Устройство и способ хранения протеинов

Номер патента: 8044

Опубликовано: 27.02.2007

Авторы: Кнайт Дэвид Филип, Пиннок Лариса

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для хранения протеина, которое содержит первую камеру для хранения протеина и вторую камеру для хранения щелочного буферного раствора, причем вторая камера имеет флюидальное сообщение с первой камерой.

2. Устройство по п.1, в котором щелочной буферный раствор содержит ионы кальция.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором щелочной буферный раствор выбран из группы, в которую входят растворы аммиака, ацетата аммония, формиата аммония, tris/HCl, HEPES, PIPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия, а также их смеси.

4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором щелочной буферный раствор содержит 50-700 мM ионов кальция.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором щелочной буферный раствор также содержит азид натрия.

6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором, по меньшей мере, часть поверхности внутренних стенок первой камеры образована или покрыта материалом с малой поверхностной энергией.

7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором щелочной буферный раствор находится в газообразном виде.

8. Устройство по любому из пп.1-6, в котором щелочной буферный раствор отделен от протеина диализной мембраной.

9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором протеин перемешан с щелочным раствором.

10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором протеин перемешан по меньшей мере с одним щелочным буферным раствором соли или солей.

11. Устройство по п.10, в котором по меньшей мере один щелочной буферный раствор соли или солей также содержит азид натрия, фенилтиомочевину, цианид натрия или цианид калия.

12. Устройство по любому из пп.9-11, в котором щелочной раствор представляет собой буферный раствор 0,1М гидроксида аммония, ацетата аммония, формиата аммония, цитрата аммония, tris/HCl, PIPES, HEPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия или смеси этих буферных растворов, с рН свыше 7,4.

13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором рН щелочного буферного раствора превышает 7,4.

14. Устройство по любому из пп.1-13, в котором концентрация щелочного буферного раствора или объединенных буферных растворов равна или превышает 0,025М.

15. Устройство по любому из пп.1-14, в котором протеин представляет собой природный, регенерированный или рекомбинантный протеин, смесь природных протеинов, смесь регенерированных протеинов или смесь рекомбинантных протеинов.

16. Устройство по любому из пп.1-15, в котором протеин представляет собой фиброин, или спидроин, или же их гомолог.

17. Устройство по любому из пп.1-16, в котором протеины представляют собой повторяющиеся амфифильные блок-сополимерные протеины или аналоги протеинов, которые содержат заряженные группы и которые приготовлены при помощи химического синтеза или генной инженерии.

18. Способ хранения протеина, включающий в себя

помещение протеина в первую камеру хранения;

воздействие на протеин при помощи щелочного буферного раствора и

сохранение протеина в щелочной среде в первой камере хранения.

19. Способ по п.18, в котором период времени сохранения протеина в первой камере хранения составляет по меньшей мере одну минуту.

20. Способ по п.18 или 19, в котором щелочной буферный раствор содержит ионы кальция.

21. Способ по любому из пп.18-20, в котором щелочной буферный раствор выбирают из группы, в которую входят растворы аммиака, ацетата аммония, формиата аммония, цитрата аммония, Tris/HCl, HEPES, PIPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия, а также смеси этих буферных растворов.

22. Способ по любому из пп.18-21, в котором щелочной буферный раствор содержит 50-700 мM ионов кальция.

23. Способ по любому из пп.18-22, в котором щелочной буферный раствор находится в газообразной форме.

24. Способ по любому из пп.18-23, в котором по меньшей мере один щелочной буферный раствор соли добавляют к протеину.

25. Способ по п.24, в котором щелочной буферный раствор солей также содержит азид натрия, фенилтиомочевину, цианид натрия или цианид калия.

26. Способ по любому из пп.18-25, в котором щелочной буферный раствор отделяют от протеина при помощи диализной мембраны.

27. Способ по любому из пп.18-26, в котором рН щелочного буферного раствора превышает 7,4.

28. Способ по любому из пп.18-27, в котором протеин перемешивают с щелочным раствором ранее хранения.

29. Способ по любому из пп.18-28, в котором концентрация щелочного буферного раствора или объединенных буферных растворов равна или больше 0,025М.

30. Способ по любому из пп.18-29, в котором протеин является природным, регенерированным или рекомбинантным протеином, смесью природных протеинов, смесью регенерированных протеинов или смесью рекомбинантных протеинов.

