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DE4425058C2 - Process for the preparation of a thermostable glucoamylase - Google Patents

Process for the preparation of a thermostable glucoamylase

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DE4425058C2
DE4425058C2 DE19944425058 DE4425058A DE4425058C2 DE 4425058 C2 DE4425058 C2 DE 4425058C2 DE 19944425058 DE19944425058 DE 19944425058 DE 4425058 A DE4425058 A DE 4425058A DE 4425058 C2 DE4425058 C2 DE 4425058C2
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    • C12N9/2408Glucanases acting on alpha -1,4-glucosidic bonds
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermostabilen Glukoamylase mit Hilfe eines amylolytischen, Stärke als Kohlenstoff-Quelle benutzenden Hefestammes der Art Saccharomyces cerevisiae.The invention relates to a method for producing a thermostable glucoamylase using an amylolytic, Starch as a carbon source of the yeast strain of the species Saccharomyces cerevisiae.

Seit langem besteht ein hohes Interesse an der Gewinnung von stärkeabbauenden Enzymen für industrielle Zwecke bzw. an der Konstruktion von Mikroorganismen, die solche Enzyme extrazellulär abgeben, insbesondere Glukoamylase (1,4-α-D-Glucan Glucanhydrolase, EC 3.2.1.3.), die als Endprodukt das Monosaccharid Glukose bildet.There has long been a high level of interest in the extraction of starch-degrading enzymes for industrial purposes or on the Construction of microorganisms containing such enzymes release extracellularly, in particular glucoamylase (1,4-α-D-glucan Glucanhydrolase, EC 3.2.1.3.), Which is the end product Monosaccharide forms glucose.

Eine Anzahl von Mikroorganismen, vor allem Pilze, sind zu einem enzymbildenden Stärkeabbau befähigt. Aber auch die Verwendung von Hefestämmen der Art Saccharomyces cerevisiae zur Herstellung derartiger Enzympräparate - und beispielsweise auch von Glukoamylase - ist seit langem bekannt (D Mot).A number of microorganisms, especially fungi, are one Enzymatic starch degradation enabled. But also the use of yeast strains of the species Saccharomyces cerevisiae for the production of such enzyme preparations - and for example also from Glucoamylase - has been known for a long time (D Mot).

Dabei hat es sich gezeigt, daß nicht jedes dieser Produkte in der für eine industrielle Ausnutzung erwünschten Art und Menge erzeugt werden kann. Durch unterschiedliche Glykosilierung, ungenaues Abspalten von Sekretions-Sequenzen oder fehlenden oder eingeschränkten Transport des Produktes innerhalb einer Hefezelle und aus einer Hefezelle heraus werden nämlich die Eigenschaften des als Produkt vorgesehenen Proteins von dem Wirtstamm selbst negativ beeinflußt.It has been shown that not every one of these products in the type and quantity desired for industrial use can be generated. Through different glycosylation, inaccurate splitting off of secretion sequences or missing or restricted transportation of the product within a Yeast cells and out of a yeast cell become namely Properties of the protein intended as a product of the Host strain itself negatively affected.

Es sind deshalb außerhalb von Saccharomyces cerevisiae eine ganze Reihe von (unterschiedlich gut funktionierenden) Wirts- Vektor-Systemen entwickelt worden, die alle jeweils für ein bestimmtes Genprodukt gut, für andere, heterologe Genprodukte meist weniger geeignet sind.They are therefore outside of Saccharomyces cerevisiae whole range of (differently functioning) hosts Vector systems have been developed, all for one certain gene product good, for other, heterologous gene products are usually less suitable.

In EP 0 260 404 A2 sowie Derwent Abstract 92-22 32 41/27 und Derwent Abstract 87-17 36 94/25 ist beschrieben, Glukoamylase- Gene aus anderen Donorstämmen in Saccharomyces cerevisiae (S.c.) zu transformieren. Die erhaltenen Amylasen weisen jedoch nicht die gewünschten Eigenschaften auf, was im wesentlichen auf unterschiedliche Glykosilierung und ungenaues Abspalten von Selektions-Sequenzen zurückzuführen ist.In EP 0 260 404 A2 and Derwent Abstract 92-22 32 41/27 and Derwent Abstract 87-17 36 94/25 is described, glucoamylase Genes from other donor strains in Saccharomyces cerevisiae (S.c.)  to transform. However, the amylases obtained do not have the properties you want based on what's essentially on different glycosylation and inaccurate splitting off of Selection sequences.

Will man ein mit dem gewünschten (natürlichen) Protein möglichst identisches Protein (gleiche primäre, sekundäre und tertiäre Struktur, gleiche Eigenschaften) durch genetic engeneering in einer Hefe herstellen, dann ist deshalb ein Test in jeweils ganz unterschiedlichen Wirts-Vektor-Systemen erforderlich, da beispielsweise der Grad und die Art der Glykosilierung oder die Ausbildung entsprechender räumlicher Strukturen wirtsspezifisch sind.If you want one with the desired (natural) protein if possible identical protein (same primary, secondary and tertiary Structure, same characteristics) through genetic engineering of a yeast, then one test is complete in each case different host vector systems required because for example the degree and type of glycosylation or the Training of appropriate spatial structures on a host-specific basis are.

Aus diesem Grund ist deshalb auch die Art Arxula adeninivorans näher untersucht worden; vor allem einige biochemische Eigenschaften, wie beispielsweise die Isolierung, Reinigung und Charakterisierung einer Glukoamylase, sind bereits beschrieben worden, und molekularbiologisch konnte etwa die ungefähre Größe des Genoms bestimmt werden (DD-Patentschriften 265 163 A1 und 268 254 A1).For this reason, the Arxula adeninivorans is also have been examined in more detail; especially some biochemical Properties such as insulation, cleaning and Characterization of a glucoamylase have already been described and molecular biological could be roughly the approximate size of the genome can be determined (DD patents 265 163 A1 and 268 254 A1).

