DE102007041862A1 - Microbiological production of isoprenoids - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle, welche gegenüber ihrem Wildtyp derart gentechnisch modifiziert wurde, dass sie in definierten Kompartimenten eingeschlossene Isoprenoide zu bilden vermag. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, die durch dieses Verfahren erhältliche, gentechnisch veränderte Zelle, ein Verfahren zur Herstellung von Isoprenoiden, die durch dieses Verfahren erhältlichen Isoprenoide, isolierte Nukleinsäuren sowie isolierte Polypeptide.The present invention relates to a cell which has been genetically engineered with respect to its wild type such that it is capable of forming isoprenoids included in defined compartments. The invention also relates to a method for producing a genetically modified cell, the genetically modified cell obtainable by this method, a method for producing isoprenoids, the isoprenoids obtainable by this method, isolated nucleic acids and isolated polypeptides.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gegenüber ihrem Wildtyp gentechnisch veränderte Zelle, ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, die durch dieses Verfahren erhältliche, gentechnisch veränderte Zelle, ein Verfahren zur Herstellung von Isoprenoiden, die durch dieses Verfahren erhältlichen Isoprenoide, isolierte Nukleinsäuren sowie isolierte Polypeptide.The The present invention relates to a wild type genetically modified cell, a method of production a genetically modified cell, by this Method available, genetically modified Cell, a process for producing isoprenoids by this process obtains isoprenoids, isolated nucleic acids as well as isolated polypeptides.
Stand der TechnikState of the art
Zu den Terpenoiden gehören Verbindungen, die auf Isopreneinheiten aufbauen. So gehören zu den Terpenoiden die Untergruppe der Terpene, deren Kohlenstoffatome sich immer durch 5 teilen lassen, aber auch von den Terpenen abgeleitete Verbindungen, bei denen Kohlenstoffatome später in der Biosynthese ausgeschleust werden, und deren Kohlenstoffatome sich folglich nicht durch 5 teilen lassen. Terpenoide bilden wichtige Merkmale zur Identifizierung von Pflanzen, da ein bestimmtes Inhaltsstoffmuster charakteristisch für eine bestimmte Pflanze ist. Es sind mehr als 40.000 Terpenoide bekannt, rund 8.000 davon gehören zu der Untergruppe der Terpene.To The terpenoids include compounds that are based on isoprene build up. Thus, the terpenoids belong to the subgroup the terpenes, whose carbon atoms can always be divided by 5, but also derived from the terpenes compounds in which carbon atoms later be removed in the biosynthesis, and their Consequently, carbon atoms can not be divided by 5. terpenoids form important features for the identification of plants, as a particular ingredient pattern characteristic of a certain plant is. There are more than 40,000 terpenoids known around 8,000 of them belong to the subgroup of terpenes.
Terpenoide werden aus den beiden Vorstufen Isopentenyldiphosphat (IPP = Isopentenyl-pyrophosphat) und Dimethylallyldiphosphat (DMAPP = Dimethylallyl-pyrophosphat) gebildet, wobei die Bereitstellung dieser beiden Vorstufen über den Mevalonat-Stoffwechselweg oder über den Deoxyxylulose-Stoffwechselweg erfolgen kann. Da die Terpenoide auf C5-Kohlenstoffverbindungen als Untereinheiten basieren, weisen Terpenoide üblicherweise eine Anzahl von Kohlenstoffverbindungen auf, die durch fünf teilbar ist. Demzufolge werden Terpenoide in folgende Unterklassen unterteilt: Hemiterpene (C5, wie etwa Isopren), Monoterpene (C10, wie etwa Farnesyl), Sesquiterpene (C15), Diterpene (C20, wie etwa Taxol), Triterpene (C30, wie etwa Squalen), Tetraterpene (C40, wie etwa Lycopen) und Polyterpene mit mehr als 40 Kohlenstoffatomen, wie etwa Kautschuk.Terpenoids are formed from the two precursors isopentenyl diphosphate (IPP = isopentenyl pyrophosphate) and dimethylallyl diphosphate (DMAPP = dimethylallyl pyrophosphate), whereby the provision of these two precursors can take place via the mevalonate pathway or via the deoxyxylulose metabolic pathway. Since the terpenoids are based on C 5 -carbon compounds as subunits, terpenoids usually have a number of carbon compounds that are divisible by five. Accordingly, terpenoids are divided into the following subclasses: hemiterpenes (C5, such as isoprene), monoterpenes (C 10, such as farnesyl), sesquiterpenes (C 15), diterpenes (C 20 such as Taxol), triterpenes (C30, such as as squalene), tetraterpenes (C 40, such as lycopene) and polyterpenes with more than 40 carbon atoms, such as rubber.
Viele Terpenoide sind als Naturprodukte von hohem wirtschaftlichem Interesse, beispielsweise als Futtermitteladditive (Lycopen), in Haut- oder Haarpflegemitteln (Q10) oder als widerstandsfähige Polymere (natürlicher Gummi). So kommt beispielsweise cis-Polyisopren im Kautschuk vor, während trans-Polyisopren ein Hauptbestandteil von Guttapercha ist. Guttapercha bildet sich beim Eintrocknen des Milchsaftes der tropischen Baumart Palaquium gutta. Chicle, gewonnen aus dem Breiapfelbaum, stellt ein 1:2 Gemisch von trans- und cis-Polyisopren dar.Lots Terpenoids are of great economic interest as natural products, for example, as feed additives (lycopene), in skin or Hair care products (Q10) or as resistant polymers (natural rubber). For example, cis-polyisoprene comes in rubber, while trans-polyisoprene is a major constituent of gutta-percha is. Gutta-percha is formed when drying the Milky juice of tropical tree species Palaquium gutta. Chicle, won from the pear apple tree, provides a 1: 2 mixture of trans and cis polyisoprene represents.
Die Bereitstellung der vorstehend als Naturprodukte vorkommenden Isoprenoide als Bestandteil von Futtermitteln, Haut- oder Haarpflegemitteln oder widerstandfähigen Polymeren erfordert zum einen die Bildung der Terpenoide durch entsprechende Organismen sowie die anschließende Isolierung der durch den betroffenen Mikroorganismus gebildeten Terpenoide. In der Regel jedoch haben sowohl die Verfügbarkeit des die Terpenoide bildenden Organismus als auch das Verfahren zur Isolierung der Terpenoide einen entscheidenden Einfluss auf den Wert der Terpenoide. Da viele der vorstehend beschriebenen Terpenoide auch auf chemischem oder biotechnologischem Weg bereitgestellt werden können, ist daher aus wirtschaftlicher Sicht stets abzuwägen, ob ein gegebenes Terpenoid vorteilhafterweise durch einen natürlichen Organismus oder aber auf chemischem oder biotechnologischem Weg hergestellt werden sollte.The Provision of the above occurring as natural products isoprenoids as a component of feed, skin or hair care products or resistant polymers requires on the one hand the Formation of terpenoids by appropriate organisms and the subsequent isolation of the affected by the microorganism formed terpenoids. In general, however, both have availability of the terpenoids forming organism as well as the method of Isolation of terpenoids has a decisive influence on the Value of terpenoids. As many of the terpenoids described above also be provided by chemical or biotechnological means can therefore always be weighed from an economic point of view, whether a given terpenoid advantageously by a natural Organism or by chemical or biotechnological means should be produced.
Zahlreiche der vorstehend genannten Terpenoide, wie etwa auf cis-Polyisopren basierender Kautschuk, sind zu komplex, als dass sie auf chemischem Weg hergestellt werden können, oder aber ihre Herstellung auf chemischem Weg ist aus Kostengründen gegenüber der Herstellung durch natürliche Organismen nicht sinnvoll. Die Herstellung solcher komplexer Isoprenoide durch natürliche Organismen, insbesondere durch Pflanzen, ist jedoch mit dem großen Nachteil verbunden, dass die Verfügbarkeit dieser Pflanzen häufig von Faktoren abhängig ist, die durch den Hersteller nicht beinflusst werden können, wie etwa Trockenheit sowie Parasitenbefall oder Infektionen der Pflanzen.numerous the aforementioned terpenoids, such as on cis-polyisoprene based rubber, are too complex, as they are based on chemical Way, or their production chemically is against cost reasons the production by natural organisms does not make sense. The production of such complex isoprenoids by natural Organisms, especially by plants, is however with the large one Disadvantage linked to the availability of these plants often depends on factors caused by the Manufacturers can not be affected, such as drought as well as parasitic infestation or infections of the plants.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile im Zusammenhang mit der Herstellung von Terpenoiden, insbesondere jedoch im Zusammenhang mit komplexen Terpenoiden, wie etwa Polyisoprenen, zu überwinden.Of the Present invention was based on the object resulting from the State of the art resulting disadvantages in connection with the production of terpenoids, but especially in the context of complex ones Terpenoids, such as polyisoprenes to overcome.
Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bereitstellung von Terpenoiden anzugeben, mit dem es möglich ist, auch komplexe Terpenoide wie etwa Polyisoprene herzustellen, wobei die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Terpenoide möglichst nicht von Faktoren wie etwa Klimabedingungen, Parasitenbefall oder Infektionen abhängt.Especially the present invention was based on the object, a method to provide terpenoids with which it is possible is to also make complex terpenoids such as polyisoprenes, the economy of the production of terpenoids possible not by factors such as climatic conditions, parasitic infestation or Infections depends.
Ein weitere, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein Verfahren zur Bereitstellung von Terpenoiden anzugeben, mit dem es möglich ist, Terpenoide mit möglichst gleichbleibender chemischer Qualität, insbesondere mit möglichst gleichbleibender, chemischer Zusammensetzung herzustellen.One Another object of the present invention was to provide a method of providing terpenoids, with which it is possible to use terpenoids as possible consistent chemical quality, especially with as constant as possible, chemical composition manufacture.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet eine Zelle, welche gegenüber ihrem Wildtyp derart gentechnisch modifiziert wurde, dass sie in definierten Kompartimenten eingeschlossene Isoprenoide zu bilden vermag.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks a cell which is genetically engineered relative to its wild type modified to include isoprenoids included in defined compartments to be able to form.
Völlig überraschend, dafür aber nicht minder vorteilhaft, konnte festgestellt werden, dass sich Zellen, insbesondere Bakterien- oder Hefezellen, mittels rekombinanter Verfahren derart modifizieren lassen, dass sie in definierten Kompartimenten eingeschlossene Isoprenoide zu bilden vermögen. Die rekombinante Modifizierung der Zelle führt dazu, dass Zellen, die vor der rekombinanten Modifizierung entweder keine oder kaum nachweisbare Mengen an Isoprenoiden zu bilden vermochten oder die vor der rekombinanten Modifizierung zwar Isoprenoide zu bilden vermochten, jedoch nicht in der Lage waren, diese Isoprenoide in definierten Kompartimenten in der Zelle einzuschließen, nach Durchführung der rekombinanten Modifizierung nunmehr in der Lage sind, Isoprenoide zu bilden und diese in definierten Kompartimenten der Zelle einzuschließen.Completely surprising, but not less advantageous, could be found be that cells, especially bacteria or yeast cells, can be modified by recombinant methods such that they include isoprenoids included in defined compartments make money. The recombinant modification of the cell Causes cells to undergo recombinant modification either no or barely detectable levels of isoprenoids although they were able to form or that prior to recombinant modification Isoprenoids were able to form but were unable to to include these isoprenoids in defined compartments in the cell after carrying out the recombinant modification now are able to form isoprenoids and these in defined To include compartments of the cell.
Unter dem Begriff „Isoprenoid", wie er hierin verwendet wird, wird eine strukturell heterogene Gruppe von Naturstoffen verstanden, die sich biosynthetisch von den beiden C5-Verbindungen IPP und DMAPP ableiten. Solche Isoprenoide lassen sich durch die Vervielfachung von Isopren (= 2-Methylbutadien)-Einheiten aufbauen und umfassen insbesondere die Terpenoide und die Steroide. Von dem Begriff „Isoprenoid" sind jedoch auch natürliche Abbau- und Umlagerungsprodukte der eigentlichen Isoprenoide umfasst, in denen unter Umständen nicht mehr alle ursprünglichen Isopren-Einheiten direkt erkennbar sein müssen und deren Anzahl an Kohlenstoffatomen auch nicht mehr durch 5 teilbar sein muss ("irregulärer Aufbau"). Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Isoprenoide sind die Terpenoide, wobei unter den Terpenoiden wiederum die Polyisopren, insbesondere Poly-cis-Isopren, Poly-trans-Isopren oder Mischungen aus Poly-cis-Isopren und Poly-trans-Isopren am meisten bevorzugte Isoprenoide sind. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass die vorstehend genannten Polyisoprene mehr als 55 Kohlenstoffatome, noch mehr bevorzugt mehr als 100 Kohlenstoffatome, darüber hinaus bevorzugt mehr als 1.000 Kohlenstoffatome, darüber hinaus bevorzugt mehr als 10.000 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt mehr als 100.000 Kohlenstoffatome je Molekül aufweisen, wobei vorzugsweise eine Anzahl an Kohlenstoffatomen von 1.000.000, besonders bevorzugt von 500.000 Kohlenstoffatomen je Molekül nicht überschritten wird.As used herein, the term "isoprenoid" is understood to mean a structurally heterogeneous group of natural products derived biosynthetically from the two C 5 compounds IPP and DMAPP, such isoprenoids being formed by the multiplication of isoprene (= 2). The term "isoprenoid", however, also includes natural degradation and rearrangement products of the actual isoprenoids, in which it may no longer be necessary to recognize directly all the original isoprene units and their derivatives The number of carbon atoms can no longer be divisible by 5 ("irregular structure"). Particularly preferred isoprenoids according to the invention are the terpenoids, with the terpenoids again being the polyisoprene, in particular poly-cis-isoprene, poly-trans-isoprene or mixtures of poly-cis-isoprene and poly-trans-isoprene, the most preferred isoprenoids. In this connection, it is particularly preferred that the above-mentioned polyisoprenes have more than 55 carbon atoms, more preferably more than 100 carbon atoms, more preferably more than 1,000 carbon atoms, more preferably more than 10,000 carbon atoms, and most preferably more than 100,000 carbon atoms each Molecule, wherein preferably a number of carbon atoms of 1,000,000, more preferably of 500,000 carbon atoms per molecule is not exceeded.
Unter einem „Wildtyp" einer Zelle wird vorzugsweise eine Zelle bezeichnet, deren Genom in einem Zustand vorliegt, wie er natürlicherweise durch die Evolution entstanden ist. Der Begriff wird sowohl für die gesamte Zelle als auch für einzelne Gene verwendet. Unter den Begriff „Wildtyp" fallen daher insbesondere nicht solche Zellen bzw. solche Gene, deren Gensequenzen zumindest teilweise durch den Menschen mittels rekombinanter Verfahren verändert worden sind.Under A "wild-type" cell is preferably a cell whose genome is in a state as naturally originated through evolution. The term is used both for used the entire cell as well as for individual genes. The term "wild type" therefore does not apply in particular to such Cells or genes whose gene sequences are at least partially modified by humans using recombinant techniques have been.
Unter dem Begriff „definierte Kompartimente einer Zelle", wie er hierin verwendet wird, werden vorzugsweise bestimmte Organellen im Zytoplasma einer Zelle verstanden, wobei diese Organellen gegebenenfalls von einer Biomembran umgeben sein können. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle handelt es sich bei den definierten Kompartimenten um sogenannte Einschlusskörper („inclusion bodies"), die üblicherweise eine Größe in einem Bereich von 1 × 104 bis 1 × 1012 Å3 (Kubik-Angström), besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 × 105 bis 1 × 1010 Å3 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 1 × 106 bis 1 × 108 Å3 aufweisen und in elektronenmikroskopischen Aufnahmen als weniger elektronendichte, milchig weis erscheinende, unregelmäßig rundliche geformte Organellen im Zytoplasma erscheinen. Häufig weisen solche Einschlusskörper eine zylindrische Struktur auf.The term "defined compartments of a cell", as used herein, preferably means certain organelles in the cytoplasm of a cell, which organelles may optionally be surrounded by a biomembrane According to a particularly preferred embodiment of the cell according to the invention defined compartments around so-called inclusion bodies, which usually have a size in the range of 1 × 10 4 to 1 × 10 12 Å 3 (cubic angstroms), more preferably in a range of 1 × 10 5 to 1 × 10 10 Å 3, and most preferably in a range of 1 × 10 6 to 1 × 10 8 Å 3 , and appear in electron micrographs as less electron-dense, milky-white, irregularly flattened, shaped organelles in the cytoplasm. Frequently, such inclusion bodies have a cylindrical structure.
Die erfindungsgemäßen Zellen können Prokaryonten oder Eukaryonten sein. Dabei kann es sich um Säugetierzellen (wie etwa Zellen aus dem Menschen), um pflanzliche Zellen oder um Mikroorganismen wie Hefen, Pilze oder Bakterien handeln, wobei Mikroorganismen besonders bevorzugt und Bakterien und Hefen am meisten bevorzugt sind.The Cells according to the invention can be prokaryotes or eukaryotes. These may be mammalian cells (such as cells from humans) to plant cells or around Microorganisms such as yeasts, fungi or bacteria act as microorganisms particularly preferred and bacteria and yeasts most preferred are.
