DE10113781A1 - New DNA encoding synthetic spider silk protein, useful e.g. for closing wounds, comprises modules that encode repeating units of spirodoin proteins - Google Patents
New DNA encoding synthetic spider silk protein, useful e.g. for closing wounds, comprises modules that encode repeating units of spirodoin proteinsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine DNA-Sequenz, die für ein synthetisches Spinnenseidenprotein
kodiert, rekombinante Spinnenseidenproteine, die durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz
kodiert sind, Verfahren zur Herstellung von Pflanzen bzw. Pflanzenzellen, die rekombinantes
Spinnenseidenprotein enthalten sowie transgene Pflanzenzellen und Pflanzen, die eine
DNA-Sequenz enthalten, die für ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodiert. Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichem
Spinnenseidenprotein aus transgenen Pflanzen sowie pflanzliche Spinnenseidenproteine, die
nach einem derartigen Verfahren hergestellt worden sind.
RN : MH : uh
The invention relates to a DNA sequence which codes for a synthetic spider silk protein, recombinant spider silk proteins which are coded by the DNA sequence according to the invention, methods for the production of plants or plant cells which contain recombinant spider silk protein and transgenic plant cells and plants which have a DNA Sequence included, which codes for a synthetic spider silk protein. Furthermore, the invention relates to a method for obtaining vegetable spider silk protein from transgenic plants and vegetable spider silk proteins which have been produced by such a method.
RN: MH: uh
Spinnenseide weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf, die jene vieler bekannter natürlicher und künstlicher Materialien übertrifft. Hauptbestandteile der Spinnenseide sind Faserproteine wie beispielsweise Fibroin aus dem Seidenspinner sowie Spidroin 1 und Spidroin 2 aus Nephila clavipes. Die Festigkeit und Elastizität der Seide beruht auf der Gegenwart von kurzen repetitiven Aminosäure-Einheiten, die in diesen natürlichen Proteinen vorliegen. Diese mechanischen Eigenschaften prädestinieren die Spinnenseide für eine Reihe von verschiedensten technischen Anwendungen wie beispielsweise die Herstellung von stabilen Fäden bzw. Seiden. Ferner verfügen die Spinnenseidenfäden aufgrund ihrer proteinchemischen Eigenschaften über ein geringes immunogenes und allergenes Potential, weshalb sich in Kombination mit den mechanischen Eigenschaften eine Anwendung in der Medizin beispielsweise als natürliches Garn zum Vernähen von Wunden, als Anheftungsflächen für kultivierte Zellen, als Gerüste für künstliche Organe und dergleichen anbietet.Spider silk has excellent mechanical properties that many well-known surpasses natural and artificial materials. The main components of spider silk are Fiber proteins such as fibroin from the silk spinner and spidroin 1 and Spidroin 2 from Nephila clavipes. The strength and elasticity of the silk is based on the Presence of short repetitive amino acid units found in these natural proteins available. These mechanical properties predestine the spider silk for a number of various technical applications such as the production of stable threads or silk. Furthermore, the spider silk threads have because of their protein chemical properties over a low immunogenic and allergenic potential, which is why in combination with the mechanical properties an application in the Medicine, for example, as a natural thread for sewing wounds, as Attachment areas for cultivated cells, as scaffolds for artificial organs and the like offers.
Voraussetzung für eine derartige technische bzw. medizinische Nutzung der Spinnenseide ist jedoch die Herstellung von Spinnenfäden bzw. Spinnenseidenproteinen in großem Maßstab. Zu diesem Zweck wurde bislang versucht, die für die Produktion der Spinnenseide verantwortlichen Spidroin- bzw. Fibroingene in E. coli zu exprimieren. Die sich häufig wiederholenden Sequenzen in den entsprechenden Genen gehen jedoch bei der Reproduktion in Bakterien nach und nach verloren. Ein weiteres Problem ist die Größe der genetischen Information, die für das Bakterium zu umfangreich zu sein scheint, so daß die Spinnenseiden- Gene nicht immer vollständig ausgelesen werden.The prerequisite for such technical or medical use of the spider silk is however, the production of spider threads or spider silk proteins on a large scale. To this end, attempts have been made to produce spider silk to express responsible spidroin or fibroin genes in E. coli. Which is common however, repeating sequences in the corresponding genes go into reproduction gradually lost in bacteria. Another problem is the size of the genetic Information that appears to be too extensive for the bacterium so that the spider silk Genes cannot always be read completely.
Versuche der Expression in Hefezellen ergaben zwar stabilere und längere Seidenproteine, die Fäden, die daraus gesponnen wurden, weisen jedoch nicht die selben vorteilhaften Eigenschaften der natürlichen Seide auf, so daß beispielsweise eine medizinische Anwendung einer derart synthetisch hergestellten Seide nicht möglich ist. Es besteht somit ein Bedarf an synthetischen Seidenproteinen, die in technischem Maßstab hergestellt werden können und nach dem Verspinnen zu Fäden mechanische Eigenschaften aufweisen, die mit jenen der natürlichen Seide vergleichbar sind.Attempts at expression in yeast cells have shown more stable and longer silk proteins that However, threads spun therefrom do not have the same advantageous Properties of natural silk, so that for example a medical application such a synthetically produced silk is not possible. There is therefore a need for synthetic silk proteins that can be produced on an industrial scale and after spinning into threads have mechanical properties that match those of natural silk are comparable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, DNA-Sequenzen bereitzustellen, die für ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodieren, das eine möglichst große Ähnlichkeit mit den bisher bekannten natürlichen Sequenzen von Faserproteinen der Spinnenseide aufweist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem synthetische Spinnenseidenproteine in großem Maßstab hergestellt werden können.The object of the present invention is therefore to provide DNA sequences which are suitable for encode a synthetic spider silk protein that resembles as closely as possible the previously known natural sequences of fiber proteins of spider silk. It is also an object of the present invention to provide a method with which synthetic spider silk proteins can be produced on a large scale.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.Further objects of the present invention will become apparent from the following description.
Oben genannte Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Schutzansprüche gelöst.The above-mentioned tasks are characterized by the characteristics of the independent protection claims solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.Advantageous configurations are defined in the subclaims.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird jetzt eine DNA-Sequenz offenbart, die für ein synthetisches Faserprotein, insbesondere ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodiert, das eine mindestens 80%ige, vorzugsweise mindestens 84%ige, mehr bevorzugt mindestens 88%ige, besonders bevorzugt mindestens 90%ige und 92%ige, am meisten bevorzugt mindestens 94%ige Homologie zu Spidroin- und/oder Fibroin-Proteinen, insbesondere zu dem Spidroin 1-Protein, besonders bevorzugt zu dem Spidroin 1-Protein aus Nephila clavipes aufweist.In the context of the present invention, a DNA sequence is now disclosed, which for a synthetic fiber protein, in particular a synthetic spider silk protein that encodes an at least 80%, preferably at least 84%, more preferably at least 88%, particularly preferably at least 90% and 92%, most preferred at least 94% homology to spidroin and / or fibroin proteins, especially to the spidroin 1 protein, particularly preferably the spidroin 1 protein from Nephila clavipes having.
Homologie bedeutet im Rahmen dieser Erfindung Ähnlichkeit zwischen Aminosäure sequenzen aufgrund von identischen bzw. homologen Aminosäurebausteinen. Welche Aminosäuren als homolog anzusehen sind, ist dem Fachmann bekannt, z. B. (i) Isoleucin, Leucin und Valin untereinander, (ii) Asparagin und Glutamin, (iii) Asparaginsäure und Glutaminsäure.In the context of this invention, homology means similarity between amino acids sequences based on identical or homologous amino acid components. Which Amino acids are to be regarded as homologous, the person skilled in the art is known, for B. (i) isoleucine, Leucine and valine among themselves, (ii) asparagine and glutamine, (iii) aspartic acid and Glutamic acid.
Die erfindungsgemäße DNA-Sequenz ist aus Modulen aufgebaut, die eine Gruppe von aneinandergereihten Oligonukleotidsequenzen umfassen, wobei die Oligonukleotidsequenzen jeweils für repetitive Einheiten aus Spidroin- und/oder Fibroin-Proteinen kodieren.The DNA sequence according to the invention is made up of modules which are a group of include lined up oligonucleotide sequences, the oligonucleotide sequences each code for repetitive units made from spidroin and / or fibroin proteins.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz aus verschiedenen Modulen, welche wiederum aus unterschiedlichen, für Spidroine bzw. Fibroine typischen kurzen Aminosäure- Repeats konstruiert sind, wobei sich das Prinzip der Aneinanderreihung der entsprechenden Oligonukleotidsequenzen bzw. der Module an natürlichen Spidroin- und/oder Fibroin- Sequenzen orientiert, gewährleistet eine sehr hohe Homologie zu bisher bekannten natürlichen Spidroin- bzw. Fibroin-Sequenzen. Dadurch wird sichergestellt, daß die durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz kodierten Spinnenseidenproteine nach dem Verspinnen zu Fäden hervorragende mechanische Eigenschaften bezüglich ihrer Festigkeit und Elastizität aufweisen, die mit den mechanischen Eigenschaften von natürlichen Spinnenfäden vergleichbar sind.The structure of the DNA sequence according to the invention from different modules, which again from different short amino acid residues typical of spidroins or fibroins Repeats are constructed using the principle of stringing the corresponding ones together Oligonucleotide sequences or the modules on natural spidroin and / or fibroin Sequence-oriented, ensures a very high degree of homology to previously known ones natural spidroin or fibroin sequences. This ensures that the DNA sequence according to the invention encoded spider silk proteins after spinning Threads have excellent mechanical properties in terms of their strength and elasticity exhibit that with the mechanical properties of natural spider threads are comparable.
Des weiteren ermöglicht der modulartige Aufbau der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz eine einfache gentechnische Modifizierung der synthetischen Gene, so daß Multimere von synthetischen Spinnenseidenproteinen mit beliebiger Größe je nach Wunsch hergestellt werden können. Ferner können die durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz kodierten Spinnenseidenproteine aufgrund des modulartigen Aufbaus mit anderen Faserproteinsequenzen fusioniert werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz ist, daß sie aufgrund ihres modulartigen Aufbaus auf einfache Weise mit für Reinigungselemente oder Löslichkeits-verändernde Peptide kodierenden Sequenzen fusioniert werden kann. Furthermore, the modular structure of the DNA sequence according to the invention enables one simple genetic modification of the synthetic genes so that multimers of synthetic spider silk proteins of any size made to order can be. Furthermore, the encoded by the DNA sequence according to the invention Spider silk proteins due to the modular structure with others Fiber protein sequences are fused. A particular advantage of the invention DNA sequence is that due to its modular structure, it can easily be used for Cleaning elements or solubility-changing peptide coding sequences fused can be.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz kodierte Spinnenseidenprotein eine mindestens 84%ige, vorzugsweise mindestens 90%ige und besonders bevorzugt mindestens 94%ige Homologie zu dem Spidroin 1-Protein aus Nephila clavipes auf. Spidroin 1 aus Nephila clavipes ist wesentlich am Aufbau eines mechanisch besonders stabilen und elastischen Tragfadens beteiligt.In a particularly preferred embodiment of the present invention, this spider silk protein encoded by the DNA sequence according to the invention contains at least one 84%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 94% Homology to the Spidroin 1 protein from Nephila clavipes. Spidroin 1 out Nephila clavipes is essential to the construction of a mechanically particularly stable and elastic carrying thread involved.
