高纯度质粒DNA制备物及其制备方法技术

技术编号:7137629 阅读:298 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术通常涉及高纯质粒组合物及其制备方法,所述高纯质粒组合物具有低的或者不可检测水平的荚膜异多糖酸及其他污染物。也描述了在该方法中有用的多肽。本文描述的方法及组合物具有一系列的用途,包括在生物恐怖主义、环境科学、食品科学、法医学、分子生物学以及健康和医学领域内的各种应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及高纯度质粒组合物及其制备方法,所述组合物具有低的,或者不可检测的荚膜异多糖酸及其他污染物的水平。也描述了在该方法中的有用的多肽。在此描述的方法及组合物具有一系列的用途,包括在生物恐怖主义、环境科学、食品科学、法医学、 分子生物学以及健康和医学领域内的各种应用。在将核酸引入生物体的任何应用中,关键的步骤是制造高度纯化的,通常是药物级别的核酸。该纯化的核酸必须满足安全性、能力及效力的药物质量标准。此外,期待有可放大的方法,其能够用于产生多克的量的DNA。因此,期待有生产高纯度核酸的方法,其不需要有毒的化学品、诱变剂、有机溶剂或其他危害所得的核酸的安全性或效力的试剂,或者使得扩大规模困难或者不可行。也期待制备不含有污染性内毒素的核酸,所述内毒素若给予患者会引起毒性反应。污染性内毒素的去除是尤其地重要的,例如,自革兰氏阴性(_)细菌来源中纯化的质粒DNA具有高水平的内毒素及荚膜异多糖酸,后者为细胞外膜的必须组分。质粒是自我复制的遗传性元素,其在宿主细菌中存在及复制。从本质上,涉及特定 DNA片段操作的所有分子遗传学方法都使用质粒DNA制造大量的特定的DNA片段(或者得自所述片段的蛋白质/RNA)。细菌宿主的选择,或质粒的来源通常反应了历史上的观点。Stanley Cohen及Herb Bayer选择了大肠杆菌(E. Coli)的K-12株用于其1970年代初期的开创性的分子遗传学实验,由于其容易培养并对于代谢研究而言容易控制。这些相同的性质也使得大肠杆菌Κ-12 成为用于细菌遗传学研究的首选的微生物。分子生物学家现在使用相同株的大肠杆菌用于成熟的步骤,这是由于其对于多种分子遗传学应用而言证明是尤其好的宿主。此外,在过去的25年中,大肠杆菌Κ-12已经证明是对于重组DNA分子增长反应的无害的生物宿主。毒性减弱的大肠杆菌Κ-12株在实验室环境外不能繁盛生长,其也不能与通常在人类肠中发现的遗传学上更加强壮的大肠杆菌血清型竞争。在其他技术中,当前可得的用于分离及纯化质粒DNA的方法应用离子交换层析(Duarte 等人,Journal of Chromatography A,606 (1998),31-45)以及尺寸排阻层析 (Prazeres, D. Μ. , Biotechnology Techniques Vol. 1, No. 6, June 1997, ρ 417—420),胃结合添加剂的使用,所述添加剂如聚乙二醇(PEG)、去污剂及其他组分如六氨合钴、亚精胺及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。将DNA从污染物中分离的其他方法依靠尺寸排阻层析,其涉及基于尺寸上的小差别,将核酸从内毒素及其他污染物分离。这些方法通常是可以接受的,然而可能无法以期待的纯度水平提供有效力的,及成本上合算的核酸(如DNA,包括超螺旋的和/ 或带切口的(或者松弛的))分离。同时,质粒DNA制备物,其通过细菌制备物制备,并通常含有松弛的及超螺旋的质粒DNA的混合物,经常要求内毒素的去除,如FDA所要求的,由于多种细菌宿主产生的内毒素已知在接受所述质粒DNA的宿主中导致炎症反应,例如发烧或者败血病,或者在一些案例中死亡。这些内毒素通常为脂多糖,或者其片段,其为革兰氏(_)阴性细菌的外膜的组分,并存在于宿主细胞及宿主细胞膜或者大分子的DNA制备物中。因此,内毒素的去除可能是质粒DNA的纯化的关键步骤,所述质粒DNA用作治疗或者预防上的用途。从质粒DNA溶液的内毒素去除主要地利用内毒素的负电性结构。