DE102007048432A1 - A transglutaminase substrate which inhibits cysteine- and serine-protease and shows antibiotic properties, used e.g. for plant protection, treatment of infections and production of antibiotic film or surgical sponge - Google Patents

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Abstract

A transglutaminase substrate (I) which inhibits cysteine and serine proteases and shows antibiotic properties.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Transglutaminasesubstrat, das Cystein- und Serinproteasen inhibiert und antibiotische Eigenschaften besitzt, sowie Verfahren zur Herstellung des Proteins. Weiterhin werden Proteinsequenzen des erfindungsgemäßen Transglutaminasesubstrats zur Verfügung gestellt.The The present invention relates to a novel transglutaminase substrate, which inhibits cysteine and serine proteases and antibiotic properties and methods of making the protein. Farther be protein sequences of the invention Transglutaminasesubstrats provided.

Transglutaminasen (Protein-Glutamin: Amin-γ-Glutamyltransferasen, EC 2.3.2.13) sind ubiquitär vorkommende Enzyme, die die kovalente Vernetzung von Proteinen über die Seitenketten der Aminosäuren Glutamin und Lysin katalysieren (siehe 1). Weiterhin können in Gegenwart einer Transglutaminase primäre Amine und Omega-Hydroxyfettsäuren mit Glutamindonorproteinen verknüpft werden, wodurch die Alkylierung eines Proteins an der betreffenden Glutaminseitenkette durch Umamidierung oder Veresterung eintritt. Ist das Amin über einen Abstandshalter von typischerweise 2–5 Methylengruppen mit einer weiteren funktionellen Struktureinheit verbunden, zum Beispiel einem Fluoreszenzfarbstoff, erhält das Transglutaminasesubstrat neuartige Eigenschaften, in dem speziellen Fall eine Eigenfluoreszenz. Biologische Funktionen von Transglutaminasen sind im Wesentlichen nur bei Säugern, Pflanzen und Parasiten bekannt ( Mehta und Eckert (Hrsg.), 2005, in: Prog. Exp. Tumor Res. (Bertino, Hrsg.) Vol. 38, Karger, Basel ). Beispielsweise stabilisiert der Blutgerinnungsfaktor XIII in Gegenwart von Calciumionen und nach Aktivierung durch Thrombin den gebildeten Blutpfropfen durch Vernetzung der Fibrinfäden. Welche Rolle bakterielle Transglutaminase im Lebenszyklus von Streptomyceten spielt, ist bis heute nicht geklärt. Jedoch besitzen bakterielle Enzyme wegen ihrer höheren Stabilität, einer calciumunabhängigen Aktivität und einfacher Herstellungsverfahren eine große wirtschaftliche Bedeutung, vor allem im Lebensmittelbereich (Motoki et al., 1992, US 5.156.956 (20. Oktober 2002)). Die enzymatische Vernetzungsreaktion erlaubt in einfachen Anwendungen die Verbesserung von Produkteigenschaften wie beispielsweise Textur, Gelstärke oder Viskosität ( Nielsen, 1995, Food Biotechnol., S. 119–156 ). Bakterielle Transglutaminase lässt sich aber auch bei der Herstellung von Emulgatoren und Diagnostikkits, bei Immobilisierungsverfahren sowie der Herstellung unterschiedlichster Biomaterialien verwenden.Transglutaminases (protein glutamine: amine γ-glutamyltransferases, EC 2.3.2.13) are ubiquitous enzymes that catalyze the covalent cross-linking of proteins via the side chains of the amino acids glutamine and lysine (see 1 ). Furthermore, in the presence of a transglutaminase, primary amines and omega-hydroxy fatty acids can be linked to glutamine dinor proteins, whereby the alkylation of a protein on the glutamine side chain in question occurs by transamidation or esterification. When the amine is attached via a spacer of typically 2-5 methylene groups to another functional moiety, for example a fluorescent dye, the transglutaminase substrate acquires novel properties, in particular a self-fluorescence. Biological functions of transglutaminases are essentially only known in mammals, plants and parasites ( Mehta and Eckert (ed.), 2005, in: Prog. Exp. Tumor Res. (Bertino, ed.) Vol. 38, Karger, Basel ). For example, in the presence of calcium ions and after activation by thrombin, the blood coagulation factor XIII stabilizes the blood clot formed by crosslinking the fibrin threads. The role of bacterial transglutaminase in the life cycle of streptomycetes has not yet been clarified. However, because of their higher stability, calcium-independent activity and simple production processes, bacterial enzymes have great economic importance, especially in the food sector (Motoki et al., 1992, US 5,156,956 (October 20, 2002)). The enzymatic cross-linking reaction allows in simple applications the improvement of product properties such as texture, gel strength or viscosity ( Nielsen, 1995, Food Biotechnol., Pp. 119-156 ). However, bacterial transglutaminase can also be used in the production of emulsifiers and diagnostic kits, in immobilization processes and in the production of a wide variety of biomaterials.

Actinomyceten sind dafür bekannt, dass sie die meisten natürlichen Antibiotika, darunter eine Vielzahl von Proteaseinhibitoren, produzieren. Proteaseinhibitoren, die von Streptomyceten exportiert werden, sind in der Regel kleine Moleküle (Molmassen kleiner 1.000 Dalton), die eine peptidische Struktur aufweisen und sehr spezifisch Proteasen hemmen. Proteasen werden nach ihrem Katalysemechanismus bzw. nach dem Aufbau des Katalysezentrums in vier Hauptklassen eingeteilt, das sind Serinproteasen, Cysteinproteasen, Aspartylproteasen und Metallopoteasen. Jeder Proteasetyp vereinigt verschiedene Enzymklane und Enzymfamilien unter seinem Dach. Zu den Serinproteasen gehören beispielsweise Trypsin-, Chymotrypsin- und Elastase-ähnliche Proteasen sowie Aminopeptidasen, zu den Cysteinproteasen Papain-ähnliche Proteasen und Dipeptidylpeptidasen, zu den Aspartylproteasen Pepsin-ähnliche Proteasen und zu den Metalloproteasen Thermolysinähnliche Proteasen, Collagenasen oder Carboxypeptidasen. Entsprechend inhibiert Leupeptin Trypsin-ähnliche Proteasen ( Kim et al., 1998, Biochem. J. 331, S. 539–545 ), Chymostatin Chymotrypsin-ähnliche Proteasen ( Umezawa et al., 1970, J. Antibiot. (Tokyo) 23, S. 425–427 ), Elastatinal Elastase-ähnliche Proteasen ( Umezawa et al., 1973, J. Antibiot. (Tokyo) 26, S. 787–789 ), Bestatin ( Umezawa et al., 1976, J. Antibiot. (Tokyo) 29, S. 97–99 ), Lapstatin ( Repic Lampret et al., 1999, Arch. Microbiol. 171, S. 397–404 ), Leucinal ( Sträter et al., 1995, Biochemisty 34, S. 14792–14800 ), Phebestin ( Nagai et al., 1997, J. Antibiot. 50, S. 82–84 ), Probestin ( Yoshida et al., 1990, J. Antibiot. 43, S. 149–153 ) Aminopeptidasen, Antipain Trypsin- und Papain-ähnliche Proteasen ( Hanlon und Liener, 1986, Camp. Biochem. Physiol. B, 84, S. 53–57 ; Kadowaki et al., 2003, Biol. Chem. 384, S. 911–920 ), Pepstatin Pepsin-ähnliche Proteasen ( Kunimoto et al., 1972, J. Anibiot. (Tokyo) 25, S. 251–255 ), Piperastatin A ( Murakami et al., 1996, J. Enzyme Inhib. 10, S. 93–103 ) und Piperastatin B ( Murakami et al., 1996, J. Enzyme Inhib. 11, S. 51–66 ), Histargin ( Umezawa et al., 1984, J. Antibiot. (Tokyo) 37, S. 1088–1090 ) sowie (S)-Alpha-Benzyläpfelsäure ( Tanaka et al., 1984, J. Antibiot. (Tokyo) 37, S. 682–684 ) Carboxypeptidasen. Kleine antibiotische Proteaseinhibitoren sind keine Substrate von Transglutaminasen und können daher nicht enzymatisch vernetzt, modifiziert oder kovalent in Proteingerüste eingebaut werden.Actinomycetes are known to produce most natural antibiotics, including a variety of protease inhibitors. Protease inhibitors that are exported by Streptomycetes are usually small molecules (molar mass less than 1,000 daltons), which have a peptidic structure and very specific inhibit proteases. Proteases are categorized by their catalytic mechanism or after the construction of the catalytic center in four major classes, these are serine proteases, cysteine proteases, aspartyl proteases and Metallopoteasen. Each type of protease combines different enzyme clades and enzyme families under its roof. The serine proteases include, for example, trypsin, chymotrypsin and elastase-like proteases as well as aminopeptidases, to the cysteine proteases papain-like proteases and dipeptidyl peptidases, to the aspartyl proteases pepsin-like proteases and to the metalloproteases thermolysin-like proteases, collagenases or carboxypeptidases. Accordingly, leupeptin inhibits trypsin-like proteases ( Kim et al., 1998, Biochem. J. 331, pp. 539-545 ), Chymostatin chymotrypsin-like proteases ( Umezawa et al., 1970, J. Antibiot. (Tokyo) 23, pp. 425-427 ), Elastatinal elastase-like proteases ( Umezawa et al., 1973, J. Antibiot. (Tokyo) 26, pp. 787-789 ), Bestatin ( Umezawa et al., 1976, J. Antibiot. (Tokyo) 29, pp. 97-99 ), Lapstatin ( Repic Lampret et al., 1999, Arch. Microbiol. 171, p. 397-404 ), Leucinal ( Sträter et al., 1995, Biochemistry 34, pp. 14792-14800 ), Phebestin ( Nagai et al., 1997, J. Antibiot. 50, pp. 82-84 ), Probestin ( Yoshida et al., 1990, J. Antibiot. 43, pp. 149-153 ) Aminopeptidases, antipain trypsin and papain-like proteases ( Hanlon and Liener, 1986, Camp. Biochem. Physiol. B, 84, pp. 53-57 ; Kadowaki et al., 2003, Biol. Chem. 384, pp. 911-920 ), Pepstatin pepsin-like proteases ( Kunimoto et al., 1972, J. Anibiot. (Tokyo) 25, pp. 251-255 ), Piperastatin A ( Murakami et al., 1996, J. Enzyme Inhib. 10, pp. 93-103 ) and piperastatin B ( Murakami et al., 1996, J. Enzyme Inhib. 11, pp. 51-66 ), Histargin ( Umezawa et al., 1984, J. Antibiot. (Tokyo) 37, pp. 1088-1090 ) as well as (S) -alpha-benzyl-malic acid ( Tanaka et al., 1984, J. Antibiot. (Tokyo) 37, pp. 682-684 ) Carboxypeptidases. Small antibiotic protease inhibitors are not substrates of transglutaminases and therefore can not be enzymatically cross-linked, modified or covalently incorporated into protein scaffolds.