In der DD-Patentschrift 265 163 A1 wird ein Verfahren für die Gewinnung einer thermostabilen Glukoamylase aus der Hefe Arxula adeninivorans beschrieben. Diese Glukoamylase ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß das Optimum ihres pH-Wertes zwischen 4,0 und 5,5 liegt, und in Gegenart des Substrates Stärke weist sie ein Temperatur-Optimum von 70°C auf. Unter diesen Bedingungen verfügt sie auch über eine hohe Thermostabilität; nach 15 Min bei 70°C sind noch 80% der Ausgangsaktivität vorhanden. Höhere pH-Werte verhindern eine Inaktivierung der Glukoamylase. Während bei pH 4,5 in Gegenwart von 5% Stärke nach 15 Minuten bei 60°C nur noch 50% der Aktivität vorhanden sind, findet bei pH 6,0 unter sonst gleichen Bedingungen keine Inaktivierung statt.DD patent 265 163 A1 describes a method for Obtaining a thermostable glucoamylase from the yeast Arxula adenine virus described. This makes this glucoamylase characterized in that the optimum of their pH between 4.0 and 5.5 lies, and in the counter type of the substrate it shows strength Optimal temperature of 70 ° C. Under these conditions it also has high thermal stability; after 15 min at 70 ° C there is still 80% of the initial activity. Higher pH values prevent inactivation of the glucoamylase. While at pH 4.5 in the presence of 5% starch after 15 minutes at 60 ° C only 50% of the activity is still present, takes place at pH 6.0 under otherwise identical conditions no inactivation takes place.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist die erforderliche Isolation des Enzympräparates aus der Hefe Arxula adeninivorans, welche sich durch die - unvermeidliche - Bildung von Pseudomyzel wesentlich schlechter als andere Hefen biotechnologisch aufarbeiten läßt, zumal die Kenntnisse über Arxula adeninivorans bei weitem geringer sind als über andere, seit langen Zeiten bekannte, umfangreich angewendete und ausführlich untersuchte Hefearten wie etwa Saccharomyces cerevisiae.The disadvantage of this method is the isolation required of the enzyme preparation from the yeast Arxula adeninivorans, which  itself through the - inevitable - formation of pseudomycelium much worse than other yeasts biotechnologically worked up, especially since the knowledge of Arxula adeninivorans have been far less than others, for long times well-known, widely used and extensively examined Yeast species such as Saccharomyces cerevisiae.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine derartige, von der Hefeart Arxula adeninivorans synthetisierbare Glukoamylase stattdessen in der biotechnologisch leicht handhabbaren Hefe Saccharomyces cerevisiae zu synthetisieren, die dabei so konstruiert werden soll, daß die auf diese Weise erzeugten amylolytischen Hefestämme Stärke als Kohlenstoff- Quelle benutzen.The invention has therefore set itself the task such, which can be synthesized by the yeast type Arxula adeninivorans Glucoamylase instead in the biotechnologically light to synthesize manageable yeast Saccharomyces cerevisiae which should be constructed in such a way that the in this way produced amylolytic yeast strains starch as carbon Use source.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in diesem Hefestamm ein aus einem Donorstamm der Art Arxula adeninivorans isoliertes Glukoamylase-Gen transformiert wird, dessen Aminosäure-Sequenz mit der die Sekretion bestimmenden Teilsequenz der 16 (N-terminalen) Aminosäuren M-R-Q-F-L -A-L-A-A-A-A-S-I-A-V-A beginnt, wobei das Glucoamylase-Gen mittels eines Glucoamylase-Promotors expri­ miert wird.According to the invention the object is achieved in that Yeast strain from a donor strain of the Arxula adeninivorans species isolated glucoamylase gene is transformed, the Amino acid sequence with the secretion determining Partial sequence of the 16 (N-terminal) amino acids M-R-Q-F-L -A-L-A-A-A-S-I-A-V-A begins, with the glucoamylase gene using of a glucoamylase promoter expri is lubricated.

Durch die Expression des Glukoamylase-Gens in Saccharomyces cerevisiae wird diese Hefe in die Lage versetzt, Stärke als Kohlenstoffquelle zu verwenden. Unter Benutzung eines hefeeigenen Glukoamylase-Promotors ist die in Saccharomyces cerevisiae synthetisierte Glukoamylase sowohl hinsichtlich der Menge als auch der biochemischen Eigenschaften mit derjenigen aus Arxula adeninivorans durchaus vergleichbar. Ganz offenbar ist die für die Sekretion des Enzympräparates verantwortliche Signalsequenz auch in Saccharomyces cerevisiae wirksam.By expression of the glucoamylase gene in Saccharomyces cerevisiae, this yeast is able to be used as starch Carbon source to use. Using a yeast's own glucoamylase promoter is that in Saccharomyces cerevisiae synthesized glucoamylase both in terms of Amount as well as the biochemical properties with that from Arxula adeninivorans quite comparable. Obviously is responsible for the secretion of the enzyme preparation Signal sequence also effective in Saccharomyces cerevisiae.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die synthetisierte Glukoamylase unter Verwendung der abzentrifugierten Kulturflüssigkeit ungereinigt biochemisch charakterisiert werden. In a preferred embodiment, the synthesized Glucoamylase using the centrifuged Culture fluid, unpurified, biochemically characterized become.  

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert. Es zeigenBased on the drawing, the invention is in a Ausfü Example explained in more detail. Show it

Fig. 1 das Klonierungsschema des Glukoamylase-Gens von Arxula adeninivorans, Fig. 1 shows the cloning of the glucoamylase gene of Arxula adeninivorans,

Fig. 2 die gelelektrophoretische Analyse eines Plasmides pGAA (Dazu wurde die DNS des Plasmides pGAA mit den Restriktionsendonukleasen (1) EcoRI/ApaI, (2) EcoRI/PstI und (3) ApaI/PstI gespalten und in einem 0,8%igem Agarose-Gen aufgetrennt), Fig. 2 shows the gel electrophoretic analysis of a plasmid PGAA (this, the DNA was the plasmid with the restriction endonucleases PGAA (1) EcoRI / ApaI, (2) EcoRI / PstI and (3) Apa I / PstI digested and dissolved in a 0.8% agarose -Gen separated),

Fig. 3 die Restriktionskarte des Glukoamylase-Gens von Arxula adeninivorans, Fig. 3 shows the restriction map of the glucoamylase gene of Arxula adeninivorans,

Fig. 4 die gelelektrophoretische Auftrennung der Chromo­ somen von Arxula adeninivorans Ls3 (Donorstamm aus der Stamm-Sammlung im Institut für Pflanzen­ genetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben) mit Hilfe der PFG und die Hybridisierung mit dem enthaltenen DNS-Fragment, Fig. 4 shows the gel electrophoretic separation of Chromo of Arxula adeninivorans somen Ls3 (the donor strain from the strain collection of the Institute for Plant Genetics and Crop Plant Research, Gatersleben) using the PFG and hybridization with the DNA fragment contained,

Fig. 5 PFG (1-7) und DNS-Hybridisierung (8-14) der Chro­ mosomen von Arxula adeninivorans-Stämmen (1, 8) CSIR 1136, (2, 9) CSIR 1138, (3, 10) CSIR 1147, (4, 11) CSIR 1148, (5, 12) CSIR 1149, (6, 13) CBS 8244T und (7, 14) Ls3 (für die Hybridisierung wurde ein DNS-Fragment mit dem Glukoamylase-Gen als radioaktiv markierte Sonde verwendet), Fig. 5 PFG (1-7) and DNA hybridization (8-14) of the Chro somes of Arxula adeninivorans strains (1, 8) CSIR 1136, (2, 9) CSIR 1138, (3, 10) CSIR 1147, (4, 11) CSIR 1148, (5, 12) CSIR 1149, (6, 13) CBS 8244T and (7, 14) Ls3 (a DNA fragment with the glucoamylase gene as the radiolabelled probe was used for hybridization) ,

Fig. 6 eine Agarose-Gelelektrophorese (1-3) und eine Northern Blot Analyse (4-6) der aus (1, 4) gesamt, (2, 5) frei und (3, 6) ER-gebundenen Polysomen iso­ lierten RNS von Arxula adeninivorans Ls3 (für die Northern Analyse wurde ein DNS-Fragment mit dem Glukoamylase-Gen als radioaktiv markierte Sonde verwendet), Fig. 6 is an agarose gel electrophoresis (1-3) and a Northern blot analysis (4-6) selected from (1, 4), (2, 5) free and (3, 6) ER-bound polysomes iso profiled RNS Arxula adeninivorans Ls3 (a DNA fragment with the glucoamylase gene was used as the radiolabelled probe for the Northern analysis),