然而,质粒DNA,也是负电性的,并因此分离通常使用阴离子交换树脂达到,所述树脂结合这两种分子,并在一定的情况下,优先地洗脱质粒DNA而结合内毒素。该分离仅仅导致部分去除,这是由于显著量的内毒素与质粒 DNA 一起洗脱和/或达到非常少的质粒DNA回收。因此,质粒DNA从小体积或大体积的微生物发酵物中的小规模及大规模的分离和纯化需要开发改进的质粒制备方法。对于基于质粒的研究和治疗而言这也是期待的,即核酸能以可再现的方式分离纯化并保持相同的结构,以及为了避免杂质对于哺乳动物体的不良效果,要求所述核酸被分离及纯化到高纯度。用于基因疗法的质粒DNA典型地分离自E. coli K_12。内毒素,也已知为脂多糖(LPS),已知为革兰氏阴性细菌如大肠杆菌的细胞膜的主要组分。实际上,一些报导表示E. coli外膜的脂质部分完全由内毒素分子组成。(Qiagen Plasmid Purification Handbook, July 1999)。LPS含有疏水的脂类A部分,这是一系列复杂的糖残基及负电性的磷酸酯基团。 LPS的脂类A部分证明内毒素活性并在哺乳动物中引发强烈的、潜在地危及生命的炎症反应。该炎症反应的特征在于发烧,降低的血压,局部的炎症以及感染性休克。脂类A通过结合于血清脂多糖结合蛋白(LBP)并通过在单核细胞、内皮细胞以及多形核白细胞上表达的 CD14 受体引发信号转导(Ingalls, R. R.等人 1998. J. Immunol. 161 54135420)。内毒素当注射到小鼠中时是极为致命的,其在注射的1小时内导致死亡。内毒素也已知剧烈地减少细胞中的转染效率(Weber,M.,等人1995. Biotechniques 19 930 940)。因此,使用不含内毒素的质粒DNA用于基因疗法的应用的重要性长期以来被强调。多个科学家为了减少用于基因治疗的DNA样品的毒性,努力从DNA样品中除去LPS 及其他的内毒素。然而,近期的证据指出具有可忽略不计的量的LPS的DNA样品当以显著量给予的话,仍然是有毒的。因此,必须鉴定DNA样品中额外的有毒组分并去除,以确保临床上使用的DNA制备物的安全性。内毒素分子的化学结构及性质,及其形成胶团结构的倾向在 一开始导致LPS及质粒DNA的共纯化。例如,DNA经常与LPS在CsCl超离心步骤中共纯化,这是由于LPS及质粒 DNA在CsCl中具有类似的密度。此外,胶团LPS在尺寸排阻树脂上与大的DNA分子一起分离。类似地,存在于LPS分子上的负电荷与阴离子交换树脂相互作用,以至于导致其与DNA 在阴离子交换树脂上共纯化。已经报道细胞壁多糖污染分离自多种来源的DNA,所述来源包括细菌、酵母、植物、 蓝绿藻、原生动物、真菌、昆虫及哺乳动物(Edelman, M. · 1975. Anal. Biochem. 65 :293_297 ;Do, N.和 Adams,R. P. 1991. BiotechniqueslO 162-166 ;Chan, J. W.和 Goodwin,P. H. 1995. Biotechniques 18 :419_422)。污染植物基因组DNA的植物多糖据报道抑制限制性内切酶处理及聚合酶链式反应(Robbins,M.等人1995. Benchmarks 18:419-422)。进一步地,由多头绒泡菌黏质物纯化的多糖据报道抑制DNA聚合酶的活性(Shioda,Μ.和K. Murakami-Murofushi. 1987. Biochem. Biophys. Res. Commun. 146 :61_66)以及已知来自海胆胚胎的酸性多糖抑制RNA聚合酶的活性(Aoki,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种革兰氏阴性细菌质粒组合物,其包含革兰氏阴性细菌质粒DNA以及少于约0.1mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的荚膜异多糖酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/125,9162008年4月30日1.一种革兰氏阴性细菌质粒组合物,其包含革兰氏阴性细菌质粒DNA以及少于约 0. Img每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的荚膜异多糖酸。