Als
Bakterien, Hefen oder Pilze sind insbesondere diejenigen Bakterien,
Hefen oder Pilze geeignet, die bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen
und Zellkulturen GmbH (DSMZ), Braunschweig, Deutschland, als Bakterien-,
Hefe- oder Pilz-Stämme hinterlegt sind. Erfindungsgemäß geeignete
Bakterien gehören zu den Gattungen, die unter
aufgeführt
sind, erfindungsgemäß geeignete Hefen gehören
zu denjenigen Gattungen, die unter
aufgeführt
sind und erfindungsgemäß geeignete Pilze sind
diejenigen, die unter
aufgeführt
sind.Particularly suitable bacteria, yeasts or fungi are those bacteria, yeasts or fungi which are deposited in the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH (DSMZ), Braunschweig, Germany, as bacterial, yeast or fungal strains. Bacteria suitable according to the invention belong to the genera under
Yeasts which are suitable according to the invention belong to those genera which are listed under
are listed and suitable fungi according to the invention are those under
are listed.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Zellen sind diejenigen der Gattungen Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Acinetobacter, Lactobacillus, Lactococcus, Candida, Pichia, Kluveromyces, Saccharomyces, Escherichia, Zymomonas, Yarrowia, Methylobacterium, Ralstonia, Pseudomonas, Burkholderia und Clostridium, wobei Brevibacterium flavum, Brevibacterium lactofermentum, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Kluveromyces lactis, Candida blankii, Candida rugosa, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium efficiens, Zymonomas mobilis, Yarrowia lipolytica, Methylobacterium extorquens, Ralstonia eutropha, insbesondere Ralstonia eutropha H16, Pseudomonas aeroginosa, Acinetobacter calcoaceticus und Pichia pastoris besonders bevorzugt sind.Particularly according to the invention preferred cells are those of the genera Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Acinetobacter, Lactobacillus, Lactococcus, Candida, Pichia, Kluveromyces, Saccharomyces, Escherichia, Zymomonas, Yarrowia, Methylobacterium, Ralstonia, Pseudomonas, Burkholderia and Clostridium, Brevibacterium flavum, Brevibacterium lactofermentum, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Kluveromyces lactis, Candida blankii, Candida rugosa, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium efficiens, Zymonomas mobilis, Yarrowia lipolytica, Methylobacterium extorquens, Ralstonia eutropha, especially Ralstonia eutropha H16, Pseudomonas aeroginosa, Acinetobacter calcoaceticus and Pichia pastoris are particularly preferred.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle ist diese in der Lage, im Vergleich zu ihrem Wildtyp mehr in den definierten Kompartimenten eingeschlossene Isoprenoide zu bilden. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die gentechnisch veränderte Zelle derart gentechnisch verändert ist, dass sie in einem definierten Zeitintervall, vorzugsweise innerhalb von 2 Stunden, noch mehr bevorzugt innerhalb von 8 Stunden und am meisten bevorzugt innerhalb von 24 Stunden, mindestens 2 mal, besonders bevorzugt mindestens 10 mal, darüber hinaus bevorzugt mindestens 100 mal, darüber hinaus noch mehr bevorzugt mindestens 1.000 mal und am meisten bevorzugt mindestens 10.000 mal mehr Isoprenoide bildet und in den definierten Kompartimenten der Zelle einschließt als der Wildtyp der Zelle. Die Zunahme der Bildung und des Einschlusses der Isoprenoide kann dabei beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass die erfindungsgemäße Zelle und die Wildtyp-Zelle jeweils getrennt unter gleichen Bedingungen (gleiche Zelldichte, gleiches Nährmedium, gleiche Kulturbedingungen) für ein bestimmtes Zeitintervall in einem geeigneten Nährmedium kultiviert werden und anschließend die Menge an in den Einschlusskörpern enthaltenen Isoprenoiden bestimmt wird.According to one particularly preferred embodiment of the invention This cell is able to do more compared to its wild type to form isoprenoids included in the defined compartments. It is inventively preferred that the Genetically modified cell so genetically modified is that they are in a defined time interval, preferably within of 2 hours, more preferably within 8 hours and on most preferably within 24 hours, at least 2 times, especially preferably at least 10 times, moreover preferably at least 100 times, moreover, more preferably at least 1,000 times and most preferably at least 10,000 times more isoprenoids and in the defined compartments of the cell as the wild type of the cell. The increase of education and inclusion the isoprenoids can be determined, for example, by that the cell according to the invention and the wild-type cell each separately under the same conditions (same cell density, same Nutrient medium, same culture conditions) for a certain time interval in a suitable nutrient medium be cultivated and then the amount of in the Inclusion bodies contained isoprenoids is determined.
Die Formulierung „dass die gentechnisch veränderte Zelle derart gentechnisch verändert ist, dass sie mehr Isoprenoide bildet und in den definierten Kompartimenten der Zelle einschließt als der Wildtyp der Zelle" betrifft auch den Fall, dass der Wildtyp der gentechnisch veränderten Zelle entweder überhaupt keine Isoprenoide oder keine nachweisbaren Mengen an Isoprenoiden bildet oder aber zwar Isoprenoide bildet, diese jedoch nicht in definierten Kompartimenten, insbesondere in den vorstehend beschriebenen Einschlusskörpern einzuschließen vermag, und erst nach der gentechnischen Veränderung nachweisbare Mengen dieser Komponenten gebildet und in den definierten Kompartimenten der Zelle eingeschlossen werden können.The Formulation "that the genetically modified Cell is genetically engineered to do more Isoprenoid forms and in the defined compartments of the cell includes as the wild type of the cell "also concerns the Case that the wild type of the genetically modified cell either no isoprenoids at all or no detectable Forms quantities of isoprenoids or forms isoprenoids, but not in defined compartments, especially in to include the inclusion bodies described above able, and detectable only after the genetic modification Quantities of these components formed and in the defined compartments the cell can be included.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle ist in dieser die Expression, und mithin auch die Aktivität, mindestens eines Enzyms, welches in die Herstellung von Isoprenoiden, vorzugsweise in die Herstellung von Polyisoprenen mit der vorstehend genannten Anzahl von Kohlenstoffatomen, involviert ist, im Vergleich zum Wildtyp erhöht, wobei es sich bei diesem Enzym vorzugsweise um ein Enzym ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gummi-Bindeprotein („rubber binding Protein"), wie etwa das vom srpp3-tk-Gen kodierte „small rubber binding Protein", einem Gummi-Verlängerungsfaktor („rubber elongation factor"), wie etwa der vom ref2-hb-Gen kodierte „rubber elongation factor", und einer Prenyl-Transferase handelt, wobei die Erhöhung der Aktivität einer Prenyl-Transferase besonders bevorzugt ist. Weiterhin bevorzugt ist die kombinierte Erhöhung der Aktivität einer Prenyl-Transferase und eines Gummi-Bindeproteins, einer Prenyl-Transferase und eines Gummi-Verlängerungsfaktors sowie einer Prenyl-Transferase, eines Gummi-Bindeproteins und eines Gummiverlängerungsfaktors.According to one particularly preferred embodiment of the invention In this cell, expression is the expression, and thus also the activity, at least one enzyme involved in the production of isoprenoids, preferably in the preparation of polyisoprenes with the above mentioned number of carbon atoms, in comparison increased to the wild type, which is preferably in this enzyme an enzyme selected from the group consisting of a Rubber binding protein, such as the "small rubber binding protein" encoded by the srpp3-tk gene, a rubber elongation factor ("rubber elongation factor ") such as the" rubber "encoded by the ref2-hb gene elongation factor ", and a prenyltransferase, wherein the increase in the activity of a prenyltransferase is particularly preferred. Further preferred is the combined Increasing the activity of a prenyltransferase and a gum-binding protein, a prenyltransferase and a Gum elongation factor and a prenyltransferase, a Gum-binding protein and a rubber elongation factor.
Ein
geeignetes Gen für ein Gummi-Bindeprotein, dessen Expression
erfindungsgemäß vorzugsweise in einem Mikroorganismus
gesteigert werden kann, ist beispielsweise das srpp-Gen aus Hevea
brasiliensis, welches unter anderem durch
Ein
geeignetes Gen für ein Gummi-Verlängerungsfaktor,
dessen Expression erfindungsgemäß vorzugsweise
in einem Mikroorganismus gesteigert werden kann, ist beispielsweise
das ref-Gen aus Hevea brasiliensis, welches unter anderem durch
Die vorliegende Erfindung betrifft daher insbesondere rekombinante Mikroorganismen, insbesondere rekombinante Bakterien- oder Hefezellen, in denen die Aktivität einer Prenyl-Transferase erhöht ist. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zelle eine im Vergleich zu ihrem Wildtyp gesteigerte Aktivität eines Enzyms E1 aufweist, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert.The present invention therefore relates in particular to recombinant microorganisms, in particular recombinant bacterial or yeast cells, in which the activity of a prenyltransferase is increased. In this connection, it is preferred that the cell according to the invention has an increased activity of an enzyme E 1 in comparison with its wild-type, which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate unit to an allylic diphosphate initiator.
Der Begriff „gesteigerte Aktivität eines Enzyms", wie er vorstehend im Zusammenhang mit dem Enzym E1 und in den nachfolgenden Ausführungen im Zusammenhang mit den Enzymen E2 usw. verwendet wird, ist vorzugsweise als gesteigerte intrazelluläre Aktivität zu verstehen.The term "increased activity of an enzyme" as used above in connection with the enzyme E 1 and in the following statements in connection with the enzymes E 2 , etc., is preferably to be understood as increased intracellular activity.
Die nun folgenden Ausführungen zur Erhöhung der Enzymaktivität in Zellen gelten sowohl für die Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 als auch für alle nachfolgend genannten Enzyme, deren Aktivität gegebenenfalls erhöht werden kann.The following statements on increasing the enzyme activity in cells apply both to the increase in the activity of the enzyme E 1 and to all the enzymes mentioned below, the activity of which may optionally be increased.
Grundsätzlich lässt sich eine Steigerung der enzymatischen Aktivität dadurch erzielen, dass man die Kopienzahl der Gensequenz bzw. der Gensequenzen erhöht, welche für das Enzym kodieren, einen starken Promotor verwendet oder ein Gen oder Allel nutzt, das für ein entsprechendes Enzym mit einer gesteigerten Aktivität kodiert und gegebenenfalls diese Maßnahmen kombiniert. Erfindungsgemäß gentechnisch veränderte Zellen werden beispielsweise durch Transformation, Transduktion, Konjugation oder einer Kombination dieser Methoden mit einem Vektor erzeugt, der das gewünschte Gen, ein Allel dieses Gens oder Teile davon und einen die Expression des Gens ermöglichenden Vektor enthält. Die heterologe Expression wird insbesondere durch die erfindungsgemäß besonders bevorzugte Integration des Gens oder der Allele in das Chromosom der Zelle oder einem extrachromosomal replizierenden Vektor erzielt.in principle can be an increase in enzymatic activity Achieve by the copy number of the gene sequence or the Increases gene sequences encoding the enzyme, use a strong promoter or use a gene or allele, that for a corresponding enzyme with an increased activity coded and if necessary combined these measures. Genetically modified according to the invention Cells are transformed, for example, by transformation, transduction, Conjugation or a combination of these methods with a vector generates the desired gene, an allele of this gene or parts thereof and one that enables the expression of the gene Vector contains. The heterologous expression is particularly by the invention particularly preferred integration of the gene or alleles in the chromosome of the cell or an extrachromosomal scored replicating vector.
Einen Überblick über
die Möglichkeiten zur Erhöhung der Enzym-Aktivität
in Zellen am Beispiel der Pyruvat-Carboxylase gibt
Die
Expression der vorstehend und aller nachfolgend genannten Enzyme
bzw. Gene ist mit Hilfe von 1- und 2-dimensionaler Proteingelauftrennung
und anschließender optischer Identifizierung der Proteinkonzentration
mit entsprechender Auswertesoftware im Gel nachweisbar. Wenn die
Erhöhung einer Enzymaktivität ausschließlich
auf einer Erhöhung der Expression des entsprechenden Gens
basiert, so kann die Quantifizierung der Erhöhung der Enzymaktivität
in einfacher Weise durch einen Vergleich der 1- oder 2-dimensionalen
Proteinauftrennungen zwischen Wildtyp und gentechnisch veränderter
Zelle bestimmt werden. Eine gebräuchliche Methode zur Präparation
der Proteingele bei coryneformen Bakterien und zur Identifizierung
der Proteine ist die von
Wird die Erhöhung der Enzymaktivität durch Mutation des endogenen Gens bewerkstelligt, so können derartige Mutationen entweder nach klassischen Methoden ungerichtet erzeugt werden, wie etwa durch UV-Bestrahlung oder durch mutationsauslösende Chemikalien, oder gezielt mittels gentechnologischer Methoden wie Deletion(en), Insertion(en) und/oder Nukleotidaustausch(e). Durch diese Mutationen werden gentechnisch veränderte Zellen erhalten. Besonders bevorzugte Mutanten von Enzymen sind insbesondere auch solche Enzyme, die nicht mehr oder zumindest im Vergleich zum Wildtyp-Enzym vermindert feedback-inhibierbar sind.Becomes the increase of enzyme activity by mutation of the endogenous gene, such Mutations generated either undirected by classical methods be such as by UV irradiation or by mutagenic Chemicals, or specifically by means of genetic engineering methods such as Deletion (s), insertion (s) and / or nucleotide exchange (s). By These mutations will be genetically engineered cells receive. Particularly preferred mutants of enzymes are in particular even those enzymes that are no longer or at least compared to Wild-type enzyme reduces feedback-inhibitable.
Wird
die Erhöhung der Enzymaktivität durch Erhöhung
der Expression eines Enzyms bewerkstelligt, so erhöht man
beispielsweise die Kopienzahl der entsprechenden Gene oder mutiert
die Promotor- und Regulationsregion oder die Ribosomenbindungsstelle,
die sich stromaufwärts des Strukturgens befindet. In gleicher Weise
wirken Expressionskassetten, die stromaufwärts des Strukturgens
eingebaut werden. Durch induzierbare Promotoren ist es zusätzlich
möglich, die Expression zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu
steigern. Des Weiteren können dem Enzym-Gen als regulatorische
Sequenzen aber auch sogenannte "Enhancer" zugeordnet sein, die über
eine verbesserte Wechselwirkung zwischen RNA-Polymerase und DNA
ebenfalls eine erhöhte Genexpression bewirken. Durch Maßnahmen
zur Verlängerung der Lebensdauer der m-RNA wird ebenfalls die
Expression verbessert. Weiterhin wird durch Verhinderung des Abbaus
des Enzymproteins ebenfalls die Enzymaktivität verstärkt.
Die Gene oder Genkonstrukte liegen dabei entweder in Plasmiden mit
unterschiedlicher Kopienzahl vor oder sind im Chromosom integriert
und amplifiziert, wobei eine Integration im Genom besonders bevorzugt
ist. Alternativ kann weiterhin eine Überexpression der
betreffenden Gene durch Veränderung der Medienzusammensetzung
und Kulturführung erreicht werden. Anleitungen hierzu findet
der Fachmann unter anderem bei
Zur
Erhöhung der Expression der jeweiligen Gene werden zum
Beispiel episomale Plasmide eingesetzt. Als Plasmide eignen sich
insbesondere solche, die in coryneformen Bakterien repliziert werden.
Zahlreiche bekannte Plasmidvektoren, wie zum Beispiel pZl (
Weiterhin
eignen sich auch solche Plasmidevektoren, mit Hilfe derer man das
Verfahren der Genamplifikation durch Integration in das Chromosom
anwenden kann, so wie es beispielsweise von
Bei dem Enzym E1 handelt es sich vorzugsweise um eine Prenyl-Transferase (z. B. EC 2.5.1.29, 2.5.1.10 oder 2.5.1.1), besonders bevorzugt jedoch um eine cis-1,4-Prenyl-Transferase. Beispiele für Gene für eine Prenyl-Transferase sind beispielsweise ggps1, qm, bts1, bet4, ram2, ctrE, ispA, idsA1, ptlB, fppS, sds, gds-1, gds, fdps, yqiD, fppS, ispAB, fps, ptlB, idsA, idsB oder Mutanten dieser Gene, wobei ctrE, ispA, fps und idsA besonders bevorzugt sind. Die Nukleotidsequenz dieser Gene sowie weiterer geeigneter Gene für eine Prenyl-Transferase können beispielsweise der „Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes" (KEGG-Datenbank), den Datenbanken des National Center for Biotechnology Information (NCBI) der National Library of Medicine (Bethesda, MD, USA) oder der Nukleotidsequenz-Datenbank der European Molecular Biologies Laboratories (EMBL, Heidelberg, Deutschland bzw. Cambridge, UK) entnommen werden.The enzyme E 1 is preferably a prenyltransferase (for example EC 2.5.1.29, 2.5.1.10 or 2.5.1.1), but more preferably a cis-1,4-prenyltransferase. Examples of genes for a prenyltransferase are, for example, ggps1, qm, bts1, bet4, ram2, ctrE, ispA, idsA1, ptlB, fppS, sds, gds-1, gds, fdps, yqiD, fppS, ispAB, fps, ptlB, idsA, idsB or mutants of these genes, with ctrE, ispA, fps and idsA being particularly preferred. The nucleotide sequence of these genes as well as other suitable genes for a prenyltransferase can be found, for example, in the "Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes" (KEGG database), the National Library of Biotechnology Information (NCBI) databases of the National Library of Medicine (Bethesda, MD , USA) or the nucleotide sequence database of European Molecular Biology Laboratories (EMBL, Heidelberg, Germany and Cambridge, UK, respectively).