Fig. 7/1 bis Fig. 7/2 die Nukleotidsequenz des Glukoamylase-Gens und die zugehörige Aminosäure-Sequenz der Gluko­ amylase von Arxula adeninivorans Ls3, Fig. 7/1 to Fig. 7/2 the nucleotide sequence of the glucoamylase gene and the corresponding amino acid sequence of the gluco amylase of Arxula adeninivorans Ls3,

Fig. 8/1 und Fig. 8/1 and

Fig. 8/3 einen Vergleich der Aminosäure-Sequenz der Gluko­ amylase von Arxula adeninivorans Ls3 mit den Glu­ koamylasen von Rhizopus oryzae, Aspergillus ni­ ger, Saccharomyces diastaticus und Saccharomycop­ sis fibuligera, Fig. 8/3 a comparison of the amino acid sequence of the gluco amylase of Arxula adeninivorans Ls3 with the Glu koamylasen of Rhizopus oryzae, Aspergillus ni ger, Saccharomyces diastaticus and Saccharomycop sis fibuligera,

Fig. 9 das Konstruktionsschema des Plasmides pET-GAA, Fig. 9 shows the construction scheme of the plasmid pET-GAA,

Fig. 10 die gelelektrophoretische Auftrennung (1-4) und eine Western Blot Analyse (5-8) der intrazellulä­ ren Proteine von (1, 3, 5, 7) Escherichia coli HMS 174 und (2, 4, 6, 8) Escherichia coli HMS 174/pET- GAA (die gelelektrophoretische Auftrennung er­ folgte an einem 10%igen Polyacrylamid-Gel, für die Western Blot Analyse wurden Antikörper gegen die Glukoamylase des Glukoamylase-Gens von Arxula adeninivorans eingesetzt), Fig. 10, the separation by gel electrophoresis (1-4) and a Western blot analysis (5-8) of the intrazellulä ren proteins (1, 3, 5, 7) Escherichia coli HMS 174, and (2, 4, 6, 8) Escherichia coli HMS 174 / pET-GAA (gel electrophoretic separation was carried out on a 10% polyacrylamide gel, antibodies against the glucoamylase of the glucoamylase gene from Arxula adeninivorans were used for the Western blot analysis),

Fig. 11 das Konstruktionsschema eines Plasmides Ycp50- GAA, Fig. 11 shows the construction scheme of a plasmid Ycp50- GAA,

Fig. 12 das Konstruktionsschema eines Plasmides pYGAP- GAA, Fig. 12 shows the construction scheme of a plasmid pYGAP- GAA,

Fig. 13 Wachstum und Verlauf der sekretorischen Gluko­ amylase-Aktivität (Teilfig. 13b) von Saccharomy­ ces cerevisiae SEY 6210/pYGAP-GAA bei einer Kul­ tivierung in einem Hefe-Minimalmedium (Tanaka) mit Glukose, Maltose oder Stärke als Kohlenstoff- Quelle (Endkonzentration 1%) und Fig. 13 growth and course of the secretory gluco amylase activity (Teilfig. 13b) of Saccharomyces ces cerevisiae SEY 6210 / pYGAP-GAA at a Kul minimal media yeast (Tanaka) tivierung in a glucose, maltose or starch as a carbon source ( Final concentration 1%) and

Fig. 14 die pH-Wert-Abhängigkeit und Temperatur-Abhängig­ keit der von Saccharomyces cerevisiae SEY 6210/pYGAP-GAA sekretierten Glukoamylase. Fig. 14 shows the pH-dependence and the temperature-dependent ness of the secreted from Saccharomyces cerevisiae SEY 6210 / pYGAP-GAA glucoamylase.

1. Die Isolation des Glukoamylase-Gens von Arxula adeninivorans1. Isolation of the Arxula Glucoamylase Gene adenine virus 1.2. Herstellung einer Phagen-cDNS-Genbank1.2. Preparation of a phage cDNA library

Um eine cDNS-Genbank von Arxula zu erhalten, wird zunächst die Gesamt-RNS aus Zellen, die in einem Hefe-Minimalmedium mit Maltose als Kohlenstoff-Quelle (Tanaka) kultiviert wor­ den sind, in vorbekannter Weise (Elion) isoliert. An­ schließend erfolgt eine mRNS-Reinigung und cDNS-Synthese mittels eines handelsüblichen und einschlägigen Labor-Kits (mRNA Purification Kit Produkt-Nr. 27-9258-O1 bzw. cDNA Synthesis Kit Produkt-Nr. 27-9260-O1 der Fa. Pharmacia). Dabei kann man cDNS-Fragmente bis zu einer Größe von 4,5 Kbp zu synthetisieren; sie werden für die Ligation in den Phagenvektor Lambda gt11 (Fa. Pharmacia) eingesetzt.To get a cDNA library from Arxula, first of all the total RNA from cells in a minimal yeast medium cultivated with maltose as a carbon source (Tanaka) which are isolated in a known manner (Elion). On finally, an mRNA clearing and cDNA synthesis takes place using a commercially available and relevant laboratory kit (mRNA Purification Kit Product No. 27-9258-O1 or cDNA Synthesis Kit Product No. 27-9260-O1 from Pharmacia). You can cDNA fragments up to a size of 4.5 Synthesize Kbp; they are used for ligation in the Phage vector Lambda gt11 (Pharmacia) used.

Nach der Ligation und Verpackung der daraus gewonnenen DNS mit einem handelsüblichen Labor-Kit (DNA Packaging Kit Pro­ dukt-Nr. 733 792 Fa. Boehringer) können rekombinante Phagen isoliert werden. Bei den im Laborversuch angeschlossenen gelelektrophoretischen Analysen zeigte es sich, daß die 4 × 105 rekombinanten Phagen cDNS-Fragmente bis zu einer Größe von 2 Kbp eingebaut hatten.After the ligation and packaging of the DNA obtained therefrom using a commercially available laboratory kit (DNA Packaging Kit product no. 733 792 from Boehringer), recombinant phages can be isolated. In the gel electrophoretic analyzes connected in the laboratory experiment, it was found that the 4 × 10 5 recombinant phage had incorporated cDNA fragments up to a size of 2 Kbp.

1.4. Herstellung einer Phagen-Genbank mit chromosomaler DNS von Arxula1.4. Creation of a phage library with chromosomal DNA by Arxula

Da bei der Expression des Glukoamylase-Gens von Arxula adeninivorans in unterschiedlichen Wirtssystemen die Te­ stung unterschiedlicher Transkriptions-Promotoren, so z. B. auch die des glukoamylase-eigenen Promotors, angestrebt wird, muß gleichzeitig eine Phagen-Genbank mit chomosomaler DNS hergestellt werden.Since in the expression of the glucoamylase gene from Arxula adeninivorans in different host systems the Te stung different transcription promoters, such. B. that of the glucoamylase promoter is also sought , a phage library with a chomosomal gene must be used at the same time DNS are made.