Weiterhin ist bekannt, dass mit Streptomyceten zwei Arten von proteinogenen Proteaseinhibitoren hergestellt werden können: der Thermolysin-Inhibitor SMPI ( Tate et al., 1998, J. Mol. Biol. 282, S. 435–446 ) und verschiedene Subtilisin-Inhibitoren (z. B. Taguchi et al., 1998, J. Biochem. (Tokyo) 124, S. 804–810 ), die eine eigene große Inhibitorfamilie, die Streptomyces-Subtilisin-Inhibitoren-(SSI)-Familie, bilden und auch neutrale Metalloproteasen wie zum Beispiel SGMPII ( Kumazaki et al., 1993, J. Biochem. (Tokyo) 114, S. 570–575 ) oder TAMEP ( Zotzel et. al., 2003, Eur. J. Biochem. 270, S. 3214–3222 ) hemmen können. SMPI und Proteine der SSI-Familie besitzen ein Molekulargewicht von ungefähr 14000 Dalton, wobei SSI-Moleküle als Dimere mit einer Molmasse von 28000 Da beschrieben werden. Zwei intramolekulare Cystinbrücken sorgen dafür, dass SSI-Proteine ohne Verlust der Aktivität hohen Temperaturen (> 80°C) ausgesetzt werden können ( Kojima et I., 1993, J. Mol. Biol. 230, S. 395–399 ). Sie hemmen das Wachstum von Schimmelpilzen ( Vernekar et al., 1999, Biochem. Biophys. Res. Commun. 262, S. 702–707 ) und Viren ( Angelova et al., 2006, Biochim. Biophys. Acta 1760, S. 1210–1216 ). Nach dem derzeitigen Stand der Kenntnis können die bekannten proteinogenen Inhibitoren von Actinomyceten nicht durch Transglutaminase vernetzt werden.Furthermore, it is known that streptomycetes can be used to prepare two types of proteinogenic protease inhibitors: the thermolysin inhibitor SMPI (US Pat. Tate et al., 1998, J. Mol. Biol. 282, pp. 435-446 ) and various subtilisin inhibitors (e.g. Taguchi et al., 1998, J. Biochem. (Tokyo) 124, pp. 804-810 ), which form their own large inhibitor family, the Streptomyces subtilisin inhibitor (SSI) family, and also neutral metalloproteases such as SGMPII ( Kumazaki et al., 1993, J. Biochem. (Tokyo) 114, pp. 570-575 ) or TAMEP ( Zotzel et. al., 2003, Eur. J. Biochem. 270, pp. 3214-3222 ) can inhibit. SMPI and SSI family proteins have a molecular weight of about 14,000 daltons, with SSI molecules being described as 28,000 Da molecular weight dimers. Two intramolecular cystine bridges ensure that SSI proteins can be exposed to high temperatures (> 80 ° C) without loss of activity ( Kojima et al., 1993, J. Mol. Biol. 230, pp. 395-399 ). They inhibit the growth of mold fungi ( Vernekar et al., 1999, Biochem. Biophys. Res. Commun. 262, pp. 702-707 ) and viruses ( Angelova et al., 2006, Biochim. Biophys. Acta 1760, pp. 1210-1216 ). According to the current state of knowledge, the known proteinogenic inhibitors of actinomycetes can not be cross-linked by transglutaminase.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, Proteaseinhibitoren mit antibiotischen Eigenschaften herzustellen, die mit Transglutaminasen enzymatisch vernetzt oder funktionalisiert werden können. Zur Lösung der Aufgabe wurden erfindungsgemäß Stämme von Actinomyceten mehrere Tage kultiviert. Zellüberstände von Flüssigkulturen oder wässrige Extrakte von Agarkulturen wurden unter Verwendung verschiedener Proteasen auf Inhibitoraktivität untersucht. Überraschenderweise wurde dabei ein neuartiges antibiotisches Transglutaminasesubstrat mit Inhibierungsaktivität gegen Cystein- und Serinproteasen, vorzugsweise gegen Papain von Papaya carica, entdeckt. Das erfindungsgemäße Transglutaminasesubstrat wird nachfolgend als Streptomyces-Papaininhibitor (SPI) bezeichnet.The The object of the present invention was protease inhibitors to produce antibiotic properties with transglutaminases can be enzymatically crosslinked or functionalized. to Solution of the problem were inventively strains of Actinomycetes cultured for several days. Cell supernatants of liquid cultures or aqueous extracts of Agar cultures were grown using various proteases Inhibitor activity examined. Surprisingly became a novel antibiotic transglutaminase substrate with inhibitory activity against cysteine and serine proteases, preferably against Papain from Papaya carica. The invention Transglutaminase substrate is hereinafter referred to as Streptomyces papaininhibitor (SPI).

Von den Erfindern ist beobachtet worden, dass SPI etwa 30 Stunden nach dem Animpfen in Flüssigkulturen nachweisbar ist und seine höchste Aktivität nach 48 Stunden erreicht.From The inventors have observed that SPI is about 30 hours after The seeding is detectable in liquid cultures and his highest activity reached after 48 hours.

Von den Erfindern ist weiterhin beobachtet worden, dass Streptomyces mobaraensis, ein Stamm, der früher zur Gattung Streptoverticillium gehörte, die höchste SPI-Menge in Flüssigmedien erzeugt (siehe 2).It has also been observed by the inventors that Streptomyces mobaraensis, a strain formerly belonging to the genus Streptoverticillium, produces the highest amount of SPI in liquid media (see 2 ).