Aufgrund des modulartigen Aufbaus der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz ist die Konstruktion von Genen, die sehr große Spinnenseidenproteine kodieren, ohne weiteres möglich, wobei die hohe Homologie zu Spidroin- und/oder Fibroin-Proteinen, insbesondere zu Spidroin 1, besonders bevorzugt zu Spidroin 1 von Nephila clavipes immer erhalten bleibt. Die so erzielbare Größenverteilung der durch die erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen kodierten Proteine entspricht dem Spektrum von Spinnenseidenproteinen, das nach der Auflösung von natürlicher Spinnenseide beobachten werden kann. Dieses identische Größenspektrum sowie die hohe Sequenzhomologie definieren die erfindungsgemäßen synthetischen Gene als Gene, die für Spinnenseidenproteine kodieren. Im Gegensatz zu natürlicher Spinnenseide, die aus einem Gemisch von Spinnenseidenproteinen besteht, werden durch die vorliegende Erfindung Spinnenseidenprotein-Gene bereitgestellt, die mit hoher Homologie eine Genklasse repräsentieren und eine einfache gentechnische Manipulation erlauben.Due to the modular structure of the DNA sequence according to the invention, the Construction of genes encoding very large spider silk proteins is straightforward possible, the high homology to spidroin and / or fibroin proteins, in particular to spidroin 1, particularly preferably to spidroin 1 from Nephila clavipes is always preserved. The size distribution of the DNA sequences according to the invention that can be achieved in this way encoded proteins corresponds to the spectrum of spider silk proteins, which according to the Dissolution of natural spider silk can be observed. This identical The size spectrum and the high sequence homology define the invention synthetic genes as genes that code for spider silk proteins. In contrast to natural spider silk, which consists of a mixture of spider silk proteins, are provided by the present invention spider silk protein genes that are associated with high homology represent a gene class and a simple genetic engineering Allow manipulation.
Die Module zum Aufbau der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz umfassen eine Gruppe von
aneinandergereihten Oligonukleotidsequenzen, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der
Gruppe, bestehend aus:
The modules for constructing the DNA sequence according to the invention comprise a group of strung oligonucleotide sequences, which are preferably selected from the group consisting of:
- a) TATGAGCGCTCCCGGGCAGGGT;a) TATGAGCGCTCCCGGGCAGGGT;
- b) AGCTTTTAGGTACCAATATTAATCTGGCCGGCTCCACC;b) AGCTTTTAGGTACCAATATTAATCTGGCCGGCTCCACC;
- c) TATGGTCTGGGG; c) TATGGTCTGGGG;
- d) GGCCAGGGTGCTGGCCAA;d) GGCCAGGGTGCTGGCCAA;
- e) GGTGCAGGAGCWGCWGCWGCWGCTGCAGGTGGA;e) GGTGCAGGAGCWGCWGCWGCWGCTGCAGGTGGA;
- f) GCCGGCCAGATTAATATTGGTACCTAAA;f) GCCGGCCAGATTAATATTGGTACCTAAA;
- g) CTGCCCGGGAGCGCTCA;g) CTGCCCGGGAGCGCTCA;
- h) ACCACCATAACCTCC;h) ACCACCATAACCTCC;
- i) AGCACCCTGGCCCCCCAG;i) AGCACCCTGGCCCCCCAG;
- j) TGCAGCWGCWGCWGCWGCTCCTGCACCTTGGCC;j) TGCAGCWGCWGCWGCWGCTCCTGCACCTTGGCC;
- k) TATGAGATCTGGCCAAGGAGGT;k) TATGAGATCTGGCCAAGGAGGT;
- l) TTGGCCAGATCTCA;l) TTGGCCAGATCTCA;
- m) AGTCAGGGTGCTGGTCGTGGAGGCCAA;m) AGTCAGGGTGCTGGTCGTGGAGGCCAA;
- n) TCCACGACCAGCACCCTGACTCCCCAG;n) TCCACGACCAGCACCCTGACTCCCCAG;
- o) AGTCAGGGCGCTGGTCGTGGGGGACTGGGTGGCCAA;o) AGTCAGGGCGCTGGTCGTGGGGGACTGGGTGGCCAA;
- p) ACCCAGTCCCCCACGACCAGCGCCCTGACTCCCCAG;p) ACCCAGTCCCCCACGACCAGCGCCCTGACTCCCCAG;
- q) CTGGGAGGGCAGGGAGCGGGCCAA;q) CTGGGAGGGCAGGGAGCGGGCCAA;
- r) CGCTCCCTGCCCTCCCAGACCTCC; undr) CGCTCCCTGCCCTCCCAGACCTCC; and
- s) Sequenzen, die zu den Sequenzen a) bis r) eine mindestens 80%ige, vorzugsweise mindestens 90%ige, besonders bevorzugt mindestens 94%ige Sequenzidentität aufweisen.s) sequences which are at least 80%, preferably to sequences a) to r) have at least 90%, particularly preferably at least 94% sequence identity.
Die Module umfassen vorzugsweise mindestens vier Oligonukleotidsequenzen, die sich vorzugsweise unterscheiden, um die natürlichen Spinnenseidenproteine auf authentische Weise nachzugestalten. Die erfindungsgemäße DNA-Sequenz ist wiederum vorzugsweise aus mindestens vier der vorstehend beschriebenen Module aufgebaut.The modules preferably comprise at least four oligonucleotide sequences that are preferably differentiate the natural spider silk proteins to authentic ones Way to recreate. The DNA sequence according to the invention is again preferably from built at least four of the modules described above.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz wird im folgenden beispielhaft dargestellt. Zunächst werden die in Abb. 1 angegebenen Oligonukleotide bereitgestellt, die für Aminosäuresequenzen kodieren, die Spidroin-typischen kurzen Aminosäure-Repeats entsprechen. Diese Oligonukleotide werden durch gentechnische Verfahren miteinander kombiniert, wobei sich die Kombination an der natürlichen Spidroin-Sequenz richtet (siehe Abb. 2). Die so entstandenen Module A, B, C, D, E und F werden erneut miteinander kombiniert (siehe Abb. 3). Auf diese Weise werden erfindungsgemäße DNA-Sequenzen bereitgestellt, die auf Aminosäureebene eine mindestens 85%ige, vorzugsweise mindestens 90%ige und besonders bevorzugt mindestens 94%ige Homologie zu Spidroin-Proteinen zeigen.The structure of the DNA sequence according to the invention is exemplified below. First, the oligonucleotides shown in FIG. 1 are provided, which code for amino acid sequences which correspond to short amino acid repeats typical of spidroin. These oligonucleotides are combined with one another by genetic engineering methods, the combination being based on the natural spidroin sequence (see FIG. 2). The resulting modules A, B, C, D, E and F are combined again (see Fig. 3). In this way, DNA sequences according to the invention are provided which, at the amino acid level, show at least 85%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 94% homology to spidroin proteins.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße DNA-Sequenz zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Modulen Nukleinsäuresequenzen, die für repetitive Einheiten aus Fibroin-Proteinen, vorzugsweise aus dem Fibroin-Protein des Seidenspinners kodieren.In a further embodiment, the DNA sequence according to the invention additionally comprises to the modules described above nucleic acid sequences that are for repetitive Units of fibroin proteins, preferably of the silk spinner's fibroin protein encode.
Besonders bevorzugte erfindungsgemäße DNA-Sequenzen weisen die Sequenzen SEQ ID No. 19 bis 29 auf.The sequences have particularly preferred DNA sequences according to the invention SEQ ID No. 19 to 29.
Erfindungsgemäß ist es ferner überraschenderweise erstmals gelungen, synthetische Spinnenseidenproteine in transgenen Pflanzen zu erzeugen. Auf diese Weise können synthetische Spinnenseidenproteine in großem Maßstab hergestellt werden. Um eine stabile Expression der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz in Pflanzen zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß ein rekombinantes Nukleinsäuremolekül bereitgestellt, das die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße DNA-Sequenz sowie einen ubiquitär wirkenden Promotor, vorzugsweise den CaMV35S-Promotor umfaßt. Die Bereitstellung des erfindungsgemäßen rekombinanten Nukleinsäuremoleküls ermöglicht die Expression und Akkumulation von synthetischen Spidroin- bzw. Fibroinsequenzen in transgenen Pflanzen.According to the invention, it has also surprisingly succeeded for the first time in synthetic To produce spider silk proteins in transgenic plants. That way you can synthetic spider silk proteins can be produced on a large scale. To be stable To ensure expression of the DNA sequence according to the invention in plants According to the invention, a recombinant nucleic acid molecule is provided which has the above described DNA sequence according to the invention and a ubiquitous promoter, preferably comprises the CaMV35S promoter. The provision of the invention recombinant nucleic acid molecule enables the expression and accumulation of synthetic spidroin or fibroin sequences in transgenic plants.
Um sicherzustellen, daß die erfindungsgemäße DNA-Sequenz in geeigneten Kompartimenten von transgenen Pflanzen exprimiert und akkumuliert wird, umfaßt das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül zusätzlich zu der erfindungsgemäßen DNA-Sequenz und einem ubiquitär wirkenden Promotor vorzugsweise mindestens eine Nukleinsäuresequenz, die für ein pflanzliches Signalpeptid kodiert.To ensure that the DNA sequence according to the invention in suitable compartments is expressed and accumulated by transgenic plants includes the invention Nucleic acid molecule in addition to the DNA sequence according to the invention and a ubiquitous promoter preferably at least one nucleic acid sequence for encodes a plant signal peptide.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Zielkompartiment für die Expression bzw. Akkumulation des synthetischen Spinnenseidenproteins das endoplasmatische Retikulum (ER) ausgewählt. Dieses Kompartiment ist für die stabile Akkumulation von Fremdproteinen in Pflanzen besonders geeignet. Um den Transport in das ER zu gewährleisten, umfaßt das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül bevorzugt entsprechende Signalpeptide, besonders bevorzugt die LeB4Sp-Sequenz.In a preferred embodiment, the target compartment for the expression or Accumulation of the synthetic spider silk protein the endoplasmic Reticulum (ER) selected. This compartment is for the stable accumulation of Foreign proteins particularly suitable in plants. To transport to the ER too ensure, the nucleic acid molecule according to the invention preferably comprises corresponding ones Signal peptides, particularly preferably the LeB4Sp sequence.
Die Retention im ER, falls gewünscht, wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, daß das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül zusätzlich eine Nukleinsäuresequenz umfaßt, die für ein ER-Retentionspeptid kodiert. Vorzugsweise wird die Retention in ER durch die C-terminal angefügte Aminosäuresequenz KDEL erreicht.The retention in the ER, if desired, is ensured according to the invention in that the nucleic acid molecule according to the invention additionally comprises a nucleic acid sequence which for encodes an ER retention peptide. The retention in ER is preferably by the C-terminally attached amino acid sequence KDEL reached.
Ferner kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße DNA-Sequenz an der Plasmalemma, d. h. der Zellmembran, zu plazieren. Deshalb umfaßt das erfindungsgemäße rekombinante Nukleinsäuremolekül bei einer alternativen Ausführungsform die erfindungsgemäße DNA-Sequenz, fusioniert an den N-Terminus einer Transmembrandomäne. Vorzugsweise ist diese Transmembrandomäne die Transmembrandomäne des PDGF-Rezeptors, die sogenannte HOOK-Sequenz (siehe Abb. 4).It may also be advantageous to place the DNA sequence according to the invention on the plasma membrane, ie the cell membrane. Therefore, in an alternative embodiment, the recombinant nucleic acid molecule according to the invention comprises the DNA sequence according to the invention, fused to the N-terminus of a transmembrane domain. This transmembrane domain is preferably the transmembrane domain of the PDGF receptor, the so-called HOOK sequence (see FIG. 4).
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül mit ELP's (elastin-like polypeptides) fusioniert. ELP's sind oligomere Repeats des Pentapeptids Val-Pro-Gly-Xaa-Gly (wobei Xaa jede Aminosäure außer Prolin und vorzugsweise Gly ist) und unterliegen einem reversiblen inversen Temperaturübergang. Sie sind in Wasser unterhalb der inversen Übergangstemperatur (Tt) sehr gut löslich, unterliegend jedoch einem scharfen Phasenübergang im Bereich von 2°C bis 3°C, wenn die Temperatur über Tt erhöht wird, was zur Ausfällung und Aggregation des Polypeptids führt. D. E. Meyer und A. Chilkoti, Nat. Biotech. 1999, 17, 1112-1115, haben beschrieben, daß ELP-Fusionen mit rekombinanten Proteinen das Löslichkeitsverhalten dieser rekombinanten Proteine bei verschiedenen Temperaturen und Konzentrationen gezielt verändern. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies zur Etablierung von im nachfolgenden detailliert beschriebenen Reinigungsstrategien für das durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz kodierte Spinnenseidenprotein genutzt. Vorzugsweise umfassen die durch die Nukleinsäuresequenz in dem erfindungsgemäßen Nukleinsäuremolekül kodierten ELP's von 10 bis 100 der vorstehend beschriebenen Pentamer-Einheiten (siehe Abb. 5).In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule according to the invention is fused with ELPs (elastin-like polypeptides). ELP's are oligomeric repeats of the pentapeptide Val-Pro-Gly-Xaa-Gly (where Xaa is any amino acid except proline and preferably Gly) and are subject to a reversible inverse temperature transition. They are very soluble in water below the inverse transition temperature (T t ), but are subject to a sharp phase transition in the range from 2 ° C to 3 ° C if the temperature is raised above T t , which leads to the precipitation and aggregation of the polypeptide. DE Meyer and A. Chilkoti, Nat. Biotech. 1999, 17, 1112-1115, have described that ELP fusions with recombinant proteins specifically change the solubility behavior of these recombinant proteins at different temperatures and concentrations. In the present invention, this is used to establish cleaning strategies for the spider silk protein encoded by the DNA sequence according to the invention, which are described in detail below. The ELPs encoded by the nucleic acid sequence in the nucleic acid molecule according to the invention preferably comprise from 10 to 100 of the pentamer units described above (see FIG. 5).