31. Способ по любому из пп.18-30, в котором протеин представляет собой фиброин, или спидроин, или же их гомолог.

32. Способ по любому из пп.18-31, в котором протеины представляют собой повторяющиеся амфифильные блок-сополимерные протеины или аналоги протеинов, которые содержат заряженные группы и которые приготовлены при помощи химического синтеза или генной инженерии.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

008044 Область применения изобретения Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для хранения и способу хранения протеинов. Известный уровень техники Одна из проблем, связанных с длительным хранением протеинов, заключается в том, что они теряют свои биологические свойства с течением времени, так как молекула деградирует. Уже предложены различные способы хранения протеинов, чтобы решить эту проблему. Например, в заявке на патент Японии JP-A-63-092671 (Kanebo) предложен способ хранения протеинов, в соответствии с которым фиброин или коллаген растворяют в водном растворе. В раствор добавляют гидролизный фермент, а затем хелатную добавку. РН смеси устанавливают в диапазоне от 4,5 до 7,5 и раствор пропускают через фильтр, имеющий поры около 1 мкм или меньше. Наконец, раствор сушат, чтобы получить полимер со средней степенью полимеризации в диапазоне 200-600. Однако было бы желательно хранить протеин в его природном состоянии без обработки ферментом или без обработки хелатной добавкой. В природе существуют различные способы хранения протеинов. Натуральный шелк состоит из тонких, блестящих нитей, производимых тутовым шелкопрядом Bombyx mori и другими беспозвоночными из накопленного протеинового прядильного раствора или из сырья. Эти шелковые нити зачастую превосходят синтетические полимеры, которые используют в настоящее время для изготовления материалов, причем их свойства главным образом остаются неизменными при длительном хранении протеинового прядильного раствора в железах организма. Например, прочность на растяжение и ударная вязкость драглайновых шелков, производимых некоторыми пауками, может превышать аналогичные характеристики материала Kevler (Кевлар), который представляет собой самое прочное выпускаемое промышленностью в настоящее время волокно. Такие драглайновые шелка имеют также высокую термостойкость. Многие шелка являются также разлагаемыми микроорганизмами и не выдерживают воздействия окружающей среды. Они являются регенерируемыми и могут быть получены при помощи высокоэффективного процесса при низком давлении и низкой температуре, с использованием в качестве растворителя только воды. Натуральный процесс прядения замечателен тем, что водный раствор протеина превращается в прочный и нерастворимый материал. Способ, при помощи которого пауки и тутовые шелкопряды производят шелковые нити, описан в статье "Liquid crystalline spinning of spider silk" (Жидкое кристаллическое прядение шелкового паука), Vollrath and Knight, Nature, vol. 410, 29 March 2001, pages 541-8. Авторы обращают внимание на то, как пауки и тутовые шелкопряды хранят молекулы протеинового прядильного раствора и экструдируют из них прочные нити. В статье анализируются свидетельства того,что природный механизм прядения пауками предусматривает добавку ионов водорода и ионов калия и удаление ионов натрия, когда прядильный раствор проходит через прядильный тракт (канал). В статье Knight and Vollrath "Biological Liquid Crystal Elastomers" (Биологические жидкокристаллические эластомеры), Trans. Phil. R. Soc. B. 357, 155-163 (2002), авторы указывают, что совокупность протеинов спидроина и фиброина образует прочные нити, так как главные структурные протеины шелков, фиброины тутовых шелкопрядов и спидроины пауков представляют собой амфифильные повторяющиеся блок-сополимеры типа АВАВ, где А представляет собой гидрофобный блок, а В представляет собой менее гидрофобный блок. Спидроин и фиброин имеют два состояния. Первое состояние представляет собой состояние безопасного хранения, при котором, как полагают, чрезвычайно длинные протеиновые цепи свертываются в короткие, достаточно компактные молекулы в виде стержней. Протеины фиброина или спидроина в этом первом состоянии имеют преимущественно случайную спиральную и/или винтовую вторичную структуру. Второе состояние представляет собой твердое состояние с преимущественно бета кристаллической вторичной структурой. В этом втором состоянии образуется нанофибриллярный композит, который содержит хорошо упакованную фракцию очень длинных нанофибрилл (тонких волокон), имеющих диаметр около 5 нм. Нанофибриллы ориентированы главным образом параллельно длинной оси прочной нити и, вероятно, содержат все