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von SPI zur Verfügung. Die Produktion ist dabei aus zellfreien Überständen von Flüssigkulturen oder filtrierten Extrakten von Agarkulturen möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform wird SPI mit Flüssigkulturen von Streptomyces mobaraensis in 40–48 Stunden hergestellt. Die Reinigung bis zur Homogenität erfolgt danach aus zellfreien Überständen durch Ethanolfällung und Kationenaustauschchromatographie an Fractogel EMD SO3 (siehe 3).The present invention further provides a process for producing SPI. The production is possible from cell-free supernatants of liquid cultures or filtered extracts of agar cultures. In a preferred embodiment, SPI is prepared with liquid cultures of Streptomyces mobaraensis in 40-48 hours. Purification to homogeneity is then carried out from cell-free supernatants by ethanol precipitation and cation exchange chromatography on Fractogel EMD SO 3 - (see 3 ).

Das gereinigte Produkt wird erfindungsgemäß unbehandelt oder nach einer Entsalzung als Lyophilisat, Ammoniumsulfatpräzipitat oder in gepufferter Lösung nach Zusatz von 30–50 Prozent Glycerin, 10–30% Maltodextrin, 5–30% Polyethylenglycol oder 2–20 mM Glutathion bei –80°C bis +4°C gelagert.The purified product is untreated according to the invention or after desalting as a lyophilisate, ammonium sulfate precipitate or in buffered solution after addition of 30-50 Percent glycerin, 10-30% maltodextrin, 5-30% polyethylene glycol or 2-20 mM glutathione at -80 ° C to + 4 ° C stored.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin Information zur Struktur von SPI zur Verfügung. Mit SDS-Gelelektrophorese wurde für SPI eine apparente Molekularmasse von 12.000 Dalton bestimmt. SPI besitzt damit eine ähnliche Molmasse wie die beiden bekannten proteinogenen Streptomyces-Proteaseinhibitoren SMPI und SSI. Die SPI-Proteinbande liegt signifikant unterhalb der TAMEP-Inhibitorbande. Die Ermittlung des isoelektrischen Punkts von SPI ergab einen Wert von 7.3. SPI ist wie Vertreter der SSI-Familie hitzestabil (siehe 4). Die nachstehende Sequenzinformation wurde durch Edman-Abbau erhalten. Die Primärstruktur von SPI ist homolog (Identität von 70%) mit einem mutmaßlichen Proteinprodukt unbekannter Funktion von Streptomyces lavendulae, das aus der codierenden DNA übersetzt wurde:

  • A) N-Terminale Sequenz von SPI. Die mit dem mutmaßlichen Protein von Streptomyces lavendulae identischen Aminosäuren sind grau unterlegt:
    Figure 00040001
  • B) Nukleinsäuresequenz eines mutmaßlichen Proteins von Streptomyces lavendulae (EMBL-EBI: AAD32751)
    Figure 00040002
  • C) Aus der Nukleinsäuresequenz von Streptomyces lavendulae übersetzte Proteinsequenz eines mutmaßlichen Proteins mit unbekannter Funktion (SwissProt Entry Name: Q9X5U4_STRLA). Aminosäuren, die mit SPI identisch sind, sind grau unterlegt:
    Figure 00040003
    Figure 00050001
The present invention further provides information about the structure of SPI. By SDS gel electrophoresis, an apparent molecular mass of 12,000 daltons was determined for SPI. SPI thus has a molecular mass similar to the two known proteinogenic Streptomyces protease inhibitors SMPI and SSI. The SPI protein band is significantly below the TAMEP inhibitor band. The determination of the isoelectric point of SPI gave a value of 7.3. Like representatives of the SSI family, SPI is heat stable (see 4 ). The sequence information below was obtained by Edman degradation. The primary structure of SPI is homologous (identity of 70%) to a putative protein product of unknown function of Streptomyces lavendulae translated from the coding DNA:
  • A) N-terminal sequence of SPI. The amino acids identical to the putative protein of Streptomyces lavendulae are highlighted in gray:
    Figure 00040001
  • B) Nucleic acid sequence of a putative protein of Streptomyces lavendulae (EMBL-EBI: AAD32751)
    Figure 00040002
  • C) Protein sequence of a putative protein of unknown function translated from the nucleic acid sequence of Streptomyces lavendulae (SwissProt Entry Name: Q9X5U4_STRLA). Amino acids that are identical to SPI are highlighted in gray:
    Figure 00040003
    Figure 00050001

Das mutmaßliche Protein besitzt offensichtlich neben der reifen Domäne ein Signalpeptid (Met → Ala29/Ala30, unterstrichene Aminosäuren), das die für extrazelluläre Streptomyces-Proteine typische Länge von 29 bis 30 Aminosäuren aufweist. Die berechnete Molmasse ohne Signalpeptid beträgt 11.944 bzw. 12.015 Dalton, was gut mit der experimentell gefundenen apparenten Molmasse von SPI übereinstimmt. Der berechnete pI des unbekannten Proteins liegt mit 8,45 um eine pH-Einheit höher als der experimentell ermittelte pI von SPI.The putative protein obviously has next to the mature one Domain a signal peptide (Met → Ala29 / Ala30, underlined Amino acids), which are extracellular Streptomyces proteins typical length of 29 to 30 amino acids having. The calculated molecular weight without signal peptide is 11,944 or 12,015 daltons, which is fine with the experimentally found apparent molecular mass of SPI matches. The calculated pI of the unknown protein is higher at 8.45 by one pH unit as the experimentally determined pI of SPI.

Markierungsversuche von gereinigtem SPI mit dem spezifischen Markierungsreagenz Monobiotinylcadaverin (MBC) und Transglutaminase offenbarten überraschenderweise, dass SPI reaktive Glutaminreste besitzt, die die erfindungsgemäße Vernetzung und Modifizierung von SPI mit Transglutaminasen ermöglichen.labeling experiments of purified SPI with the specific labeling reagent monobiotinylcadaverine (MBC) and transglutaminase surprisingly revealed that SPI has reactive glutamine residues which are the inventive Enable cross-linking and modification of SPI with transglutaminases.

Weiterhin wurde von den Erfindern beobachtet, dass die Reaktivität der Glutaminreste von SPI durch Strukturmodulatoren der allgemeinen Formel R1-CO-X-R3 (mit X = NR2, O und R1, R2, R3 wie in der Deutschen Patentschrift vom 17.09.2007 beschrieben) ohne Verlust der Inhibierungssaktivität gesteigert werden kann (siehe 5). Die Konzentration von Acylamidoverbindungen liegt bei 0–0,2% (m/v), vorzugsweise bei 0–0,07% (m/v).Furthermore, it was observed by the inventors that the reactivity of the glutamine residues of SPI by structural modulators of the general formula R 1 -CO-XR 3 (with X = NR 2 , O and R 1 , R 2 , R 3 as in the German Patent 17.09 .2007) can be increased without loss of inhibitory activity (see 5 ). The concentration of acylamido compounds is 0-0.2% (m / v), preferably 0-0.07% (m / v).

Markierungsversuche von gereinigtem SPI mit dem spezifischen Markierungsreagenz N-Biotinyl-(6-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycyl)hexandiamin (ZQG-HDA-Biotin) und Transglutaminase offenbarten überraschenderweise, dass SPI reaktive Lysinreste besitzt, die die erfindungsgemäße Vernetzung von SPI mit Transglutaminasen ermöglichen.labeling experiments of purified SPI with the specific labeling reagent N-biotinyl- (6-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycyl) hexanediamine (ZQG-HDA-biotin) and transglutaminase surprisingly revealed that SPI has reactive lysine residues which are the inventive Enable cross-linking of SPI with transglutaminases.