Dazu wird die chromosomale DNS von Arxula adeninivorans nach einer in der DD-Patentschrift 298 821 A5 beschriebenen Methode isoliert und partiell mit der Restriktase EcoRI ge­ spalten; dann werden 3-6 Kbp große restriktase-erzeugte DNS-Fragmente isoliert. Die erhaltenen DNS-Fragmente wurden anschließend (wie unter 1.2. beschrieben) in den Phagenvek­ tor Lambda gt11 eingebaut. Im Laborversuch konnten nach Li­ gation und Verpackung 5 × 105 rekombinante Phagen mit 3-6 Kbp großen DNS-Fragmenten der chromosomalen DNS von Arxula adeninivorans isoliert werden.For this purpose, the chromosomal DNA of Arxula adeninivorans is isolated according to a method described in DD patent specification 298 821 A5 and partially cleaved with the restriction enzyme EcoRI; then 3-6 Kbp restrictase-generated DNA fragments are isolated. The DNA fragments obtained were then (as described under 1.2.) Built into the phage vector Lambda gt11. After ligation and packaging, 5 × 10 5 recombinant phages with 3-6 Kbp DNA fragments of the chromosomal DNA of Arxula adeninivorans were isolated in the laboratory test.

Gleichzeitig wird auch die im DD-Patent 298 821 A5 be­ schriebene Charon-4A-Phagengenbank mit 10-15 Kbp großen Fragmenten der chromosomalen DNS von Arxula adeninivorans verwendet.At the same time, the one in DD patent 298 821 A5 wrote Charon 4A phage library with 10-15 Kbp Fragments of the chromosomal DNA of Arxula adeninivorans used.

1.5. Herstellung von Antikörpern gegen Glukamylase1.5. Production of antibodies against glucamylase

Für die Immunisierung von Kaninchen werden sekretorische Proteine eines Donorstammes Arxula adeninivorans Ls3 einge­ setzt. Dieser Donorstamm wird 3 Tage lang in einer 1%igen Maltose-Kultur kultiviert. Unter diesen Kultivierungsbedin­ gungen wird die Glukoamylase des Donorstammes induziert und ins Medium exportiert. Sie dominiert im Vergleich zu den anderen sekretorischen Proteinen.For the immunization of rabbits are secretory Proteins of a donor strain Arxula adeninivorans Ls3 inserted puts. This donor strain is kept in a 1% for 3 days Cultivated maltose culture. Under these cultivation conditions the glucoamylase of the donor strain is induced and exported to the medium. It dominates compared to the other secretory proteins.

Das Kultivierungsmedium wird mittels Zentrifugation von den Zellen getrennt und anschließend durch ein 0,22-µm-Milli­ pore-Filter (Fa. Millipore) filtriert. Mit Hilfe der Affi­ nitäts-Chromatographie unter Verwendung von Hydroxylapatit- Säulen (equilibriert mit 10 mM Natriumphosphat-Puffer mit einem pH-Wert von 6,8) erfolgt die Konzentrierung und Rei­ nigung der sekretorischen Proteine. Die so an die Hydro­ xylapatit-Säulen gebundenen Proteine des Kultivierungsmedi­ ums werden mit 250 mM des gleichen Natriumphosphat-Puffers von der Säule eluiert, gegen destilliertes Wasser unter sterilen Bedingungen dialysiert und zur dreimaligen Immuni­ sierung verwendet.The culture medium is removed from the Cells separated and then by a 0.22 µm milli pore filter (Millipore) filtered. With the help of Affi Chromatography using hydroxyapatite Columns (equilibrated with 10 mM sodium phosphate buffer a pH of 6.8) the concentration and rei the secretory proteins. The Hydro Proteins of the cultivation medium bound to xylapatite columns um with 250 mM of the same sodium phosphate buffer eluted from the column, against distilled water below sterile conditions dialyzed and immunized three times used.

Das so gewonnene Antiserum wird zunächst durch Ammoniumsul­ fat-Fällung und anschließende Dialyse gegen TBS (10 mM Tris HCl, pH 8,0; 150 mM NaCl) gereinigt und für "Western Blot"- Experimente - siehe (b) - eingesetzt. Anschließend erfolgt die Reinigung durch Immun-Adsorption, wodurch die Monospe­ zifität des Immunserums erreicht wird - siehe (c) -.The antiserum obtained in this way is first removed by ammonium sul fat precipitation and subsequent dialysis against TBS (10 mM Tris HCl, pH 8.0; 150 mM NaCl) cleaned and for "Western Blot" - Experiments - see (b) - used. Then follows  the purification by immune adsorption, which makes the monospe specificity of the immune serum is reached - see (c) -.

(a) Lokalisierung der glukoamylase-entsprechenden Polypeptidbande im SDS-Polyacrylamid-Gel(a) Localization of the corresponding glucoamylase Polypeptide band in SDS-polyacrylamide gel

Nach gel-elektrophoretischer Trennung der sekretorischen Proteine in einem 7,5%igen Polyacrylamid-Gel unter nativen Bedingungen (Ornstein, Davis) wird dieses Polyacrylamid-Gel horizontal in ca. 8 mm dicke Streifen geschnitten, die zum Zwecke der Proteinelution in 10 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7,0 bei 10°C für 15 Stunden inkubiert werden. Die aus den einzelnen Fraktionen eluierten Proteine werden in be­ kannter Weise (Büttner 1987) auf Glukoamylase-Aktivität ge­ testet. Die entsprechenden positiven Fraktionen werden wei­ ter gereinigt (dialysiert gegen destilliertes Wasser), kon­ zentriert (Lyophilisation), in Laemmli-Puffer suspendiert und in der SDS-Polyacrylamid-Gel-Elektrophorese im Ver­ gleich zu den sekretorischen Proteinen aufgetrennt. Dabei konnte im Laborversuch ein ca. 90 kDa großes Polypeptid als Glukoamylase-Bande identifiziert werden.After gel-electrophoretic separation of the secretory Proteins in a 7.5% polyacrylamide gel under native Conditions (Ornstein, Davis) this polyacrylamide gel cut horizontally into approx. 8 mm thick strips that Purpose of protein elution in 10 mM sodium phosphate buffer pH 7.0 can be incubated at 10 ° C for 15 hours. From the individual fractions eluted proteins are in be known way (Büttner 1987) on glucoamylase activity tests. The corresponding positive fractions are white ter cleaned (dialyzed against distilled water), con centered (lyophilization), suspended in Laemmli buffer and in SDS polyacrylamide gel electrophoresis in Ver immediately separated into the secretory proteins. Here was able to test an approximately 90 kDa polypeptide as a Glucoamylase band can be identified.