или большинство бета кристаллитов. Бета кристаллиты имеют ширину около 5 нм и расположены главным образом параллельно длинной оси нанофибрилл. Полагают, что меньшие количества менее кристаллического и более неупорядоченного материала образуют матрицу между нанофибриллами. Первое состояние хранения является метастабильным. Полагают, чтоего преобразование во второе состояние нанофибрилл вызывает как агрегацию молекул, так и изменение конформации вторичной структуры. Полагают, что изменение конформации происходит в наиболее гидрофобных блочных типах повторяющегося блок-сополимера, который преобразуется из структуры случайная спиральная/альфа винтовая структура в бета кристаллическую структуру. Полагают, что по меньшей мере 5 факторов участвуют в транзиции агрегации и конформации, в результате чего образуются прочные нити, а именно уменьшение рН; добавление ионов калия к протеину; удаление ионов натрия из протеина; потеря воды и приложение механического напряжения к образующимся нитям. Кроме того, конверсия (преобразование) может ускоряться за счет секреции полеолов и поверхностно-активных веществ. Тонкие продольные выступы с малой поверхностной энергией в отделе конечной части тракта прядения у пауков могут-1 008044 содействовать преобразованию протеинового прядильного раствора в твердую нить. После образования коротких нанофибрилл, они могут действовать как затравки, инициирующие дальнейшую агрегацию и изменение конформации протеина, в результате чего ускоряется полная скорость транзиции. Если оставить растворы фиброина или спидроина в первом состоянии хранения без обработки, то они самопроизвольно преобразуются в нерастворимое бета кристаллическое состояние, в результате чего преждевременно образуются нерастворимые флокуляты (flocs) или гели, из которых не могут быть экструдированы или вытянуты полезные нити. Это преобразование может быть необыкновенно быстрым и обычно для его завершения требуется 1-3 дня. Это создает проблему при экструдировании или вытягивании нити из шелковых протеинов. Бактериальный протеолиз (расщепление белков) может принимать участие в этом превращении in vitro за счет разрезания протеинов на более короткие пептиды, которые более склонны к изменению конформации или к кристаллизации. Альтернативно, протеолиз может содействовать превращению за счет удаления защитных доменов, которые тормозят агрегацию или изменение конформации. Превращение природного раствора фиброина или спидроина в нерастворимую форму может также ускоряться за счет введения затравки при помощи материала, который уже перешел в бета состояние. Замораживание или механическая резка природных растворов также могут приводить к преобразованию в бета кристаллическое состояние. Регенерированные растворы фиброина и спидроина,приготовленные путем растворения шелковых нитей в разобщающем агенте, таком как бромид лития,тиоцианат лития, тиоцианат натрия, хлорид кальция, нитрат кальция, также постепенно претерпевают аналогичное образование флокулятов или геля, когда разобщающий агент удаляют за счет диализа. Это также создает проблему, когда желают прясть или экструдировать материал из регенерированных шелков. Было обнаружено, что первое состояние хранения поддерживается в заднем и среднем отделах железы у тутовых шелкопрядов и соответствует А зоне для пауков. В этих областях соответствующих желез протеин хранится при удивительно высоких концентрациях (20-40 % по весу/объему). Полагают, что пауки хранят протеин в виде жидкого кристаллического золя высокой вязкости, который сохраняется в первой, второй и большей части третьей ветви тракта шелковой железы. Тутовые шелкопряды финальной возрастной стадии после новой линьки хранят протеин в виде геля в заднем и среднем отделах шелковой железы, однако, он преобразуется в золь в тракте (в задней части заднего отдела) незадолго до прядения. После преобразования геля в золь он продвигается назад вниз в тракт секреции и побуждает материал, хранящийся в среднем и заднем отделах, протекать вперед вниз, так что он может быть вытянут в нить в передней (дистальной) части тракта. Краткое изложение изобретения Задачей настоящего изобретения является создание устройства для хранения и способа хранения протеинов. Эта и другие задачи настоящего изобретения были решены за счет создания устройства для хранения протеина, которое содержит первую камеру для хранения протеина и вторую камеру для хранения щелочного буферного раствора. В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения вторая камера содержит щелочной буферный раствор, содержащий хлорид кальция. Вторая камера находится во флюидальном (то есть в жидкостном