Die Herstellung der vorstehend beschriebenen chimären Genkonstrukte bzw. rekombinanten Nukleinsäuremoleküle erfolgt mittels konventioneller Klonierungstechniken (siehe beispielsweise Sambrok et al. (1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Auflage, Cold Spring Harbour Laboratory Press, Cold Spring Harbour, New York)). Mittels dieser gängigen molekularbiologischen Techniken ist es möglich, gewünschte Konstrukte für die Transformation von Pflanzen vorzubereiten bzw. herzustellen. Die für die gentechnische Manipulation in prokaryontischen Zellen üblicherweise eingesetzten Klonierungs-, Mutagenisierungs-, Sequenzanalyse- und Restriktionsanalyse-Methoden sowie weitere biochemisch-molekularbiologische Methoden sind dem Fachmann wohlbekannt. So können nicht nur geeignete chimäre Genkonstrukte mit der jeweils gewünschten Fusion von Promotor, erfindungsgemäßer DNA-Sequenz, für ein pflanzliches Signalpeptid kodierender Sequenz, für ein ER-Retentionspeptid kodierender Sequenz, für eine Transmembrandomäne kodierender Sequenz und/oder für Reinigungselemente bzw. Löslichkeits-verändernde Peptide kodierenden Sequenzen hergestellt werden. Vielmehr kann der Fachmann mittels Routinetechniken, falls erwünscht, verschiedenartige Mutationen oder Deletionen in die jeweiligen Gene einführen. The preparation of the chimeric gene constructs or recombinant described above Nucleic acid molecules are made using conventional cloning techniques (see for example Sambrok et al. (1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York)). By means of this common molecular biological techniques it is possible to construct desired constructs for the Prepare or produce transformation of plants. The one for genetic engineering Manipulation in prokaryotic cells usually used cloning, Mutagenization, sequence analysis and restriction analysis methods and others Biochemical-molecular biological methods are well known to the person skilled in the art. So can not only suitable chimeric gene constructs with the desired fusion of Promoter, DNA sequence according to the invention, coding for a plant signal peptide Sequence, coding sequence for an ER retention peptide, for a transmembrane domain coding sequence and / or for cleaning elements or solubility-changing Sequences encoding peptides can be produced. Rather, the person skilled in the art can Routine techniques, if desired, various mutations or deletions in the introduce respective genes.
Die Erfindung betrifft weiterhin Vektoren und Mikroorganismen, die erfindungsgemäße Nukleinsäuremoleküle enthalten und deren Verwendung die Herstellung von Pflanzenzellen bzw. Pflanzen ermöglicht, die Spinnenseidenproteine produzieren. Dabei handelt es sich bei den Vektoren insbesondere um Plasmide, Cosmide, Viren, Bakteriophagen und andere in der Gentechnik gängige Vektoren. Bei den Mikroorganismen handelt es sich in erster Linie um Bakterien, Viren, Pilze, Hefen und Algen.The invention further relates to vectors and microorganisms, the invention Contain nucleic acid molecules and their use in the production of plant cells or plants that produce spider silk proteins. It is about the vectors in particular plasmids, cosmids, viruses, bacteriophages and others in the Genetic engineering common vectors. The microorganisms are primarily Bacteria, viruses, fungi, yeast and algae.
Da die erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen aufgrund ihres repetitiven Charakters kaum unikale Restriktionsorte aufweisen, wurden die erfindungsgemäßen Vektoren bzw. die das synthetische Spinnenseidenprotein kodierenden Gene durch verschiedene Strategien entsprechend angepaßt (siehe Abb. 6 bis 8). Bei der Amplifizierung der erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen durch PCR werden aufgrund des extrem repetitiven Charakters der erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen vorzugsweise zunächst Oligonukleotide anligiert, welche dann als Matrizen für die nachfolgenden PCR-Reaktionen dienen (siehe Abb. 7).Since the DNA sequences according to the invention have hardly any unique restriction sites due to their repetitive character, the vectors according to the invention or the genes encoding the synthetic spider silk protein were adapted accordingly by various strategies (see FIGS. 6 to 8). When the DNA sequences according to the invention are amplified by PCR, owing to the extremely repetitive nature of the DNA sequences according to the invention, oligonucleotides are preferably first ligated, which then serve as templates for the subsequent PCR reactions (see FIG. 7).
Des weiteren wird bei der vorliegenden Erfindung ein rekombinantes Spinnenseidenprotein bereitgestellt, das durch die erfindungsgemäße DNA-Sequenz kodiert wird. Dieses erfindungsgemäße synthetische Spinnenseidenprotein, vorzugsweise mit einem Molekulargewicht im Bereich von 10 bis 160 kDa, weist eine mindestens 85%ige, vorzugsweise mindestens 90%ige und besonders bevorzugt mindestens 94%ige Homologie zu Spidroin- und/oder Fibroin-Proteinen auf. Durch diese hohe Homologie mit den natürlichen Faserproteinen der Spinne und des Seidenspinners wird gewährleistet, daß die herausragenden mechanischen Eigenschaften der natürlichen Spinnenfäden erreicht werden, wenn die erfindungsgemäßen Proteine zu Fäden gesponnen werden.Furthermore, in the present invention, a recombinant spider silk protein provided, which is encoded by the DNA sequence according to the invention. This synthetic spider silk protein according to the invention, preferably with a Molecular weight in the range from 10 to 160 kDa, has an at least 85%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 94% homology Spidroin and / or Fibroin proteins. Due to this high homology with the natural Fiber proteins of the spider and the silk spinner ensure that the outstanding mechanical properties of natural spider threads can be achieved when the proteins according to the invention are spun into threads.
Ferner weisen die erfindungsgemäßen Proteine überraschenderweise neuartige physikochemische Eigenschaften auf. So bleibt die Löslichkeit dieser erfindungsgemäßen synthetischen Faserproteine in wäßrigen Lösungen auch nach längerem Kochen außerordentlich gut erhalten. Gemeinsam mit der ebenfalls auftretenden Löslichkeit in organischen Lösungen und dem Fällungsverhalten bei hohen Salzkonzentrationen können diese neuen Eigenschaften der erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteine somit für die Entwicklung technisch durchführbarer Extraktions- und Reinigungsverfahren genützt werden. Diese Eigenschaften werden noch verstärkt, wenn die erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteine gezielt in bestimmten Kompartimenten, insbesondere im ER von transgenen Pflanzen akkumuliert werden.Furthermore, the proteins according to the invention surprisingly have novel ones physicochemical properties. So the solubility of this invention remains synthetic fiber proteins in aqueous solutions even after long cooking extremely well preserved. Together with the solubility also occurring in organic solutions and the precipitation behavior at high salt concentrations these new properties of the synthetic spider silk proteins according to the invention thus for the development of technically feasible extraction and cleaning processes be used. These properties are further enhanced when the invention synthetic spider silk proteins in specific compartments, especially in ER can be accumulated by transgenic plants.
Beispiele für Aminosäuresequenzen der erfindungsgemäßen rekombinanten synthetischen Spinnenseidenproteine weisen die Sequenzen SEQ ID No. 30 bis 40 auf. Die erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine können alternativ auch nach chemischen, dem Fachmann bekannten Methoden synthetisiert werden, eine rekombinante Herstellung ist jedoch bevorzugt.Examples of amino acid sequences of the recombinant synthetic according to the invention Spider silk proteins have the sequences SEQ ID No. 30 to 40. The Spider silk proteins according to the invention can alternatively also by chemical, the Methods known to those skilled in the art are synthesized, which is a recombinant preparation however preferred.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Spinnenseidenprotein-
produzierenden Pflanzen bzw. Pflanzenzellen, umfassend die folgenden Schritte:
The invention further relates to a method for producing spider silk protein-producing plants or plant cells, comprising the following steps:
- a) Herstellung eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen rekombinanten Nukleinsäuremoleküls;a) Preparation of a recombinant according to the invention as described above Nucleic acid molecule;
- b) Übertragung des Nukleinsäuremoleküls aus a) auf pflanzliche Zellen; undb) transfer of the nucleic acid molecule from a) to plant cells; and
- c) gegebenenfalls die Regeneration fertiler Pflanzen aus den transformierten Pflanzenzellen.c) if appropriate, the regeneration of fertile plants from the transformed Plant cells.
Des weiteren betrifft die Erfindung Pflanzenzellen, die die erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle bzw. den erfindungsgemäßen Vektor enthalten. Die Erfindung betrifft ferner Ernteprodukte und Vermehrungsmaterial transgener Pflanzen sowie die transgenen Pflanzen selbst, die ein erfindungsgemäßes Nukleinsäuremolekül enthalten.Furthermore, the invention relates to plant cells that the invention Contain nucleic acid molecules or the vector according to the invention. The invention relates furthermore harvest products and propagation material of transgenic plants as well as the transgenic Plants themselves that contain a nucleic acid molecule according to the invention.
Zur Vorbereitung der Einführung fremder Gene in höhere Pflanzen bzw. deren Zellen stehen eine große Anzahl von Klonierungsvektoren zur Verfügung, die ein Replikationssignal für E. coli und ein Markergen zur Selektion transformierter Bakterienzellen enthalten. Beispiele für derartige Vektoren sind pBR322, pUC-Serien, M13mp-Serien, pACYC184 usw. Die gewün schte Sequenz kann an einer passenden Restriktionsschnittstelle in den Vektor eingeführt werden. Das erhaltene Plasmid wird dann für die Transformation von E. coli-Zellen verwen det. Transformierte E. coli-Zellen werden in einem geeigneten Medium gezüchtet und an schließend geerntet und lysiert, und das Plasmid wird wiedergewonnen. Als Analysenmetho de zur Charakterisierung der gewonnenen Plasmid-DNA werden im allgemeinen Restriktions analysen, Gelelektrophoresen und weitere biochemisch-molekularbiologische Methoden ein gesetzt. Nach jeder Manipulation kann die Plasmid-DNA gespalten und gewonnene DNA- Fragmente mit anderen DNA-Sequenzen verknüpft werden.Prepare for the introduction of foreign genes into higher plants or their cells a large number of cloning vectors are available which provide a replication signal for E. coli and contain a marker gene for the selection of transformed bacterial cells. examples for such vectors are pBR322, pUC series, M13mp series, pACYC184 and so on Most sequence can be inserted into the vector at a suitable restriction site become. The plasmid obtained is then used for the transformation of E. coli cells det. Transformed E. coli cells are grown in a suitable medium and an finally harvested and lysed, and the plasmid is recovered. As an analytical method de to characterize the plasmid DNA obtained are generally restrictions analyzes, gel electrophoresis and other biochemical-molecular biological methods set. After each manipulation, the plasmid DNA can be cleaved and DNA Fragments can be linked to other DNA sequences.
Für die Einführung von DNA in eine pflanzliche Wirtszelle stehen eine Vielzahl von Tech niken zur Verfügung, wobei der Fachmann die jeweils geeignete Methode ohne Schwierig keiten ermitteln kann. Diese Techniken umfassen die Transformation pflanzlicher Zellen mit T-DNA unter Verwendung von Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes als Transformationsmedium, die Fusion von Protoplasten, die Injektion, die Elektroporation, den direkten Gentransfer isolierter DNA in Protoplasten, die Einbringung von DNA mittels der biolistischen Methode sowie weitere Möglichkeiten die bereits seit mehreren Jahren gut etabliert sind und zum üblichen Repertoire des Fachmanns in der pflanzlichen Molekularbiologie bzw. Pflanzenbiotechnologie gehören.A variety of tech are available for the introduction of DNA into a plant host cell techniques are available, the person skilled in the art finding the appropriate method without difficulty can determine. These techniques include the transformation of plant cells T-DNA using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes as a transformation medium, the fusion of protoplasts, injection, electroporation, the direct gene transfer of isolated DNA in protoplasts, the introduction of DNA by means of the biolistic method and other possibilities that have been good for several years are established and to the usual repertoire of the specialist in the vegetable Molecular biology or plant biotechnology belong.