(b) "Western Blot"-Experimente unter Verwendung des herge­ stellten Immunserums(b) "Western blot" experiments using the herge put immune serums

Die als Antigen zur Kaninchenimmunisierung eingesetzten Proteine werden gelelektrophoretisch in einem präparativen SDS-Polyacrylamyd-Gel aufgetrennt und durch Elektrotransfer auf Nitrozellulose (Fa. Schleicher/Schüll) immobilisiert. Von diesem Blot wird von beiden Seiten ca. 5 mm breite Streifen abgeschnitten und nach 30 minütiger Blockierung in 0,5%iger Magermilch/TBS-T (TBS + 0,1% Tween 20) für 3 Stunden in primärem, durch Ammoniumsulfatfällung gereinigtem Anti­ serum inkubiert. Nach dreimaligem Waschen der Membranstrei­ fen für je 10 Minuten in TBS-T erfolgt ihre Inkubation in einem Anti-Kaninchen-IgG-alkalische Phosphatase-Konjugat (Fa. Promega), das 1 : 7.500 in TBS-T verdünnt worden ist. Nach wiederholten Wasch-Schritten, wie bereits beschrieben, wird die alkalische Phosphatase mit Hilfe des Substratgemi­ sches lokalisiert.Those used as antigen for rabbit immunization Proteins are gel electrophoresis in a preparative SDS polyacrylamide gel separated and by electrical transfer immobilized on nitrocellulose (from Schleicher / Schüll). This blot is about 5 mm wide on both sides Strips cut off and blocked after 30 minutes 0.5% skim milk / TBS-T (TBS + 0.1% Tween 20) for 3 hours in primary anti purified by ammonium sulfate precipitation incubated serum. After washing the membrane strip three times For 10 minutes each in TBS-T, they are incubated in an anti-rabbit IgG alkaline phosphatase conjugate (Promega), which has been diluted 1: 7,500 in TBS-T. After repeated washing steps, as already described,  the alkaline phosphatase is mixed with the help of the substrate isolated.

Die Glukoamylase-Polypeptidbande wird aus der unbehandelten Nitrozelluosemembran herausgeschnitten und als Antigen für eine Immunadsorption verwendet.The glucoamylase polypeptide band is made from the untreated Nitrocellulose membrane cut out and used as an antigen for used immunoadsorption.

(c) Serumreinigung durch Immunadsorption(c) Serum purification by immunoadsorption

Der Nitrozellulose-Membranstreifen, auf dem sich das Gluko­ amylase-Polypeptid immobilisiert befindet, wird 30 Minuten in TBS-T bei Raumtemperatur unter Schütteln gewaschen und danach für dieselbe Zeit in Blockierungslösung blockiert.The nitrocellulose membrane strip on which the gluco Amylase polypeptide is immobilized for 30 minutes washed in TBS-T at room temperature with shaking and then blocked in blocking solution for the same time.

Durch die sich anschließende 60-minütige Inkubation des Membranstreifens in 1 : 2 verdünntem, durch Ammoniumsulfat­ präzipitation gereinigtem, polyspezifischem Antiserum bin­ den die Glukoamylase-Antikörper. Nach insgesamt 5 Wasch­ schritten für je 5 Minuten in TBS-T werden die Antikörper unter kräftigem Schütteln des Nitrozellulose-Streifens in Glyzinpuffer (0,1 M Glyzin, pH 2,5; 0,9% NaCl; 1% Rinderse­ rumalbumin) abgelöst. Der Puffer wird sofort nach der Ablö­ sung der Antikörper mit gesättigter Natriumphosphatlösung neutralisiert. Dieses gereinigte monospezifische Antiserum wird über Nacht bei 4°C gegen TBS dialysiert und in Aliquo­ ten bei 20°C gelagert.The subsequent 60-minute incubation of the Membrane strip in 1: 2 diluted by ammonium sulfate precipitation purified polyspecific antiserum that the glucoamylase antibodies. After a total of 5 washes The antibodies are incremented for 5 minutes in TBS-T with vigorous shaking of the nitrocellulose strip in Glycine buffer (0.1 M glycine, pH 2.5; 0.9% NaCl; 1% bovine rumalbumin) replaced. The buffer is immediately after detachment solution of the antibodies with saturated sodium phosphate solution neutralized. This purified monospecific antiserum is dialyzed overnight at 4 ° C against TBS and in aliquo stored at 20 ° C.

1.6. Immunologisches Screening der rekombinanten Phagen mit cDNS von Arxula1.6. Immunological screening of the recombinant phages with cDNA from Arxula

Potentielle rekombinante Phagen mit entsprechendem Gluko­ amylase-Insert werden in einem Stamm Y 1090 von Escherichia coli vermehrt; dieser wird so zur Lyse gebracht, daß auf LB-Agar Platten ca. 5.000-10.000 Einzelplaques auftreten. Die während des Vermehrungszyklus der Phagen gebildeten Proteine werden durch einfachen Kontakt mit einer Nitrozel­ lulose-Membran auf diese immobilisiert (Sambrook). Mit Hilfe des monospezifischen Antiserums gegen Glukoamylase werden glukoamylase-produzierende Phagen mittels eines so­ genannten ECL-Detection Kits (Fa. Amersham) detektiert. Potential recombinant phages with appropriate glucose amylase insert are in a Y 1090 strain from Escherichia coli increased; this is brought to lysis in such a way that LB agar plates around 5,000-10,000 individual plaques occur. Those formed during the phage propagation cycle Proteins are made by simply contacting a nitrozel immobilized on this cellulose membrane (Sambrook). With Help of the monospecific antiserum against glucoamylase are glucoamylase-producing phages by means of a so ECL detection kits (from Amersham) detected.  

1.7 Screening der rekombinanten Phagen mit chromosomaler DNS von Arxula1.7 Screening of recombinant phages with chromosomal DNA from Arxula

Das Screening erfolgt nach einer in der DD-Patentschrift 298 821 A5 beschriebenen Methode. Modifiziert wird ledig­ lich die Hybridisierungs-Temperatur, die 65°C beträgt. Als radioaktiv markierte DNS-Sonde dient die mittels immunolo­ gischen Screenings isolierte cDNS, die einen Teil des Glu­ koamylase-Gens von Arxula adeninivorans enthält.The screening is carried out according to one in the DD patent 298 821 A5 described method. Modification is single Lich the hybridization temperature, which is 65 ° C. As radioactive labeled DNA probe is used by means of immunolo Chemical screenings isolated cDNA that contained part of the Glu contains Arxula adeninivorans koamylase gene.

Mit Hilfe der unter 1.6 und 1.7 beschriebenen Screenings gelingt es ohne Schwierigkeit, das Glukoamylase-Gen aus Ar­ xula adeninivorans zu isolieren und in ein Plasmid pBlue­ script II KS(-) aus Escherichia coli (Fa. Stratagene) einzu­ bauen (Fig. 1).With the help of the screenings described under 1.6 and 1.7 it is possible without difficulty to isolate the glucoamylase gene from Ar xula adeninivorans and to incorporate it into a plasmid pBlue script II KS (-) from Escherichia coli (Stratagene) ( FIG. 1) .