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle weist diese eine erhöhte Aktivität des Enzyms E1 auf, wobei dieses Enzym kodiert wird von einer DNA ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- a) einer Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07,
- b) einer intronfreien Sequenz, die von einer Sequenz nach a) abgeleitet ist und das gleiche Protein oder Peptid kodiert wie die Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese intronfreie Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- c) einer Sequenz, die ein Protein oder Peptid kodiert, das die Aminosäure-Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 08, SEQ.-ID-Nr. 09, SEQ.-ID-Nr. 10, SEQ.-ID-Nr. 11, SEQ.-ID-Nr. 12, SEQ.-ID-Nr. 13 oder SEQ.-ID-Nr. 14 umfasst,
- d) einer Sequenz, die mit einer Sequenz nach a) bis c) zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 85%, besonders bevorzugt zu mindestens 90%, darüber hinaus bevorzugt zu mindestens 95% und am meisten bevorzugt zu mindestens 99% identisch ist, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyldiphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- e) einer Sequenz, die mit dem Gegenstrang einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis d) hybridisiert oder unter Berücksichtigung der Degeneration des genetischen Codes hybridisieren würde, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- f) einem durch Substitution, Addition, Inversion und/oder Deletion einer oder mehrerer Basen erhaltenen Derivat einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis e), wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- g) einer Sequenz, die der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07 innerhalb der Degeneration des genetischen Codes entspricht, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert, sowie
- h) einer Sequenz mit neutralen Sinnmutationen der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert.
- a) a sequence according to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07,
- b) an intron-free sequence which is derived from a sequence according to a) and encodes the same protein or peptide as the sequence according to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, wherein said intron-free sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- c) a sequence which encodes a protein or peptide comprising the amino acid sequence according to SEQ.ID-No. 08, SEQ ID NO. 09, SEQ ID NO. 10, SEQ. ID. NO. 11, SEQ ID NO. 12, SEQ ID NO. 13 or SEQ ID NO. 14 comprises
- d) a sequence which is identical to a sequence according to a) to c) at least 80%, preferably at least 85%, particularly preferably at least 90%, moreover preferably at least 95% and most preferably at least 99% identical which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- e) a sequence which would hybridize to the opposite strand of a sequence according to any one of groups a) to d) or would hybridize in consideration of the degeneracy of the genetic code, this sequence preferably coding for an enzyme which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit catalyzes an allylic diphosphate initiator,
- f) a derivative of a sequence according to one of the groups a) to e) obtained by substitution, addition, inversion and / or deletion of one or more bases, this sequence preferably coding for an enzyme which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit catalyzes an allylic diphosphate initiator,
- g) a sequence corresponding to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07 within the degeneracy of the genetic code, which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator, as well as
- h) a sequence with neutral sense mutations of SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator.
Die Sequenzen gemäß SEQ.-ID-Nr. 01 bis SEQ.-ID.-Nr. 07 stammen aus dem Genom des russischen Löwenzahn und kodieren für Proteine, welche für die Terpenoid-Bildung verantwortlich sind und unter anderem eine Prenyl-Transferase-Aktivität aufweisen.The Sequences according to SEQ.-ID-No. 01 to SEQ. 07 are from the genome of the Russian dandelion and encode for proteins responsible for terpenoid formation and, among other things, a prenyltransferase activity exhibit.
Die „Nukleotid-Identität" und auch die später genannte „Aminosäure-Identität" im Sinne der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe bekannter Verfahren bestimmt. Generell werden besondere Computerprogramme mit Algorithmen unter Berücksichtigung spezieller Erfordernisse verwendet. Bevorzugte Verfahren zur Bestimmung der Identität erzeugen zunächst die größte Übereinstimmung zwischen den zu vergleichenden Sequenzen. Computer-Programme zur Bestimmung der Identität umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, das GCG-Programmpaket, einschließlich
- – GAP
(Deveroy, J. et al., Nucleic Acid Research 12 (1984), Seite 387 - – BLASTP, BLASTN und FASIA (
Altschul, S. et al., Journal of Molecular Biology 215 (1990), Seiten 403–410 BLAST Handbuch, Altschul S. et al., NCBI NLM NIH Bethesda ND 22894; Altschul S. et al.,
- - CAP
(Deveroy, J. et al., Nucleic Acid Research 12 (1984), page 387 - - BLASTP, BLASTN and FASIA (
Altschul, S. et al., Journal of Molecular Biology 215 (1990), pages 403-410 BLAST Handbook, Altschul S. et al., NCBI NLM NIH Bethesda ND 22894; Altschul S. et al.
Der
Fachmann ist sich bewusst, dass verschiedene Computerprogramme für
die Kalkulation der Ähnlichkeit bzw. Identität
zwischen zwei Nukleotid- oder Aminosäure-Sequenzen zur
Verfügung stehen. So kann die prozentuale Identität
zwischen zwei Aminosäure-Sequenzen z. B. durch den Needleman
und Wunsch (
Eine Identität von 80% gemäß dem vorstehenden Algorithmus bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung 80% Identität. Das gleiche gilt für höhere Identitäten.A Identity of 80% according to the above Algorithm means in the context of the present invention 80% identity. The same applies to higher ones Identities.
Das Merkmal „Sequenz, die mit dem Gegenstrang einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis d), besonders bevorzugt nach Gruppe a), hybridisiert oder unter Berücksichtigung der Degeneration des genetischen Codes hybridisieren würde" gemäß Alternative e) weist auf eine Sequenz hin, die unter vorzugsweise stringenten Bedingungen mit dem Gegenstrang einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis d), besonders bevorzugt nach Gruppe a), hybridisiert oder unter Berücksichtigung der Degeneration des genetischen Codes hybridisieren würde. Beispielsweise können die Hybridisierungen bei 68°C in 2 × SSC oder nach dem Protokoll des Dioxygenin-Labelling-Kits der Firma Boehringer (Mannheim) durchgeführt werden. Bevorzugte Hybridisierungsbedingungen sind z. B. Inkubation bei 65°C über Nacht in 7% SDS, 1% BSA, 1 mM EDTA, 250 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7,2) und nachfolgendes Waschen bei 65°C mit 2 × SSC; 0,1% SDS.The Feature "sequence that coincides with the opposite strand of a sequence according to one of the groups a) to d), more preferably according to group a), hybridized or taking into account the degeneration of the genetic code would hybridize "according to alternative e) indicates a sequence which is preferably stringency Conditions with the opposite strand of a sequence after one of the groups a) to d), particularly preferably according to group a), hybridized or considering the degeneration of the genetic Codes would hybridize. For example, you can hybridizations at 68 ° C in 2X SSC or according to the protocol of the dioxygenin labeling kit from Boehringer (Mannheim). Preferred hybridization conditions are z. B. Incubation at 65 ° C overnight in 7% SDS, 1% BSA, 1mM EDTA, 250mM sodium phosphate buffer (pH 7.2) and subsequent washing at 65 ° C with 2X SSC; 0.1% SDS.
Zu
den Derivaten der erfindungsgemäßen isolierten
DNA, welche gemäß Alternative f) durch Substitution,
Addition, Inversion und/oder Deletion einer oder mehrere Basen einer
Sequenz nach einer der Gruppen a) bis e) erhalten werden können,
gehören insbesondere solche Sequenzen, welche in dem Protein,
welches sie kodieren, zu konservativen Aminosäureaustauschen,
wie z. B. dem Austausch von Glycin gegen Alanin oder von Asparaginsäure
gegen Glutaminsäure führen. Solche funktionsneutralen
Mutationen werden als Sinnmutationen (sense mutations) bezeichnet
und führen zu keiner grundsätzlichen Veränderung
der Aktivität des Polypeptids. Weiterhin ist bekannt, dass Änderungen
am N- und/oder C-Terminus eines Polypeptids dessen Funktion nicht
wesentlich beeinträchtigen oder dieses sogar stabilisieren
können, so dass dementsprechend auch DNA-Sequenzen, bei
denen am 3'-Ende oder am 5'-Ende der Sequenz mit der SEQ.-ID-Nr.
01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr.
05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07 Basen angefügt sind,
von der vorliegenden Erfindung umfasst sind. Angaben hierzu findet
der Fachmann unter anderem bei
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle umfasst diese Zelle eine DNA-Sequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- a) einer Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07,
- b) einer intronfreien Sequenz, die von einer Sequenz nach a) abgeleitet ist und das gleiche Protein oder Peptid kodiert wie die Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese intronfreie Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- c) einer Sequenz, die ein Protein oder Peptid kodiert, das die Aminosäure-Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 08, SEQ.-ID-Nr. 09, SEQ.-ID-Nr. 10, SEQ.-ID-Nr. 11, SEQ.-ID-Nr. 12, SEQ.-ID-Nr. 13 oder SEQ.-ID-Nr. 14 umfasst,
- d) einer Sequenz, die mit einer Sequenz nach a) bis c) zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 85%, besonders bevorzugt zu mindestens 90%, darüber hinaus bevorzugt zu mindestens 95% und am meisten bevorzugt zu mindestens 99% identisch ist, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyldiphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- e) einer Sequenz, die mit dem Gegenstrang einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis d) hybridisiert oder unter Berücksichtigung der Degeneration des genetischen Codes hybridisieren würde, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyldiphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- f) einem durch Substitution, Addition, Inversion und/oder Deletion einer oder mehrerer Basen erhaltenen Derivat einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis e), wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- g) einer Sequenz, die der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07 innerhalb der Degeneration des genetischen Codes entspricht, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert, sowie
- h) einer Sequenz mit neutralen Sinnmutationen der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Enzym kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- a) a sequence according to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07,
- b) an intron-free sequence which is derived from a sequence according to a) and encodes the same protein or peptide as the sequence according to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, wherein said intron-free sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- c) a sequence which encodes a protein or peptide comprising the amino acid sequence according to SEQ.ID-No. 08, SEQ ID NO. 09, SEQ ID NO. 10, SEQ. ID. NO. 11, SEQ ID NO. 12, SEQ ID NO. 13 or SEQ ID NO. 14 comprises
- d) a sequence which is identical to a sequence according to a) to c) at least 80%, preferably at least 85%, particularly preferably at least 90%, moreover preferably at least 95% and most preferably at least 99% identical which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- e) a sequence which would hybridise to the opposite strand of a sequence according to one of the groups a) to d) or would hybridize in consideration of the degeneracy of the genetic code, this sequence preferably coding for an enzyme which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit to a catalyses allylic diphosphate initiator,
- f) a derivative of a sequence according to one of the groups a) to e) obtained by substitution, addition, inversion and / or deletion of one or more bases, this sequence preferably coding for an enzyme which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit catalyzes an allylic diphosphate initiator,
- g) a sequence corresponding to SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07 within the degeneracy of the genetic code, which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator, as well as
- h) a sequence with neutral sense mutations of SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, which sequence preferably encodes an enzyme which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
Neben der Steigerung der Aktivität E1 in einer erfindungsgemäßen Zelle bzw. neben der Expression eines oder mehrere der Proteine, die durch die Gen-Sequenzen gemäß SEQ.-ID-Nr. 01 bis SEQ.-ID-Nr. 07 kodiert werden, insbesondere in einem Mikroorganismus wie etwa einer Bakterien- oder einer Hefezelle kann es erfindungsgemäß auch bevorzugt sein, die Aktivität eines oder mehrerer Enzyme zu erhöhen, welche für die Bildung der für die Isoprenoid-Bildung notwendigen C5-Vorläuferverbindungen verantwortlich sind.In addition to the increase in the activity E 1 in a cell according to the invention or in addition to the expression of one or more of the proteins which are represented by the gene sequences according to SEQ ID NO. 01 to SEQ ID NO. 07, especially in a microorganism such as a bacterial or yeast cell, it may also be preferred according to the invention to increase the activity of one or more enzymes responsible for the formation of the C 5 precursor compounds necessary for isoprenoid formation.
In diesem Zusammenhang ist es gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Zelle bevorzugt, dass diese neben der Erhöhung der Aktivität eines Enzyms, welches in die Herstellung von Isoprenoiden, vorzugsweise in die Herstellung von Polyisoprenen mit der vorstehend genannten Anzahl von Kohlenstoffatomen, involviert ist, besonders bevorzugt neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Verlängerungsproteins, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Bindeproteins oder neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, eines Gummi-Verlängerungsfaktors und eines Gummi-Bindeproteins auch eine erhöhte Aktivität mindestens eines der Enzyme E2 bis E6 aufweist:
- – eines Enzyms E2, welches die Umsetzung von Acetoacetyl-Coenzym A zu 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzym A katalysiert;
- – eines Enzyms E3, welches die Umsetzung von 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzym A zu Mevalonat katalysiert;
- – eines Enzyms E4, welches die Umsetzung von Mevalonat zu Mevalonat-5-phosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E5, welches die Umsetzung von Mevalonat-5-phosphat zu Mevalonat-5-diphosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E6, welches die Umsetzung von Mevalonat-5-diphosphat zu Isopentenyl-diphosphat katalysiert.
- An enzyme E 2 which catalyzes the conversion of acetoacetyl-coenzyme A to 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A;
- An enzyme E 3 which catalyzes the conversion of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A to mevalonate;
- An enzyme E 4 which catalyzes the conversion of mevalonate to mevalonate 5-phosphate;
- An enzyme E 5 which catalyzes the conversion of mevalonate 5-phosphate to mevalonate 5-diphosphate;
- - An enzyme E 6 , which catalyzes the conversion of mevalonate-5-diphosphate to isopentenyl diphosphate.
In diesem Zusammenhang erfindungsgemäß besonders bevorzugte Zellen sind diejenigen Zellen, in denen neben der Erhöhung der Aktivität eines Enzyms, welches in die Herstellung von Isoprenoiden, vorzugsweise in die Herstellung von Polyisoprenen mit der vorstehend genannten Anzahl von Kohlenstoffatomen, involviert ist, besonders bevorzugt neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Verlängerungsproteins, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Bindeproteins oder neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, eines Gummi-Verlängerungsfaktors und eines Gummi-Bindeproteins die Aktivität folgender Enzyme oder Enzymkombinationen erhöht ist: E2, E3, E4, E5, E6, E1E2, E1E3, E1E4, E1E5, E2E3, E2E4, E2E5, E2E6, E3E4, E3E5, E3E6, E4E5, E4E6, E5E6, E1E2E3, E1E2E4, E1E2E5, E1E2E6, E1E3E4, E1E3E5, E1E3E6, E1E4E5, E1E4E6, E1E5E6, E2E3E4, E2E3E5, E2E3E6, E2E4E5, E2E4E6, E2E5E6, E3E4E5, E3E4E6, E3E5E6, E4E5E6, E1E2E3E4, E1E2E3E5, E1E2E3E6, E1E2E4E5, E1E2E4E6, E1E2E5E6, E1E3E4E5, E1E3E4E6, E1E3E5E6, E1E4E5E6, E2E3E4E5, E2E3E4E6, E2E3E5E6, E2E4E5E6, E3E4E5E6, E1E2E3E4E5, E1E2E3E4E6, E1E2E3E5E6, E1E2E4E5E6, E1E3E4E5E6, E2E3E4E5E6 und E1E2E3E4E5E6, wobei E1E2E3E4E5E6 am meisten bevorzugt ist.Particularly preferred cells according to the invention are those cells which, in addition to increasing the activity of an enzyme involved in the production of isoprenoids, preferably in the preparation of polyisoprenes having the aforementioned number of carbon atoms, are particularly preferred besides increasing the activity of the enzyme E 1 , in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 and a gum extension protein, in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 and a gum-binding protein or in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 , a gum Extension factor and a gum-binding protein, the activity of the following enzymes or enzyme combinations is increased: E 2 , E 3 , E 4 , E 5 , E 6 , E 1 E 2 , E 1 E 3 , E 1 E 4 , E 1 E 5 , E 2 E 3 , E 2 E 4 , E 2 E 5 , E 2 E 6 , E 3 E 4 , E 3 E 5 , E 3 E 6 , E 4 E 5 , E 4 E 6 , E 5 E 6 , E 1 E 2 E 3 , E 1 E 2 E 4 , E 1 E 2 E 5 , E 1 E 2 E 6 , E 1 E 3 E 4 , E 1 E 3 E 5 , E 1 E 3 E 6 , E 1 E 4 E 5 , E 1 E 4 E 6 , E 1 E 5 E 6 , E 2 E 3 E 4 , E 2 E 3 E 5 , E 2 E 3 E 6 , E 2 E 4 E 5 , E 2 E 4 E 6 , E 2 E 5 E 6 , E 3 E 4 E 5 , E 3 E 4 E 6 , E 3 E 5 E 6 , E 4 E 5 E 6 , E 1 E 2 E 3 E 4 , E 1 E 2 E 3 E 5 , E 1 E 2 E 3 E 6 , E 1 E 2 E 4 E 5 , E 1 E 2 E 4 E 6 , E 1 E 2 E 5 E 6 , E 1 E 3 E 4 E 5 , E 1 E 3 E 4 E 6 , E 1 E 3 E 5 E 6 , E 1 E 4 E 5 E 6 , E 2 E 3 E 4 E 5 , E 2 E 3 E 4 E 6 , E 2 E 3 E 5 E 6 , E 2 E 4 E 5 E 6 , E 3 E 4 E 5 E 6 , E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 , E 1 E 2 E 3 E 4 E 6 , E 1 E 2 E 3 E 5 E 6 , E 1 E 2 E 4 E 5 E 6 , E 1 E 3 E 4 E 5 E 6 , E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 and E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 , wherein E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 is most preferred.