или газообразном) сообщении с первой камерой. Таким образом, протеин, который хранится в первой камере, находится в щелочном состоянии и содержит ионы кальция, причем в этом состоянии он является намного более стабильным, чем необработанные растворы спидроина или фиброина, непосредственно извлеченные из желез организмов или приготовленные за счет растворения шелка паука или тутового шелкопряда в разобщающем агенте. За счет этого существенно замедляется распад или преждевременное образование бета листовой формы, с бета состоянием протеина. В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения щелочной буферный раствор выбран из группы щелочей, в которую входят аммиак, ацетат аммония, формиат аммония, цитрат аммония, Tris/HCl, HEPES, PIPES, карбонат натрия, карбонат калия, фосфат натрия, фосфат калия, а также их смеси. В соответствии с одним из вариантов азид натрия вводят в протеин в дополнение к щелочному буферному раствору. Альтернативно, могут быть добавлены фенилтиомочевина, цианид натрия или цианид калия. В соответствии с одним из вариантов 100-700 мM ионов кальция добавляют к щелочному буферному раствору, преимущественно в виде хлорида. При таких обстоятельствах щелочной буферный раствор может не содержать ионов карбоната или фосфата. Когда ионы кальция добавляют к щелочному буферному раствору, они вызывают превращение концентрированного раствора шелковых протеинов или их аналогов в гель. Полученный таким путем гель является намного более стабильным, чем растворы золь состояния шелковых протеинов. Вынужденное (наведенное) таким путем гель-состояние может быть преобразовано назад в золь-состояние перед проведением экструзии, прядением или иным формованием шелка. Это может быть достигнуто при помощи диализа с использованием диализного раствора, содержащего 20-100 мM раствора этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), с подстройкой рН до 7,0-7,8 при помощи раствора аммиака или гид-2 008044 роксида натрия. Эта обработка удаляет ионы кальция. Альтернативно, ионы кальция могут быть удалены за счет диализа с использованием не содержащей ионов воды. В любом случае, в диализант должен быть добавлен полиэтиленгликоль или другой растворимый в воде полимер, чтобы поддерживать или увеличивать концентрацию протеина при помощи обратного диализа. В соответствии с предпочтительным вариантом, по меньшей мере, часть внутренней поверхности стенок первой камеры хранения образована или покрыта материалом с низкой поверхностной энергией,таким как политетрафторэтилен (PTFE), силан, нейлон, полиэтилен или поликарбонат, который также содействует предотвращению преждевременного образования бета листовой формы протеина. В устройстве щелочной буферный раствор имеет газообразную форму или форму раствора. Если его используют в газообразной форме, то он может поступать непосредственно к поверхности или поверхностям раствора протеина или может диффундировать в них через пористую или полупроницаемую поверхность. Если используют щелочной буферный раствор, то он может быть отделен от протеина при помощи пористой или полупроницаемой мембраны, или же отдельный поток буферного раствора может поступать в поток раствора протеина и затем отводиться с поверхности раствора протеина. Если щелочной буферный раствор используют в газообразной форме, то он может диффундировать непосредственно в раствор протеина, чтобы сделать его щелочным. Если щелочной буферный раствор отделен от протеина при помощи пористой или полупроницаемой мембраны, то тогда как буферный раствор, так и ионы кальция, которые он может содержать, могут диффундировать через указанную мембрану в раствор протеина. В соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения протеин непосредственно перемешивают с щелочным раствором, так как это помогает сохранять протеин в состояние золя. Ионы кальция могут быть введены непосредственно в щелочной раствор. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения азид натрия вводят в буферный раствор с рН свыше 7,4, чтобы получить финальную концентрацию свыше 0,0001 М. Хранимым протеином может быть либо природный протеин, полученный, например, при помощи расчленения животного, либо рекомбинантный протеин, полученный при помощи генной инженерии,либо регенерированный шелковый раствор, приготовленный при помощи растворения тутового шелкопряда или волокон шелка в разобщающем агенте, который затем удаляют при помощи диализа, либо смесь упомянутых выше протеинов или аналогов протеина. Настоящее изобретение может найти применение при хранении протеинов фиброина или спидроина, или же их гомологов или регенерированных растворов фиброина или