Bei der Injektion und Elektroporation von DNA in Pflanzenzellen werden per se keine spe ziellen Anforderungen an die verwendeten Plasmide gestellt. Ähnliches gilt für den direkten Gentransfer. Es können einfache Plasmide, wie z. B. pUC-Derivate, verwendet werden. Sollen aber aus derartig transformierten Zellen ganze Pflanzen regeneriert werden, ist die Anwesen heit eines selektierbaren Markergens empfehlenswert. Dem Fachmann sind die gängigen Selektionsmarker bekannt, und es stellt für ihn kein Problem dar, einen geeigneten Marker auszuwählen.In the injection and electroporation of DNA into plant cells, no per se The demands placed on the plasmids used. The same applies to the direct one Gene transfer. Simple plasmids such as e.g. B. pUC derivatives can be used. Should but whole plants are regenerated from such transformed cells, is the property recommended selectable marker gene. The experts are familiar Selection marker known, and it is no problem for him, a suitable marker to select.
Je nach Einführungsmethode gewünschter Gene in die Pflanzenzelle können weitere DNA- Sequenzen erforderlich sein. Werden z. B. für die Transformation der Pflanzenzelle das Ti- oder Ri-Plasmid verwendet, so muss mindestens die rechte Begrenzung, häufig jedoch die rechte und linke Begrenzung der im Ti- bzw. Ri-Plasmid enthaltenen T-DNA als Flanken bereich mit den einzuführenden Genen verbunden werden. Werden für die Transformation Agrobakterien verwendet, muss die einzuführende DNA in spezielle Plasmide kloniert wer den, und zwar entweder in einen intermediären oder in einen binären Vektor. Die interme diären Vektoren können aufgrund von Sequenzen, die homolog zu Sequenzen in der T-DNA sind, durch homologe Rekombination in das Ti- oder Ri-Plasmid der Agrobakterien integriert werden. Dieses enthält außerdem die für den Transfer der T-DNA notwendige vir-Region. Intermediäre Vektoren können nicht in Agrobakterien replizieren. Mittels eines Helferplas mids kann der intermediäre Vektor auf Agrobacterium tumefaciens übertragen werden (Kon jugation). Binäre Vektoren können sowohl in E. coli als auch in Agrobakterien replizieren. Sie enthalten ein Selektionsmarkergen und einen Linker oder Polylinker, welche von der rechten und linken T-DNA-Grenzregion eingerahmt werden. Sie können direkt in die Agro bakterien transformiert werden. Das als Wirtszelle dienende Agrobakterium soll ein Plasmid, das eine vir-Region trägt, enthalten. Die vir-Region ist für den Transfer der T-DNA in die Pflanzenzelle notwendig. Zusätzliche T-DNA kann vorhanden sein. Das derartig transfor mierte Agrobakterium wird zur Transformation von Pflanzenzellen verwendet. Die Verwen dung von T-DNA für die Transformation von Pflanzenzellen ist intensiv untersucht und ausreichend in allseits bekannten Übersichtsartikeln und Handbüchern zur Pflanzentrans formation beschrieben worden. Für den Transfer der DNA in die Pflanzenzelle können Pflan zen-Explantate zweckmäßigerweise mit Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes kultiviert werden. Aus dem infizierten Pflanzenmaterial (z. B. Blattstücke, Stengel segmente, Wurzeln, aber auch Protoplasten oder Suspensions-kultivierte Pflanzenzellen) können dann in einem geeigneten Medium, welches Antibiotika oder Biozide zur Selektion transformierter Zellen enthalten kann, wieder ganze Pflanzen regeneriert werden.Depending on the method of introducing desired genes into the plant cell, additional DNA Sequences may be required. Are z. B. for the transformation of the plant cell the Ti or Ri plasmid is used, at least the right boundary, but often the right and left borders of the T-DNA contained in the Ti and Ri plasmid as flanks linked to the genes to be introduced. Be for transformation If agrobacteria are used, the DNA to be introduced must be cloned into special plasmids the, either in an intermediate or in a binary vector. The interme diary vectors may be due to sequences homologous to sequences in the T-DNA are integrated into the Ti or Ri plasmid of the agrobacteria by homologous recombination become. This also contains the vir region necessary for the transfer of the T-DNA. Intermediate vectors cannot replicate in agrobacteria. Using a helper plasma mids the intermediate vector can be transferred to Agrobacterium tumefaciens (Kon jugation). Binary vectors can replicate in E. coli as well as in Agrobacteria. They contain a selection marker gene and a linker or polylinker, which is from the right and left T-DNA border region are framed. You can go straight into the agro bacteria are transformed. The agrobacterium serving as the host cell is said to be a plasmid, that carries a vir region. The vir region is for the transfer of the T-DNA into the Plant cell necessary. Additional T-DNA may be present. The transfor that way mated Agrobacterium is used to transform plant cells. The use The development of T-DNA for the transformation of plant cells has been intensively investigated and sufficient in well-known overview articles and manuals for plant trans formation has been described. Plants can be used to transfer the DNA into the plant cell zen explants expediently with Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes are cultivated. From the infected plant material (e.g. leaf pieces, stems segments, roots, but also protoplasts or suspension-cultivated plant cells) can then in a suitable medium, which antibiotics or biocides for selection can contain transformed cells, whole plants can be regenerated again.
Ist die eingeführte DNA einmal im Genom der Pflanzenzelle integriert, so ist sie dort in der Regel stabil und bleibt auch in den Nachkommen der ursprünglich transformierten Zelle erhalten. Sie enthält normalerweise einen Selektionsmarker, der den transformierten Pflanzen zellen Resistenz gegenüber einem Biozid oder einem Antibiotikum wie Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin, Methotrexat, Glyphosat, Streptomycin, Sulfonylharnstoff, Genta mycin oder Phosphinotricin u. a. vermittelt. Der individuell gewählte Marker sollte daher die Selektion transformierter Zellen gegenüber Zellen, denen die eingeführte DNA fehlt, gestat ten. Hierzu sind auch alternative Marker geeignet, wie nutretive Marker, Screeningmarker (wie GFP, green fluorescent protein). Selbstverständlich kann auch vollkommen auf Selek tionsmarker verzichtet werden, was allerdings mit einem ziemlich hohen Screeningbedarf einhergeht. Falls markerfreie transgenen Pflanzen erwünscht sind, stehen dem Fachmann auch Strategien zur Verfügung, die eine nachträgliche Entfernung des Markergens erlauben, z. B. Cotransformation, Sequenz-spezifische Rekombinasen.Once the introduced DNA is integrated in the genome of the plant cell, it is there in the Usually stable and remains in the progeny of the originally transformed cell receive. It usually contains a selection marker that corresponds to the transformed plants cell resistance to a biocide or an antibiotic such as kanamycin, G 418, Bleomycin, hygromycin, methotrexate, glyphosate, streptomycin, sulfonylurea, genta mycin or phosphinotricin u. a. mediated. The individually selected marker should therefore be the Selection of transformed cells over cells that lack the introduced DNA allowed Alternative markers are also suitable for this, such as nutretive markers and screening markers (like GFP, green fluorescent protein). Of course you can also choose Selek tion markers are dispensed with, but this does require a fairly high need for screening goes along. If marker-free transgenic plants are desired, the expert is also available Strategies are available that allow subsequent removal of the marker gene, e.g. B. Cotransformation, sequence-specific recombinases.
Die Regeneration der transgenen Pflanzen aus transgenen Pflanzenzellen erfolgt nach übli chen Regenerationsmethoden unter Verwendung bekannter Nährmedien. Die so erhaltenen Pflanzen können dann mittels üblicher Verfahren, einschließlich molekularbiologischer Methoden, wie PCR, Blot-Analysen, auf Anwesenheit der eingeführten Nukleinsäure, die ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodiert, untersucht werden.The regeneration of the transgenic plants from transgenic plant cells is carried out according to übli Chen regeneration methods using known nutrient media. The so obtained Plants can then be grown using standard techniques, including molecular biological Methods such as PCR, blot analysis, for the presence of the introduced nucleic acid, the one synthetic spider silk protein encoded, are examined.
Bei der transgenen Pflanze bzw. der transgenen Pflanzenzelle kann es sich um jede beliebige monokotyle oder dikotyle Pflanze bzw. Pflanzenzelle handeln. Vorzugsweise handelt es sich um Nutzpflanzen bzw. Zellen von Nutzpflanzen. Besonders bevorzugt handelt es sich um transgene Pflanzen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus der Tabakpflanze (Nicotiana tabacum) und der Kartoffelpflanze (Solanum tuberosum).The transgenic plant or the transgenic plant cell can be any one act monocotyledonous or dicotyledonous plant or plant cell. It is preferably around crop plants or cells of crop plants. It is particularly preferred transgenic plants selected from the group consisting of the tobacco plant (Nicotiana tabacum) and the potato plant (Solanum tuberosum).
Die Expression des erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteins in den erfindungsgemäßen Pflanzen bzw. in den erfindungsgemäßen Pflanzenzellen kann mit Hilfe herkömmlicher molekularbiologischer und biochemischer Methoden nachgewiesen und verfolgt werden. Dem Fachmann sind diese Techniken bekannt und er ist problemlos in der Lage, eine geeignete Nachweismethode zu wählen, beispielsweise eine Northern-Blot- Analyse oder eine Southern-Blot-Analyse.The expression of the synthetic spider silk protein according to the invention in the Plants according to the invention or in the plant cells according to the invention can with the help conventional molecular biological and biochemical methods are proven and be followed. These techniques are known to the person skilled in the art and can be used without problems Able to choose a suitable detection method, for example a Northern blot Analysis or a Southern blot analysis.
Ein Beispiel für die Herstellung von transgenen Spinnenseidenprotein-produzierenden Pflanzen ist in Abb. 9 angegeben. Die durch PCR amplifizierten Sequenzen können möglicherweise frameshift-Mutationen enthalten. Deshalb müssen die erfindungsgemäßen Sequenzen vor der Erzeugung transgener Pflanzen überprüft werden. Dies kann durch Sequenzanalyse jeweils von den flankierenden Vektorsequenzen aus erfolgen. Längere Konstrukte über 1 kB können auf diese Weise nicht geprüft werden, da aufgrund der repetitiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen interne Sequenzierungsprimer keine auswertbaren sicheren Sequenzen liefern. Aus diesem Grund wurden amplifizierte Spidroinsequenzen vorzugsweise in den bakteriellen Expressionsvektor pet23a (Novagen, Madison, USA) kloniert. Durch immunchemischen Nachweis der Expression können dann frameshift-Mutationen ausgeschlossen werden.An example of the production of transgenic spider silk protein-producing plants is given in Fig. 9. The sequences amplified by PCR may contain frameshift mutations. The sequences according to the invention must therefore be checked before the generation of transgenic plants. This can be done by sequence analysis from the flanking vector sequences. Longer constructs over 1 kB cannot be tested in this way, since due to the repetitive properties of the DNA sequences according to the invention, internal sequencing primers do not provide any evaluable, safe sequences. For this reason, amplified spidroin sequences were preferably cloned into the pet23a bacterial expression vector (Novagen, Madison, USA). Frame shift mutations can then be excluded by immunochemical detection of the expression.
Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle bzw. Expressionskassetten werden erfindungsgemäß üblicherweise als HindIII-Fragmente in Shuttle-Vektoren wie pBIN, pCB301 und/oder pGSGLUC1 kloniert. Diese Shuttle-Vektoren werden vorzugsweise in Agrobacterium tumefaciens transformiert. Die Transformation von Agrobacterium tumefaciens wird üblicherweise durch Southern-Blot-Analyse und/oder PCR-Screening überprüft.The nucleic acid molecules or expression cassettes according to the invention are according to the invention usually as HindIII fragments in shuttle vectors such as pBIN, pCB301 and / or pGSGLUC1 cloned. These shuttle vectors are preferably in Agrobacterium tumefaciens transformed. The transformation of Agrobacterium tumefaciens is usually detected by Southern blot analysis and / or PCR screening checked.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Vermehrungsmaterial und Ernteprodukte der erfindungs gemäßen Pflanzen, beispielsweise Früchte, Samen, Knollen, Wurzelstöcke, Sämlinge, Stecklinge usw.The invention also relates to propagation material and crop products of the Invention appropriate plants, for example fruits, seeds, tubers, rhizomes, seedlings, Cuttings etc.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichem
Spinnenseidenprotein, umfassend die folgenden Schritte:
The invention further relates to a method for obtaining vegetable spider silk protein, comprising the following steps:
- a) die Übertragung eines erfindungsgemäßen rekombinanten Nukleinsäuremoleküls oder Vektors, der eine DNA-Sequenz erhält, die für ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodiert, auf Pflanzenzellen;a) the transfer of a recombinant nucleic acid molecule according to the invention or Vector that receives a DNA sequence necessary for a synthetic spider silk protein encoded, on plant cells;
- b) gegebenenfalls die Regeneration von Pflanzen aus den transformierten Pflanzenzellen;b) if appropriate, the regeneration of plants from the transformed plant cells;
- c) die Verarbeitung der Pflanzenzellen aus a) bzw. der Pflanzen aus b) zur Gewinnung von pflanzlichem Spinnenseidenprotein.c) the processing of the plant cells from a) or the plants from b) for extraction of vegetable spider silk protein.
Bei einem weiteren wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Verfahren zur Gewinnung von rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteinen bereitgestellt, die die Übertragung eines erfindungsgemäßen rekombinanten Nukleinsäuremoleküls oder Vektors, der eine DNA-Sequenz enthält, die für ein synthetisches Spinnenseidenprotein kodiert, auf beliebige Zellen, d. h. neben Pflanzenzellen beispielsweise auch bakterielle oder tierische Zellen, umfassen. Wesentliches Merkmal bei diesen erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei der Schritt der Reinigung der rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteine, bei dem u. a. deren besondere Eigenschaften hinsichtlich der Löslichkeit bei Erwärmung und/oder Säurezugabe ausgenutzt werden. In a further essential aspect of the present invention, methods for Obtaining recombinantly produced spider silk proteins that the Transfer of a recombinant nucleic acid molecule or vector according to the invention, which contains a DNA sequence which codes for a synthetic spider silk protein any cells, d. H. In addition to plant cells, for example, bacterial or animal cells Cells. An essential feature of this method according to the invention is the step of purifying the recombinantly produced spider silk proteins, in which u. a. their special properties with regard to solubility when heated and / or Acid addition can be used.
So erfolgt bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Reinigung des rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteins durch Hitzebehandlung des Zellextrakts, z. B. eines Pflanzensamen-Extrakts, und anschließende Abtrennung der denaturierten zelleigenen, z. B. der pflanzeneigenen Proteine beispielsweise durch Zentrifugation. Dabei wird die Eigenschaft der rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteine ausgenutzt, daß sie beim Erhitzen von wäßrigen Lösungen bis zum Siedepunkt löslich bleiben. Dagegen bleiben beispielsweise synthetische Faserproteine der Spinne und des Seidenspinners nach Expression in Pichia pastoris beim Erhitzen nur bis zu einer Temperatur von 63°C und dann nur für 10 Minuten in Lösung.Thus, in one embodiment of the method according to the invention, the recombinantly produced spider silk protein by heat treatment of the cell extract, e.g. B. a plant seed extract, and subsequent separation of the denatured cell's own, e.g. B. the plant's own proteins, for example by centrifugation. there the property of the recombinantly produced spider silk proteins is exploited that they remain soluble when heated to boiling point. Remain against it for example synthetic fiber proteins of the spider and the silk spinner after expression in Pichia pastoris when heated only up to a temperature of 63 ° C and then only for 10 Minutes in solution.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung von rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteinen erfolgt die Reinigung durch Einstellung eines sauren pH mittels Zugabe von Säure, vorzugsweise Salzsäure zu dem Zellextrakt, beispielsweise zu dem Pflanzenextrakt. Der saure pH, insbesondere ein pH im Bereich von 1,0 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5, am meisten bevorzugt ein pH von 3,0, wird dabei vorzugsweise für eine Dauer von mehreren Minuten, besonders bevorzugt etwa 30 Minuten, bei einer Temperatur unterhalb Raumtemperatur, vorzugsweise etwa 4°C, beibehalten. Wiederum wird eine nicht zu erwartende Eigenschaft der durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen Proteine ausgenutzt, nämlich daß sie beim Ansäuern, insbesondere bis zu einem pH von 3,0 bei 4°C in Lösung bleiben. Die zelleigenen, beispielsweise pflanzeneigenen Proteine fallen dagegen aus und werden insbesondere durch Zentrifugation abgetrennt.In a further embodiment of the method according to the invention for obtaining Recombinantly produced spider silk proteins are cleaned by adjustment an acidic pH by adding acid, preferably hydrochloric acid, to the cell extract, for example to the plant extract. The acidic pH, especially a pH in the range of 1.0 to 4.0, particularly preferably in the range from 2.5 to 3.5, most preferably a pH of 3.0, is preferably preferred for a period of several minutes about 30 minutes, at a temperature below room temperature, preferably about 4 ° C, maintained. Again, an unexpected property of the Proteins obtained according to the method used, namely that they are Acidify, especially in solution up to a pH of 3.0 at 4 ° C. The cell's own for example, plant proteins fail and are particularly affected by Centrifugation separated.
Die vorstehend beschriebenen Löslichkeitseigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteine sind sehr überraschend und waren in dieser Form nicht vorhersehbar und ermöglichen eine effiziente, schnelle und kostengünstige Reinigung bei deren Extraktion aus Zellen, insbesondere Pflanzenzellen. The solubility properties described above according to the invention Processes recombinantly produced spider silk proteins are very surprising and were not predictable in this form and enable efficient, fast and Cost-effective cleaning when extracting them from cells, especially plant cells.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Nukleinsäuremolekül auf die Zellen übertragen, das zusätzlich eine Nukleinsäuresequenz umfaßt, die für ELP's kodiert. In diesem Fall erfolgt die Reinigung des rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteins auf die folgende Weise: In einem ersten Schritt wird das Spinnenseiden-ELP-Fusionsprotein durch Hitzebehandlung des Rohextrakts angereichert. Überraschenderweise behalten die Fusionsproteine dabei die außerordentliche Löslichkeit der Spinnenseidenproteine bei hohen Temperaturen bei. Ein Großteil der zelleigenen Proteine fällt bei dieser Temperaturerhöhung aus. Im nächsten Schritt werden die Spinnenseiden-ELP- Fusionsproteine durch weitere Temperaturerhöhung, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 60°C, ausgefällt. Vorzugsweise erfolgt die Ausfällung bei einer geeigneten Salz- Konzentration, beispielsweise einer NaCl-Konzentration von mindestens 0,5 M, vorzugsweise im Bereich von 1 M bis 2 M. Schließlich wird das ELP-Fragment, vorzugsweise durch Verdauung mit CNBr, abgespalten.In a further embodiment of the method according to the invention, a Nucleic acid molecule transferred to the cells, which also has a nucleic acid sequence which encodes for ELP's. In this case, the recombinant is cleaned spider silk protein produced in the following way: In a first step, the Spider silk-ELP fusion protein enriched by heat treatment of the crude extract. Surprisingly, the fusion proteins retain the extraordinary solubility of the Spider silk proteins at high temperatures. Much of the cell's own proteins fails at this temperature increase. In the next step, the spider silk ELP Fusion proteins by further increasing the temperature, preferably to a temperature of at least 60 ° C, failed. Precipitation preferably takes place with a suitable salt Concentration, for example an NaCl concentration of at least 0.5 M, preferably in the range of 1 M to 2 M. Finally, the ELP fragment, preferably by Digestion with CNBr, split off.
Durch das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von rekombinant hergestelltem Spinnenseidenprotein können die Proteine in Pflanzen zu hohen Konzentrationen, vorzugsweise bis zu einer Expressionshöhe von etwa 4% des gesamten löslichen Proteins angereichert werden. Damit werden erstmals Verfahren bereitgestellt, die zur technisch realisierbaren Anreicherung von rekombinantem Spinnenseidenprotein verwendet werden können.By the method according to the invention for obtaining Recombinantly produced spider silk protein can increase the proteins in plants Concentrations, preferably up to an expression level of about 4% of the total soluble protein can be enriched. This is the first time that procedures are provided that for the technically feasible enrichment of recombinant spider silk protein can be used.
Die erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine können bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von synthetischen Fäden sowie von Folien und Membranen verwendet werden. Insbesondere sind derartige Produkte für medizinische Anwendungen, insbesondere zum Vernähen von Wunden und/oder als Gerüste bzw. als Abdeckung für künstliche Organe, geeignet. Ferner können die aus den erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine hergestellten Folien und Membrane u. a. als Anheftungsflächen für kultivierte Zellen sowie zur Filterung verwendet werden.The spider silk proteins according to the invention can be used in a further aspect of Present invention for the production of synthetic threads and films and Membranes are used. In particular, such products are for medical Applications, in particular for sewing wounds and / or as scaffolding or as Cover for artificial organs, suitable. Furthermore, those from the invention Spider silk proteins produced films and membranes u. a. as attachment areas for cultivated cells and used for filtering.
Die vorliegende Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen, die der Veranschaulichung der Erfindung dienen und in keiner Weise als einschränkend zu verstehen sind, erläutert.The present invention is illustrated in the following examples, which are illustrative serve the invention and are in no way to be understood as limiting.
Expression und stabile Akkumulation von synthetischen Faserproteinen der Spinne und des Seidenspinners im endoplasmatischen Retikulum von Blättern bzw. Knollen transgener Tabak- und Kartoffelpflanzen.Expression and stable accumulation of synthetic fiber proteins Spider and silk spinner in the endoplasmic reticulum of leaves or tubers transgenic tobacco and potato plants.
In den Abb. 10a und b sind Aminosäuresequenzen von synthetischen Spinnenseidenproteinen mit einer hohen Homologie zu dem Spidroin 1-Protein aus Nephila clavipes dargestellt, wobei der C-terminale und nicht repetitive konstante Bereich nicht abgebildet sind. Diese synthetischen Spinnenseidenproteine bestehen aus Modulen, die wiederum aneinandergereihte Oligonukleotidsequenzen umfassen. Durch Kombination mehrerer Module wurden die verschiedenen synthetischen Gene assembliert, wobei auch Mischformen mit Fibroin 1-nachempfundenen Sequenzen erzeugt wurden.In Figs. 10a and b amino acid sequences of synthetic spider silk proteins with high homology to the spidroin 1 protein from Nephila clavipes are shown, wherein the C-terminal and not repetitive constant region are not shown. These synthetic spider silk proteins consist of modules, which in turn comprise strung together oligonucleotide sequences. The various synthetic genes were assembled by combining several modules, whereby hybrid forms with sequences based on fibroin 1 were also generated.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind verschiedene Pflanzenexpressionskassetten aufgelistet, die für verschiedene erfindungsgemäße synthetische Faserproteine mit den Sequenzen SEQ ID No. 30 bis 40 kodieren. Various plant expression cassettes are listed in Table 1 below. those for the various synthetic fiber proteins according to the invention with the sequences SEQ ID No. Code 30 to 40.
Durch eine N-terminale Signalpeptidsequenz und eine C-terminale ER-Retentionssequenz (KDEL) wurde der zielgerichtete Transport und die Akkumulation der erfindungsgemäßen Sequenzen im endoplasmatischen Retikulum von Zellen transgener Pflanzen erreicht. Eine Nachweissequenz in Form eines c-myc-Tags am C-terminalen Ende der transgenen synthetischen Faserproteine erlaubt den Nachweis der transgenen Produkte in Pflanzenextrakten.By an N-terminal signal peptide sequence and a C-terminal ER retention sequence (KDEL) was the targeted transport and accumulation of the invention Sequences in the endoplasmic reticulum of cells of transgenic plants reached. A Detection sequence in the form of a c-myc tag at the C-terminal end of the transgenic synthetic fiber proteins allows the detection of transgenic products in Plant extracts.