2. Charakterisierung des Glukoamylase-Gens2. Characterization of the glucoamylase gene 2.1. Aufstellen einer Restriktionskarte2.1. Set up a restriction map

Das DNS-Fragment, bestehend aus zwei EcoRI-DNS-Fragmenten mit einer Gesamtgröße von 21,3 Kbp (3,3 Kbp und 18 Kbp), auf dem sich das Glukoamylase-Gen von Arxula adeninivorans befindet, wird mittels Restriktionsspaltungen näher charak­ terisiert, um eine Restriktionskarte des Glukoamylase-Gens zu erstellen. Die Fig. 2 und 3 zeigen Restriktionsspaltun­ gen und eine graphische Darstellung des 5 Kbp große Apal- PstI-DNS-Fragmentes.The DNA fragment, consisting of two EcoRI-DNA fragments with a total size of 21.3 Kbp (3.3 Kbp and 18 Kbp), on which the glucoamylase gene of Arxula adeninivorans is located, is characterized in more detail by means of restriction cleavages, to create a restriction map of the glucoamylase gene. Figs. 2 and 3 show Restriktionsspaltun gene and a graph of 5 kbp PstI-ApaI DNA fragment.

2.2. Lokalisierung des Glukoamylase-Gens in dem Genom von Arxula adeninivorans2.2. Localization of the glucoamylase gene in the genome of Arxula adeninivorans

Mit Hilfe der sogenannten "Pulsed Field"-Gel-Elektrophorese (PFG) ist es möglich, die vier Chromosomen von Arxula adeninivorans gel-elektrophoretisch voneinander zu trennen (Kunze 1994, Smith), deren DNS auf Nitrozellulose zu über­ führen und gegen das radioaktiv markierte DNS-Fragment mit dem Glukoamylase-Gen zu hybridisieren (Bignell). Als Hybri­ disierungstemperatur wurden im Laborversuch 52°C gewählt. Hierbei zeigte es sich, daß das Glukoamylase-DNS-Fragment mit dem Chromosom 2 (Molekulargewicht ca. 3,0 Mbp) hybridi­ siert, was mit den früher (Büttner 1990) ermittelten Ergeb­ nissen, die durch genetische Methoden erreicht wurden, übereinstimmt (Fig. 4).With the help of the so-called "pulsed field" gel electrophoresis (PFG) it is possible to separate the four chromosomes of Arxula adeninivorans by gel electrophoresis (Kunze 1994, Smith), whose DNA can be transferred to nitrocellulose and radioactively labeled against it Hybridize DNA fragment with the glucoamylase gene (Bignell). The laboratory test selected 52 ° C as the hybridization temperature. It was found that the glucoamylase DNA fragment hybridized with chromosome 2 (molecular weight approx. 3.0 Mbp), which is in agreement with the results previously determined (Büttner 1990), which were achieved by genetic methods ( Fig . 4).

Gleichzeitig wurden innerhalb dieser Untersuchungen neben dem Donorstamm Ls3 auch gel-elektrophoretisch aufgetrennte Chromosomen der Arxula adeninivorans-Wildstämme CSIR 1136, CSIR 1138, CSIR 1147, CSIR 1148, CSIR 1149 und CBS 8244 (Van der Walt) mit einbezogen. Dabei konnte gezeigt werden, daß das Glukoamylase-Gen sich bei allen untersuchten 7 Wildstämmen auf dem Chromosom 2 befindet (Fig. 5).At the same time, gel-electrophoretically separated chromosomes of the wild arxula adeninivorans CSIR 1136, CSIR 1138, CSIR 1147, CSIR 1148, CSIR 1149 and CBS 8244 (Van der Walt) were also included in these investigations in addition to the donor strain Ls3. It could be shown that the glucoamylase gene is located on chromosome 2 in all 7 wild strains examined ( FIG. 5).

2.3. Bestimmung der Transkriptgröße des Glukoamylase-Gens2.3. Determination of the transcript size of the glucoamylase gene

Die Größe des Transkriptes kann mittels "Northern"-Hybridi­ sierung festgestellt werden. Dazu wird (Stoltenburg) die Gesamt-RNS sowie die RNS von den freien und den vom endo­ plasmatischen Retikulum (ER) gebundenen Polysomen isoliert und gegen die radioaktiv markierte Glukoamylase-DNS-Sonde hybridisiert. Bei der sich anschließenden Autoradiographie können sowohl bei der Gesamt-RNS als auch bei der RNS der ER-gebundenen Polysomen Hybridisierungssignale nachgewiesen werden.The size of the transcript can be determined using "Northern" hybridi be determined. For this (Stoltenburg) the Total RNA and the RNA from the free and from the endo plasmatic reticulum (ER) bound polysomes isolated and against the radiolabelled glucoamylase DNA probe hybridizes. In the subsequent autoradiography can be used for both the total RNA and the RNA ER-linked polysome hybridization signals detected become.

Mit Hilfe dieser Hybridisierungssignale konnte im Laborver­ such gezeigt werden, daß das Glukoamylase-Gen eine 2 Kbp große mRNS transkribiert (Fig. 6). Hybridisierungssignale bei der von den freien Polysomen isolierten RNS ließen sich nicht nachweisen. Da bekannt ist, daß die Glukoamylase ein sekretorisches Enzym ist, welches über das endoplasmatische Retikulum und den Golgi- Apparat transportiert wird, muß es an ER-gebundenen Polysomen translatiert werden, was mit­ tels der beschriebenen "Northern"-Hybridisierungen bestä­ tigt worden ist.With the help of these hybridization signals it could be shown in the laboratory test that the glucoamylase gene transcribed a 2 kbp mRNA ( FIG. 6). Hybridization signals in the RNA isolated from the free polysomes could not be detected. Since it is known that the glucoamylase is a secretory enzyme which is transported via the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus, it must be translated on ER-linked polysomes, which has been confirmed by means of the "Northern" hybridizations described.

2.4. DNS- und Aminosäure-Sequenz des Glukoamylase-Gens2.4. DNA and amino acid sequence of the glucoamylase gene

Die DNS-Sequenzierung kann mit Hilfe eines A. L. F. DNA Sequencer (Fa. Pharmacia) durchgeführt werden. Man findet die DNS-Sequenz sowohl des Glukoamylase-Gens als auch des dazugehörigen Transkriptions-Promotors (Fig. 7).DNA sequencing can be carried out using an ALF DNA sequencer (from Pharmacia). The DNA sequence of both the glucoamylase gene and the associated transcription promoter can be found ( FIG. 7).

In dem Promotor lassen sich je eine "TATA"-Box (Pos.-47) und "CAAT"-Box (Pos. -81) identifizieren. Das eigentliche Gen umfaßt vom Translationsstart (ATG) bis einschließlich Stop-Codon 1875 Bp. Der sich daran anschließende Terminator zeigt Homologien zu Consensus Sequenzen, die bei Saccharomyces cerevisiae festgestellt wurden (ATAATTATAT).One "TATA" box each (pos. 47) can be placed in the promoter and identify the "CAAT" box (item -81). The real thing Gene spans from translation start (ATG) up to and including Stop codon 1875 bp. The adjoining terminator shows homologies to consensus sequences Saccharomyces cerevisiae were found (ATAATTATAT).