спидроина. Вообще говоря, хранимые протеины представляют собой повторяющиеся амфифильные блоксополимерные протеины или аналоги протеина, которые содержат заряженные группы и которые приготовлены при помощи химического синтеза или генной инженерии. Задача настоящего изобретения была решена также за счет создания способа хранения протеина,причем указанный способ включает в себя первую операцию помещения протеина в первую камеру хранения. При проведении второй операции на протеин воздействуют при помощи щелочного буферного раствора (который преимущественно содержит ионы кальция и азид натрия) в течение определенного периода времени. При проведении третьей операции протеин сохраняют в щелочной среде в первой камере хранения. Это позволяет создать раствор для длительного хранения протеинов шелка или их аналогов и регенерированных шелковых растворов. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана схема первого варианта устройства, подходящего для хранения протеинов. На фиг. 2 показана схема второго варианта устройства, подходящего для хранения протеинов. На фиг. 3 показаны результаты воздействия щелочного буферного раствора и азида натрия на время хранения концентрированных растворов природного фиброина. Подробное описание изобретения На фиг. 1 показана схема первого варианта устройства 10, подходящего для хранения протеина 20. Устройство 10 имеет камеру 30 для хранения протеина, в которую помещают протеин 20. Камера 30 для хранения протеина соединена при помощи трубы или трубки 35 с камерой 40 для хранения щелочи. В камере 40 для хранения щелочи хранится щелочной раствор 50. Камера 30 для хранения протеина преимущественно имеет часть внутренних стенок или главным образом все внутренние стенки, которые изготовлены из материала или покрыты материалом с низкой поверхностной энергией, таким как политетрафторэтилен (PTFE), полиэтилен или поликарбонат. Протеин 20 в камере 30 для хранения протеина может быть природным протеином, который получен, например, за счет расчленения животного. В качестве примеров таких природных протеинов можно привести (но без ограничения) протеин типа спидроин, полученный из большой ампулатной (слюнной) железы пауков рода Nephila или протеин типа фиброин, полученный от тутового шелкопряда Brombyxmori или от других разновидностей тутовых шелкопрядов. Настоящее изобретение применимо также к гомологам этих протеинов или к рекомбинантным протеинам, полученным при помощи генной инжене-3 008044 рии. Настоящее изобретение применимо, кроме того, к регенерированным шелковым растворам, приготовленным за счет растворения шелков в растворах, которые содержат разобщающие агенты. Вообще говоря, можно полагать, что настоящее изобретение может быть использовано для хранения любых протеинов или аналогов протеинов, которые представляют собой повторяющиеся амфифильные блоксополимеры и которые содержат заряженные группы. В камере 40 для хранения щелочи могут быть использованы самые различные типы щелочного раствора. Например, в качестве щелочи может быть использована смесь аммиака с уксусной кислотой, ацетат аммония, смесь аммиака с муравьиной кислотой или формиат аммония. Эти буферные растворы являются летучими и создают в камере 30 для хранения протеина 20 щелочную атмосферу. Вместо этого могут быть использованы Tris/HCl, HEPES или PIPES, однако, эти буферные растворы не являются летучими. В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения щелочной буферный раствор выбран из группы щелочей, в которую входят буферные растворы аммиака, ацетата аммония,формиата аммония и цитрата аммония. Могут быть использованы также фосфат калия и карбонат калия. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения щелочной буферный раствор содержит 100-700 мM ионов кальция, преимущественно веденных в виде хлорида кальция. В соответствии с предпочтительным вариантом азид натрия также вводят в протеин 20 в первой камере хранения в дополнение к щелочному буферному раствору. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения фенилтиомочевину, цианид натрия или цианид калия добавляют к протеину 20. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения показанным на фиг. 2,камера 30 для хранения протеина 20 отделена от камеры 40 для хранения щелочи 50 при помощи полупроницаемой или пористой мембраны 60. Полупроницаемая или пористая мембрана 60 допускает прохождение ионов для изменения рН протеина 20, хранимого в камере 30 для хранения протеина. В случае использования полупроницаемой мембраны полиэтиленгликоль может быть введен в щелочной буферный раствор при концентрации до 70% по весу/объему для того, чтобы удалять воду из раствора протеина в камере для хранения протеина при помощи обратного диализа. При этих обстоятельствах, молекулярный вес использованного полиэтиленгликоля должен превышать молекулярный вес отсечки полупроницаемой мембраны. Указанным образом могут быть использованы и другие полимеры, при условии,что они растворяются в воде и имеют достаточный размер, не позволяющий им проходить через диализную мембрану. Таким образом, протеин 20 может быть защищен от преждевременной коагуляции за счет обработки в первой камере 30 на период времени от 1 мин, а преимущественно по меньшей мере 20 мин. Этот период времени зависит от количества протеина 20, его исходного значения рН, температуры, площади поверхности протеина 20, на которую воздействует щелочной буферный раствор, от расстояния, через которое щелочной буферный раствор должен диффундировать, чтобы дойти до всех протеинов 20, и от буферной емкости протеина 20 и щелочных буферных растворов. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения протеин 20 перемешан с щелочным буферным раствором, таким как ацетат аммония или формиат аммония, имеющим рН свыше 7,4 и концентрацию, равную 0,1 М или выше. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения щелочной буферный раствор содержит от 100 до 700 мM ионов кальция и избыток 0,0001 М азида натрия. Пригодность различных щелочных растворов для повышения стабильности протеина 20 была оценена двумя путями. Прежде всего, был проведен диализ небольших капель концентрированных растворов протеина при помощи различных щелочных буферных растворов, в течение времени до четырех недель, и с интервалами было определено состояние гель- или золь-раствора протеина. Типичные результаты приведены на фиг. 3. Во-вторых, обоснованность этого подхода была подтверждена попыткой вытягивания волокон из небольших объемов раствора протеина, после его хранения в течение различных временных продолжительностей в контакте с щелочными буферными растворами. В этом случае было использовано биомиметическое прядильное устройство, описанное в РСТ публикации WO-A-01/38614. Тесты с использованием биомиметического прядильного устройства показали, что протеин 20, который хранился в контакте с атмосферой, насыщенной парами раствора 1 М гидроксида аммония, все еще может быть использован для прядения и получения нити, филамента или волокна после одной недели хранения. Продолжительность времени хранения может быть увеличена, если азид натрия добавлен в протеин 20. Устройство и способ могут быть использованы не только для хранения природных и рекомбинантных протеинов, они могут быть также использованы для хранения регенерированных растворов фиброина и спидроина, которые были приготовлены путем растворения шелков, сделанных из этих протеинов, в соответствующем растворе, содержащем разобщающий (разрывающий водородную связь) агент. В качестве одного из примеров такого разобщающего агента можно привести смесь 50:50 по объему насыщенного бромида лития и абсолютного этанола. Пример 1. Увеличение времени хранения.-4 008044 В приведенном примере увеличено время хранения растворов протеина, которые содержат протеин шелкопряда, полученный из шелковых желез шелкопряда Bombyx mori, регенерированный раствор фиброина Bombyx mori или концентрированный раствор спидроина, полученный из больших ампулатных желез пауков Nephila. При проведении первой операции раствор протеина переводят в диализный мешок (MWCO 5-8 кДа) и сгущают при помощи обратного диализа с использованием раствора, который содержит 20% по весу/объему PEG (MW 15-20 кДа) и 0,1 мM буферного ацетата аммония с рН 7,8, в течение 5 ч при 4 С. Протеин превращают в гель с использованием раствора, который содержит раствор 500 мM хлорида кальция и 0,1 мМ буферного ацетата аммония с рН 7.8, в течение 1 ч при 4 С. Азид натрия может быть добавлен в диализант до финальной концентрации 0,001 мM, чтобы предотвратить рост бактерий. Полученный гель может храниться при 4 С, по меньшей мере, в течение четырех недель. Полученный гель может быть преобразован назад в золь за счет использования дистиллированной воды или водного раствора 100 мM этилендиаминтетрауксусной кислоты, перед проведением экструзии или иного формирования объекта. Пример 2. Демонстрация того, что фиброин хранится в виде геля ранее прядения у шелкопрядаBombyx mori. Состояние фиброина в заднем, среднем отделах и в задней (железистой) части переднего отдела шелковой железы шелкопряда Bombyx mori было исследовано путем рассечения животного под бинокулярным микроскопом, на разных стадиях развития шелкопряда. Железы, которые быстро удаляли из шелкопряда, переносили в раствор шелкопряда