Die Kassetten SO1 und FA2 sind beispielhaft in den Abb. 10a und 10b im Detail dargestellt. Nach demselben Aufbauprinzip wurden die Pflanzenexpressionskassetten SB1, SD1, SA1, SE1, SF1, SM12, SO1SM12, SO1SO1 und SO1SO1SO1 erstellt. Durch Variation der Grundmodulwiederholungen entstehen synthetische Faserproteine verschiedener Aminosäureanzahl und entsprechend unterschiedlichen Molekulargewichts (siehe Tabelle 1).The cassettes SO1 and FA2 are shown in detail in FIGS. 10a and 10b. The plant expression cassettes SB1, SD1, SA1, SE1, SF1, SM12, SO1SM12, SO1SO1 and SO1SO1SO1 were created according to the same construction principle. By varying the basic module repetitions, synthetic fiber proteins of different amino acid numbers and correspondingly different molecular weights are formed (see Table 1).
Die Abb. 2 beschreibt schematisch den Weg zur Einstellung der oben genannten Konstrukte. Zur direkten Klonierung der erfindungsgemäßen synthetischen Faserproteingene wurden die Schnittstellen SmaI und NaeI eingeführt. Dazu wurde ein PCR-Produkt, welches die entsprechenden Schnittstellen enthielt, mit der Primerkombination 5'-pRTRA-SmaI und 3'-pRTRA-NotI in das Plasmid pRTRA ScFv SmaIΔ/BamHIΔ über BamHI und NotI kloniert. Synthetische Faserproteingene wurden aus den Faserproteingenderivaten der Plasmide 9905 oder 9609 in den Vektor pRTRA.7/3-Platzhalter kloniert. Durch die Wahl der Restriktionsendonukleaseerkennungssequenzen am 5'- und 3'-Ende der synthetischen Faserproteingene (SmaI und NaeI) sind diese frei miteinander kombinierbar, und größere Faserproteingene können erfindungsgemäß in einem Klonierungsschritt assembliert werden. Fig. 2 schematically describes the way to set the above-mentioned constructs. The interfaces SmaI and NaeI were introduced for direct cloning of the synthetic fiber protein genes according to the invention. For this purpose, a PCR product containing the corresponding interfaces was cloned with the primer combination 5'-pRTRA-SmaI and 3'-pRTRA-NotI into the plasmid pRTRA ScFv SmaIΔ / BamHIΔ via BamHI and NotI. Synthetic fiber protein genes were cloned from the fiber protein gene derivatives of plasmids 9905 or 9609 into the vector pRTRA.7 / 3 placeholder. By selecting the restriction endonuclease recognition sequences at the 5 'and 3' ends of the synthetic fiber protein genes (SmaI and NaeI), these can be freely combined with one another, and larger fiber protein genes can be assembled according to the invention in a cloning step.
Auf diese Weise wurden transgene synthetische Spinnenseidenproteine zu hohen Konzentrationen im endoplasmatischen Retikulum transgener Tabak- und Kartoffelpflanzen akkumuliert (siehe Abb. 12a und 12b). In der folgenden Tabelle 2 ist die maximale Akkumulationshöhe von erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteinen im ER von Blättern transgener Tabak- und Kartoffelpflanzen dargestellt. Die Abschätzung der Anreicherung der transgenen synthetischen Faserproteine erfolgte über einen Vergleich mit transgenen rekombinanten Antikörpern, die auf identische Weise mit dem gleichen Tag versehen wurden. Damit wird erstmals eine Akkumulation von Spinnenseidenproteinen in Pflanzen am Beispiel von Kartoffeln und Tabak beschrieben. In this way, transgenic synthetic spider silk proteins were accumulated to high concentrations in the endoplasmic reticulum of transgenic tobacco and potato plants (see Fig. 12a and 12b). The following table 2 shows the maximum accumulation level of synthetic spider silk proteins according to the invention in the ER of leaves of transgenic tobacco and potato plants. The accumulation of the transgenic synthetic fiber proteins was estimated by comparison with transgenic recombinant antibodies which were given the same tag in an identical manner. This is the first time an accumulation of spider silk proteins in plants is described using the example of potatoes and tobacco.
Eine definierte Menge des faserproteinhaltigen Gesamtproteinextrakts (40 µg) und eine definierte Menge eines Referenzproteins mit c-myc-Immunotag (50 ng ScFv) wurden mittels SDS-Gelelektrophorese aufgetrennt, und synthetische Faserproteine und Referenzproteine wurden im Western Blot durch einen Antic-myc-Antikörper nachgewiesen (siehe Abb. 12 und 13). Die prozentualen Angaben resultieren aus dem Vergleich zwischen der Bandenintensität der Referenzproteine und der Bandenintensität der synthetischen erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine und stellen geschätzte Werte dar. Größenunterschiede der synthetischen Faserproteine und des Referenzproteins wurden berücksichtigt. Mögliche Unterschiede in der Markierungseffizienz können nahezu ausgeschlossen werden.A defined amount of the total protein extract containing fiber protein (40 µg) and a defined amount of a reference protein with c-myc immunotag (50 ng ScFv) were separated by SDS gel electrophoresis, and synthetic fiber proteins and reference proteins were Western blotted by an anti-myc antibody proven (see Fig. 12 and 13). The percentages result from the comparison between the band intensity of the reference proteins and the band intensity of the synthetic spider silk proteins according to the invention and represent estimated values. Differences in size of the synthetic fiber proteins and the reference protein were taken into account. Possible differences in marking efficiency can almost be excluded.
In Abb. 13 ist die Hitzestabilität von verschiedenen erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteinen in pflanzlichen Extrakten dargestellt. Überraschenderweise bleiben die erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine auch bei einer längeren Hitzebehandlung von 3 h in Lösung (Vergleich der Referenzprobe R zu den Proben H-60 min. H-120 min und H-180 min). Die übrigen pflanzlichen Proteine werden zu mehr als 90% denaturiert und können durch Zentrifugation einfach abgetrennt werden (Abb. 13a: Vergleich der Probe R zu H-60 min). Diese ungewöhnlichen Eigenschaften der erfindungsgemäßen synthetischen Spinnenseidenproteine, die unter anderem durch ihre Aminosäuresequenz und ihre Faltung im pflanzlichen ER bedingt sind, ermöglichen die Entwicklung von großtechnisch realisierbaren und kostengünstigen Reinigungsstrategien. Fig. 13 shows the heat stability of various synthetic spider silk proteins according to the invention in plant extracts. Surprisingly, the spider silk proteins according to the invention remain in solution even after a longer heat treatment of 3 h (comparison of reference sample R with samples H-60 min. H-120 min and H-180 min). The remaining vegetable proteins are denatured to more than 90% and can be easily separated by centrifugation ( Fig. 13a: Comparison of sample R to H-60 min). These unusual properties of the synthetic spider silk proteins according to the invention, which are due, among other things, to their amino acid sequence and their folding in the vegetable ER, enable the development of large-scale, cost-effective purification strategies.
In Abb. 14 wird die Löslichkeit von synthetischen Faserproteinen aus transgenen Pflanzen dargestellt. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen bakteriell exprimierten synthetischen Faserproteinen weisen die erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine eine überraschend gute Löslichkeit in wäßrigen Puffern auf (R1, R2 = Tris-Puffer; T1, T2 = Phosphatpuffer). Auch diese Eigenschaften beruhen unter anderem auf der Aminosäuresequenz und insbesondere auf der Faltung im endoplasmatischen Retikulum pflanzlicher Zellen. Fig. 14 shows the solubility of synthetic fiber proteins from transgenic plants. In contrast to the bacterially expressed synthetic fiber proteins described in the prior art, the spider silk proteins according to the invention have a surprisingly good solubility in aqueous buffers (R1, R2 = Tris buffer; T1, T2 = phosphate buffer). These properties are also based, among other things, on the amino acid sequence and in particular on the folding in the endoplasmic reticulum of plant cells.
Expression und stabile Akkumulation von synthetischen Spinnenseidenproteinen im Plasmalemma von Blättern transgener Tabak- und Kartoffelpflanzen.Expression and stable accumulation of synthetic spider silk proteins in the plasma lemma of leaves of transgenic tobacco and potato plants.
In diesem Beispiel wird die membranassoziierte Akkumulation von erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteinen in transgenen Tabak- und Kartoffelpflanzen beschrieben. Dabei wurden ausgehend von den in Beispiel 1 beschriebenen Konstrukten Fusionsgene hergestellt, die für ein Spinnenseidenprotein und für eine Membrandomäne kodieren. Das allgemeine Schema dieser Konstruktionen ist in Abb. 15 dargestellt. Dabei wurde aus dem Plasmid pRT-HOOK ein NotI-Fragment isoliert, welches sowohl für die HOOK-Domäne als auch für einen c-myc-Immunotag kodiert, welches dann in Spinnenseidenproteingen-tragende Derivate des Vektors pRTA.7/3 kloniert wurde. Durch die Wahl der Restriktionsendonukleaseerkennungssequenzen am 5'- und 3'-Ende der synthetischen Spinnenseidenproteingene (SmaI und NaeI) sind diese wiederum miteinander kombinierbar, wodurch größere Faserproteingene in einem Klonierungsschritt assimiliert werden können. In this example, the membrane-associated accumulation of spider silk proteins according to the invention in transgenic tobacco and potato plants is described. Based on the constructs described in Example 1, fusion genes were produced which code for a spider silk protein and for a membrane domain. The general scheme of these constructions is shown in Fig. 15. A NotI fragment was isolated from the plasmid pRT-HOOK, which codes both for the HOOK domain and for a c-myc immunotag, which was then cloned into derivatives of the vector pRTA.7 / 3 carrying spider silk protein genes. By selecting the restriction endonuclease recognition sequences at the 5 'and 3' ends of the synthetic spider silk protein genes (SmaI and NaeI), these can in turn be combined with one another, as a result of which larger fiber protein genes can be assimilated in one cloning step.
Abb. 16 zeigt die Expression der vorstehend beschriebenen Gene in transgenen Tabak- und Kartoffelpflanzen. Wie aus dem Vergleich der Proben 1, 2 und 3 in dieser Abbildung ersichtlich ist, sind diese transgenen Spinnenseidenproteine im Gegensatz zu den im Beispiel 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Proteinen in der wäßrigen Phase nicht löslich. Auch diese Eigenschaft kann für die Entwicklung von Reinigungsstrategien ausgenutzt werden. Fig. 16 shows the expression of the genes described above in transgenic tobacco and potato plants. As can be seen from the comparison of samples 1, 2 and 3 in this figure, in contrast to the proteins according to the invention described in Example 1, these transgenic spider silk proteins are not soluble in the aqueous phase. This property can also be used for the development of cleaning strategies.
Gezielte Veränderung der Löslichkeit von Spinnenseidenproteinen durch Fusion mit elastin-like peptides.Targeted change in the solubility of spider silk proteins through fusion with elastin-like peptides.
In einem ersten Schritt wurde gezeigt, daß Fusionen mit elastin-like peptides auch bei bakteriell exprimierten Spinnenseidenproteinen zu einer gezielten Veränderung des Löslichkeitsverhaltens in Abhängigkeit von Temperatur und Konzentration führen.In a first step it was shown that fusions with elastin-like peptides also bacterially expressed spider silk proteins for a targeted change in the Solubility behavior depending on temperature and concentration.
Eine entsprechende Expressionskassette ist in Abb. 5 dargestellt. Beispiele für ELP mit 10, 20, 30, 40, 60, 70 und 100 Pentamereinheiten sind in den Sequenzen SEQ ID No. 41 bis 47 angegeben. Beispiele für DNA-Sequenzen und Aminosäuresequenzen in Form des Konstrukts SM12-70xELP als Pflanzenexpressionskassette bzw. als Expressionskassette für E. coli sind in den Sequenzen SEQ ID No. 48-51 bzw. in den Abb. 19 bis 22 angegeben.A corresponding expression cassette is shown in Fig. 5. Examples of ELP with 10, 20, 30, 40, 60, 70 and 100 pentamer units can be found in the sequences SEQ ID No. 41 to 47 specified. Examples of DNA sequences and amino acid sequences in the form of the construct SM12-70xELP as a plant expression cassette or as an expression cassette for E. coli are shown in the sequences SEQ ID No. 48-51 or shown in Fig. 19 to 22.