Weiterhin wurde von den Erfindern beobachtet, dass die Reaktivität der Lysinreste von SPI durch Strukturmodulatoren der allgemeinen Formel R1-CO-X-R3 (mit X = NR2, O und R1, R2, R3 wie in der Deutschen Patentschrift vom 17.09.2007 beschrieben) ohne Verlust der Inhibierungsaktivität gesteigert (Acylpolyamine) oder reduziert (Acylaminosäuren) werden kann. Die Konzentration von Acylamidoverbindungen liegt bei 0–0,2% (m/v), vorzugsweise bei 0–0,07% (m/v).Furthermore, it was observed by the inventors that the reactivity of the lysine residues of SPI by structural modulators of the general formula R 1 -CO-XR 3 (with X = NR 2 , O and R 1 , R 2 , R 3 as in the German Patent 17.09 .2007) can be increased (acylpolyamines) or reduced (acylamino acids) without loss of the inhibiting activity. The concentration of acylamido compounds is included 0-0.2% (m / v), preferably 0-0.07% (m / v).

Die Vernetzung von SPI wurde erfindungsgemäß mit Transglutaminase durchgeführt. Dabei wurde von den Erfindern die Entstehung oligomerer und polymerer Aggregate von SPI beobachtet. Der Versuch zeigt weiterhin, dass sich SPI für den enzymatischen Einbau in neuartige Biomaterialien mit antibiotischen Eigenschaften eignet.The Crosslinking of SPI according to the invention with transglutaminase carried out. It was the origin of the inventors oligomeric and polymeric aggregates observed by SPI. The attempt further shows that SPI for enzymatic incorporation in novel biomaterials with antibiotic properties.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin Information zur biologischen Funktion von SPI zur Verfügung. SPI inhibiert erfindungsgemäß Cystein- und Serinproteasen, vorzugsweise Mitglieder der Papainfamilie, insbesondere aber Papain von Papaya carica (siehe 6 und Tab. 2).The present invention further provides information on the biological function of SPI. According to the invention, SPI inhibits cysteine and serine proteases, preferably members of the papain family, but in particular papaya of papaya carica (see 6 and Tab. 2).

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin Information zur antibiotischen Eigenschaft von SPI zur Verfügung. Von den Erfindern wurde beobachtet, dass Besprühen von Cuscuta reflexa mit einer SPI-Lösung ein Absterben des Tabakpflanzenparasits zur Folge hat (siehe 7).The present invention further provides information on the antibiotic property of SPI. The inventors have observed that spraying Cuscuta reflexa with an SPI solution results in the death of the tobacco plant parasite (see 7 ).

Erfindungsgemäß wurde weiterhin beobachtet, dass die Entstehung von Schimmel auf Wurstscheiben durch SPI gehemmt wird.According to the invention was furthermore observed that the emergence of mold on sausage slices through SPI is inhibited.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin beobachtet, dass SPI das Wachstum von multizellulären Actinomyceten hemmt.According to the invention was continues to observe that SPI growth of multicellular Actinomycetes inhibits.

Die folgenden Abbildungen und Beispiele erläutern die Erfindung.The The following figures and examples illustrate the invention.

Beschreibung der AbbildungenDescription of the pictures

1: Reaktionsschema von Transglutaminasen. Die Gamma-Carboxamidgruppe von proteingebundenem Glutamin wird unter Freisetzung von Ammoniak auf ein primäres Amin übertragen. Wenn der Glutamylakzeptor die Epsilon-Aminofunktion eines proteingebundenen Lysinrests ist, wird eine inter- oder intramolekulare Isopeptidbindung ausgebildet, abhängig davon, ob ein zweites oder dasselbe Protein beteiligt sind. 1 : Reaction Scheme of Transglutaminases. The gamma-carboxamide group of protein-bound glutamine is transferred to a primary amine releasing ammonia. When the glutamyl acceptor is the epsilon amino function of a protein-bound lysine residue, an inter- or intramolecular isopeptide bond is formed, depending on whether a second or the same protein is involved.

2: Kultivierungsverlauf von Streptomyces mobaraensis. Bestimmung der Restaktivität von Papain nach einer Inkubation von 30 Minuten mit Kulturüberstand bei RT. 2 : Cultivation course of Streptomyces mobaraensis. Determination of the residual activity of papain after incubation for 30 minutes with culture supernatant at RT.

3: Reinigung von SPI aus dem Überstand von zellfreier Kulturbrühe von Streptomyces mobaraensis
Silbergefärbtes SDS-Polyacrylamidgel
Spur M: Molekulargewichtsmarkerproteine: 66 kDa, 45 kDa, 29 kDa, 0 kDa, 14,2 kDa; Spur 1: Zellfreier Kulturbrühenüberstand; Spur 2: Überstand einer 1:1 Mischung von zellfreiem Kulturbrühenüberstand und Ethanol; Spur 3: Vereinigte Fraktionen einer Ionenaustauschchromatographie (SPI-Pool); Spur 4: SPI-Pool nach Dialyse durch eine 10 kDa-Membran.
3 : Purification of SPI from the supernatant of cell-free culture broth of Streptomyces mobaraensis
Silver-stained SDS-polyacrylamide gel
Lane M: Molecular weight marker proteins: 66 kDa, 45 kDa, 29 kDa, 0 kDa, 14.2 kDa; Lane 1: Cell-free culture broth supernatant; Lane 2: supernatant of a 1: 1 mixture of cell-free culture broth supernatant and ethanol; Lane 3: United fractions of ion exchange chromatography (SPI pool); Lane 4: SPI pool after dialysis through a 10 kDa membrane.

4: Thermostabilität von SPI: Gefüllte Punkte, SPI-Aktivität; offene Punkte, Papainaktivität 4 : Thermostability of SPI: filled points, SPI activity; open points, papain activity

5: Markierung von gereinigtem SPI mit Monobiotinylcadaverin (MBC) und Transglutaminase zur Identifizierung reaktiver Glutaminreste

  • A) Silbergefärbtes SDS-Polyacrylamidgel
  • B) Auf Nitrocellulose transferierte Proteine einer SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese angefärbt mit einem Streptavidin-Alkalische Phosphatase-Konjugat Spuren 1, 2, Inkubation für 1 und 3 Stunden
5 : Labeling of purified SPI with monobiotinylcadaverine (MBC) and transglutaminase to identify reactive glutamine residues
  • A) Silver-stained SDS-polyacrylamide gel
  • B) Nitrocellulose-transferred proteins of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis stained with streptavidin-alkaline phosphatase conjugate lanes 1, 2, incubation for 1 and 3 hours

6: Inhibierung von Papain mit SPI 6 : Inhibition of Papain with SPI

7: Biozide Wirkung von SPI gegenüber dem Tabakpflanzenparasiten Cuscuta reflexa.

  • A) Unbehandelte Tabakpflanze mit dem Parasiten
  • B) Mit SPI behandelte Tabakpflanze mit abgestorbenem Parasiten
7 : Biocidal effect of SPI on the tobacco parasite Cuscuta reflexa.
  • A) Untreated tobacco plant with the parasite
  • B) SPI-treated tobacco plant with dead parasite

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung.The The following examples serve to explain the present Invention.

Beispiel IExample I

Kultivierung von StreptomycetenCultivation of streptomycetes

a) Plattenkulturen zum Inokulieren von Flüssigmedien und zur Stammkonservierunga) plate cultures for inoculating Liquid media and for root preservation

Die Anzucht der Mikroorganismen zur Inokulation von Flüssigmedien sowie das Anlegen von Dauerkulturen erfolgte auf GYM-Agarplatten ( Shirling und Gottlieb, 1966, Int. J. Syst. Bacteriol. 16, S. 313–340 ). Ausgehend von Reinkulturen der DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) wurden Streptomycetenstämme in sterilem Wasser aufgenommen. Die Suspension wurde mit einer Pipette auf die GYM-Platten überführt und mit einem Drigalski-Spatel verteilt.The cultivation of the microorganisms for the inoculation of liquid media as well as the establishment of permanent cultures was carried out on GYM agar plates ( Shirling and Gottlieb, 1966, Int. J. Syst. Bacteriol. 16, pp. 313-340 ). Starting from pure cultures of the DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH), Streptomycetes strains were taken up in sterile water. The suspension was transferred to the GYM plates with a pipette and spread with a Drigalski spatula.