Ringer (рН 7,8) для наблюдения. Материал в просвете железы первоначально присутствует в виде золя на всех стадиях, до финальной возрастной стадии за несколько дней до того, как начинается прядение кокона, после чего этот материал хранится в виде геля,до начала прядения кокона и во время начальной стадии прядения кокона. За счет разрезания тракта (в передней части переднего отдела) поперек и наблюдения вытекания прядильного раствора фиброина было обнаружено, что фиброин присутствует в виде золя в этом отделе, непосредственно перед прядением и во время него. Представляется, что после начала прядения образование золя постепенно распространяется назад через шелковый прядильный раствор, по мере того, как размер шелковой железы уменьшается во время прядения. Это показывает, что образование геля является существенным для безопасного хранения шелка, а образование золя является существенным для вытекания шелкового прядильного раствора через тракт для прядения. Пример 3. Воздействие добавления и удаления ионов кальция на золь/гель-состояние хранимого природного фиброина Прядильные растворы фиброина были получены путем растворения объединенного содержания среднего отдела железы при помощи 1 мл 100 мM буферного ацетата аммония, содержащего 10 мM азида натрия и 100 мM EDTA, с подстройкой рН до величины 7,8 при помощи концентрированного раствора аммиака или уксусной кислоты. Эти растворы могут быть быстро превращены в гель за счет добавления одного объема 1 М хлорида кальция к одному объему прядильного раствора фиброина, или при помощи диализа с использованием водных растворов 500 нМ хлорида кальция. Протеин может быть возвращен в золь-состояние при помощи диализа с использованием дистиллированной воды или 100 мM буферного раствора ацетата аммония (рН 7,8), или более быстро при помощи диализа с использованием 100 мM буферного раствора ацетата аммония (рН 7,8), содержащего 500 мM EDTA. Это подсказывает,что переход золь/гель может быть вызван за счет добавки ионов кальция, причем гель может быть вновь возвращен в золь-состояние за счет удаления ионов кальция. Представляется, что вызванный кальцием переход является обратимым после хранения в течение нескольких дней и даже недель в состоянии геля. Пример 4. Влияние добавления или удаления иона кальция на хранение растворов природного фиброина. Был получен концентрированный раствор фиброина, который был превращен в гель за счет добавления 1 М хлорида кальция, как это описано в примере 3. Исследовали продолжительность времени, в течение которого гель может храниться стабильно в состоянии, которое может быть возвращено в зольсостояние за счет удаления ионов кальция. Для этого отбирали пробы геля, находившиеся при 4 С в течение различных временных промежутков, и проводили их диализ с использованием 100 мM буферного раствора ацетата аммония (рН 7,8), содержащего 500 мM EDTA. Эти исследования показывают, что гель кальций-фиброин может быть надежно преобразован в золь после хранения в течение по меньшей мере четырех недель. В отличие от этого, золь, образованный в отсутствии ионов кальция, может храниться только 5-8 дней при 4 С, после чего из него образуется полимеризуемый материал, который не может быть преобразован в золь даже при дополнительном добавлении EDTA. Аналогичные результаты были получены при использовании регенерированного шелкового раствора, приготовленного путем растворения дегуммированного шелка в 9,6 М бромида лития и диализа полученного раствора в диализном мешке со срезом низкого молекулярного веса (Spectropor 10 кДа), с использованием раствора, который содержит 100 мM лития, 20% по весу/объему полиэтиленгликоля (номинальный молекулярный вес 15 кДа). Однако гель, полученный за счет добавления, как и прежде, ионов кальция к этому раствору, был существенно менее жестким, чем гель, полученный из природного фиброина.-5 008044 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для хранения протеина, которое содержит первую камеру для хранения протеина и вторую камеру для хранения щелочного буферного раствора, причем вторая камера имеет флюидальное сообщение с первой камерой. 2. Устройство по п.1, в котором щелочной буферный раствор содержит ионы кальция. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором щелочной буферный раствор выбран из группы, в которую входят растворы аммиака, ацетата аммония, формиата аммония, tris/HCl, HEPES, PIPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия, а также их смеси. 4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором щелочной буферный раствор содержит 50-700 мM ионов кальция. 