In
diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass das Enzym
E2 eine Hydroxymethylglutaryl-Coenzym A-Synthase
(EC 2.3.3.1.10),
E3 eine Hydroxymethylglutaryl-Coenzym
A-Reduktase (EC 1.1.1.34),
E4 eine
Mevalonat-Kinase (EC 2.7.1.36),
E5 eine
Phosphomevalonat-Kinase (EC 2.7.4.1), und
E6 eine
Diphosphomevalonat-Decarboxylase (EC 4.1.1.33), ist.In this context, it is further preferred that the enzyme
E 2 is a hydroxymethylglutaryl-coenzyme A synthase (EC 2.3.3.1.10),
E 3 is a hydroxymethylglutaryl-coenzyme A reductase (EC 1.1.1.34),
E 4 a mevalonate kinase (EC 2.7.1.36),
E 5 is a phosphomevalonate kinase (EC 2.7.4.1), and
E 6 is a diphosphome valonate decarboxylase (EC 4.1.1.33).
Das Enzym E2 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hmgcs1, hmgcs2, hmgs, hcs, hgsA, pksG, mvaS, hmcM, mvaS.1, mvaS2, hmcS, mvaB, mvaB1 und mvaB2 kodiert. Das Enzym E3 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hmgcr, hmg1, hmg2, hmgA, hmgB, mvaA, mvaS.1, mvaA1 und mvaA2 kodiert. Das Enzym E4 wird vorzugsweise von Genen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mvk, lmbP, mvaK1 und yeaG kodiert. Geeignete Gene für das Enzym E5 sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus pmvk und mvaK2. Das Enzym E6 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus mvd, mvd1, mvaD und dmd kodiert. Die Nukleotidsequenzen der vorstehend genannten Gene sowie weiterer Gene für die Enzyme E2 bis E6 können unter anderem auch der KEGG-Datenbank, der NCBI-Datenbank oder EMBL-Datenbank entnommen werden.The enzyme E 2 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of hmgcs1, hmgcs2, hmgs, hcs, hgsA, pksG, mvaS, hmcM, mvaS.1, mvaS2, hmcS, mvaB, mvaB1 and mvaB2. The enzyme E 3 is preferably from a gene selected from the group consisting of HMGCR, HMG1, HMG2, HMGA, HMGB, mvaA, mvaS.1 encoded mvaA1 and mvaA2. The enzyme E 4 is preferably encoded by genes selected from the group consisting of mvk, lmbP, mvaK1 and yeaG. Suitable genes for the enzyme E 5 are selected from the group consisting of pmvk and mvaK2. The enzyme E 6 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of mvd, mvd1, mvaD and dmd. The nucleotide sequences of the abovementioned genes and of further genes for the enzymes E 2 to E 6 can be taken from among others the KEGG database, the NCBI database or the EMBL database.
Im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen, ersten Variante der erfindungsgemäßen Zelle, bei der die Bereitstellung des Isopentenyl-diphosphats über den Mevalonat-Stoffwechselweg erfolgt, kann es weiterhin bevorzugt sein, diejenigen Enzymaktivitäten in der Zelle zu steigern, die eine Steigerung der Acetoacetyl-Coenzym A-Bereitstellung bewirken. In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Aktivität der Acetyl-Coenzym A-C-Acetyltransferase (EC 2.3.1.9) zu erhöhen.in the Connection with the above-described, first variant of Cell according to the invention, in which the provision of isopentenyl diphosphate via the mevalonate pathway If desired, it may further be preferred to those enzyme activities in the cell increase, an increase in acetoacetyl coenzyme A deployment. In this context, it may be particular be beneficial to the activity of acetyl coenzyme A-C acetyltransferase (EC 2.3.1.9).
Beispiele
für eine Zelle, in der die Aktivität eines oder
mehrerer der Enzyme E2 bis E6 erhöht
ist, können beispielsweise der
Gemäß einer anderen Variante der erfindungsgemäßen Zelle ist es bevorzugt, dass diese neben der Erhöhung der Aktivität eines Enzyms, welches in die Herstellung von Isoprenoiden, vorzugsweise in die Herstellung von Polyisoprenen mit der vorstehend genannten Anzahl von Kohlenstoffatomen, involviert ist, besonders bevorzugt neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Verlängerungsproteins, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Bindeproteins oder neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, eines Gummi-Verlängerungsfaktors und eines Gummi-Bindeproteins auch eine erhöhte Aktivität mindestens eines der Enzyme E7 bis E13 aufweist:
- – eines Enzyms E7, welches die Umsetzung von D-Glyceraldehyd-3-phosphat und Pyruvat zu 1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E8, welches die Umsetzung von 1-Deoxy-D-Xylulose-5-Phosphat zu 2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E9, welches die Umsetzung von 2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphat zu 4-(Cytidin-5'-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol katalysiert;
- – eines Enzyms E10, welches die Umsetzung von 4-(Cytidin-5'-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol zu 2-Phospho-4-(cytidin-5'-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol katalysiert;
- – eines Enzyms E11, welches die Umsetzung von 2-Phospho-4-(cytidin-5'-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol zu 2-C-Methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E12, welches die Umsetzung von 2-C-Methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphat zu 1-Hydroxy-2-methyl-2-butenyl-4-diphosphat katalysiert;
- – eines Enzyms E13, welches die Umsetzung von 1-Hydroxy-2-methyl-2-butenyl-4-diphosphat zu Isopentenyl-diphosphat katalysiert.
- An enzyme E 7 which catalyzes the conversion of D-glyceraldehyde-3-phosphate and pyruvate to 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate;
- An enzyme E 8 which catalyzes the conversion of 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate to 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate;
- An enzyme E 9 which catalyzes the reaction of 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate into 4- (cytidine-5'-diphospho) -2-C-methyl-D-erythritol;
- An enzyme E 10 which inhibits the conversion of 4- (cytidine-5'-diphospho) -2-C-methyl-D-erythritol to 2-phospho-4- (cytidine-5'-diphospho) -2-C- catalyzes methyl-D-erythritol;
- - An enzyme E 11 , which is the reaction of 2-phospho-4- (cytidine-5'-diphospho) -2-C-methyl-D-erythritol to 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate catalyzes;
- An enzyme E 12 which catalyzes the conversion of 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate to 1-hydroxy-2-methyl-2-butenyl-4-diphosphate;
- - An enzyme E 13 , which catalyzes the reaction of 1-hydroxy-2-methyl-2-butenyl-4-diphosphate to isopentenyl diphosphate.
In diesem Zusammenhang erfindungsgemäß besonders bevorzugte Zellen sind diejenigen Zellen, in denen neben der Erhöhung der Aktivität eines Enzyms, welches in die Herstellung von Isoprenoiden, vorzugsweise in die Herstellung von Polyisoprenen mit der vorstehend genannten Anzahl von Kohlenstoffatomen, involviert ist, besonders bevorzugt neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Verlängerungsproteins, neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1 und eines Gummi-Bindeproteins oder neben der Erhöhung der Aktivität des Enzyms E1, eines Gummi-Verlängerungsfaktors und eines Gummi-Bindeproteins die Aktivität folgender Enzyme oder Enzymkombinationen erhöht ist: E7, E8i E9, E10, E11, E12, E13, E7E8, E7E9, E7E10, E7E11, E7E12, E7E13, E8E9, E8E10, E8E11, E8E12, E8E13, E9E10, E9E11, E9E12, E9E13, E10E11, E10E12, E10E13, E11E12, E11E13, E12E13, E7E8E9, E7E8E10, E7E8E11, E7E8E12, E7E8E13, E7E9E10, E7E9E11, E7E9E12, E7E9E13, E7E10E11, E7E10E12, E7E10E13, E7E11E12, E7E11E13, E7E12E13, E8E9E10, E8E9E11, E8E9E12, E8E9E13, E8E10E11, E8E10E12, E8E10E13, E8E11E12, E8E11E13, E8E12E13, E9E10E11, E9E10E12, E9E10E13, E9E11E12, E9E11E13, E9E12E13, E10E11E12, E10E11E13, E10E12E13, E11E12E13, E7E8E9E10, E7E8E9E11, E7E8E9E12, E7E8E9E13, E7E8E10E11, E7E8E10E12, E7E8E10E13, E7E8E11E12, E7E8E11E13, E7E8E12E13, E7E9E10E11, E7E9E10E12, E7E9E10E13, E7E9E11E12, E7E9E11E13, E7E9E12E13, E7E10E11E12, E7E10E11E13, E7E10E12E13, E7E11E12E13, E8E9E10E11, E8E9E10E12, E8E9E10E13, E8E9E11E12, E8E9E10E13, E8E9E11E12, E8E9E11E13, E8E9E12E13, E8E10E11E12, E8E10E11E13, E8E10E12E13, E8E11E12E13, E9E10E11E12, E9E10E11E13, E9E10E12E13, E9E11E12E13, E10E11E12E13, E7E8E9E10E11, E7E8E9E10E12, E7E8E9E10E13, E7E8E9E11E12, E7E8E9E11E13, E7E8E9E12E13, E7E8E10E11E12, E7E8E10E11E13, E7E8E10E12E13, E7E8E11E12E13 E7E9E10E11E12, E7E9E10E11E13, E7E9E10E12E13, E7E9E11E12E13, E7E10E11E12E13 E8E9E10E11E12, E8E9E10E11E13, E8E9E10E12E13, E9E10E11E12E13, E7E8E9E10E11E12, E7E8E9E10E11E13, E7E8E9E10E12E13, E7E8E9E11E12E13, E7E8E10E11E12E13, E7E9E10E11E12E13, E8E9E10E11E12E13 und E7E8E9E10E11E12E13, wobei E7E8E9E10E11E12E13 am meisten bevorzugt ist.Particularly preferred cells according to the invention are those cells which, in addition to increasing the activity of an enzyme involved in the production of isoprenoids, preferably in the preparation of polyisoprenes having the aforementioned number of carbon atoms, are particularly preferred besides increasing the activity of the enzyme E 1 , in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 and a gum extension protein, in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 and a gum-binding protein or in addition to increasing the activity of the enzyme E 1 , a gum Extension factor and a gum-binding protein, the activity of the following enzymes or enzyme combination is increased: E 7 , E 8i E 9 , E 10 , E 11 , E 12 , E 13 , E 7 E 8 , E 7 E 9 , E 7 E 10 , E 7 E 11 , E 7 E 12 , E 7 E 13 , E 8 E 9 , E 8 E 10 , E 8 E 11 , E 8 E 12 , E 8 E 13 , E 9 E 10 , E 9 E 11 , E 9 E 12 , E 9 E 13 , E 10 E 11 , E 10 E 12 , E 10 E 13 , E 11 E 12 , E 11 E 13 , E 12 E 13 , E 7 E 8 E 9 , E 7 E 8 E 10 , E 7 E 8 E 11 , E 7 E 8 E 12 , E 7 E 8 E 13 , E 7 E 9 E 10 , E 7 E 9 E 11 , E 7 E 9 E 12 , E 7 E 9 E 13 , E 7 E 10 E 11 , E 7 E 10 E 12 , E 7 E 10 E 13 , E 7 E 11 E 12 , E 7 E 11 E 13 , E 7 E 12 E 13 , E 8 E 9 E 10 , E 8 E 9 E 11 , E 8 E 9 E 12 , E 8 E 9 E 13 , E 8 E 10 E 11 , E 8 E 10 E 12 , E 8 E 10 E 13 , E 8 E 11 E 12 , E 8 E 11 E 13 , E 8 E 12 E 13 , E 9 E 10 E 11 , E 9 E 10 E 12 , E 9 E 10 E 13 , E 9 E 11 E 12 , E 9 E 11 E 13 , E 9 E 12 E 13 , E 10 E 11 E 12 , E 10 E 11 E 13 , E 10 E 12 E 13 , E 11 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 10 , E 7 E 8 E 9 E 11 , E 7 E 8 E 9 E 12 , E 7 E 8 E 9 E 13 , E 7 E 8 E 10 E 11 , E 7 E 8 E 10 E 12 , E 7 E 8 E 10 E 13 , E 7 E 8 E 11 E 12 , E 7 E 8 E 11 E 13 , E 7 E 8 E 12 E 13 , E 7 E 9 E 10 E 11 , E 7 E 9 E 10 E 12 , E 7 E 9 E 10 E 13 , E 7 E 9 E 11 E 12 , E 7 E 9 E 11 E 13 , E 7 E 9 E 12 E 13 , E 7 E 10 E 11 E 12 , E 7 E 10 E 11 E 13 , E 7 E 10 E 12 E 13 , E 7 E 11 E 12 E 13 , E 8 E 9 E 10 E 11 , E 8 E 9 E 10 E 12 , E 8 E 9 E 10 E 13 , E 8 E 9 E 11 E 12 , E 8 E 9 E 10 E 13 , E 8 E 9 E 11 E 12 , E 8 E 9 E 11 E 13 , E 8 E 9 E 12 E 13 , E 8 E 10 E 11 E 12 , E 8 E 10 E 11 E 13 , E 8 E 10 E 12 E 13 , E 8 E 11 E 12 E 13 , E 9 E 10 E 11 E 12 , E 9 E 10 E 11 E 13 , E 9 E 10 E 12 E 13 , E 9 E 11 E 12 E 13 , E 10 E 11 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 12 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 11 E 12 , E 7 E 8 E 9 E 11 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 10 E 11 E 12 , E 7 E 8 E 10 E 11 E 13 , E 7 E 8 E 10 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 11 E 12 E 13 E 7 E 9 E 10 E 11 E 12 , E 7 E 9 E 10 E 11 E 13 , E 7 E 9 E 10 E 12 E 13 , E 7 E 9 E 11 E 12 E 13 , E 7 E 10 E 11 E 12 E 13 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 , E 8 E 9 E 10 E 11 E 13 , E 8 E 9 E 10 E 12 E 13 , E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 10 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 9 E 11 E 12 E 13 , E 7 E 8 E 10 E 11 E 12 E 13 , E 7 E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 , E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 and E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 , where E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 E 13 most preferred.
In
diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass das Enzym
E7 eine 1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphat-Synthase
(EC 2.2.1.7),
E8 eine 1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphat-Reduktoisomerase
(EC 1.1.1.267),
E9 eine 2-C-Methyl-D-erythritol-4-phosphat-cytidylyl-Transferase
(EC 2.7.7.60),
E10 eine 4-(Cytidin-5'-diphospho)-2-C-methyl-D-erythritol-Kinase
(EC 2.7.1.148),
E11 eine 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphat-Synthase
(EC 4.6.1.12),
E12 eine 4-Hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl-diphosphat-Synthase
(EC 1.17.4.3), und
E13 eine 4-Hydroxy-3-methylbut-2-enyl-diphosphat-Reduktase
(EC 1.17.1.2)
ist.In this context, it is further preferred that the enzyme
E 7 is 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase (EC 2.2.1.7),
E 8 is a 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase (EC 1.1.1.267),
E 9 is a 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate-cytidylyl transferase (EC 2.7.7.60),
E 10 is a 4- (cytidine-5'-diphospho) -2-C-methyl-D-erythritol kinase (EC 2.7.1.148),
E 11 is a 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase (EC 4.6.1.12),
E 12 is a 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate synthase (EC 1.17.4.3), and
E 13 is a 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (EC 1.17.1.2)
is.