Vor der Inokulation von Flüssigkulturen wurden Vorkulturen auf einer neuen Agarplatte angelegt. Hierzu wurden Bakterienkolonien mit einer Impföse auf der Platte ausgestrichen und bei 28°C mindestens 5 Tage inkubiert, bis neben dem Substratmycel auch sporulierende Lufthyphen zu sehen waren.In front Inoculations of liquid cultures were precultures created on a new agar plate. To this were bacterial colonies struck with a loop on the plate and at Incubated at 28 ° C for at least 5 days until next to the substrate mycelium also sporulating aerial hyphae were to be seen.

Zur Stammkonservierung wurden die Streptomycetenstämme nach etwa 30 Tagen auf eine neue GYM-Agarplatte überimpft. Die Petrischalen wurden anschließend mit einem Kunststofffilm verschlossen und bei 28°C inkubiert.to Stem conservation was the Streptomycetenstämme after about 30 days on a new GYM agar plate inoculated. The Petri dishes were subsequently covered with a plastic film closed and incubated at 28 ° C.

b) Flüssigkulturen zur präparativen Herstellung von SPIb) liquid cultures for preparative Production of SPI

Zur präparativen Produktion von SPI wurden 1 L Erlenmeyer-Kulturkolben mit 110 ml Flüssigmedium befüllt. Nach dem Autoklavieren der Kulturmedien wurde über einen Sterilfilter 1 ml Spurenelementlösung zugeführt und mit einer Vorkultur, die auf GYM-Agarplatten angezüchtet wurde, beimpft.to preparative production of SPI were 1 L Erlenmeyer culture flasks filled with 110 ml of liquid medium. After autoclaving The culture media was filtered through a sterile filter 1 ml of trace element solution fed and pre-cultured on GYM agar plates was inoculated, inoculated.

Die Kultivierung erfolgte bei 28°C bis zum Erreichen des gewünschten SPI-Produkts. Der Sauerstoffeintrag, der für das Wachstum der aeroben Bakterien benötigt wird, erfolgte durch intensive Bewegung der Flüssigkultur auf einem Querschüttler mit einer Frequenz von 110 pro Minute. Nach drei bis vier Tagen wurde das SPI-enthaltende Kulturmedium von den Mikroorganismen durch Zentrifugation und Filtration getrennt, direkt weiter verarbeitet oder bei –20°C gelagert.The Cultivation was carried out at 28 ° C until reaching the desired SPI product. The oxygen input needed for growth The aerobic bacteria is needed, carried out by intensive Movement of the liquid culture on a cross shaker with a frequency of 110 per minute. After three to four days For example, the SPI-containing culture medium was permeated by the microorganisms Centrifugation and filtration separated, directly further processed or stored at -20 ° C.

c) Kultivierung von Streptomyces mobaraensisc) Cultivation of Streptomyces mobaraensis

Die Anzucht und Stammkonservierung von Streptomyces mobaraensis erfolgte auf Agarplatten, ausgehend von einer Reinkultur der DSMZ. Die Submerskultivierung zur SPI-Produktion erfolgte, wie unter Beispiel I b) beschrieben, in einem Komplexmedium das zusätzlich mit Spurenelementen angereichert war ( Voelskow, 19, Jahrbuch Biotechnologie, Carl Hanser Verlag, München, S. 341–361 ). Nach einer Kultivierungsdauer von 40–48 Stunden wurde die Zellmasse durch Zentrifugation und Filtration vom Flüssigmedium, in das die Bakterien das Produkt sekretieren, getrennt. Die produzierte SPI-Menge lag durchschnittlich bei 15–20 Milligramm pro Liter Kulturbrühe.The cultivation and root preservation of Streptomyces mobaraensis was carried out on agar plates, starting from a pure culture of the DSMZ. The submerged cultivation for SPI production was carried out as described in Example I b) in a complex medium which was additionally enriched with trace elements ( Voelskow, 19, Biotechnology Yearbook, Carl Hanser Verlag, Munich, pp. 341-361 ). After a cultivation period of 40-48 hours, the cell mass was separated by centrifugation and filtration from the liquid medium into which the bacteria secrete the product. The amount of SPI produced averaged 15-20 milligrams per liter of culture broth.

Beispiel IIExample II

Bestimmung der Inhibierungsaktivität von SPIDetermination of inhibitory activity from SPI

a) Vorinkubation mit Papaina) pre-incubation with papain

Der eingesetzte Inhibitoraktivitätstests für SPI beruht auf einer Vorinkubation des inhibierenden Proteins mit Papain für die Dauer von 30 Minuten bei Raumtemperatur und Bestimmung der proteolytischen Restaktivität mit dem unter 2b) beschriebenen Aktivitätstests.Of the based inhibitor activity tests for SPI is based on a preincubation of the inhibiting protein with papain for the duration of 30 minutes at room temperature and determination of proteolytic Residual activity with the activity test described under 2b).

b) Modifizierter Ansontestb) Modified Ansontest

  • ( Yang und Wang, 1999, Bot. Bull. Acad. Sin. 40, S. 259–265 )( Yang and Wang, 1999, Bot. Bull. Acad. Sin. 40, pp. 259-265 )

200 μl Alkali-lösliches Casein (10 mg/ml) in 0,1 M Citrat pH 6,5 und 200 μl einer geeigneten Protease-SPI-Mischung mit 100 μg Papain wurden bei 37°C für 10 min inkubiert. Nach Zugabe von 600 μl Trichloressigsäure wurde zentrifugiert, und die Absorption des Überstands wurde bei 280 nm gegen eine Blindprobe ohne Papain in 1-cm-Küvetten gemessen. Die Konzentration absorbierender Aminosäuren und Peptide, die durch die Restaktivität der Protease im Überstand verbleiben, wird summarisch als „freies Tyrosin" erfasst. Der Extinktionskoeffizient für Tyrosin beträgt unter den gewählten Bedingungen 0,9611 mM–1 cm–1. Eine modifizierte Anson-Einheit (AE) entspricht dabei der Freisetzung von einem Mikromol Tyrosin pro Minute. Die Reduktion von einer Anson-Einheit durch SPI wird als eine Inhibierungseinheit (IE) bezeichnet.200 μl of alkali-soluble casein (10 mg / ml) in 0.1 M citrate pH 6.5 and 200 μl of a suitable protease-SPI mixture with 100 μg papain were incubated at 37 ° C for 10 min. After addition of 600 μl of trichloroacetic acid, centrifugation was carried out and the absorbance of the supernatant was measured at 280 nm against a non-papain blank in 1 cm cuvettes. The concentration of absorbing amino acids and peptides that Residual activity of the protease in the supernatant is summarily recorded as "free tyrosine." The extinction coefficient for tyrosine is 0.9611 mM -1 cm -1 under the conditions chosen, with a modified Anson unit (AE) corresponding to the release of One micromole of tyrosine per minute The reduction of an Anson unit by SPI is referred to as an inhibition unit (IU).

c) Paranitroanilid-Testc) Paranitroanilide test

100 μl 2 mM Cbz-Phe-Arg-pNA in Ethanol und 400 μl 0,1 M Citrat pH 6,5 mit 25 μg Papain wurden 10 min bei 37°C inkubiert. Nach Zugabe von 500 μl 5 mM PMSF in Dimethylsulfoxid wurde zentrifugiert, und die Absorption im Überstand wurde bei 405 nm gegen eine Blindprobe ohne Papain gemessen. Der Extinktionskoeffizient für freigesetztes para-Nitroanilin beträgt unter den gewählten Bedingungen 14,253 mM–1 cm–1.100 μl of 2 mM Cbz-Phe-Arg-pNA in ethanol and 400 μl of 0.1 M citrate pH 6.5 with 25 μg papain were incubated for 10 min at 37 ° C. After adding 500 μl of 5 mM PMSF in dimethyl sulfoxide, centrifugation was carried out and the absorbance in the supernatant was measured at 405 nm against a blank without Papain. The extinction coefficient for released para-nitroaniline is 14.253 mM -1 cm -1 under the chosen conditions.