5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором щелочной буферный раствор также содержит азид натрия. 6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором, по меньшей мере, часть поверхности внутренних стенок первой камеры образована или покрыта материалом с малой поверхностной энергией. 7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором щелочной буферный раствор находится в газообразном виде. 8. Устройство по любому из пп.1-6, в котором щелочной буферный раствор отделен от протеина диализной мембраной. 9. Устройство по любому из пп.1-8, в котором протеин перемешан с щелочным раствором. 10. Устройство по любому из пп.1-9, в котором протеин перемешан по меньшей мере с одним щелочным буферным раствором соли или солей. 11. Устройство по п.10, в котором по меньшей мере один щелочной буферный раствор соли или солей также содержит азид натрия, фенилтиомочевину, цианид натрия или цианид калия. 12. Устройство по любому из пп.9-11, в котором щелочной раствор представляет собой буферный раствор 0,1 М гидроксида аммония, ацетата аммония, формиата аммония, цитрата аммония, tris/HCl,PIPES, HEPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия или смеси этих буферных растворов, с рН свыше 7,4. 13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором рН щелочного буферного раствора превышает 7,4. 14. Устройство по любому из пп.1-13, в котором концентрация щелочного буферного раствора или объединенных буферных растворов равна или превышает 0,025 М. 15. Устройство по любому из пп.1-14, в котором протеин представляет собой природный, регенерированный или рекомбинантный протеин, смесь природных протеинов, смесь регенерированных протеинов или смесь рекомбинантных протеинов. 16. Устройство по любому из пп.1-15, в котором протеин представляет собой фиброин, или спидроин, или же их гомолог. 17. Устройство по любому из пп.1-16, в котором протеины представляют собой повторяющиеся амфифильные блок-сополимерные протеины или аналоги протеинов, которые содержат заряженные группы и которые приготовлены при помощи химического синтеза или генной инженерии. 18. Способ хранения протеина, включающий в себя помещение протеина в первую камеру хранения; воздействие на протеин при помощи щелочного буферного раствора и сохранение протеина в щелочной среде в первой камере хранения. 19. Способ по п.18, в котором период времени сохранения протеина в первой камере хранения составляет по меньшей мере одну минуту. 20. Способ по п.18 или 19, в котором щелочной буферный раствор содержит ионы кальция. 21. Способ по любому из пп.18-20, в котором щелочной буферный раствор выбирают из группы, в которую входят растворы аммиака, ацетата аммония, формиата аммония, цитрата аммония, Tris/HCl,HEPES, PIPES, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, фосфата калия, а также смеси этих буферных растворов. 22. Способ по любому из пп.18-21, в котором щелочной буферный раствор содержит 50-700 мM ионов кальция. 23. Способ по любому из пп.18-22, в котором щелочной буферный раствор находится в газообразной форме. 24. Способ по любому из пп.18-23, в котором по меньшей мере один щелочной буферный раствор соли добавляют к протеину. 25. Способ по п.24, в котором щелочной буферный раствор солей также содержит азид натрия, фенилтиомочевину, цианид натрия или цианид калия. 26. Способ по любому из пп.18-25, в котором щелочной буферный раствор отделяют от протеина при помощи диализной мембраны. 27. Способ по любому из пп.18-26, в котором рН щелочного буферного раствора превышает 7,4.-6 008044 28. Способ по любому из пп.18-27, в котором протеин перемешивают с щелочным раствором ранее хранения. 29. Способ по любому из пп.18-28, в котором концентрация щелочного буферного раствора или объединенных буферных растворов равна или больше 0,025 М. 30. Способ по любому из пп.18-29, в котором протеин является природным, регенерированным или рекомбинантным протеином, смесью природных протеинов, смесью регенерированных протеинов или смесью рекомбинантных протеинов. 31. Способ по любому из пп.18-30, в котором протеин представляет собой фиброин, или спидроин,или же их гомолог. 32. Способ по любому из пп.18-31, в котором протеины представляют собой повторяющиеся амфифильные блок-сополимерные протеины или аналоги протеинов, которые содержат заряженные группы и которые приготовлены при помощи химического синтеза или генной инженерии.

МПК / Метки

МПК: D01D 1/02, C08L 89/00, D01F 4/02

Метки: хранения, способ, протеинов, устройство

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-8044-ustrojjstvo-i-sposob-hraneniya-proteinov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ хранения протеинов</a>

Похожие патенты