2.权利要求1的组合物,其中,所述组合物包含少于约0.05mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的荚膜异多糖酸。3.权利要求1或2的组合物,其中,所述组合物不包含可检测的荚膜异多糖酸。4.权利要求1的组合物,其中,通过二喹啉甲酸(BCA)测试测量,所述组合物不包含可检测的荚膜异多糖酸。5.权利要求1-4中任一项的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.Img每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的糖醛酸。6.权利要求1-5中任一项的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.05mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的糖醛酸。7.权利要求1-5中任一项的组合物,其中,所述组合物不包含可检测的糖醛酸。8.权利要求1-5中任一项的组合物,其中,通过糖醛酸测试测量,所述组合物不包含可检测的糖醛酸。9.权利要求1-8中任一项的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.Img每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的岩藻糖。10.权利要求1-9中任一项的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.05mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的岩藻糖。11.权利要求1-9中任一项的组合物,其中,所述组合物不包含可检测的岩藻糖。12.权利要求1-9中任一项的组合物,其中,通过岩藻糖测试测量,所述组合物不包含可检测的岩藻糖。13.权利要求1-12任一项的组合物,其中,所述组合物不包含当与多糖选择性标记试剂组合时可视觉检测的多糖。14.权利要求13的组合物,其中,所述多糖选择性标记试剂为(4,6_二氯三嗪基)-氨基荧光素(DTAF)。15.一种革兰氏阴性细菌质粒组合物,其包含革兰氏阴性细菌质粒DNA、少于约0. Img 每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的荚膜异多糖酸以及少于约0. Img每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的糖醛酸。16.权利要求15的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.Img每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的岩藻糖。17.权利要求16的组合物,其中,所述组合物不包含可检测的荚膜异多糖酸、糖醛酸及岩藻糖。18.一种革兰氏阴性细菌质粒组合物,其包含革兰氏阴性细菌质粒DNA、少于约0. 05mg 每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的荚膜异多糖酸以及少于约0. 05mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的岩藻糖。19.权利要求15的组合物,其中,所述组合物进一步包含少于约0.05mg每毫克革兰氏阴性细菌质粒DNA的糖醛酸。20.权利要求19的组合物,其中,所述组合物进一步不包含可检测的荚膜异多糖酸、岩藻糖、糖醛酸、染色体DNA或基因组DNA、RNA、蛋白质和/或内毒素污染物。21.一种用于纯化质粒DNA的方法,所述方法包括使用多肽处理含有质粒DNA的含水组合物以消化荚膜异多糖酸,然后将质粒DNA从经处理的含水组合物中分离。22.权利要求21的方法,其中,所述含水组合物选自粗细菌裂解液、部分纯化的细菌裂解液以及含有提取的细菌核酸的含水溶液。23.