Das Enzym E7 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dxs, dxs-1, dxs-2, dxsA, dxsB oder tktB kodiert. Das Enzym E9 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispC, dxr, yaeM, dxr-1, dxr-2 und dxrA kodiert. Das Enzym E9 wird vorzugsweise von Genen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispD, ygbP, ispF, ispDF, yacM und mecT kodiert. Geeignete Gene für das Enzym E10 sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispF, ychB, ipk, thrB1, thrB, yabH und cmeK. Das Enzym E11 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispF, ygbB, ispD, ispDF, yacN, mecS und trmD kodiert. Geeignete Gene für das Enzym E12 sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispG, gcpE, aarC und yqfY. Das Enzym E13 wird vorzugsweise von einem Gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ispH, lytB, ispH-1, ispH-2, lytB1, lytB2 und yqfP kodiert. Die Nukleotidsequenzen der vorstehend genannten Gene sowie weiterer Gene für die Enzyme E7 bis E13 können unter anderem auch der KEGG-Datenbank, der NCBI-Datenbank oder EMBL-Datenbank entnommen werden.The enzyme E 7 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of dxs, dxs-1, dxs-2, dxsA, dxsB or tktB. The enzyme E 9 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of ispC, dxr, yaeM, dxr-1, dxr-2 and dxrA. The enzyme E 9 is preferably encoded by genes selected from the group consisting of ispD, ygbP, ispF, ispDF, yacM and mecT. Suitable genes for the enzyme E 10 are selected from the group consisting of ispF, ychB, ipk, thrB1, thrB, yabH and cmeK. The enzyme E 11 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of ispF, ygbB, ispD, ispDF, yacN, mecS and trmD. Suitable genes for the enzyme E 12 are selected from the group consisting of ispG, gcpE, aarC and yqfY. The enzyme E 13 is preferably encoded by a gene selected from the group consisting of ispH, lytB, ispH-1, ispH-2, lytB1, lytB2 and yqfP. The nucleotide sequences of the abovementioned genes and of other genes for the enzymes E 7 to E 13 can be taken from among others the KEGG database, the NCBI database or the EMBL database.
Beispiele
für eine Zelle, in der die Aktivität eines oder
mehrerer der Enzyme E7 bis E13,
insbesondere jedoch die Aktivität des Enzyms E12,
erhöht ist, können beispielsweise der
Einen weiteren Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet ein Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle, umfassend den Verfahrensschritt der Erhöhung der Expression eines Enzyms ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gummi-Bindeprotein („rubber binding Protein"), einem Gummi-Verlängerungsfaktor („rubber enlongation factor") und einer Prenyl-Transferase in der Zelle. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieses erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt der Erhöhung der Expression einer Prenyl-Transferase in der Zelle, den Verfahrensschritt der Erhöhung der Expression einer Prenyl-Transferase und eines Gummi-Bindeproteins in der Zelle, den Verfahrensschritt der Erhöhung der Expression einer Prenyl-Transferase und eines Gummi-Verlängerungsfaktors in der Zelle oder den Verfahrensschritt der Erhöhung der Expression einer Prenyl-Transferase, eines Gummi-Verlängerungsfaktors und eines Gummi-Bindeproteins in der Zelle. Darüber hinaus kann das Verfahren zusätzlich den Verfahrensschritt der Erhöhung einer oder mehrere der Aktivitäten der Enzyme E2 bis E6 oder E7 bis E13 umfassen. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, dass die Erhöhung der Expression der entsprechenden Enzymaktivitäten dadurch erfolgt, dass ein für ein für das entsprechende Enzym kodierende Gen in das Genom der Zelle integriert wird oder aber in Form eines Expressionsvektors in die Zelle eingeführt wird.A further contribution to achieving the abovementioned objects is made by a method for producing a genetically modified cell comprising the method step of increasing the expression of an enzyme selected from the group consisting of a rubber binding protein, a gum extension factor ("Rubber Enlongation Factor") and a prenyl transferase in the cell. According to a particularly preferred embodiment of this method according to the invention, the method comprises the step of increasing the expression of a prenyl-transferase in the cell, the step of increasing the expression of a prenyl-transferase and a gum-binding protein in the cell, the step of increasing the expression a prenyl-transferase and a gum extension factor in the cell or the step of increasing the expression of a prenyl-transferase, a gum extender and a gum-binding protein in the cell. In addition, the method may additionally comprise the step of increasing one or more of the activities of the enzymes E 2 to E 6 or E 7 to E 13 . In this context, it is furthermore preferred that the increase in the expression of the corresponding enzyme activities takes place by integrating a gene coding for the corresponding enzyme into the genome of the cell or else in the form of an expression vector into the cell is introduced.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer gentechnisch veränderten Zelle bevorzugt, dass es sich bei der Zelle um einen Mikroorganismus, insbesondere um eine Bakterien- oder Hefezelle handelt, wobei als Bakterien- oder Hefezellen diejenigen Zellen bevorzugt sind, die bereits eingangs im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zelle genannt worden sind.Farther it is in connection with the method described above for producing a genetically modified cell, that the cell is a microorganism, in particular is a bacterial or yeast cell, with bacterial or yeast or yeast cells those cells are preferred that already at the beginning in connection with the cell according to the invention have been called.
Einen weiteren Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhältliche, gentechnisch veränderte Zelle.a further contribution to the solution of the aforementioned tasks continues to perform by the method described above available, genetically modified cell.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet insbesondere auch ein Verfahren zur Herstellung von Isoprenoiden, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- i) in Kontakt bringen einer erfindungsgemäßen Zelle oder einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Zelle mit einem Kulturmedium beinhaltend mindestens eine Kohlenstoffquelle unter Bedingungen, unter denen die Zelle aus der Kohlenstoffquelle Isoprenoide zu bilden vermag, welche in definierten Kompartimenten in der Zelle eingeschossen werden;
- ii) Isolierung der in den definierten Kompartimenten eingeschlossenen Isoprenoide.
- i) contacting a cell according to the invention or a cell obtainable by the process according to the invention with a culture medium containing at least one carbon source under conditions in which the cell from the carbon source is capable of forming isoprenoids injected into defined compartments in the cell;
- ii) isolation of the isoprenoids included in the defined compartments.
Im Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die erfindungsgemäßen Zellen oder die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Zellen mit einem Kulturmedium beinhaltend mindestens eine Kohlenstoffquelle unter Bedingungen in Kontakt gebracht, unter denen die Zelle aus der Kohlenstoffquelle Isoprenoide zu bilden vermag, welche in definierten Kompartimenten in der Zelle eingeschossen werden.in the Step i) of the method according to the invention first the cells of the invention or by the method according to the invention containing cells containing a culture medium at least one carbon source is brought into contact under conditions under which the cell from the carbon source to form isoprenoids capable of injecting into defined compartments in the cell become.
Die
erfindungsgemäßen, gentechnisch veränderten
Zellen können kontinuierlich oder diskontinuierlich im
batch-Verfahren (Satzkultivierung) oder im fed-batch-Verfahren (Zulaufverfahren)
oder repeated-fed-batch-Verfahren (repetitives Zulaufverfahren)
zum Zwecke der Produktion der Isoprenoide mit dem Nährmedium
in Kontakt gebracht und somit kultiviert werden. Denkbar ist auch
ein semi-kontinuierliches Verfahren, wie es in der
Das
zu verwendende Kulturmedium muss in geeigneter Weise den Ansprüchen
der jeweiligen Stämme genügen. Beschreibungen
von Kulturmedien verschiedener Mikroorganismen sind im Handbuch
Als
Kohlenstoffquelle können Kohlenhydrate wie z. B. Glucose,
Saccharose, Lactose, Fructose, Maltose, Melasse, Stärke
und Cellulose, Öle und Fette wie z. B. Sojaöl,
Sonnenblumenöl, Erdnussöl und Kokosfett, Fettsäuren
wie z. B. Palmitinsäure, Stearinsäure und Linolsäure,
Alkohole wie z. B. Glycerin und Methanol, Kohlenwasserstoffe wie
Methan, Aminosäuren wie L-Glutamat oder L-Valin oder organische
Säuren wie z. B. Essigsäure verwendet werden.
Diese Stoffe können einzeln oder als Mischung verwendet
werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Kohlehydraten, insbesondere
Monosacchariden, Oligosacchariden oder Polysacchariden, wie dies
in
Als Stickstoffquelle können organische Stickstoffhaltige Verbindungen wie Peptone, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Malzextrakt, Maisquellwasser, Sojabohnenmehl und Harnstoff oder anorganische Verbindungen wie Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumphosphat, Ammoniumcarbonat und Ammoniumnitrat verwendet werden. Die Stickstoffquellen können einzeln oder als Mischung verwendet werden.When Nitrogen source can be organic nitrogen containing compounds such as peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, corn steep liquor, Soybean meal and urea or inorganic compounds such as Ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate are used. The nitrogen sources can used singly or as a mixture.
Als Phosphorquelle können Phosphorsäure, Kaliumdihydrogenphosphat oder Dikaliumhydrogenphosphat oder die entsprechenden Natrium-haltigen Salze verwendet werden. Das Kulturmedium muss weiterhin Salze von Metallen enthalten wie z. B. Magnesiumsulfat oder Eisensulfat, die für das Wachstum notwendig sind. Schließlich können essentielle Wuchsstoffe wie Aminosäuren und Vitamine zusätzlich zu den oben genannten Stoffen eingesetzt werden. Dem Kulturmedium können überdies geeignete Vorstufen zugesetzt werden. Die genannten Einsatzstoffe können zur Kultur in Form eines einmaligen Ansatzes hinzugegeben oder in geeigneter Weise während der Kultivierung zugefüttert werden.When Phosphorus source can phosphoric acid, potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or the corresponding sodium-containing ones Salts are used. The culture medium must continue to salts of Metals include such. As magnesium sulfate or iron sulfate, the necessary for growth. Finally, you can essential growth factors such as amino acids and vitamins in addition used for the above-mentioned substances. The culture medium In addition, suitable precursors may be added become. The stated feedstocks can be used to culture in Formed as a one-off approach or as appropriate be fed during cultivation.
Zur pH-Kontrolle der Kultur werden basische Verbindungen wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniak bzw. Ammoniakwasser oder saure Verbindungen wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure in geeigneter Weise eingesetzt. Zur Kontrolle der Schaumentwicklung können Antischaummittel wie z. B. Fettsäurepolyglykolester eingesetzt werden. Zur Aufrechterhaltung der Stabilität von Plasmiden können dem Medium geeignete selektiv wirkende Stoffe wie z. B. Antibiotika hinzugefügt werden. Um aerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten, werden Sauerstoff oder Sauerstoffhaltige Gasmischungen wie z. B. Luft in die Kultur eingetragen.For pH control of the culture, basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, Am ammonia or ammonia or acidic compounds such as phosphoric acid or sulfuric acid used in a suitable manner. To control the foam development antifoams such. B. fatty acid polyglycol esters are used. To maintain the stability of plasmids, the medium suitable selective substances such. B. antibiotics are added. In order to maintain aerobic conditions, oxygen or oxygen-containing gas mixtures such. For example, air is introduced into the culture.
Die Temperatur der Kultur liegt normalerweise bei mehr als 20°C, vorzugsweise bei mehr als 30°C, sie kann auch mehr als 40°C betragen, wobei vorteilhafterweise eine Kultivierungstemperatur von 95°C, besonders bevorzugt 90°C und am meisten bevorzugt 80°C nicht überschritten wird.The Temperature of the culture is usually more than 20 ° C, preferably at more than 30 ° C, it can also more than 40 ° C, wherein advantageously a cultivation temperature of 95 ° C, more preferably 90 ° C and most preferably 80 ° C is not exceeded.
Nachdem im Verfahrensschritt i) eine ausreichende Menge an in definierten Kompartimenten eingeschlossenen Isoprenoiden gebildet worden ist bzw. nachdem eine ausreichende Menge an durch Zellteilung entstandene, auf rekombinanten Mikroorganismen basierende Biomasse erhalten worden ist, werden im Verfahrensschritt ii) die in den definierten Kompartimenten eingeschlossenen Isoprenoide isoliert. Dabei kann diese Isolierung der eingeschlossenen Isoprenoide grundsätzlich auf die Art und Weise erfolgen, in der üblicherweise auch in Einschlussköpern eingeschlossene, rekombinant hergestellte Proteine aus Mikroorganismen wie beispielsweise E. coli isoliert werden.After this in process step i) a sufficient amount of defined in Compartments including isoprenoids have been formed or after a sufficient amount of cell division, Biomass based on recombinant microorganisms has been obtained is in process step ii) in the defined compartments enclosed isoprenoids isolated. This isolation can the trapped isoprenoids basically on the Manner, usually also in inclusion bodies enclosed, recombinantly produced proteins from microorganisms such as For example, E. coli can be isolated.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Isolierung der in den definierten Kompartimenten eingeschlossenen Isoprenoide die folgenden Verfahrensschritte:
- iia) Aufschließen der Zellen unter Erhalt eines Zelllysates, welches die definierten Kompartimente der Zelle umfasst, in denen die Isoprenoide eingeschlossen sind;
- iib) Abtrennen der definierten Kompartimente, in denen die Isoprenoide eingeschlossen sind, aus dem Zelllysat;
- iic) gegebenenfalls Reinigung der abgetrennten, definierten Kompartimente.
- iia) digesting the cells to obtain a cell lysate comprising the defined compartments of the cell in which the isoprenoids are entrapped;
- iib) separating the defined compartments, in which the isoprenoids are included, from the cell lysate;
- iic) optionally purification of the separated, defined compartments.
In Verfahrensschritt iia) werden die Zellen zunächst unter Erhalt eines Zelllysates, welches die definierten Kompartimente der Zelle, vorzugsweise die Einschlusskörper, umfasst, in denen die Isoprenoide eingeschlossen sind, aufgeschlossen. Dieses Aufschließend kann durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, die üblicherweise zum Aufschließen von Zellen eingesetzt werden.In Step iia), the cells are initially under Obtaining a cell lysate containing the defined compartments the cell, preferably the inclusion bodies, comprises in which the isoprenoids are included, open-minded. This Aufschließ can by all the skilled person known methods usually used to unlock Cells are used.
In Betracht kommen hier insbesondere der mechanische Zellaufschluss, wie etwa die die Homogenisierung in einem Mixer mit rotierenden Messern, beispielsweise mittels eines Ultra-Turrax, ein mechanischer Aufschluss mittler des Potter-Elvehjem-Verfahrens, bei dem sich ein Kolben, der eng von einem stationärem Gefäß ummantelt ist, bewegt und durch die bei dieser Bewegung entstehenden Scherkräfte eine Zerstörung der Zellen bewirkt wird, ein mechanischer Aufschluss mittels eines Mörsers oder in einer Glasperlenmühle, eine mechanischer Aufschluss mittels Ultraschall oder, im Falle eines kontinuierlichen Aufschlussverfahrens, der mechanische Aufschluss beispielsweise mittels eines Manton-Gaulin-Homogenisators, bei dem die Zellen mit großen Druck durch ein enges Ventil gepresst werden. Vorzugsweise erfolgt der Aufschluss bei einem Einsatz eines Manton-Gaulin-Homogenisators bei einem Druck in einem Bereich von 1.000 bis 50.000 psi, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10.000 bis 20.000 psi.In Consideration is given in particular to the mechanical cell disruption, such as the homogenization in a blender with rotating Knives, for example by means of an Ultra-Turrax, a mechanical digestion middle of the Potter-Elvehjem process, in which a piston, which is tightly encased by a stationary vessel is, moved and by the shear forces generated during this movement a destruction of the cells is effected, a mechanical one Digestion by means of a mortar or in a glass bead mill, one mechanical disruption by means of ultrasound or, in the case of a continuous digestion process, the mechanical digestion for example by means of a Manton-Gaulin homogenizer, in which the cells are pressed under great pressure through a tight valve become. The digestion preferably takes place when using a Manton-Gaulin Homogenizer at a pressure in a range of 1,000 to 50,000 psi, more preferably in a range of 10,000 up to 20,000 psi.
Neben einem mechanischen Aufschluss der Zellen kommen auch nichtmechanische Aufschlussverfahren in Betracht, wie etwa die Behandlung der Zellen durch wiederholtes Einfrieren und Auftauen, die Behandlung der Zellen mit hypotonischen Pufferlösungen, die Autolyse mit Toluol, die enzymatische Lyse mit Enzymen wie beispielsweise Zymolyase, die Behandlung der Zellen mit Detergenzien wie beispielsweise Triton-X-100 oder die Behandlung der Zellen mit komplexbildenden Verbindungen, wie beispielsweise mit EDTA-Lösungen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist die Autolyse mit organischen Lösungsmitteln, insbesondere mit Halogenkohlenwasserstoffen wie beispielsweise Toluol. Ein solcher Einsatz organischer Lösungsmittel ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil dadurch nicht nur die Zellen aufgeschlossen werden können, sonderen, je nach organischem Lösungsmittel, zugleich auch die definierten Kompartimente von anderen Zellbestandteilen beispielsweise durch Fällung abgetrennt werden können, so dass die Verfahrensschritte iia) und iib) zeitgleich durchgeführt werden können.Next A mechanical breakdown of the cells are also non-mechanical Digestion methods, such as the treatment of the cells by repeated freezing and thawing, the treatment of the cells with hypotonic buffer solutions, autolysis with toluene, enzymatic lysis with enzymes such as zymolyase, the treatment of the cells with detergents such as Triton-X-100 or the treatment of cells with complexing compounds, such as with EDTA solutions. Particularly according to the invention preferred is autolysis with organic solvents, especially with halogenated hydrocarbons such as toluene. Such use of organic solvents is especially advantageous because not only the cells are digested can be, depending on the organic solvent, at the same time also the defined compartments of other cell components for example, can be separated by precipitation, so that the method steps iia) and iib) are carried out at the same time can be.
