Repositorio
Institucional

Farias, Jorge G,

Optimized Amino Acid-Enhanced Medium for Efficient L-Asparaginase II Production in E. coli: From Shake Flask to Bioreactor

MDPI

FERMENTATION-BASEL

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L-asparaginase (L-ASNase) is a key enzyme in the treatment of leukemia and lymphoma, with high demand in cancer therapies. Advances in recombinant protein production have improved yields and reduced costs, enabling large-scale production. However, optimizing culture conditions remains crucial for maximizing production. This study focused on optimizing the production of double mutant L-ASNase expressed in Escherichia coli BL21 (DE3) by supplementing media with amino acids. Five amino acids were evaluated at a shake flask scale using the design of experiments, with arginine and aspartate showing the most positive effects. Under optimized conditions (14.5 mM arginine, 12.7 mM aspartate, and 0 mM cysteine), the activity model reached 12,513 U L-1, experimentally validated at 10,089 U L-1. The maximum specific cell growth rate was mu x,max = 0.74 h-1, with substrate-biomass conversion factor Yx/s = 1.16 g/g and cell-product conversion factor Yp/x = 13,891 U/gcell. Amino acid supplementation resulted in a ten-fold increase in L-ASNase activity. Finally, at the bioreactor scale, adding amino acids and the inducer at the end of the exponential phase increased activity by 135% compared to conventional MD, demonstrating its potential for industrial-scale production.La L-asparaginasa (L-ASNasa) es una enzima clave en el tratamiento de la leucemia y el linfoma, con una alta demanda en terapias oncológicas. Los avances en la producción de proteínas recombinantes han mejorado los rendimientos y reducido los costos, permitiendo la producción a gran escala. Sin embargo, la optimización de las condiciones de cultivo sigue siendo crucial para maximizar la producción. Este estudio se centró en optimizar la producción de L-ASNasa doble mutante expresada en Escherichia coli BL21 (DE3) mediante la suplementación del medio con aminoácidos. Se evaluaron cinco aminoácidos a escala de matraz de agitación utilizando el diseño de experimentos, y la arginina y el aspartato mostraron los efectos más positivos. En condiciones optimizadas (14,5 mM de arginina, 12,7 mM de aspartato y 0 mM de cisteína), el modelo de actividad alcanzó 12.513 U L-1, validado experimentalmente en 10.089 U L-1. La tasa máxima de crecimiento celular específico fue mu x,max = 0,74 h⁻¹, con un factor de conversión sustrato-biomasa Yx/s = 1,16 g/g y un factor de conversión célula-producto Yp/x = 13.891 U/gcélula. La suplementación con aminoácidos resultó en un aumento de diez veces en la actividad de la L-ASNasa. Finalmente, a escala de biorreactor, la adición de aminoácidos y el inductor al final de la fase exponencial incrementó la actividad en un 135 % en comparación con la MD convencional, lo que demuestra su potencial para la producción a escala industrial.

artículo original

L-asparaginase production

<italic>Dickeya dadantii</italic> double mutant

<italic>Escherichia coli</italic>

amino acid supplementation

design of experiments (DoE)

10.3390/fermentation11050239

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ESCHERICHIA-COLI

CYSTEINE

PROTEIN

ESCHERICHIA-COLI

CYSTEINE

PROTEIN

Biotecnología Relacionada con la Salud

Biología Molecular

Biotecnología Industrial

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WOS:001496064200001

Optimized Amino Acid-Enhanced Medium for Efficient L-Asparaginase II Production in E. coli: From Shake Flask to Bioreactor

artículo original

MDPI

FERMENTATION-BASEL

Biotechnology & Applied Microbiology

Food Science & Technology

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State of Sao Paulo Research Foundation(Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP))#Universidad de La Frontera, FAPESP-UFRO#Chilean National Research and Development Agency (ANID) Fondecyt program

State of Sao Paulo Research Foundation

Universidad de La Frontera, FAPESP-UFRO [2020/06982-3]

Chilean National Research and Development Agency (ANID) Fondecyt program [11230701, 1240197]

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