isopropil 0-D-tiogalactopiranosideo (IPTG) e utilizando E. coli C43 (DE3) como célula hospedeira.O protocolo de purificação de uma única etapa rendeu aproximadamente 5 mg de rErAll homogênea por grama de célula seca, correspondendo a 168 mg de proteína rErAll por litro de meio de cultura. O trabalho demonstra que é possível produzir na fração celular solúvel a enzima rErAII ativa e homogênea, por meio de cultivos de E. coli em batelada alimentada sob a indução de IPTG. A rErAll mostrou ser uma terapia alternativa promissora para o tratamento de ALL devido a sua atividade de glutaminase reduzida. Quando comparada a ensaios espectrofotornétricos bem estabelecidos, as técnicas calorimétricas diretas para determinação de cinética enzimática são exatas e precisas, tanto para enzimas purificadas quanto para extratos brutos. Esses dados poderão contribuir para indústrias farmacêuticas interessadas em desenvolver biosimilares. para políticas de saúde e para o melhoramento do controle de qualidade de enzimas terapêuticas. |