In Abb. 17 wird die gelelektrophoretische Analyse eines solchen Reinigungsverfahrens dargestellt. Durch Hitzebehandlung des Rohextrakts wurde das Spinnenseiden-ELP- Fusionsprotein angereichert. Überraschenderweise behielten die Fusionsproteine die außerordentliche Löslichkeit der Spinnenseidenproteine bei hohen Temperaturen bei. Ein Großteil der E. coli-Proteine wurde bei diesen Temperaturen ausgefällt. Fig. 17 shows the gel electrophoretic analysis of such a cleaning process. The spider silk-ELP fusion protein was enriched by heat treatment of the crude extract. Surprisingly, the fusion proteins retained the extraordinary solubility of the spider silk proteins at high temperatures. Most of the E. coli proteins were precipitated at these temperatures.
Nach starker Konzentration des angereicherten Spinnenseidenproteinextrakts wurde das Extrakt einer Temperatur von 60°C ausgesetzt, woraufhin das ELP-Spinnenseidenprotein ausfiel und pelletiert wurde. Das Pellet wurde bei Raumtemperatur in Wasser gelöst, und unlösliche Bestandteile wurden durch Pelletieren entfernt.After high concentration of the enriched spider silk protein extract, this became Extract exposed to a temperature of 60 ° C, whereupon the ELP spider silk protein failed and was pelletized. The pellet was dissolved in water at room temperature, and insoluble matter was removed by pelleting.
Anschließend wurde die Spinnenseidenproteinfraktion lyophilisiert und durch Cyanbromidspaltung verdaut. Die Cyanbromidspaltung wurde durch den Methionin-Rest zwischen dem Spinnenseidenprotein und dem ELP-Peptid ermöglicht.The spider silk protein fraction was then lyophilized and by Digested cyanogen bromide. The cyanobromide cleavage was caused by the methionine residue between the spider silk protein and the ELP peptide.
Anschließend wurde erneut lyophilisiert und in wäßrigem Puffer gelöst. Dann erfolgte eine starke Konzentration, wobei das abgespaltene ELP-Fragment (ELP(T-R); siehe Abb. 2) ausfiel und durch Pelletieren entfernt wurde. Das Spinnenseidenprotein blieb dabei in Lösung (SM12(T-R); siehe Abb. 17). Die Löslichkeit blieb für einen längeren Zeitraum erhalten, bei SM12 bei 4°C für 24 H. Die Identität des auf diese Weise gereinigten Spinnenseidenproteins wurde durch Peptidsequenzierung des N-terminalen Endes gezeigt.The mixture was then lyophilized again and dissolved in aqueous buffer. Then a strong concentration took place, whereby the split-off ELP fragment (ELP (TR); see Fig. 2) precipitated and was removed by pelleting. The spider silk protein remained in solution (SM12 (TR); see Fig. 17). Solubility was maintained for an extended period of time at SM12 at 4 ° C for 24 H. The identity of the spider silk protein purified in this way was demonstrated by peptide sequencing of the N-terminal end.
In einem zweiten Schritt wurden Spinnenseidenproteine als ELP-Fusionen im endoplasmatischen Retikulum von transgenen Tabakpflanzen akkumuliert. Der prinzipielle Aufbau dieser Expressionskassetten ist ebenfalls in Abb. 5 dargestellt. Diese Fusionsproteine mit Molekulargewichten von 35.000 Dalton bis 100.000 Dalton wurden sämtlich in Pflanzen zu hohen Konzentrationen mit einer Expressionshöhe von etwa 4% des gesamt löslichen Proteins angereichert. In a second step, spider silk proteins were accumulated as ELP fusions in the endoplasmic reticulum of transgenic tobacco plants. The basic structure of these expression cassettes is also shown in Fig. 5. These fusion proteins with molecular weights of 35,000 daltons to 100,000 daltons were all enriched in plants at high concentrations with an expression level of about 4% of the total soluble protein.
Oligonukleotid-Sequenzen, die für Spidroin-typische kurze Aminosäurerepeats kodieren.Oligonucleotide sequences which code for short amino acid repeats typical of spidroin.
Aneinanderreihung von Oligonukleotid-Sequenzen zum Aufbau von Modulen der erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen.Sequence of oligonucleotide sequences to build modules of the DNA sequences according to the invention.
Aufbau der erfindungsgemäßen DNA-Sequenzen aus Modulen.Structure of the DNA sequences according to the invention from modules.
Klonierung des Gens der Transmembrandomäne von HOOK mit NotI aus (pRT-HOOK) in (pRTA.73 syn.spidroin).Cloning of the gene of the transmembrane domain from HOOK with NotI from (pRT-HOOK) in (pRTA.73 syn.spidroin).
Schematische Darstellung der Spidroin-ELP-Expressionskassetten. xELP-Einheiten: 10, 20, 30, 40; 60, 70 oder 100 Pentamere (Val-Pro-Gly-Val-Gly). Das Methionin zwischen dem Spinnenseidenprotein und dem ELP-Peptid ermöglicht die Cyanbromidspaltung.Schematic representation of the Spidroin-ELP expression cassettes. xELP units: 10, 20, 30, 40; 60, 70 or 100 pentamers (Val-Pro-Gly-Val-Gly). The methionine between that Spider silk protein and the ELP peptide enable cyan bromide cleavage.
Veränderung einer Base in der Erkennungssequenz von BamHI (Position 1332) durch gezielte Mutagenese.Change of a base in the recognition sequence of BamHI (position 1332) by targeted Mutagenesis.
Vorbereiten von (pRTRA.73, BamHIΔ) auf die direkte Klonierung der synthetischen Spidroingene aus p9905 oder p9609 - Aufheben der SmaI-Erkennungssequenz (Position 463). Prepare (pRTRA.73, BamHIΔ) for direct cloning of the synthetic Spidroingenes from p9905 or p9609 - cancellation of the SmaI recognition sequence (position 463).
Einführung der Restriktionserkennungssequenzen von SmaI und NaeI in den Vektor (pRTRA.73, BamHIΔ+SmaIΔ) für die Klonierung synthetischer Spidroingene.Introduction of the restriction recognition sequences of SmaI and NaeI into the vector (pRTRA.73, BamHIΔ + SmaIΔ) for the cloning of synthetic spidroin genes.
Allgemeine Darstellung der Herstellung transgener Spinnseidenprotein-produzierender Pflanzen.General description of the production of transgenic spider silk protein-producing Plants.
(a) Darstellung des modulhaften Aufbaus der erfindungsgemäßen Spinnenseidenproteine am Beispiel der SO1-Sequenz. Aminosäuren 1-28: LeB4-Signalpeptid; Aminosäuren 29-659: synthetische Spinnenseidenproteinsequenz; Aminosäuren 660-672: c-myc-Tag; Aminosäuren 673-676 ER-Retentionssignal.(a) Representation of the modular structure of the spider silk proteins according to the invention on Example of the SO1 sequence. Amino acids 1-28: LeB4 signal peptide; Amino acids 29-659: synthetic spider silk protein sequence; Amino acids 660-672: c-myc tag; Amino acids 673-676 ER retention signal.
Anordnung der Sequenzmodule nach der in Simmons et al., 1996. Molecular orientation and two-component nature of the cristalline fraction of spider dragline silk. Science 271: 84-87 angegebenen Originalsequenz.Arrangement of the sequence modules according to that in Simmons et al., 1996. Molecular orientation and two-component nature of the crystalline fraction of spider dragline silk. Science 271: 84-87 specified original sequence.
(b) Darstellung des modulhaften Aufbaus des synthetischen Faserhybridproteins FA2. Aminosäuren 1-28: LeB4-Signalpeptid; Aminosäuren 28-130: synthetische Faserproteinsequenz der Spinne; Aminosäuren 131-247: synthetische Faserproteinsequenz des Seidenspinners; Aminosäuren 248-260: c-myc-Tag; Aminosäuren 261-264: ER-Retentionssignal. (b) Representation of the modular structure of the synthetic fiber hybrid protein FA2. Amino acids 1-28: LeB4 signal peptide; Amino acids 28-130: synthetic Spider's fiber protein sequence; Amino acids 131-247: synthetic fiber protein sequence the silk spinner; Amino acids 248-260: c-myc tag; Amino acids 261-264: ER retention signal.
Schematische Darstellung der Erstellung von Genkassetten für die Akkumulation von synthetischen Faserproteinen der Spinne und des Seidenspinners im ER von transgenen Pflanzen.Schematic representation of the creation of gene cassettes for the accumulation of synthetic fiber proteins of spider and silk spinner in the ER of transgenic Plants.
(a) Expression der synthetischen Faserproteine der Spinne (SD1, SM12, SO1) bzw. des Hybrids aus Spinne und Seidenspinner (FA2) in Blättern von transgenen Tabakpflanzen. Analysiert wurden jeweils 40 µg Gesamtprotein in SDS-Probenpuffer. SD1: 13 kDa; FA2: 20 kDa; SM12: 31 kDa; SO1: 52 kDa; K: Positivkontrolle 50 ng ScFv.(a) Expression of the synthetic fiber proteins of the spider (SD1, SM12, SO1) or the Hybrids from spider and silk spinner (FA2) in leaves of transgenic tobacco plants. 40 µg of total protein were analyzed in SDS sample buffer. SD1: 13 kDa; FA2: 20 kDa; SM12: 31 kDa; SO1: 52 kDa; K: positive control 50 ng ScFv.
(b) Expression der synthetischen Faserproteine der Spinne (SD1, SM12, SO1) bzw. des Hybrids aus Spinne und Seidenspinner (FA2) in transgenen Kartoffelpflanzen.(b) Expression of the synthetic fiber proteins of the spider (SD1, SM12, SO1) or the Hybrids from spider and silk spinner (FA2) in transgenic potato plants.
Analysiert wurden ebenfalls jeweils 40 µg Gesamtprotein in SDS-Probenpuffer. SD1: 13 kDa; FA2: 20 kDa; SM12: 31 kDa; SO1: 52 kDa; K: Positivkontrolle 50 ng ScFv.40 µg of total protein in SDS sample buffer were also analyzed. SD1: 13 kDa; FA2: 20 kDa; SM12: 31 kDa; SO1: 52 kDa; K: positive control 50 ng ScFv.
Darstellung der Hitzebeständigkeit der synthetischen Faserproteine der Spinne und des Seidenspinners anhand der Konstrukte SD1 und FA2. A: Coomassie-gefärbtes Gel. B: Immunochemischer Nachweis der synthetischen Faserproteine SD1 und FA2 mittels Anti- c-myc-Antikörper. PM: Proteinmarker; ScFv: 50 ng ScFv; R: wäßriges Pflanzenextrakt von Blättern von transgenen Pflanzen für SD1 und FA2; H: Hitzeschritt 60 min, 120 min, 180 min, 24 H und 48 H bei 90°C.Representation of the heat resistance of the synthetic fiber proteins of the spider and Silk spinners based on constructs SD1 and FA2. A: Coomassie stained gel. B: Immunochemical detection of synthetic fiber proteins SD1 and FA2 using anti c-myc antibody. PM: protein marker; ScFv: 50ng ScFv; R: aqueous plant extract from Leafing of transgenic plants for SD1 and FA2; H: heat step 60 min, 120 min, 180 min, 24 h and 48 h at 90 ° C.
Bei der Hitzebehandlung ausgefallene Pflanzenextraktbestandteile wurden durch Zentrifugieren abgetrennt. Plant extract components which had failed during the heat treatment were removed by Centrifugation separated.
Untersuchung der Lösungseigenschaften und Stabilität des synthetischen Spinnenseidenproteins SO1 nach Ammoniumsulfatfällung.Investigation of the solution properties and stability of the synthetic Spider silk protein SO1 after ammonium sulfate precipitation.