Beispiel IIIExample III

Reinigung von SPI aus der Kulturbrühe von Streptomyces mobaraensisPurification of SPI from the culture broth of Streptomyces mobaraensis

a) Herstellung eines zellfreien Überstandsa) Preparation of a cell-free supernatant

Streptomyces mobaraensis wurde, wie unter Beispiel I c) beschrieben, in einem Flüssigmedium 40–48 Stunden kultiviert. Die gebildete Zellmasse wurde durch Zentrifugation (10000 g, 4°C, 10 min) und Filtration abgetrennt, und der Überstand weiter verarbeitet.Streptomyces mobaraensis was, as described in Example I c), in one Liquid medium cultured for 40-48 hours. The educated Cell mass was purified by centrifugation (10,000 g, 4 ° C, 10 min) and filtration separated, and the supernatant on processed.

b) Anreicherung von SPI durch Ethanolfällungb) Accumulation of SPI by ethanol precipitation

Zellfreier Überstand wurde auf 4°C gekühlt, mit dem gleichen Volumen an –18°C kaltem Ethanol gemischt und 30 Minuten inkubiert. Nach Abtrennung der gefällten Proteine durch Zentrifugation (10000 g, 4°C, 10 min) wurden die verbleibenden Proteine des Überstands chromatographisch getrennt.Cell-free supernatant was cooled to 4 ° C, with the same volume mixed at -18 ° C cold ethanol and 30 minutes incubated. After separation of the precipitated proteins by Centrifugation (10,000 g, 4 ° C, 10 min) were the remaining Proteins of the supernatant separated by chromatography.

c) Säulenchromatographische Methodec) Column chromatographic method

Die vollständige Reinigung von SPI erfolgte durch Niederdruck-Flüssigchromatographie an einem starken Kationenaustauschermaterial. Vor Beginn wurde der Ethanolüberstand durch Filtration durch einen 0,45-μ-Filter von feinsten Partikeln befreit. Die für die Chromatographie verwendeten Puffer wurden mit Milli-Q-Wasser angesetzt, vor Gebrauch sterilfiltriert und im Ultraschallbad entgast. Tabelle 1: Elutionsbedingungen für SPI Funktion Puffer A Puffer B Volumen (ml) Auftrag der Proteinlösung 200 ml Elution der nichtbindenden Proteine 100 ca. 200 ml Plateau 90 10 ca. 50 ml Linearer Gradient 90-0 10-100 100 ml Full purification of SPI was accomplished by low pressure liquid chromatography on a strong cation exchange material. Before starting, the ethanol supernatant was freed of very fine particles by filtration through a 0.45 μ filter. The buffers used for the chromatography were prepared with Milli-Q water, sterile filtered before use and degassed in an ultrasonic bath. Table 1: Elution conditions for SPI function Buffer A Buffer B Volume (ml) Order of the protein solution 200 ml Elution of non-binding proteins 100 about 200 ml plateau 90 10 about 50 ml Linear gradient 90-0 10-100 100 ml

Die Chromatographie erfolgte bei Raumtemperatur. Alle Protein enthaltenden Fraktionen wurden durch Inhibitoraktivitätstest, SDS-PAGE und Proteinbestimmungen charakterisiert. Fraktionen, die SPI enthielten, wurden gegebenenfalls vereinigt, unbehandelt eingefroren oder vor der Lagerung bei –20°C mit Entsalzungssäulen oder durch Dialyse entsalzt, lyophilisiert, mit Ammoniumsulfat gefällt oder durch Zugabe von Glycerin, Maltodextrin, Polyethylenglycol oder Glutathion konditioniert. Geräte Amersham-Pharmacia Stationäre Phase Fractogel EMD SO3 (S) Durchmesser 1,6 cm Betthöhe 10,3 cm Bettvolumen 20 ml Mobile Phasen 50 mM Tris-Acetat pH 6,0 (Puffer A) 1 M NaCl in 50 mM Tris-Acetat pH 6,0 (Puffer B) Flussrate 1 ml/min Injiziertes Volumen ca. 200 ml Detektion Kontinuierliche Messung der Absorption bei λ = 280 nm Chromatography was carried out at room temperature. All protein-containing fractions were characterized by inhibitor activity assay, SDS-PAGE, and protein determinations. Fractions containing SPI were optionally pooled, left untreated, or desalted at -20 ° C with desalting columns or by dialysis, lyophilized, precipitated with ammonium sulfate, or conditioned by the addition of glycerine, maltodextrin, polyethylene glycol, or glutathione. equipment Amersham-Pharmacia Stationary phase Fractogel EMD SO 3 - (S) diameter 1.6 cm bed height 10.3 cm bed volume 20 ml Mobile phases 50 mM Tris-acetate pH 6.0 (buffer A) 1 M NaCl in 50 mM Tris-acetate pH 6.0 (buffer B) flow rate 1 ml / min Injected volume about 200 ml detection Continuous measurement of the absorption at λ = 280 nm

Beispiel IVExample IV

Charakterisierung von SPICharacterization of SPI

a) Bestimmung der Molekülgrößea) Determination of the molecular size

Das SDS-Polyacrylamidgel belegt die vollständige Reinigung von SPI aus Streptomyces mobaraensis (siehe 3). Die anhand der Markerproteine bestimmte apparente Molmasse beträgt 12.000 Dalton.The SDS polyacrylamide gel demonstrates complete purification of SPI from Streptomyces mobaraensis (see 3 ). The apparent molecular weight determined by the marker proteins is 12,000 daltons.

b) Bestimmung des Isoelektrischen Punktsb) Determination of the isoelectric point

Der isoelektrischen Punkt von SPI wurde mit einem vorgefertigten Acrylamidgel von Serva (Servalyt Prenet) nach Angaben des Herstellers bestimmt. Zur Kalibrierung wurden Cytochrom (Pferd, pI von 10,7), Ribonuklease A (Rind, 9,5), Lectin (lens culinaris, 8,3, 8,0, 7,8), Myoglobin (Pferd, 7,4, 6,9), Carboanhydrase (Rind, 6,0), β-Lactoglobulin (Rind, 5,3, 5,2), Trypsininhibitor (Sojabohne, 4,5), Glucoseoxidase (Aspergillus niger, 4,2) und Amyloglucosidase (Aspergillus niger, 3,5) verwendet. Der gefundene isoelektrische Punkt von SPI liegt bei 7,3.Of the isoelectric point of SPI was using a prefabricated acrylamide gel Serva (Servalyt Prenet) according to the manufacturer. For calibration, cytochrome (horse, pI of 10.7), ribonuclease A (bovine, 9.5), lectin (lens culinaris, 8.3, 8.0, 7.8), myoglobin (Horse, 7.4, 6.9), carbonic anhydrase (bovine, 6.0), β-lactoglobulin (Bovine, 5.3, 5.2), trypsin inhibitor (soybean, 4.5), glucose oxidase (Aspergillus niger, 4,2) and amyloglucosidase (Aspergillus niger, 3,5) used. The found isoelectric point of SPI lies at 7.3.

c) Bestimmung von Proteinsequenzenc) Determination of protein sequences

Gereinigter SPI wurde durch Gelelektrophorese getrennt ( Poduslo, 1981, Anal. Biochem. 114, S. 131–139 ), auf Polyvinylidendifluorid-(PVDF)-Membanen transferiert ( Khyse-Andersen, 1984, J. Biochem. Biophys. Methods 10, S. 203–209 ) und mit Coomassie-Blau gefärbt ( Matsudaira, 1987, J. Biol. Chem. 262, S. 10035–10038 ). Die Proteinbande wurde ausgeschnitten und durch Edman-Abbau analysiert.Purified SPI was separated by gel electrophoresis ( Poduslo, 1981, Anal. Biochem. 114, pp. 131-139 ), transferred to polyvinylidene difluoride (PVDF) -membanes ( Khyse-Andersen, 1984, J. Biochem. Biophys. Methods 10, pp. 203-209 ) and stained with Coomassie blue ( Matsudaira, 1987, J. Biol. Chem. 262, pp. 10035-10038 ). The protein band was excised and analyzed by Edman degradation.