Anhand dieser Nukleinsäuresequenz läßt sich die Aminosäure- Sequenz ermitteln (Fig. 8). Sie setzt sich aus 624 Amino­ säuren zusammen. Beim Vergleich mit den Aminosäure-Sequen­ zen anderer Glukoamylase konnte nachgewiesen werden, daß die Homologie zur Glukoamylase von Rhizopus oryzae 32,6%, zu Saccharomycopsis fibuligera 23,1%, zu Aspergillus niger 22,1% und zu Saccharomyces diastaticus 15,4% beträgt (Ashikari, Itoh, Boel, Yamashita).The amino acid sequence can be determined on the basis of this nucleic acid sequence ( FIG. 8). It is composed of 624 amino acids. When compared with the amino acid sequences of other glucoamylase, it could be demonstrated that the homology to the glucoamylase from Rhizopus oryzae 32.6%, to Saccharomycopsis fibuligera 23.1%, to Aspergillus niger 22.1% and to Saccharomyces diastaticus 15.4% amounts (Ashikari, Itoh, Boel, Yamashita).

Berechnet man anhand des Computerprogramms "P Signal" (PC Gene der Fa. IntelliGenetics, Inc.) die für die Sekretion der Glukoamylase verantwortliche Aminosäure-Sequenz, so zeigt sich, daß sie die ersten 16 N-terminalen Aminosäuren umfaßt.One calculates with the computer program "P Signal" (PC Genes from IntelliGenetics, Inc.) used for secretion the amino acid sequence responsible for glucoamylase, see above shows that they are the first 16 N-terminal amino acids includes.

3. Expression des Glukoamylase-Gens in Escherichia coli3. Expression of the glucoamylase gene in Escherichia coli

Durch den Einbau des Glukoamylase-Gens unmittelbar hinter den T7-Transkriptions-Promotor des Plasmides pET-12 (Fa. Novagen, Inc) und anschließende Transformation in Escherichia coli kann das Glukoamylase-Gen zu Expression gebracht werden. Dazu muß mittels Mutagenese über eine PCR- Reaktion unmittelbar vor das Startcodon (ATG) ein EcoRV und an das 3'-Ende des Gens ein BamHI-Restriktionsort syntheti­ siert werden (Fig. 9). Das erhaltene Plasmid wird in den Escherichia coli-Stamm HMS 174 (Fa. Novagen,Inc.) transfor­ miert und die erhaltenen Transformanten werden charakteri­ siert (Hanahan). The glucoamylase gene can be expressed by the incorporation of the glucoamylase gene immediately behind the T7 transcription promoter of the plasmid pET-12 (from Novagen, Inc) and subsequent transformation in Escherichia coli. For this purpose, an EcoRV and a BamHI restriction site at the 3 'end of the gene must be synthesized by mutagenesis via a PCR reaction immediately before the start codon (ATG) ( FIG. 9). The plasmid obtained is transformed into the Escherichia coli strain HMS 174 (Novagen, Inc.) and the transformants obtained are characterized (Hanahan).

Der Nachweis der Glukoamylase-Aktivität erfolgt nach einer bereits bekannten Methode (Büttner 1987). Im Laborversuch wurde weder intra- noch extrazellulär eine Glukoamylase-Ak­ tivität gemessen.Glucoamylase activity is demonstrated after a already known method (Büttner 1987). In the laboratory test no glucoamylase was found intracellularly or extracellularly activity measured.

Mit Hilfe der Polyacrylamid-Gel-Elektrophorese können die intra-und extrazellulären Proteine gel-elektrophoretisch getrennt und anschließend mittels "Western Blot" gegen An­ tikörper der Glukoamylase hybridisiert werden (Towbin) (Fig. 10). Dabei kann man nachweisen, daß die Escherichia coli-Transformanten ein ca. 70 kDa großes Protein syntheti­ sieren, das nach der "Western Blot"-Analyse als Glukoamylase identifiziert werden kann. So kann das aus Arxula adeninivorans stammende Glukoamylase-Gen in Escherichia coli zwar exprimiert werden, jedoch ohne eine Glukoamylase-Aktivität aufzuweisen.With the aid of polyacrylamide gel electrophoresis, the intra- and extracellular proteins can be separated by gel electrophoresis and then hybridized against antibodies to glucoamylase using a "Western blot" (Towbin) ( FIG. 10). It can be demonstrated that the Escherichia coli transformants synthesize an approximately 70 kDa protein which can be identified as glucoamylase according to the "Western blot" analysis. For example, the glucoamylase gene derived from Arxula adeninivorans can be expressed in Escherichia coli, but without showing glucoamylase activity.

Dieses Ergebnis kann durch den Einbau des Glukoamylase-Gens in andere Plasmide und anschließende Transformation in Escherichia coli bestätigt werden.This result can be achieved by incorporating the glucoamylase gene into other plasmids and subsequent transformation into Escherichia coli can be confirmed.

4. Expression des Glukoamylase-Gens in Saccharomyces cerevisiae4. Expression of the glucoamylase gene in Saccharomyces cerevisiae 4.1. Expression mittels Glukoamylase-Promotors von Arxula adeninivorans4.1. Expression using arxula glucoamylase promoter adenine virus

Bei dem Test der Expression des Glukoamylase-Gens mittels glukoamylase-eigenen Transkriptions-Promotors im Wirtssy­ stem von Saccharomyces cerevisiae wird das Glukoamylase-Gen mit Promotor in das Escherichia coli-Saccharomyces cerevisiae-Hybridplasmid Ycp50 eingebaut und dieses Plasmid (Ycp50-GAA) nach einer vorbeschriebenen Methode (Ito, Dohmen) in einen Saccharomyces cerevisiae-Stamm SEY 6210 (α leu2-3 leu2-112 ura3-52 his3-Δ 200 trpl-Δ 901 lys2-801 suc2-Δ 9GAL - S. Emr/USA) transformiert (Fig. 11). Die da­ bei erhaltenen Transformanten weisen weder intra- noch ex­ trazellulär eine Glukoamylase-Aktivität auf. In the test of the expression of the glucoamylase gene using glucoamylase's own transcription promoter in the host system of Saccharomyces cerevisiae, the glucoamylase gene with promoter is incorporated into the Escherichia coli-Saccharomyces cerevisiae hybrid plasmid Ycp50 and this plasmid (Ycp50) the method described above (Ito, Dohmen) into a Saccharomyces cerevisiae strain SEY 6210 (α leu2-3 leu2-112 ura3-52 his3-Δ 200 trpl-Δ 901 lys2-801 suc2-Δ 9GAL - S. Emr / USA) ( Fig. 11). The transformants obtained in this way have neither intracellular nor extracellular glucoamylase activity.