Von den vorstehend genannten Aufschlussarten sind diejenigen bevorzugt, die zu einem Aufschluss der Zellen unter Erhalt der Zellorganellen führen, wobei sich insbesondere ein mechanischer Aufschluss mittels des Potter-Elvehjem-Verfahrens als vorteilhaft erwiesen hat. Vorteilhaft kann es weiterhin sein, die Zellen zunächst mittles eines Ultra-Turrax aufzuschließen und den so erhaltenen Aufschluss anschließend mittels eines Manton-Gaulin-Homogenisators weiter aufzuschließen.From the aforementioned types of digestion, those are preferred which leads to a disruption of the cells while preserving the cell organelles lead, in particular, a mechanical digestion proved by the Potter Elvehjem method to be advantageous Has. It may be advantageous, the cells initially mittles an Ultra-Turrax and the thus obtained Subsequently, digestion by means of a Manton-Gaulin homogenizer continue to catch up.
Im Verfahrensschritt iib) werden die definierten Kompartimente, vorzugsweise die Einschlusskörper, in denen die Isoprenoide eingeschlossen sind, aus dem Zelllysat abgetrennt. Da diese Einschlusskörper eine im Vergleich zu anderen Bestandteilen des Zelllysates große Dichte aufweisen, können sie beispielsweise durch Hochgeschwindigkeitszentrifugation, bei der die Einschlusskörper als Pellet erhalten werden, von den übrigen Bestandteilen abgetrennt werden. Vorteilhafterweise erfolgt die Hochgeschwindigkeitszentrifugation bei einer Zentrifugalbeschleunigung in einem Bereich von 1.000 bis 20.000 × g, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5.000 bis 15.000 × g.in the Process step iib) are the defined compartments, preferably the inclusion bodies in which the isoprenoids are included are separated from the cell lysate. Because these inclusion bodies a great compared to other components of the cell lysate Have density, they can, for example, by high-speed centrifugation, in which the inclusion bodies are obtained as a pellet, be separated from the other components. advantageously, the high-speed centrifugation takes place at a centrifugal acceleration in a range of 1,000 to 20,000 × g, more preferably in a range of 5,000 to 15,000 × g.
Die auf diese Art und Weise abtrennten definierten Einschlusskörpern werden anschließend im Verfahrensschritt iic) gereinigt, wobei diese Reinigung insbesondere zur Abtrennung von noch in den Einschlusskörpern enthaltenen oder von auf der Oberfläche der Einschlusskörper anhaftenden Proteinen oder anderen, von den Isoprenoiden verschiedenen Verunreinigungen dient. Vorzugsweise erfolgt diese Reinigung durch das Waschen der abgetrennten definierten Kompartimente mit geeigneten. Waschlösungen. Als Waschlösungen kommen insbesondere Wasser oder salzhaltige Pufferlösungen in Betracht. Vorteilhaft kann es insbesondere sein, die im Verfahrensschritt iib) abgetrennten Einschlusskörper auch mit einer enzymhaltigen Waschlösung, beispielsweise einer wässrigen Proteinase-Lösung, zu behandeln, um Proteine, welche in den Einschlusskörpern eingeschlossen und/oder an der Oberfläche der Einschlusskörper haften, zu entfernen.The in this way separated defined inclusion bodies are then cleaned in process step iic), wherein this cleaning in particular for the separation of even in the Inclusion bodies contained or from on the surface the inclusion body adhering proteins or other, from the isoprenoids different impurities serves. Preferably This cleaning is done by washing the separated defined Compartments with suitable. Washing solutions. Come as washing solutions especially water or saline buffer solutions in Consideration. It may be advantageous in particular, in the process step iib) separated inclusion bodies also with an enzyme-containing Washing solution, for example an aqueous proteinase solution, to treat proteins present in the inclusion bodies enclosed and / or on the surface of the inclusion bodies stick to remove.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe leisten weiterhin die durch dieses Verfahren erhaltenen Isoprenoide, insbesondere jedoch die durch dieses Verfahren erhältlichen cis- Polyisoprene, trans-Polyisoprene oder Mischungen aus cis-Polyisoprenen und trans-Polyisoprenen.a Contribute to the solution of the problem mentioned above furthermore the isoprenoids obtained by this process, in particular however, the cis-polyisoprenes, trans-polyisoprenes obtainable by this process or mixtures of cis-polyisoprenes and trans-polyisoprenes.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe leistet weiterhin eine isolierte Nukleinsäure, deren Sequenz ausgewählt ist aus den folgenden Sequenzen:
- a) eine Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07,
- b) eine intronfreie Sequenz, die von einer Sequenz nach a) abgeleitet ist und das gleiche Protein oder Peptid kodiert wie die Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese intronfreie Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- c) eine Sequenz, die ein Protein oder Peptid kodiert, das die Aminosäure-Sequenz nach SEQ.-ID-Nr. 08, SEQ.-ID-Nr. 09, SEQ.-ID-Nr. 10, SEQ.-ID-Nr. 11, SEQ.-ID-Nr. 12, SEQ.-ID-Nr. 13 oder SEQ.-ID-Nr. 14 umfasst,
- d) eine Sequenz, die mit einer Sequenz nach a) bis c) zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 85%, besonders bevorzugt zu mindestens 90%, darüber hinaus bevorzugt zu mindestens 95% und am meisten bevorzugt zu mindestens 99% identisch ist, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyldiphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- e) eine Sequenz, die mit dem Gegenstrang einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis d) hybridisiert oder unter Berücksichtigung der Degeneration des genetischen Codes hybridisieren würde, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyldiphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- f) ein durch Substitution, Addition, Inversion und/oder Deletion einer oder mehrerer Basen erhaltenes Derivat einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis e), wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- g) eine Sequenz, die der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07 innerhalb der Degeneration des genetischen Codes entspricht, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert,
- h) eine Sequenz mit neutralen Sinnmutationen der SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07, wobei diese Sequenz vorzugsweise für ein Protein kodiert, welches die Übertragung einer Isopentenyl-diphosphat-Einheit auf einen allylischen Diphosphat-Initiator katalysiert, sowie
- i) eine komplementäre Sequenz zu einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis h).
- a) a sequence according to SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07,
- b) an intron-free sequence which is derived from a sequence according to a) and encodes the same protein or peptide as the sequence according to SEQ.ID-No. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, wherein said intron-free sequence preferably encodes a protein which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- c) a sequence which encodes a protein or peptide having the amino acid sequence according to SEQ.ID-No. 08, SEQ ID NO. 09, SEQ ID NO. 10, SEQ. ID. NO. 11, SEQ ID NO. 12, SEQ ID NO. 13 or SEQ ID NO. 14 comprises
- d) a sequence which is identical to a sequence according to a) to c) to at least 80%, preferably to at least 85%, particularly preferably to at least 90%, moreover preferably to at least 95% and most preferably at least 99% identical this sequence preferably encodes a protein which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- e) a sequence which would hybridise with the opposite strand of a sequence according to any one of groups a) to d) or would hybridize in consideration of the degeneracy of the genetic code, this sequence preferably coding for a protein which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit to one catalyses allylic diphosphate initiator,
- f) a derivative obtained by substitution, addition, inversion and / or deletion of one or more bases of a sequence according to one of the groups a) to e), this sequence preferably coding for a protein which comprises the transfer of an isopentenyl diphosphate unit catalyzes an allylic diphosphate initiator,
- g) a sequence corresponding to SEQ.ID.NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07 within the degeneracy of the genetic code, which sequence preferably encodes a protein which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator,
- h) a sequence with neutral sense mutations of SEQ ID NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07, wherein said sequence preferably encodes a protein which catalyzes the transfer of an isopentenyl diphosphate moiety to an allylic diphosphate initiator, and
- i) a complementary sequence to a sequence according to one of the groups a) to h).
Überraschend wurde festgestellt, dass eine Überexpression eines oder mehrerer dieser Gene mit SEQ.-ID-Nr. 01, SEQ.-ID-Nr. 02, SEQ.-ID-Nr. 03, SEQ.-ID-Nr. 04, SEQ.-ID-Nr. 05, SEQ.-ID-Nr. 06 oder SEQ.-ID-Nr. 07 aus dem russischen Löwenzahn in Mikroorganismen, wie beispielsweise E. coli-Zellen, dazu führt, dass diese Zellen nunmehr in der Lage sind, in Einschlusskörpern eingeschlossene Isoprenoide zu bilden. Diese Gene können daher einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um Zellen, insbesondere Mikroorganismen gentechnisch derart zu Verändern, dass diese Zellen zur gezielten Produktion von Isoprenoiden verwendet werden können.Surprisingly, it was found that overexpression of one or more of these genes with SEQ. ID. NO. 01, SEQ ID NO. 02, SEQ ID NO. 03, SEQ ID NO. 04, SEQ ID NO. 05, SEQ ID NO. 06 or SEQ ID NO. 07 from the Russian dandelion in microorganisms, such as E. coli cells, to results in these cells now being able to form isoprenoids included in inclusion bodies. These genes can therefore be used individually or in combination with one another in order to genetically modify cells, in particular microorganisms, in such a way that these cells can be used for the targeted production of isoprenoids.
Die Isolierung dieser Gene erfolgte dadurch, dass zunächst RNA für eine RT-PCR („Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction") aus dem Milchsaft (Latex) von T. kok-saghyz isoliert wurde. Unter Verwendung geeigneter Primer wurden dann die DNA-Sequenzen amplifiziert. Einzelheiten hierzu sind den Beispielen zu entnehmen.The Isolation of these genes was done by first RNA for RT-PCR (reverse transcription polymerase Chain Reaction ") from the latex of T. kok-saghyz has been. Using appropriate primers, the DNA sequences were then amplified. Details can be found in the examples.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin ein Vektor, vorzugsweise ein Expressionsvektor, umfassend eine DNA mit einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis h), wie vorstehend definiert. Als Vektoren kommen alle dem Fachmann bekannten Vektoren in Betracht, die üblicherweise zum Einschleusen von DNA in eine Wirtzelle eingesetzt werden. Bevorzugte Vektoren sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend Plasmide, wie etwa die E. coli-Plasmide pTE13, pTrc99A, pBR345 und pBR322, Viren, wie etwa Bakteriophagen, Adenoviren, Vacciniaviren, Baculoviren, Masernviren und Retroviren, Cosmide oder YACs, wobei Plasmide als Vektoren am meisten bevorzugt sind.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks furthermore a vector, preferably an expression vector, comprising a DNA having a sequence according to any one of groups a) to h), such as defined above. As vectors all known to the expert Vectors are usually considered for introduction be used by DNA in a host cell. Preferred vectors are selected from the group comprising plasmids, such as such as the E. coli plasmids pTE13, pTrc99A, pBR345 and pBR322, viruses, such as bacteriophages, adenoviruses, vaccinia viruses, baculoviruses, Measles viruses and retroviruses, cosmids or YACs, with plasmids as Vectors are most preferred.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vektors liegt die DNA mit einer Sequenz nach einer der Gruppen a) bis h) unter der Kontrolle eines regulierbaren Promotors, welcher zur Expression des von diesen DNA-Sequenzen kodierten Polypeptids in der Zelle eines Mikroorganismus, vorzugsweise einer Bakterien-, Hefe- oder Pilzelle, besonders bevorzugt einer Bakterien der Hefezelle, geeignet ist. Beispiele für solche Promotoren sind etwa der trp-Promotor oder der tac-Promotor.According to one preferred embodiment of the invention Vector is the DNA with a sequence according to one of the groups a) to h) under the control of a regulatable promoter, which for expression of the polypeptide encoded by these DNA sequences in the cell of a microorganism, preferably a bacterial, Yeast or Pil cell, more preferably a yeast cell, suitable is. Examples of such promoters are about the trp promoter or the tac promoter.
Der erfindungsgemäße Vektor sollte neben einem Promotor vorzugsweise eine Ribosomenbindungsstelle sowie einen Terminator umfassen. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße DNA in eine Expressionskassette des Vektors umfassend den Promotor, die Ribosomenbindungsstelle und den Terminator eingebaut ist. Neben den vorstehend genannten strukturellen Elementen kann der Vektor des Weiteren dem Fachmann bekannte Selektionsgene umfassen.Of the Vector of the invention should be in addition to a promoter preferably a ribosome binding site and a terminator include. It is particularly preferred that the inventive DNA into an expression cassette of the vector comprising the promoter, the ribosome binding site and the terminator is incorporated. Next The above-mentioned structural elements may be the vector furthermore comprise selection genes known to the person skilled in the art.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leisten weiterhin die Verwendung des vorstehend beschriebenen Vektors zur Transformation einer Zelle sowie die durch Transformation mit diesem Vektor erhaltene Zelle. Die Zellen, welche mit dem erfindungsgemäßen Vektor transformiert werden können, sind vorzugsweise diejenigen Zellen, die bereits eingangs als bevorzugte, erfindungsgemäße Zellen beschrieben worden sind.a Contribute to the solution of the tasks mentioned above the use of the vector described above for Transformation of a cell as well as transformation by this vector obtained cell. The cells which with the inventive Vector can be transformed are preferably those Cells, which are already considered at the beginning as preferred according to the invention Cells have been described.
Einen Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben leistet weiterhin ein isoliertes Polypeptid, welches die Aminosäure-Sequenz mit der SEQ.-ID-Nr. 08, SEQ.-ID-Nr. 09, SEQ.-ID-Nr. 10, SEQ.-ID-Nr. 11, SEQ.-ID-Nr. 12, SEQ.-ID-Nr. 13 oder SEQ.-ID-Nr. 14, oder eine Aminosäuresequenz, die eine Identität von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 55%, darüber hinaus bevorzugt mindestens 60%, darüber hinaus bevorzugt mindestens 65% und am meisten bevorzugt mindestens 70% zur Aminosäure-Sequenz gemäß SEQ.-ID-Nr. 08, SEQ.-ID-Nr. 09, SEQ.-ID-Nr. 10, SEQ.-ID-Nr. 11, SEQ.-ID-Nr. 12, SEQ.-ID-Nr. 13 oder SEQ.-ID-Nr. 14 besitzt, aufweist.a Contribute to the solution of the above-mentioned tasks furthermore, an isolated polypeptide containing the amino acid sequence with the SEQ ID NO. 08, SEQ ID NO. 09, SEQ ID NO. 10, SEQ. ID. NO. 11, SEQ ID NO. 12, SEQ ID NO. 13 or SEQ ID NO. 14, or one Amino acid sequence that has an identity of at least 50%, preferably at least 55%, moreover preferred at least 60%, moreover at least 65% and most preferably at least 70% to the amino acid sequence according to SEQ.-ID-No. 08, SEQ ID NO. 09, SEQ ID NO. 10, SEQ. ID. NO. 11, SEQ ID NO. 12, SEQ ID NO. 13 or SEQ ID NO. 14 has.
Die Erfindung wird nun anhand nicht limitierender Beispiele und Abbildungen näher erläutert.The The invention will now be described by way of non-limiting examples and drawings explained in more detail.
Im
Zytoplasma der Zelle, welche in den
BeispieleExamples
Isolierung der Gene mit den Sequenzen gemäß SEQ.-ID-Nr. 01 bis 07Isolation of the genes with the sequences according to SEQ.-ID-No. 01 to 07
Für
die Isolierung der Gene mit den Sequenzen gemäß SEQ.-ID-Nr.
05, SEQ.-ID-Nr. 06 und SEQ.-ID-Nr. 07 (nachfolgend srpp1-tk, srpp2-tk
und srpp3-tk genannt) wurden jeweils spezifische Vorwärts- und
Rückwärts-Primer von Sequenzen einer cDNA-Bank,
die mittlerweile öffentlich zugänglich ist (
Zur Amplifikation der Gene wurde RNA für eine RT-PCR („Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction") aus dem Milchsaft (Latex) von T. kok-saghyz isoliert.to Amplification of the genes was RNA for RT-PCR ("Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction ") from the Milk Juice (Latex) isolated from T. kok-saghyz.