Beispiel VExample V

Biotinylierung von SPI mit TransglutaminaseBiotinylation of SPI with transglutaminase

a) Markierung mit Monobiotinylcadaverina) Labeling with monobiotinylcadaverine

Die Markierung von SPI zur Bestimmung reaktiver Glutaminseitenketten erfolgte in 0,1 M N-(2-Hydroxyethyl)piperazin-N'-(2-ethansulfonsäure) (HEPES) pH 7,5. 100 μl gepufferte Lösung enthielten 25 μl SPI (300 μg/ml), 2 mM Monobiotinylcadaverin (MBC), 0,06% Lauroylsarcosin und 5,4 μl Transglutaminase (0.5 mg/ml). Die Inkubation erfolgte bei 37°C bis zu 24 Stunden. Die Reaktionsmischung wurde durch SDS-Polyarylamidgelelektrophorese getrennt, auf eine Nitrocellulosemembran transferiert und mit einem Avidin-Alkalische Phosphatase-Konjugat angefärbt. Dazu wurden zunächst nach dem Proteintransfer unspezifische Bindungsstellen der Nitrocellulosemembran mit fettfreier Milch blockiert. Nach mehrfachem Waschen mit 10 mM Tris-HCl/150 mM NaCl/0,05% Tween pH 8,0, Inkubation mit dem Avidinkonjugat (50 ng/ml) für 1,5 Stunden bei Raumtemperatur, erneutem Waschen und Einstellen der Membran auf pH 9,5 mit 0,1 M Tris-HCl/0,1 M NaCl/5 mM MgCl2 erfolgte die Färbung mit 5-Brom-4-chlorindolylphosphat und 2,2'-Di-p-nitrophenyl-5,5'-diphenyl-(3,3'-dimethoxy-4,4'-diphenylen)-ditetrazoliumchlorid (Nitrotetrazoliumblau).SPI labeling for reactive glutamine side chains was performed in 0.1M N- (2-hydroxyethyl) piperazine-N '- (2-ethanesulfonic acid) (HEPES) pH 7.5. 100 μl buffered solution contained 25 μl SPI (300 μg / ml), 2 mM monobiotinyl cadaverine (MBC), 0.06% lauroyl sarcosine and 5.4 μl transglutaminase (0.5 mg / ml). Incubation was at 37 ° C for up to 24 hours. The reaction mixture was separated by SDS-polyarylamide gel electrophoresis, transferred to a nitrocellulose membrane and stained with an avidin-alkaline phosphatase conjugate. For this, non-specific binding sites of the nitrocellulose membrane were blocked with fat-free milk after protein transfer. After multiple washes with 10 mM Tris-HCl / 150 mM NaCl / 0.05% Tween pH 8.0, incubation with the avidin-conjugate (50 ng / ml) for 1.5 hours at room temperature, rinsing again and adjusting the membrane to pH 9.5 with 0.1 M Tris-HCl / 0.1 M NaCl / 5 mM MgCl 2 was stained with 5-bromo-4-chloroindolyl phosphate and 2,2'-di-p-nitrophenyl-5,5'- diphenyl (3,3'-dimethoxy-4,4'-diphenylene) -ditetrazolium chloride (nitrotetrazolium blue).

b) Markierung mit N-Biotinyl-(5-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycvl)cadaverinb) Labeling with N-biotinyl- (5-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycyl) cadaverine

Das enzymatische Markierungsverfahren von SPI zur Bestimmung von reaktiven Lysinresten erfolgte wie unter 5a) beschrieben. Nur enthielt die Reaktionsmischung anstelle von MBC 0,13 mM N-Biotinyl-(6-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycyl)hexandiamin (ZQG-HDA-Biotin).The enzymatic labeling methods of SPI for the determination of reactive Lysine residues were carried out as described under 5a). Only contained the Reaction mixture instead of MBC 0.13 mM N-biotinyl- (6-N'-carbobenzoxy-L-glutaminylglycyl) hexanediamine (ZQG HDA biotin).

Beispiel VIExample VI

Vernetzung von SPI mit TransglutaminaseCrosslinking of SPI with transglutaminase

Die Vernetzung von SPI durch Transglutaminase erfolgte wie unter 5a) beschrieben in HEPES-Puffer pH 7,5 mit 0,05% N-Lauroyl-3-N',N'-dimethylpropandiamin und ohne Markierungsreagenz. Die Reaktionsmischung wurde bis zu 24 Stunden inkubiert, durch SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese getrennt und silbergefärbt.The Crosslinking of SPI by transglutaminase was carried out as in 5a) described in HEPES buffer pH 7.5 with 0.05% N-lauroyl-3-N ', N'-dimethylpropanediamine and without labeling reagent. The reaction mixture was up to Incubated for 24 hours, separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and silver colored.

Beispiel VIIExample VII

Bestimmung der Spezifität von SPIDetermination of specificity of SPI

Die Inhibitoraktivität von SPI gegenüber verschiedenen Proteasen wurde mit der unter 2a) beschriebenen Analysenmethode bestimmt. Dabei wurde für Serin- und Metalloproteasen das Verfahren dahin gehend verändert, dass als Puffer 0,1 M Tris/HCl pH 7,5 mit 2 mM CaCl2 verwendet wurde. Dabei zeigte sich die hohe Aktivität von SPI gegenüber Papain, Bromelain, Trypsin, Proteinase K und Subtilisin. Weiterhin werden Dispase und Thermolysin bei hohen Konzentration inhibiert (Tabelle 2). Tabelle 2: Inhibierungsaktivität von SPI gegenüber Endoproteasen Protease Ursprung SPI: Protease (M/M) Restaktivität (%) Cysteinproteasen Papain Carica papaya 0.25 0.8 2.0 5 85 50 16 7 Bromelain Ananas comosus 0.8 2.0 72 18 Serinproteasen Trypsin Bos taurus 0.8 2.0 36 7 α-Chymotrypsin Bos taurus 0.8 2.0 100 100 Subtilisin Bacillus globigii 0.8 2.0 92 10 Proteinase K Tritirachium album 0.8 2.0 78 3 Metalloproteasen Dispase I Bacillus polymyxa 0.8 2.0 100 21 Collagenase Clostridium histolyticum 0.8 2.0 100 100 Thermolysin Bacillus thermoproteolyticus rokko 0.8 2.0 100 45 The inhibitory activity of SPI against various proteases was determined by the analysis method described under 2a). For serine and metalloproteases, the procedure was modified such that 0.1 M Tris / HCl pH 7.5 with 2 mM CaCl 2 was used as the buffer. It showed the high activity of SPI against papain, bromelain, trypsin, proteinase K and subtilisin. Furthermore, dispase and thermolysin are inhibited at high concentration (Table 2). Table 2: Inhibitory activity of SPI on endoproteases protease origin SPI: Protease (M / M) Residual activity (%) cysteine proteases papain Carica papaya 0.25 0.8 2.0 5 85 50 16 7 bromelain Pineapple comosus 0.8 2.0 72 18 serine proteases trypsin Bos taurus 0.8 2.0 36 7 α-Chymotrypsin Bos taurus 0.8 2.0 100 100 subtilisin Bacillus globigii 0.8 2.0 92 10 Proteinase K Tritirachium album 0.8 2.0 3 metalloproteases Dispase I Bacillus polymyxa 0.8 2.0 100 21 collagenase Clostridium histolyticum 0.8 2.0 100 100 thermolysin Bacillus thermoproteolyticus rocco 0.8 2.0 100 45

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Claims (39)