10 g Blattmaterial wurden in Stickstoff schockgefroren, zermörsert, in 20 ml Rohextraktpuffer aufgenommen, für 30 min bei 38°C geschüttelt, und unlösliche Bestandteile wurden durch Zentrifugieren entfernt (30 min. 10.000 rpm). Anschließend wurde der Überstand (R) für 10 min auf 90°C erhitzt und das Präzipitat durch Zentrifugieren entfernt (30 min. 10.000 rpm). Der Überstand (H) wurde mit 20% Ammoniumsulfat versetzt, 4 h bei Raumtemperatur gerollt und das Präzipitat durch Zentrifugieren für 60 min bei 4000 rpm und 4°C entfernt. Der Überstand wurde auf 30% Endkonzentration Ammoniumsulfat eingestellt und über Nacht bei Raumtemperatur gerollt. Die Lösung wurde in 5 Aliquote getrennt und das Präzipitat durch Zentrifugieren entfernt (60 min. 4000 rpm, 4°C). Die Überstände wurden verworfen und die verbliebenen Pellets in folgenden Lösungen aufgenommen: R1: Rohextraktpuffer (50 mM Tris/HCl pH 8,0; 100 mM NaCl, 10 mM MgSO4); S: SDS-Probenpuffer; G: 0,1 M Phosphatpuffer, 0,01 M Tris/HCl, 6 M Guanidiniumhydrochlorid/HCl pH 6,5; T: 1 × PBS, 1% TritonX-100; L: LiBr.10 g of leaf material were snap-frozen in nitrogen, ground in a mortar, taken up in 20 ml of crude extract buffer, shaken for 30 min at 38 ° C., and insoluble constituents were removed by centrifugation (30 min. 10,000 rpm). The supernatant (R) was then heated to 90 ° C. for 10 min and the precipitate was removed by centrifugation (30 min. 10,000 rpm). The supernatant (H) was mixed with 20% ammonium sulfate, rolled for 4 h at room temperature and the precipitate was removed by centrifugation for 60 min at 4000 rpm and 4 ° C. The supernatant was adjusted to 30% final ammonium sulfate concentration and rolled overnight at room temperature. The solution was separated into 5 aliquots and the precipitate was removed by centrifugation (60 min. 4000 rpm, 4 ° C.). The supernatants were discarded and the remaining pellets were taken up in the following solutions: R1: crude extract buffer (50 mM Tris / HCl pH 8.0; 100 mM NaCl, 10 mM MgSO 4 ); S: SDS sample buffer; G: 0.1 M phosphate buffer, 0.01 M Tris / HCl, 6 M guanidinium hydrochloride / HCl pH 6.5; T: 1x PBS, 1% TritonX-100; L: LiBr.
Die Ansätze wurden für 1 h bei 37°C geschüttelt, und durch Zentrifugieren wurden unlösliche Bestandteile entfernt (30 min. 10.000 rpm). Anschließend wurde ein Aliquot jedes Ansatzes entnommen und für die SDS-Gelelektrophorese vorbereitet (R1, S1, G1, T1, L1). Die Ansätze wurden nun 36 h bei Raumtemperatur stehen gelassen. Durch Zentrifugieren wurden unlösliche Bestandteile entfernt (30 min, 10.000 rpm). Wiederum wurde ein Aliquot jedes Ansatzes entnommen und für die SDS-Gelelektrophorese vorbereitet (R2, S2, G2, T2, L2). Es wurden jeweils vergleichbare Volumina analysiert. The batches were shaken at 37 ° C for 1 h and became insoluble by centrifugation Components removed (30 min. 10,000 rpm). An aliquot of each batch was then made removed and prepared for SDS gel electrophoresis (R1, S1, G1, T1, L1). The Batches were then left to stand at room temperature for 36 h. By centrifugation insoluble constituents removed (30 min, 10,000 rpm). Again an aliquot of each Approach taken and prepared for SDS gel electrophoresis (R2, S2, G2, T2, L2). Comparable volumes were analyzed in each case.
Schematische Darstellung der Konstruktion von Genkassetten für die Akkumulation von Plasmalemma-ständigen synthetischen Faserproteinen der Spinne und des Seidenspinners in transgenen Pflanzen.Schematic representation of the construction of gene cassettes for the accumulation of Plasma spider and silkworm synthetic fiber proteins in the transgenic plants.
Expression der Faserfusionsproteine SM12-HOOK, SO1-HOOK und FA2-HOOK in Blättern von transgenen Kartoffelpflanzen.Expression of the fiber fusion proteins SM12-HOOK, SO1-HOOK and FA2-HOOK in leaves of transgenic potato plants.
Gelelektrophoretische Analyse der Anreicherung von bakteriell exprimierten Spinnenseidenproteinen nach Fusion mit ELP's. Spinnenseidenprotein: 30.000 Dalton.Gel electrophoretic analysis of the enrichment of bacterially expressed Spider silk proteins after fusion with ELP's. Spider silk protein: 30,000 daltons.
Western Blot-Analyse der Expression von Spinnenseiden-ELP-Fusionsproteinen in transgenen Tabakpflanzen. Jeweils 2,5 µg Gesamtpflanzenprotein wurden getrennt und die Spinnenseidenproteine auf dem Western Blot durch ECL nachgewiesen. Durch Vergleich mit dem Standard wird die Spinnenseidenproteinkonzentration auf mindestens 4% des gesamtlöslichen Proteins geschätzt.Western blot analysis of the expression of spider silk-ELP fusion proteins in transgenic tobacco plants. 2.5 µg of total plant protein were separated and the Spider silk proteins detected on the Western blot by ECL. By comparison with the standard is the spider silk protein concentration to at least 4% of the total soluble protein is estimated.
DNA-Sequenz von SM12-70xELP als Pflanzenexpressionskassette.DNA sequence of SM12-70xELP as a plant expression cassette.
Proteinsequenz von SM12-70xELP aus pflanzlicher Expression (SM12, c-myc-Tag, 70xELP, KDEL - jeweils durch Absatz gekennzeichnet). Protein sequence of SM12-70xELP from plant expression (SM12, c-myc-Tag, 70xELP, KDEL - each identified by paragraph).
DNA-Sequenz von SM12-70xELP als Expressionskassette für E. coli.DNA sequence of SM12-70xELP as an expression cassette for E. coli.
Proteinsequenz von SM12-70xELP aus bakterieller Expression (SM12, c-myc-Tag, 70xELP, c-myc-Tag, HisTag - jeweils durch Absatz gekennzeichnet). Protein sequence of SM12-70xELP from bacterial expression (SM12, c-myc-Tag, 70xELP, c-myc-Tag, HisTag - each identified by paragraph).
Claims (36)
- a) TATGAGCGCTCCCGGGCAGGGT;
- b) AGCTTTTAGGTACCAATATTAATCTGGCCGGCTCCACC;
- c) TATGGTCTGGGG;
- d) GGCCAGGGTGCTGGCCAA;
- e) GGTGCAGGAGCWGCWGCWGCWGCTGCAGGTGGA;
- f) GCCGGCCAGATTAATATTGGTACCTAAA;
- g) CTGCCCGGGAGCGCTCA;
- h) ACCACCATAACCTCC;
- i) AGCACCCTGGCCCCCCAG;
- j) TGCAGCWGCWGCWGCWGCTCCTGCACCTTGGCC;
- k) TATGAGATCTGGCCAAGGAGGT;
- l) TTGGCCAGATCTCA;
- m) AGTCAGGGTGCTGGTCGTGGAGGCCAA;
- n) TCCACGACCAGCACCCTGACTCCCCAG;
- o) AGTCAGGGCGCTGGTCGTGGGGGACTGGGTGGCCAA;
- p) ACCCAGTCCCCCACGACCAGCGCCCTGACTCCCCAG;
- q) CTGGGAGGGCAGGGAGCGGGCCAA;
- r) CGCTCCCTGCCCTCCCAGACCTCC; und
- s) Sequenzen, die zu den Sequenzen a) bis r) eine mindestens 80%ige, vorzugsweise mindestens 90%ige, besonders bevorzugt mindestens 94%ige Sequenzidentität aufweisen.
- a) TATGAGCGCTCCCGGGCAGGGT;
- b) AGCTTTTAGGTACCAATATTAATCTGGCCGGCTCCACC;
- c) TATGGTCTGGGG;
- d) GGCCAGGGTGCTGGCCAA;
- e) GGTGCAGGAGCWGCWGCWGCWGCTGCAGGTGGA;
- f) GCCGGCCAGATTAATATTGGTACCTAAA;
- g) CTGCCCGGGAGCGCTCA;
- h) ACCACCATAACCTCC;
- i) AGCACCCTGGCCCCCCAG;
- j) TGCAGCWGCWGCWGCWGCTCCTGCACCTTGGCC;
- k) TATGAGATCTGGCCAAGGAGGT;
- l) TTGGCCAGATCTCA;
- m) AGTCAGGGTGCTGGTCGTGGAGGCCAA;
- n) TCCACGACCAGCACCCTGACTCCCCAG;
- o) AGTCAGGGCGCTGGTCGTGGGGGACTGGGTGGCCAA;
- p) ACCCAGTCCCCCACGACCAGCGCCCTGACTCCCCAG;
- q) CTGGGAGGGCAGGGAGCGGGCCAA;
- r) CGCTCCCTGCCCTCCCAGACCTCC; and
- s) sequences which have at least 80%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 94% sequence identity to sequences a) to r).
- a) Herstellung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls nach einem der Ansprüche 7 bis 17;
- b) Übertragung des Nukleinsäuremoleküls aus a) auf pflanzliche Zellen; und
- c) ggf. die Regeneration fertiler Pflanzen aus den transformierten Pflanzenzellen.
- a) production of a recombinant nucleic acid molecule according to one of claims 7 to 17;
- b) transfer of the nucleic acid molecule from a) to plant cells; and
- c) if necessary, the regeneration of fertile plants from the transformed plant cells.
- a) die Übertragung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls oder Vektors nach einem der Ansprüche 7 bis 18 auf Pflanzenzellen;
- b) gegebenenfalls die Regeneration von Pflanzen aus den transformierten Pflanzenzellen; und
- c) die Verarbeitung der Pflanzenzellen aus a) bzw. der Pflanzen aus b) zur Gewinnung von pflanzlichem Spinnenseidenprotein.
- a) the transfer of a recombinant nucleic acid molecule or vector according to any one of claims 7 to 18 to plant cells;
- b) if appropriate, the regeneration of plants from the transformed plant cells; and
- c) the processing of the plant cells from a) or the plants from b) to obtain vegetable spider silk protein.
- a) die Übertragung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls oder Vektors nach einem der Ansprüche 7 bis 18 auf Zellen;
- b) die Reinigung des Spinnenseidenproteins durch Hitzebehandlung des Zellextrakts und anschließende Abtrennung der denaturierten zelleigenen Proteine.
- a) the transfer of a recombinant nucleic acid molecule or vector according to any one of claims 7 to 18 to cells;
- b) the purification of the spider silk protein by heat treatment of the cell extract and subsequent separation of the denatured cell's own proteins.
- a) die Übertragung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls oder Vektors nach einem der Ansprüche 7 bis 18 auf Zellen;
- b) die Reinigung des pflanzlichen Spinnenseidenproteins durch Einstellung eines sauren pH, vorzugsweise eines pH im Bereich von 2,5 bis 3,5 mittels Zugabe von Säure, vorzugsweise Salzsäure zu dem Zellextrakt und anschließende Abtrennung der denaturierten zelleigenen Proteine.
- a) the transfer of a recombinant nucleic acid molecule or vector according to any one of claims 7 to 18 to cells;
- b) the purification of the vegetable spider silk protein by setting an acidic pH, preferably a pH in the range from 2.5 to 3.5, by adding acid, preferably hydrochloric acid, to the cell extract and subsequent separation of the denatured cell's own proteins.
- a) die Übertragung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls nach einem der Ansprüche 15 bis 17 auf Zellen;
- b) die Reinigung des Spinnenseidenproteins auf folgende Weise:
- - Anreicherung des Spinnenseiden-ELP-Fusionsproteins durch Hitzebehandlung des Zellextrakts;
- - Ausfällung des Spinnenseiden-ELP-Fusionsproteins durch weitere Temperaturerhöhung, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 60°C, und vorzugsweise bei einer Salzkonzentration von 1 M bis 2 M; und
- - Abspaltung des ELP-Fragments, vorzugsweise durch Verdauung mit CNBr.
- a) the transfer of a recombinant nucleic acid molecule according to any one of claims 15 to 17 to cells;
- b) the purification of the spider silk protein in the following way:
- - enrichment of the spider silk-ELP fusion protein by heat treatment of the cell extract;
- Precipitation of the spider silk-ELP fusion protein by further increasing the temperature, preferably to a temperature of at least 60 ° C., and preferably at a salt concentration of 1 M to 2 M; and
- Elimination of the ELP fragment, preferably by digestion with CNBr.
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