Dazu wurden 100 μl Latex in 100 μl RNA-Homogenisationspuffer (4 M Guanidiniumisothiocyanat, 100 mM Tris/HCl, pH 7) gegeben, mit 800 μl TriFast® (Firma PegLab) versetzt und nach Angaben des Herstellers verfahren. In die RT wurden 2 μg der Gesamt-RNA eingesetzt und mittels der Reversen Transkriptase „Super ScriptII" (Firma Invitrogen) unter Verwendung der Primer srpp-TK1-3 rev (SEQ.-ID-Nr. 16, SEQ.-ID-Nr. 18 und SEQ.-ID-Nr. 20 bzw. des Primers „Adaptor-dT" (SEQ.-ID-Nr. 22) in EinzelstrangcDNA transkribiert. In der nachfolgenden PCR wurden die entsprechenden Vorwärts-Primer (SEQ.-ID-Nr. 15, SEQ.-ID-Nr. 17, SEQ.-ID-Nr. 19 und SEQ.-ID-Nr. 21) mit dem Primer „Adaptor" (SEQ.-ID-Nr. 23) kombiniert, so dass für die srpp-Gene bereits volle Länge cDNAs und für die cpt-Gene cDNA-Teilfragmente erhalten wurden. Zur Vervollständigung der cpt-Sequenzen wurde mit dem „Genome Walker Universal Kit (Firma Clontech)" mit dem Primer „cpt-revGW" (SEQ.-ID-Nr. 24), dessen Sequenz vom cDNA-Teilfragment abgeleitet worden war, eine Verlängerung in 5' Richtung durchgeführt. Insgesamt wurden so vier verschiedene cpt-Gene erhalten, deren volle Länge cDNAs mit den spezifischen Primern (SEQ.-ID-Nr. 25 bis SEQ.-ID-Nr. 30) amplifiziert wurde.For this purpose, 100 .mu.l of latex in 100 .mu.l RNA homogenization buffer (4 M guanidinium isothiocyanate, 100 mM Tris / HCl, pH 7) were added, mixed with 800 .mu.l TriFast ® (company PegLab) and according to the manufacturer. 2 μg of the total RNA were inserted into the RT and were purified by means of the reverse transcriptase "Super Script II" (Invitrogen) using the primers srpp-TK1-3 rev (SEQ.-ID No. 16, SEQ. ID 18 and SEQ.ID.NO.:20 or the primer "adapter-dT" (SEQ ID NO: 22) were transcribed into single-stranded cDNA. No. 15, SEQ ID No. 17, SEQ ID No. 19, and SEQ ID No. 21) with the primer "adapter" (SEQ ID No. 23), so full length cDNAs were obtained for the srpp genes and partial cDNA fragments for the cpt genes. "To complete the cpt sequences, the" Genome Walker Universal Kit (Clontech) "with the primer" cpt-revGW "( SEQ.ID.NO.:24), the sequence of which was derived from the partial cDNA fragment, performed an extension in the 5 'direction to give a total of four different cpt genes, the full length of which were cDNAs containing the specific primers (SEQ. ID No. 25 to S EQ.-ID No. 30) was amplified.
Herstellung von ExpressionsvektorenProduction of expression vectors
a) Herstellung des Expressionsvektors pEXP5CT::srpp3-tk (umfasst das kleine Gummi-Bindeprotein aus Taraxacum kok-saghyz (russischer Löwenzahn)a) Preparation of the expression vector pEXP5CT :: srpp3-tk (includes the small gum-binding protein from Taraxacum kok-saghyz (Russian dandelion)
Die Klonierung des Gens srpp3-tk in den bakteriellen T7-Expressionsvektor pEXP5CT wurde zur zukünftigen Expression eines C-Terminalen 6 × His Fusionsproteins (Srpp3-tkCT 6 × His) herangezogen. Dieses Fusionsprotein sollte eine zukünftige Aufreinigung und Immunodetektion des small rubber particle Proteins ermöglichen bzw. erleichtern. Das Prinzip des TOPO-Vektors pEXP5CT basiert auf der kovalenten Verknüpfung eines mittels Taq-Polymerase amplifizierten PCR-Produkts mit dem linearisierten Zielvektor durch eine Vektorgebundene Topoisomerase. Hierzu wurden das 717 bp große Fragment mit Hilfe der Oligonukleotide Srpp3_TOPO_start_5' und Srpp3_TOPO_nostop_3' (SEQ.-ID-Nr. 31 und SEQ.-ID-Nr. 32) durch PCR amplifiziert. Hierbei wurde die Taq-DNA-Polymerase eingesetzt, um 3'-A-Überhänge zu erzeugen. Der 5'-Primer generierte keine weiteren Schnittstellen und war mit dem ersten Sequenzabschnitt identisch. Der verwendete 3'-Primer entfernte stattdessen das Stopcodon (TGA), um ein vollständiges Ablesen des vektoriell codierten Hexahistidin-Fusionspoteins zu ermöglichen. Die nach der PCR erhaltenen verkürzten srpp3-tk-Fragmente mit einer Größe von 714 bp wurden in einem Agarosegel aufgetrennt, ausgeschnitten und für die weitere Verwendung aufgereinigt. Anschließend erfolgte eine Ligation in den Topo-Vektor pEXP5CT. Aufgrund der hohen Ligationseffizienz des Topoisomerase-Vektor-Systems konnte eine Ligationseffizienz von 90% beobachtet werden. Von ausgewählten Kolonien, welche nach der Transformation in E. coli TOP10 auf LB-Ampicillin-Platten gewachsene waren, wurde Plasmid-DNA isoliert und mit den Primern TOPO Fw und TOPORev (SEQ.-ID-Nr. 33 und SEQ.-ID-Nr. 34) sequenziert. Ein positiver E. coli TOP10 Klon und dessen präparierte pEXP5CT::srpp3-tk Plasmide wurde abschließend für weiterführende Untersuchungen eingesetzt, in verschiedene DE3-Expressionsstämme transformiert und konserviert.The cloning of the gene srpp3-tk into the bacterial T7 expression vector pEXP5CT was used for the future expression of a C-terminal 6 × His fusion protein (Srpp3-tkCT 6 × His). This fusion protein should facilitate or facilitate future purification and immunodetection of the small rubber particle protein. The principle of the TOPO vector pEXP5CT is based on the covalent linkage of a Taq polymerase amplified PCR product with the linearized target vector by a vector-bound topoisomerase. For this purpose, the 717 bp fragment was amplified by PCR using the oligonucleotides Srpp3_TOPO_start_5 'and Srpp3_TOPO_nostop_3' (SEQ ID NO: 31 and SEQ ID NO: 32). Here, the Taq DNA polymerase was used to generate 3'-A overhangs. The 5 'primer did not generate any further interfaces and was identical to the first sequence segment. The 3 'primer used instead removed the stop codon (TGA) to allow complete reading of the vectorially encoded hexahistidine fusion pot. The 714 bp truncated srpp3-tk fragments obtained after the PCR were separated in an agarose gel, excised, and purified for further use. This was followed by ligation into the topo vector pEXP5CT. Due to the high ligation efficiency of the topoisomerase vector system, a ligation efficiency of 90% could be observed. From selected colonies following transformation into E. coli TOP10 on LB ampicillin plates plasmid DNA was isolated and sequenced with the primers TOPO Fw and TOPORev (SEQ ID NO: 33 and SEQ ID NO: 34). A positive E. coli TOP10 clone and its prepared pEXP5CT :: srpp3-tk plasmids were finally used for further investigations, transformed into various DE3 expression strains and preserved.
b) Herstellung des Expressionsvektors pET23a::hrt2-jk (umfasst die cis-1,4-Prenyl-Transferase aus Hevea brasiliensis)b) Preparation of the expression vector pET23a :: hrt2-jk (includes the cis-1,4-prenyltransferase from Hevea brasiliensis)
Zur Herstellung des Expressionsvektors pET23a::hrt2-jk wurde die codon usage der cis-1,4-Prenyl-Transferase hrt2 aus Hevea brasiliensis hinsichtlich einer heterologen Expression in E. coli am Computer optimiert und ein neues Gen (hrt2-jk) mit identischer Aminosäuresequenz zu hrt2 synthetisiert (Genscript Corp., USA). Zusätzlich wurden gebräuchliche Restriktionsschnittstellen für weitergehende Klonierungen aus der optimierten Nukleotidsequenz herausgerechnet, um eine einfache Subklonierung zu ermöglichen. Als flankierende Restriktionsschnittstellen wurden NdeI und EcoRI gewählt. Die Schnittstellen NdeI und EcoRI ermöglichten eine direkte Subklonierung in den Vektor pET23a. Das synthetische Gen hrt2-jk wurde in dem bakteriellen Klonierungsvektor pUC57 ausgeliefert. Ausgehend von dem Plasmid pUC57::hrt2-jk wurde ein Restriktionsverdau mit den Enzymen NdeI und EcoRI durchgeführt und das Strukturgen in einem Agarosegel zur weiteren Verwendung aufgereinigt. Um den Zielvektor pET23a für eine Ligation vorzubereiten, wurde auch dieser mit den Enzymen NdeI und EcoRI vollständig verdaut und in einem Agarosegel aufgereinigt. Es folgte eine Ligation von Strukturgen und Zielvektor. Positive Klone, bzw. dessen präparierte pET23a::hrt2-jk Plasmide wurden abschließend vollständig sequenziert, für weiterführende Untersuchungen in verschiedene Expressionstämme transformiert und konserviert.to Production of the expression vector pET23a :: hrt2-jk became the codon usage of cis-1,4-prenyltransferase hrt2 from Hevea brasiliensis optimized for heterologous expression in E. coli on the computer and a new gene (hrt2-jk) with identical amino acid sequence to hrt2 synthesized (Genscript Corp., USA). additionally were common restriction sites for further cloning from the optimized nucleotide sequence calculated out to allow a simple sub-cloning. As flanking restriction sites were NdeI and EcoRI selected. The interfaces NdeI and EcoRI enabled a direct subcloning into the vector pET23a. The synthetic one Gene hrt2-jk was delivered in the bacterial cloning vector pUC57. Starting from the plasmid pUC57 :: hrt2-jk was a restriction digest carried out with the enzymes NdeI and EcoRI and the structural gene in an agarose gel for further use. To the Target vector pET23a was prepared for ligation also this with the enzymes NdeI and EcoRI completely digested and purified in an agarose gel. There followed a ligation of structural gene and target vector. Positive clones, or its prepared pET23a :: hrt2-jk plasmids were finally complete sequenced, for further investigations transformed into different expression strains and preserved.
c) Herstellung des Expressionsvektors pET23a::cpt1-tk (umfasst eine cis-1,4-Prenyl-Transferase aus Taraxacum kok-saghyz)c) Preparation of the expression vector pET23a :: cpt1-tk (comprises a taraxacum cis-1,4-prenyltransferase kok-saghyz)
Die Klonierung des Gens für die cis-1,4-Prenyltransferase cpt1-tk in den Vektor pET23a wurde zur Expression des Gens in das native Protein herangezogen. Ausgehend von einem bakteriellen Zwischenklonierungsvektor (pCRII-TOPO::cpt1-tk) mit dem Gen cpt1-tk, wurde der hierfür codierende Genabschnitt zur Erzeugung von geeigneten Restriktionsschnittstellen mittels Polymerasenkettenreaktion (PCR) amplifiziert. Hierzu wurden das 927 bp große DNA-Fragment mit Hilfe der Oligonukleotide Cpt VspI 5' und Cpt EcoRI 3' (SEQ.-ID-Nr. 35 und SEQ.-ID-Nr. 36) mittels PCR amplifiziert. Hierbei wurde die Pfx-DNAPolymerase eingesetzt, welche eine proof reading function besitzt. Der 5'-Primer generierte vor dem bereits im Gen enthaltenen Startcodon die Restriktionststelle für VspI. Die Verwendung von VspI ermöglichte nach dem Verdau mit dem gleichnamigen Enzym das Vorhandensein eines kompatiblen Überhangs zu NdeI-verdauten Restriktionsstellen im Zielvektor. Der Einsatz und die Erzeugung dieser Schnittstelle wurde Notwendig, da cpt1-tk bereits eine NdeI-Erkennungstelle besaß. Der verwendete 3'-Primer fügte an die Genterminationssequenz (TAA) eine Restriktionsschnitstelle für EcoRI an. Die nach der PCR erhaltenen. DNA-Fragmente mit einer Größe von 950 bp wurden in einem Agarosegel aufgetrennt und für die weitere Verwendung aufgereinigt. Die aufgereinigten PCR-Fragmente durch die Restrikionsenzyme VspI und EcoRI verdaut. Der Zielvektor pET23a wurde zuvor aus E. coli-Zellen isoliert, gereinigt und durch die Restriktionsendonukleasen NdeI und EcoRI über Nacht verdaut. Das linearisierte Vektorfragment wurde abschließend noch über ein Agarosegel aufgereinigt und in den linearisierten Vektor pET23a ligiert. Durch die Verwendung zweier unterschiedlichen Schnittstellen für die Restriktionsendonukleasen VspI und EcoRI wurde die gewünschte Orientierung des Fragmentes im Vektor zwangsläufig sichergestellt. Nach der Ligation wurden dauerhaft kompetente E. coli TOP10 Zellen mit den Ligationsansätzen transformiert und auf ampicillinhaltige LB-Agar-Platten ausgestrichen. Eine Überprüfung der erhaltenden Klone auf Träger des cpt1-tk Gens erfolgte durch eine Plasmidisolation und einem anschließendem Verdau mit den Enzymen XbaI und EcoRI. Der Einsatz von XbaI als 5'-Kontrollschnitstelle vor dem Gen im Vektor pET23a wurde notwendig, da durch die Ligation der vektoriell verdauten Schnittstelle NdeI mit dem kompatiblen VspI-Überhang aus dem Verdau des cpt1-tk Inserts verlorenging. Positive Klone, bzw. dessen präparierte pET23a::cpt1-tk Plasmide wurden abschließend vollständig sequenziert, für weiterführende Untersuchungen in Expressionsstämme transformiert und konserviert.The Cloning of the gene for the cis-1,4-prenyltransferase cpt1-tk in the vector pET23a was used to express the gene in the native Protein used. Starting from a bacterial intermediate cloning vector (pCRII-TOPO :: cpt1-tk) with the gene cpt1-tk, was the one for this coding gene section for the generation of suitable restriction sites amplified by polymerase chain reaction (PCR). For this purpose were the 927 bp DNA fragment using the oligonucleotides Cpt VspI 5 'and Cpt EcoRI 3' (SEQ.ID.NO.:35 and SEQ.ID.NO.:36) amplified by PCR. Here, the Pfx-DNAPolymerase was used, which has a proof reading function. The 5 'primer generated before the start codon already contained in the gene, the restriction site for VspI. The use of VspI enabled after digestion with the enzyme of the same name presence of one compatible overhang to NdeI-digested restriction sites in the destination vector. The use and generation of this interface became necessary because cpt1-tk already had an NdeI recognition site. The used 3 'primer added to the gene termination sequence (TAA) a restriction site for EcoRI. The after the PCR obtained. DNA fragments of one size of 950 bp were separated in an agarose gel and used for the further use purified. The purified PCR fragments digested by the restriction enzymes VspI and EcoRI. The target vector pET23a was previously isolated, purified and purified from E. coli cells the restriction endonucleases NdeI and EcoRI overnight digested. The linearized vector fragment became final still on an agarose gel purified and linearized in the Vector pET23a ligated. By using two different Interfaces for the restriction endonucleases VspI and EcoRI became the desired orientation of the fragment inevitably ensured in the vector. After the ligation were permanently competent E. coli TOP10 cells with the ligation approaches transformed and streaked on ampicillin-containing LB agar plates. A check of the receiving clones on carriers of the cpt1-tk gene was carried out by a plasmid isolation and a subsequent digestion with the enzymes XbaI and EcoRI. Of the Use of XbaI as the 5 'control site in front of the gene in the vector pET23a became necessary because of the ligation of the vectorially digested Interface NdeI with the compatible VspI overhang lost the digestion of the cpt1-tk insert. Positive clones, or its prepared pET23a :: cpt1-tk plasmids were final completely sequenced, for continuing Studies in expression strains transformed and conserved.
d) Herstellung des Expressionsvektors pETDuet1::hrt2-jk::srpp3-tk (umfasst eine cis-1,4-Prenyl-Transferase aus Hevea brasiliensis und das kleine Gummi-Bindeprotein aus Taraxacum kok-saghyz)d) Preparation of the expression vector pETDuet1 :: hrt2-jk :: srpp3-tk (comprises a cis-1,4-prenyltransferase Hevea brasiliensis and the small gum-binding protein from Taraxacum kok-saghyz)
Durch die bereits bei der Klonierung von srpp3-tk gewählten Schnittstellen im Vektor pET23a war es möglich, das gesamte Gen in die MCS 2 subzuklonieren. Hierfür wurde das aufgereinigte Expressionsplasmid pET23a::srpp3-tk mit den Restriktionsenzymen NdeI und XhoI verdaut und gereinigt. Mit den gleichnamigen Restriktionsenzymen und der identischen Prozedur wurde der Vektor pETDuet-1 behandelt und anschließend zusammen mit dem zuvor durch Restriktion isolierten Strukturgen srpp3-tk unter Erhalt des Vektors pETDuet-1::srpp3-tk ligiert.The cleavage of srpp3-tk in the pET23a vector enabled subcloning of the entire gene into the MCS 2. For this, the purified expression plasmid pET23a :: srpp3-tk was digested with the restriction enzymes NdeI and XhoI and purified. With the restriction enzymes of the same name and the identical procedure, the vector pETDuet-1 was treated and subsequently ligated together with the previously restricted by restriction structural gene srpp3-tk to obtain the vector pETDuet-1 :: srpp3-tk.