Transglutaminasesubstrat, das Cystein- und Serinproteasen inhibiert und antibiotische Eigenschaften besitzt.Transglutaminase substrate, the cysteine and serine proteases inhibited and has antibiotic properties. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die N-terminale Proteinsequenz die nachstehende Aminosäuren besitzen kann:
Figure 00140001
Transglutaminase substrate according to claim 1, characterized in that the N-terminal protein sequence may have the following amino acids:
Figure 00140001
Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Primärstruktur homolog mit der eines mutmaßlichen Proteins (vollständige Sequenz unter EMBL-EBI: AAD32751 und SwissProt: Q9X5U4_STRLA) unbekannter Funktion von Streptomyces lavendulae ist.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the primary structure homologous with the of a putative protein (full sequence under EMBL-EBI: AAD32751 and SwissProt: Q9X5U4_STRLA) unknown Function of Streptomyces lavendulae. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein eine apparente Molmasse von 12.000 Dalton und einen pI von 7,3 besitzt.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the protein has an apparent molecular weight of 12,000 Dalton and a pI of 7.3. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein Glutaminreste besitzt, die seine Vernetzung, Alkylierung und Veresterung mit Transglutaminasen ermöglichen.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the protein possesses glutamine residues that its Enable crosslinking, alkylation and esterification with transglutaminases. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein Lysinreste besitzt, die seine Vernetzung mit Transglutaminasen ermöglichen.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the protein possesses lysine residues which limit its cross-linking with transglutaminases. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der allgemeinen Struktur R1-CO-X-R3 (mit X = NR2, O und R1, R2, R3 wie in der Deutsche Patentanmeldung „Strukturmodulator von Proteinen" vom 17. September 2007 beschrieben) die Vernetzung, Alkylierung oder Veresterung durch Transglutaminasen ohne Verlust der Inhibierungsaktivität begünstigt.Transglutaminasesubstrat according to claim 1, characterized in that a compound of the general structure R 1 -CO-XR 3 (with X = NR 2 , O and R 1 , R 2 , R 3 as in the German patent application "structural modulator of proteins" from 17. September 2007) favored crosslinking, alkylation or esterification by transglutaminases without loss of inhibitory activity. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass N-Lauroyl-3-N',N'-dimethylpropandiamin die Vernetzung, Alkylierung oder Veresterung durch Transglutaminasen begünstigt. Die Konzentration des Acylpolyamins liegt bei 0–0,2% (m/v), vorzugsweise bei 0–0,07% (m/v).Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that N-lauroyl-3-N ', N'-dimethylpropanediamine the Crosslinking, alkylation or esterification by transglutaminases favored. The concentration of acylpolyamine is included 0-0.2% (m / v), preferably 0-0.07% (m / v). Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass N-Lauroylsarcosin die Alkylierung oder Veresterung durch Transglutaminasen begünstigt. Die Konzentration des Acylaminosäure liegt bei 0–0,2% (m/v), vorzugsweise bei 0–0,07% (m/v).Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that N-lauroyl sarcosine alkylation or esterification favored by transglutaminases. The concentration of Acylamino acid is 0-0.2% (m / v), preferably at 0-0.07% (m / v). Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–8 dadurch gekennzeichnet, dass Vernetzungs- und Modifizierungsreaktionen mit einer Ca2+-unabhängigen Transglutaminase erfolgen.Transglutaminasesubstrat according to claims 1-8 characterized in that crosslinking and modification reactions take place with a Ca 2+ -independent transglutaminase. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Cystein- und Serinproteasen inhibiert werden.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that cysteine and serine proteases are inhibited. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Papain von Papaya carica inhibiert wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that papain is inhibited by papaya carica. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Bromelain von Ananas comosus inhibiert wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that bromelain is inhibited by pineapple comosus. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Trypsin inhibiert wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that trypsin is inhibited. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Proteinase K von Tritirachium album inhibiert wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that proteinase K of Tritirachium album inhibits becomes. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Subtilisin von Bacillus globigii inhibiert wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that subtilisin inhibited by Bacillus globigii becomes. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzenparasiten im Wachstum gehemmt oder abgetötet werden.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that plant parasites are inhibited in growth or be killed. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Tabakpflanzenparasit Cuscuta reflexa im Wachstum gehemmt oder abgetötet wird.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the tobacco plant parasite Cuscuta reflexa in Growth is inhibited or killed. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Bakterien, Pilze und Viren im Wachstum gehemmt oder abtötet werden.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that bacteria, fungi and viruses are inhibited in growth or be killed. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das inhibitorische Protein das Wachstum von Schimmelpilzen hemmt.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the inhibitory protein is the growth of Mold inhibits. Transglutaminasesubstrat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das inhibitorische Protein das Wachstum von Streptomyceten hemmt.Transglutaminase substrate according to claim 1 characterized characterized in that the inhibitory protein is the growth of Streptomycetes inhibits. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung durch Kultivierung von Bakterien, bevorzugt von Actinomyceten erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16, characterized in that the preparation by Cultivation of bacteria, preferably done by actinomycetes. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung durch Kultivierung von Streptomyceten, vorzugsweise Streptomyces mobaraensis erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16, characterized in that the preparation by Cultivation of Streptomyces, preferably Streptomyces mobaraensis he follows. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung eines aktiven Produkts durch Kultivierung von Streptomyces mobaraensis und Abtrennung der Produkt enthaltenden Kulturbrühe von der Zellmasse durch Zentrifugation, Filtration oder ein anderes übliches Trennverfahren erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16, characterized in that the production of a active product by cultivating Streptomyces mobaraensis and separating the product-containing culture broth from the cell mass by centrifugation, filtration or other common Separation process takes place. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung eines aktiven Produkts durch Kultivierung von Streptomyces mobaraensis, Abtrennung der Produkt enthaltenden Kulturbrühe von der Zellmasse und Fällung von kontaminierendem Protein mit Ammoniumsulfat, Polyethylenglycol, Ethanol, Aceton oder Isopropanol erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16, characterized in that the production of a active product by cultivating Streptomyces mobaraensis, Separation of the product-containing culture broth from the Cell mass and precipitation of contaminating protein with Ammonium sulfate, polyethylene glycol, ethanol, acetone or isopropanol he follows. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 und 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung von kontaminierendem Protein mit 50 Vol% Ethanol erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16 and 25 characterized in that the precipitation of contaminating protein with 50% by volume ethanol. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung eines hoch gereinigten Produkts durch Kultivierung von Streptomyces mobaraensis, Abtrennung der Produkt enthaltenden Kulturbrühe von der Zellmasse, Ethanolfällung und chromatographische Verfahren erfolgt.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16, characterized in that the production of a highly purified product by cultivating Streptomyces mobaraensis, Separation of the product-containing culture broth from the Cell mass, ethanol precipitation and chromatographic methods he follows. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 und 27 dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung eines hoch gereinigten Produkts durch Kationenaustausch-Chromatographie an Fractogel EMD SO3 erfolgt.Transglutaminasesubstrat according to claims 1-16 and 27, characterized in that the preparation of a highly purified product by cation exchange chromatography on Fractogel EMD SO 3 - takes place. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–16 dadurch gekennzeichnet, dass das nach den Ansprüchen 22–28 hergestellte Produkt als Lyophilisat, Ammoniumsulfatpräzipitat oder in gepufferter Lösung nach Zusatz von 30–50 Prozent Glycerin, 10–30% Maltodextrin, 5–30% Polyethylenglycol oder 2–20 mM Glutathion bei –80°C bis +4°C gelagert wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-16 characterized in that the according to claims 22-28 product prepared as lyophilisate, ammonium sulfate precipitate or in buffered solution after addition of 30-50 Percent glycerin, 10-30% maltodextrin, 5-30% polyethylene glycol or 2-20 mM glutathione at -80 ° C to + 4 ° C is stored. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein als biologisches Pflanzenschutzmittel verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein as biological Plant protection product is used. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein als Konservierungsmittel verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein as a preservative is used. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein als Medizinprodukt verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein as a medical device is used. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein zur Behandlung von Infektionen verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein for treatment used by infections. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein zur Behandlung von Haut- und Wundinfektionen verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein for treatment used by skin and wound infections. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das Protein zur Behandlung von Paradontitis verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the protein for treatment used by periodontitis. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass es mit Hilfe von Transglutaminasen ohne Verlust der Inhibitoraktivität in geeignete Biomaterialien eingebaut werden kann.Transglutaminasesubstrat according to claims 1-10, characterized in that it with the aid of Transglutaminases can be incorporated into suitable biomaterials without loss of inhibitory activity. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das inhibitorische Protein zur Herstellung antibiotischer Folien und Pflaster verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the inhibitory protein used for the production of antibiotic films and patches. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das inhibitorische Protein zur Herstellung chirurgischer Schwämme mit antibiotischen Eigenschaften verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the inhibitory protein for making surgical sponges with antibiotic Properties is used. Transglutaminasesubstrat nach den Ansprüchen 1–21 dadurch gekennzeichnet, dass das inhibitorische Protein zur Herstellung von Gerüstmaterial mit antibiotischen Eigenschaften für Ersatzknorpel und -knochen verwendet wird.Transglutaminase substrate according to the claims 1-21 characterized in that the inhibitory protein for the production of scaffold material with antibiotic properties is used for replacement cartilage and bone.
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