权利要求21的方法,其中,所述含水组合物为粗细菌裂解液。24.权利要求21的方法,其中,所述含水组合物为部分纯化的细菌裂解液。25.权利要求21的方法,其中,所述含水组合物为含有提取的细菌核酸的含水溶液。26.权利要求21-25中任一项的方法,其中,所述分离包括将所述经处理的含水组合物与层析材料组合。27.权利要求沈的方法,其中,所述层析材料选自阴离子交换层析树脂、阳离子交换层析树脂、疏水相互作用层析树脂及亲和层析树脂。28.权利要求沈的方法,其中,所述分离包括将所述经处理的含水组合物与亲和层析树脂组合,随后将经处理的含水组合物与疏水相互作用层析树脂组合。29.权利要求21-29中任一项的方法,其中,在使用多肽处理之前预处理所述含水组合物以从含水组合物中部分去除内毒素,所述预处理包括将所述含水组合物与层析材料组30.权利要求观的方法,其中,所述亲和层析树脂包括基于硼酸的或者含有硼酸盐的化合物。31.权利要求四的方法,其中,所述层析材料为阴离子交换树脂。32.权利要求31的方法,其中,所述阴离子交换树脂包括季铵树脂。33.权利要求21-33中任一项的方法,其进一步包括过滤所述含水组合物以进一步从质粒DNA中分离内毒素。34.权利要求33的方法,其中,所述过滤在从层析材料洗脱经处理的含水组合物之后进行。35.权利要求21-34中任一项的方法,其中,所述多肽为重组多肽。36.权利要求21的方法,其中,在使用多肽处理之前预处理所述含水组合物以从含水组合物中部分去除内毒素,所述预处理包括将所述含水组合物与层析材料组合;在使用多肽处理后与亲和层析树脂组合,随后与疏水相互作用层析树脂组合;以及在将质粒DNA从所述疏水相互作用层析树脂上洗脱后,过滤以进一步从质粒DNA中分离内毒素。37.权利要求21-36中任一项所述的方法,其中,所述多肽包含与SEQID NO :1或者SEQ ID NO 2及其保守的氨基酸取代具有至少90%同源性的氨基酸序列。38.权利要求21-36中任一项所述的方法,其中,所述多肽包含与SEQID NO :1或者SEQ ID NO 2及其保守的氨基酸取代具有至少98%同源性的氨基酸序列。39.权利要求21-36中任一项的方法,其中,所述多肽为SEQID NO :1。40.权利要求21-36中任一项的方法,其中,所述多肽为SEQID NO :2。41.权利要求1的方法,其中,所述质粒DNA为革兰氏阴性细菌质粒DNA。42.一种用于纯化质粒DNA的方法,所述方法包括(a)通过将含水组合物与阴离子交换树脂组合预处理含有质粒DNA的含水组合物;(b)使用多肽处理所述经预处理的含水组合物以消化荚膜异多糖酸;(c)将所述质粒DNA从经处理的含水组合物中分离,该分离包括将经处理的含水组合物与亲和层析树脂组合,随后将经处理的含水组合物与疏水相互作用层析树脂组合;以及(d)过滤所述质粒DNA。43.权利要求42的方法,其中,所述阴离子交换树脂包括季铵树脂。44.权利要求42或43的方法,其中,所述亲和层析树脂包括基于硼酸的或者含有硼酸盐的化合物。45.权利要求42-44中任一项所述的方法,其中,所述多肽包含与SEQID NO :1或者SEQ ID NO 2及其保守的氨基酸取代具有至少90%同源性的氨基酸序列。46.权利要求42-44中任一项所述的方法,其中,所述多肽包含与SEQID NO :1或者SEQ ID NO 2及其保守的氨基酸取代具有至少98%同源性的氨基酸序列。47.权利要求42-44中任一项的方法,其中,所述多肽为SEQID NO :1。48.权利要求42-44中任一项的方法,其中,所述多肽为SEQID NO :2。49.权利要求42-48中任一项的方法,其中,所述质粒DNA为革兰氏阴性细菌质粒DNA。50.权利要求42-48中任一项的方法,其中,所述多肽为重组多肽。51.一种多肽,其包含与SEQ ID NO :1及其保守的氨基酸取代具有至少90%同源性的氨基酸序列。52.权利要求51的多肽,其中,所述氨基酸序列与SEQID NO 1及其...

【专利技术属性】
技术研发人员:N·S·坦普尔顿
申请(专利权)人:格兰达利斯有限公司
类型:发明
国别省市:US

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