Durch die bereits bei der Konstruktion des Plasmids pET23a::hrt2-jk gewählten Schnittstellen war es auch möglich, das vollständige Gen hrt2-jk mitsamt ribosomaler Bindungsstelle in die multiple Klonierungsstelle 1 (MCS1) des Vektors pETDuet-1::srpp3-tk zu integrieren. Hierfür wurde das aufgereinigte Plasmid pET23a::hrt2-jk mit XbaI und EcoRI verdaut und das Genfragment gereinigt. Der mit den gleichen Restriktionsenzymen restringierte Vektor pETDuet-1::srpp3-tk wurde anschließend mit dem Gen hrt2-jk unter Erhalt des Expressionsvektors pETDuet1::hrt2-jk::srpp3-tk ligiert.By those already chosen in the construction of the plasmid pET23a :: hrt2-jk Interfaces, it was also possible to complete the Gene hrt2-jk with ribosomal binding site in the multiple cloning site 1 (MCS1) of the vector pETDuet-1 :: srpp3-tk. Therefor was the purified plasmid pET23a :: hrt2-jk with XbaI and EcoRI digested and the gene fragment purified. The one with the same restriction enzymes restricted vector pETDuet-1 :: srpp3-tk was subsequently added with the gene hrt2-jk to obtain the expression vector pETDuet1 :: hrt2-jk :: srpp3-tk ligated.
Transformation von ZellenTransformation of cells
Zunächst wurden kompetente E. coli-Zellen hergestellt. Dazu wurden die zu transformierenden E. coli-Stämme ausgehend von einer Vorkultur in 50 ml LB-Medium bis zu einer OD600nm von 0,3 bis 0,5 bei 37°C auf einem Rotationsschüttler (Controlled environment incubator shaker, Firma New Brunswick Scientific Co. Inc., Edison, USA) angezogen und steril in 10 ml Ansätzen durch Zentrifugation bei 3.500 Upm für 10 min bei 4°C geerntet. Die sedimentierten Zellen wurden in 5 ml einer eiskalten 0,1 M CaCl2-Lösung aufgenommen und für 10 min auf Eis inkubiert. Die Zentrifugation wurde unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Das Pellet wurde anschließend in 0,5 bis 1 ml 0,1 M CaCl2-Lösung resuspendiert und die Zellen bis zur Transformation, jedoch maximal 24 h, auf Eis gelagert.First, competent E. coli cells were prepared. For this purpose, the E. coli strains to be transformed, starting from a preculture in 50 ml of LB medium to an OD 600 nm of 0.3 to 0.5 at 37 ° C on a rotary shaker (Controlled environment incubator shaker, New Brunswick Scientific Co. Inc., Edison, USA) and harvested sterile in 10 ml batches by centrifugation at 3500 rpm for 10 minutes at 4 ° C. The sedimented cells were taken up in 5 ml of an ice-cold 0.1 M CaCl 2 solution and incubated on ice for 10 min. The centrifugation was repeated under the same conditions. The pellet was then resuspended in 0.5 to 1 ml of 0.1 M CaCl 2 solution and the cells were stored on ice until transformation, but for a maximum of 24 hours.
Der Transfer von DNA in E. coli Zellen erfolgte durch Transformation der vorstehend erhaltenen, kompetenten Zellen. Je 200 μl kompetente E. coli Zellen wurden hierzu mit 50–250 μg der Expressionsvektoren gut durchmischt. Zur Adsorption der DNA an der Oberfläche wurden die Zellen für 30 min auf Eis inkubiert. Durch einen Hitzeschock der Zellen für exakt 90 Sekunden bei 42°C sowie einem kurzen Abkühlen auf Eis für 2–5 min wurde die DNA von den Zellen aufgenommen. Zur Regeneration der Zellen und zur Ausprägung der Plasmidcodierten Antibiotikaresistenz wurden dem Transformationsansatz 600 μl LB-Medium steril zugegeben und die Zellen für 60–90 min bei 37°C inkubiert. Abschließend wurden Aliquots von 70–200 μl auf Selektivagar ausplattiert und zur Isolierung der rekombinanten Klone über Nacht bei 37°C kultiviert. Zur Kontrolle wurde ein Ansatz ohne DNA mitgeführt.Of the Transfer of DNA into E. coli cells was by transformation the competent cells obtained above. 200 μl each competent E. coli cells were given 50-250 μg the expression vectors well mixed. For adsorption of the DNA on the surface, the cells were incubated for 30 min incubated on ice. Heat shocked the cells for exactly 90 seconds at 42 ° C and a short cooling on ice for 2-5 min was the DNA from the cells added. For the regeneration of cells and expression the plasmid-encoded antibiotic resistance were the transformation approach 600 .mu.l LB medium added sterile and the cells for Incubated at 37 ° C for 60-90 min. Finally aliquots of 70-200 μl were plated on selective agar and to isolate the recombinant clones overnight Cultured at 37 ° C. The control was a batch without DNA carried.
Durch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise wurden folgende rekombinante Zellen erhalten:
- 1. E. coli Origami (DE3)plysS pET23a::srpp3-tk
- 2. E. coli Rosetta-gami B(DE3)plusS pEP23a::hrt2-jk
- 3. E. coli Rosetta-gami B(DE3)plysS pETdUET-1::hrt2-jk::srpp3-tk
- 4. E. coli Rosetta-gami B(DE3)plysS pET23a::cpt1-tk
- 5. E. coli Rosetta-gamiB(DE3)plysS pEXP5CT::srpp3-tk
- 1. E. coli origami (DE3) plysS pET23a :: srpp3-tk
- 2. E. coli Rosetta gami B (DE3) plus S pEP23a :: hrt2-jk
- 3. E. coli Rosetta gami B (DE3) plysS pETdUET-1 :: hrt2-jk :: srpp3-tk
- 4. E. coli Rosetta gami B (DE3) plysS pET23a :: cpt1-tk
- 5. E. coli Rosetta gamiB (DE3) plysS pEXP5CT :: srpp3-tk
Elektronenmikroskopische AnalysenElectron microscopic analyzes
Für die elektronenmikroskopischen Untersuchungen der erzeugten rekombinanten E. coli Zellen hinsichtlich intrazellulär auftretender Einschlusskörper und morphologischen Veränderungen wurden diese, sofern nicht abweichend angegeben, in LB-Medium kultiviert, gewaschen und durch Zentrifugation geerntet. Eine Fixierung der Zellen erfolgte sowohl durch Behandlung/Resuspendierung mit 0,5% (w/v) Glutaraldehyd in Sörensen-Phosphat-Puffer als auch durch 1% (w/v) Osmiumtetroxid. Im Anschluss wurden die Präparate entwässert, in Spurr-Harz eingebettet und mittels eines Diamand-Schneiders in ca. 70 nm dicke Schnitte zerteilt. Die bei der Präparation durchgeführten Einbettungs- und Schneideschritte erfolgten in der Arbeitsgruppe von Prof. R. Reichelt, Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Die transmissionselektronischen Aufnahmen an einem Hitachi H500 (Hitachi Ltd. Corporation, Tokio, Japan) wurden bei einer Beschleunigungsspannung von 75 kV eigenständig durchgeführt.For the electron microscopic examinations of the produced recombinant E. coli cells with respect to intracellular occurring Inclusion bodies and morphological changes these were, unless otherwise specified, cultivated in LB medium, washed and harvested by centrifugation. A fixation of Cells were both treated / resuspended at 0.5%. (w / v) glutaraldehyde in Sörensen phosphate buffer as well by 1% (w / v) osmium tetroxide. Following were the preparations drained, embedded in spurr resin and by means of a Cut diamond cutters into approx. 70 nm thick sections. The at the preparation performed embedding and Cutting steps were carried out in the working group of Prof. R. Reichelt, Institute of Medical Physics and Biophysics of the Westphalian Wilhelms University Münster. The transmission electronic Recordings on a Hitachi H500 (Hitachi Ltd. Corporation, Tokyo, Japan) became self-sufficient at an acceleration voltage of 75 kV carried out.
Test zur Bestimmung der Prenyl-Transferase-Aktivität in zellfreien RohextraktenAssay for determination of prenyltransferase activity in cell-free crude extracts
Um
eine Aussage über die funktionelle Aktivität der
Prenyltransferasen zu treffen, wurde ein auf Latexpartikel basierendes
Enzymassay etabliert und durchgeführt. In diesem Enzymtest
kamen zellfreie Rohextrakte der rekombinanten E. coli -Zellen zum
Einsatz. Hierzu wurden Zellen von E. coli in LB-Medium, bei 37°C in
einem Rotationsschüttler (Fa. New Brunswick Scientific
Co. Inc., Edison, USA) angezogen und bei 37°C über
Nacht kultiviert. Den Medien wurde zudem ein geeignetes Antibiotikum
zugesetzt. Zur Anzucht in Flüssigmedien wurden Erlenmeyerkolben
verwendet, wobei das Volumenverhältnis von Gefäß zu
Flüssigkeit 10:1 bis 5:1 betrug. Vorkulturen wurden ausgehend
von einer Reinkultur auf Festmedium in Reagenzgläsern mit
5 ml LB-Medium oder Erlenmeyerkolben mit je 30 ml LB-Flüssigmedium
hergestellt. Für das Animpfen der Hauptkulturen wurden
gut gewachsene Vorkulturen verwendet, wobei das Inokulum für
die Hauptkultur 0,1–5% des Volumens der Vorkultur entsprach.
Hierzu wurde eine Einzelkolonie von E. coli Zellen als Impfgut verwendet
und in der Regel bei 37°C bis zum Erreichen einer optischen
Dichte (OD600 nm) von 0,7 kultiviert. Anschließend wurden
die Kulturen mit 1 mM IPTG für 3h bei 37°C induziert.
Der Einsatz von Klettkolben erlaubte ein komfortables Überprüfen
der Optischen Dichte (OD). Mit Hilfe eines Klett-Summerson-Colorimeters
(Filter Nr. 54; Manostat Corporation Cat. Nr. 76-550-220, USA) wurde
die OD der Kultur bei 520–580 nm verfolgt. Alternativ wurde
das Zellwachstum durch Messung der OD mit einem Photometer (Ultrospec
2000 UV/Visible Spectrophotometer, Fa. Pharmacia Biotech, Freiburg,
Deutschland) bei einer Wellenlänge von 600 nm ermittelt.
Als Referenz diente hierbei steriles Medium. Proben mit einer OD600
nm > 0,3 wurden mit
Medium in geeigneter Weise verdünnt und erneut gemessen.
Anschließend erfolgte die Zellernte. Zur Zellernte wurden
jeweils bis zu 50 ml Zellsuspension in 50 ml Falcontubes aliquotiert
und durch Zentrifugation für 15–30 min bei 3.500 × g
und 4°C geerntet. Aus größeren Kulturvolumina
wurden die Zellen durch Zentrifugation in einer Sorvall RC-5B Zentrifuge
(Fa. Du Pont de Nemours, Newton, Conn., USA) bei 6.000 Upm (Rotor
GS3) bei 4°C für 20 min geerntet. Der Zellaufschluss
mittels French-Press erfolgte durch dreimalige Passage einer eisgekühlten French-Press-Zelle
(Fa. Amicon, Silver Spring, Maryland, USA) bei einem Druck von 130
MPa. Zellfreie Rohextrakte wurden durch Zentrifugation für
20 Min bei 13.000 × g in einer Kühlzentrifuge
bei 4°C gewonnen. Der auf diese Weise gewonnene Rohextrakt
wurde bis zum Gebrauch auf Eis gelagert. Die Bestimmung der Proteinkonzentration
in wässriger Lösung erfolgte anhand der kolorimetrischen
Proteinbestimmung nach BRADFORD 1976. Die Ermittlung der Proteinkonzentration
in wässriger Lösung beruht auf der Bildung eines
Farbstoff-Protein-Komplexes, bei dem das Absorptionsmaximum des
Farbstoffes von 465 nm nach 595 nm verschoben wird. Für
den Test wurden 20 μl Probe mit 980 μl Bradfordreagenz
(s. u.) vermischt und für 10 min. lichtgeschützt
bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurde die Extinktion
bei einer Wellenlänge von 595 nm mit dem Ultraspec III® Photometer
(Fa. Pharmacia LKB, Uppsala, Schweden) gegen den Leerwert des entsprechend
eingesetzten Puffers gemessen. Als Referenz wurde eine Messung mit
Rinderserumalbumin (BSA) im Bereich von 100–900 μg
Protein ml-1 durchgeführt und eine Kalibrationsgerade erstellt.
Befand sich die Extinktion einer Probe oberhalb des Kalibrationsbereichs,
so wurde sie mit dem entsprechenden Puffer verdünnt. Hierbei
haben die Pufferbestandteile in der verwendeten Konzentration keinen
negativen Einfluss auf den Test.
Durch
die Bestimmung der Proteinkonzentrationen konnten für den
nachfolgenden Enzymtest definierte Proteinkonzentrationen eingesetzt
werden. Der hier verwendete Latex-Partikel-basierende Enzymtest
dient der radiometrischen Messung der Prenyl-Transferase-Aktivität.
Die 14C-IPP Monomere werden an bereits bestehende
Polyisopreneinheiten der zugefügten aufgereinigten Latex-Partikel
aus T. kok-saghyz durch eine Kondensationsreaktion sukzessive in
Form einer Kettenverlängerungsreaktion angehängt.
Eine sich nach der Reaktion anschließende Extraktion von
sowohl kurz- als auch langkettigen Polyisoprenen erfasst das radioaktiv
markierte Polyisopren. Die Radioaktivität dieser Fraktionen
kann durch Szintillationszählung quantitativ bestimmt werden.
Im Folgenden ist der Ansatz zur radiometrischen Bestimmung der Prenyl-Transferase-Aktivität aufgeführt.
Für den Enzymtest wurden stets 20 μg Rohextrakte
folgender E. coli Stämme verwendet: K, Kontrollansatz ohne
Zugabe externer Prenyl-Transferasen, 1 20 μg zellfreies
Rohextrakt aus E. coli Rosetta-gami B(DE3)plysS (pET23a::cpt1-tk),
2, 20 μg zellfreier Rohextrakt aus E. coli Origami (DE3)pLysS (pET23a::hrt2-jk),
3, 20 μg zellfreier Rohextrakt aus E. coli Rosetta-gami
B(DE3)plysS (pEXP5CT::srpp3-tk), 4 10 μg zellfreier Rohextrakt
aus E. coli Rosetta-gami B(DE3)plysS (pET23a::cpt1-tk) und 10 μg
zellfreies Rohextrakt aus E. coli Rosetta-gami B(DE3)plysS (pEXP5CT::srpp3-tk).
Der Reaktionsansatz wurde in 1,5 ml Reaktionsgefäße pipettiert, für 4 h bei 30°C inkubiert und anschließend mit 0,6 ml 1-Butanol extrahiert. Hierzu wurde nach Zugabe von 1-Butanol der Reaktionsansatz auf einem Vortex-Schüttler des Typs VV3 (VWR International GmbH, Darmstadt, Deutschland) mit passendem Reaktionsgefäß-Aufsatz für 15 Minuten bei Raumtemperatur stark schüttelnd inkubiert. Anschließend erfolgte eine Zentrifugation bei 14.000 × g. Die sich nun oben befindende 1-Butanol-Phase wurde vorsichtig ohne Beschädigung der mittleren Proteinschicht abgenommen und direkt in ein Szintillationsgefäß mit 3 ml IRGASAFE plus Szintillationscocktail (Zinsser Analytic GmbH, Frankfurt, Deutschland) überführt. Die übrige wässrige Phase und die Proteinschicht wurden 2 mal mit 0,6 ml Toluol/Hexan (Mischungsverhältnis 1:1) auf die gleiche Weise extrahiert.Of the Reaction batch was in 1.5 ml reaction vessels pipetted, incubated for 4 h at 30 ° C and then extracted with 0.6 ml of 1-butanol. To this was added after addition of 1-butanol the reaction mixture on a vortex shaker of the type VV3 (VWR International GmbH, Darmstadt, Germany) with matching Reaction vessel attachment for 15 minutes shaking vigorously at room temperature. Subsequently centrifugation was carried out at 14,000 × g. They are now The top 1-butanol phase became cautious without damage taken from the middle protein layer and directly into a scintillation vial with 3 ml IRGASAFE plus scintillation cocktail (Zinsser Analytic GmbH, Frankfurt, Germany). The rest aqueous phase and the protein layer were washed 2 times 0.6 ml of toluene / hexane (mixing ratio 1: 1) to the same Way extracted.
Hierbei
wurden die vereinigten Toluol/Hexan Extrakte ebenfalls einem Szintillationsgefäß mit
3 ml IRGASAFE plus Szintillationscocktail zugeführt und
abschließend die Zerfallsrate (Zerfälle pro Minute,
DPM) in einem Szintillationszähler (LS 6500) gemessen.
Das Ergebnis dieses Enzymtexts ist beispielhaft für die
von den Genen hrt2-jk, cpt1- tk (SEQ.-ID-Nr. 01) und srpp3-tk (SEQ.-ID-Nr.
07) kodierten Enzyme in der
Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25.It follows Sequence listing according to WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.This can of the official publication platform of the DPMA become.
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2008
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