4.2. Expression mittels GAP-Promotor von Saccharomyces cerevisiae4.2. Expression using Saccharomyces GAP promoter cerevisiae

Das Glukoamylase-Gen kann auch mittels GAP-Promotor (Fa. Ciba Geigy) in Saccharomyces cerevisiae zur Expression ge­ bracht werden. Hierzu wird das unter Punkt 3 beschriebene EcoRV-BamHI-DNS-Fragment mit dem Glukoamylase-Gen unmittel­ bar hinter dem GAP-Promotor und vor dem PHO5-Terminator von Saccharomyces cerevisiae in das Plasmid pJDB2O7-GAP (Kunze 1991) eingebaut. Das erhaltene Plasmid pYGAP-GAA kann in einen Saccharomyces cerevisiae-Stamm SEY 6210 transformiert und die erhaltenen Transformanten charakterisiert werden (Ito, Dohmen) (Fig. 12).The glucoamylase gene can also be brought to expression in Saccharomyces cerevisiae using a GAP promoter (from Ciba Geigy). For this purpose, the EcoRV-BamHI-DNA fragment described under point 3 with the glucoamylase gene is inserted into the plasmid pJDB2O7-GAP (Kunze 1991) immediately behind the GAP promoter and in front of the PHO5 terminator from Saccharomyces cerevisiae. The plasmid pYGAP-GAA obtained can be transformed into a Saccharomyces cerevisiae strain SEY 6210 and the transformants obtained can be characterized (Ito, Dohmen) ( FIG. 12).

In der Saccharomyces cerevisiae-Transformante SEY 6210/pYGAP-GAA kann Glukoamylase-Aktivität intra- und ex­ trazellulär nachgewiesen werden. Die maximalen Konzentra­ tionen an extrazellulärer Glukoamylase bei Verwendung eines Hefe-Minimalmediums mit Maltose als Kohlenstoff-Quelle (Tanaka) konnten im Laborversuch am Ende der log-Phase (55 Stunden) mit 1558 pkat/ml gemessen werden (Fig. 13). Bei Verwendung anderer Kohlenstoff-Quellen (Glukose, Stärke) waren geringere Aktivitäten an sekretorischer Glukoamylase nachweisbar (Glukose - 980 pkat/ml, Stärke - 510 pkat/ml). Allerdings muß dabei berücksichtigt werden, daß z. B. die Saccharomyces cerevisiae-Transformante auf Stärke als ein­ ziger Kohlenstoff-Quelle wachsen kann, hier jedoch in der stationären Wachstumsphase der niedrigste Zelltiter er­ reicht wird (Fig. 13).Glucoamylase activity can be detected intracellularly and extracellularly in the Saccharomyces cerevisiae transformant SEY 6210 / pYGAP-GAA. The maximum concentrations of extracellular glucoamylase when using a minimal yeast medium with maltose as carbon source (Tanaka) could be measured in the laboratory test at the end of the log phase (55 hours) with 1558 pkat / ml ( Fig. 13). When using other carbon sources (glucose, starch), lower activities of secretory glucoamylase were detectable (glucose - 980 pkat / ml, starch - 510 pkat / ml). However, it must be taken into account that z. B. the Saccharomyces cerevisiae transformant can grow to starch as a zig carbon source, but here in the stationary growth phase the lowest cell titer it reaches ( Fig. 13).

Vergleiche der intra- und extrazellulären Glukoamylase-Ak­ tivitäten zeigen, daß in der Saccharomyces cerevisiae- Transformante SEY 6210/pYGAP-GAA stets mehr als 97% der Glukoamylase-Aktivitäten extrazellulär nachweisbar sind. Diese Werte sind vergleichbar mit den bei Arxula adeninivorans Ls3 ermittelten (Tab. 1). Comparisons of intra- and extracellular glucoamylase Ab activities show that in Saccharomyces cerevisiae- Transformant SEY 6210 / pYGAP-GAA always more than 97% of the Glucoamylase activities are detectable extracellularly. These values are comparable to those for Arxula adenine virus Ls3 determined (Tab. 1).  

Tab. 1: Anteil der extra- und intrazellulären Glukoamylase- Aktivitäten (%) von Saccharomyces cerevisiae SEY 6210/pYGAP-GAA und Arxula adeninivorans Ls3 1). Tab. 1: Share of extra- and intracellular glucoamylase activities (%) of Saccharomyces cerevisiae SEY 6210 / pYGAP-GAA and Arxula adeninivorans Ls3 1) .

4.3. Biochemische Charakterisierung der in Saccharomyces cerevisiae synthetisierten Glukoamylase4.3. Biochemical characterization of the in Saccharomyces cerevisiae synthesized glucoamylase

Analog zur der in der DD-Patentschrift 265 163 A1 beschrie­ benen Verfahrensweise kann die in der Saccharomyces cervisiae- Transformante SEY 6210/pYGAP-GAA synthetisierte Glukoamylase biochemisch charakterisiert werden (Fig. 14). Hierbei wird jedoch nunmehr mit ungereinigten Enzympräpara­ ten, d. h. mit der abzentrifugierten Kulturflüssigkeit, ge­ arbeitet. So liegt das pH-Optimum bei 4,0. Bei Verwendung von Stärke als Substrat (Endkonzentration 1,25%) liegt das Temperaturoptimum bei 50°C. Unter diesen Bedingungen ver­ fügt die Glukoamylase über eine hohe Thermostabilität; nach 15 Min bei 50°C sind noch 95% der Ausgangsaktivität vorhan­ den. Diese Werte sind mit denen der ungereinigten Enzymprä­ parate von Arxula adeninivorans Ls3 identisch (pH-Optimum 4,0; Temperaturoptimum 50°C).Analogously to the procedure described in DD patent specification 265 163 A1, the glucoamylase synthesized in the Saccharomyces cervisiae transformant SEY 6210 / pYGAP-GAA can be biochemically characterized ( FIG. 14). Here, however, is now working with unpurified enzyme preparations, ie with the centrifuged culture fluid. The pH optimum is 4.0. When using starch as a substrate (final concentration 1.25%) the temperature optimum is 50 ° C. Under these conditions the glucoamylase has a high thermal stability; after 15 minutes at 50 ° C, 95% of the initial activity is still present. These values are identical to those of the unpurified enzyme preparations of Arxula adeninivorans Ls3 (pH optimum 4.0; temperature optimum 50 ° C).

Literaturliterature

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Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung einer thermostabilen Glukoamylase unter Verwendung eines Hefestammes der Art Sacharomyces cerevisiae, dadurch gekennzeichnet, daß ein geeignetes Gen für diese Glukoamylase aus einem Donorstamm der Art Arxula adeninivorans isoliert und in Sacharomyces cerevisiae zur Expression gebracht wird, so daß die Glukoamylase mit der die Sekretion bestimmenden Teilsequenz aus den 16 (N- terminalen) Aminosäuren MRQFLALAAAASIAVA beginnt, wobei das Glukoamylase-Gen mittels eines Glukoamylase-Promotors exprimiert wird.1. A process for the preparation of a thermostable glucoamylase using a yeast strain of the species Sacharomyces cerevisiae, characterized in that a suitable gene for this glucoamylase is isolated from a donor strain of the Arxula adeninivorans type and is expressed in Sacharomyces cerevisiae so that the glucoamylase is expressed with the partial sequence determining the secretion starts from the 16 (N-terminal) amino acids MRQFLALAAAASIAVA, the glucoamylase gene being expressed by means of a glucoamylase promoter. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetisierte Glukoamylase unter Verwendung der abzentrifugierten Kulturflüssigekit ungereinigt biochemisch charakterisiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the synthesized glucoamylase using the centrifuged Culture liquid kit is characterized unpurified biochemically.
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