DE102018116200A1 - METHOD FOR PRODUCING A NUCLEOTIDE SUGAR - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zur Herstellung eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats werden in einem Reaktionsgefäß ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase und mindestens ein Nukleosidtriphosphat oder ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat in einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht. Die Spezifität der Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase erlaubt eine Phosphorylierung des Monosaccharids und die Spezifität der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase erlaubt die Übertragung einer Nukleosidmonophosphat-Einheit auf ein Monosaccharid-1-Phosphat des Monosaccharids. Bei der Umsetzung des Monosaccharids zum Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 95 °C beträgt die Proteinkonzentration wenigstens 20 µg/ml. Das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat wird mittels einer Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran so abgeführt, dass das Gesamtvolumen erhalten bleibt oder wiederhergestellt wird, die Enzyme zurückbleiben und das mindestens eine Nukleosidtriphosphat oder das Deoxynukleosidtriphosphat und das Nukleosidtriphosphat und das Monosaccharid erneut zugeführt werden. In a method for producing a monosaccharide-1-nucleoside diphosphate, a monosaccharide, a monosaccharide-1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase and at least one nucleoside triphosphate or a deoxynucleoside and a deoxynucleoside tripod are used in a reaction vessel contacted in an aqueous solution. The specificity of the monosaccharide-1-phosphate kinase allows phosphorylation of the monosaccharide and the specificity of the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase allows the transfer of a nucleoside monophosphate unit to a monosaccharide-1-phosphate of the monosaccharide. When the monosaccharide is converted to the monosaccharide 1-nucleoside diphosphate in a temperature range from 0 ° C to 95 ° C, the protein concentration is at least 20 µg / ml. The monosaccharide-1-nucleoside diphosphate is removed by means of an ultra and / or nanofiltration membrane in such a way that the total volume is maintained or restored, the enzymes remain and the at least one nucleoside triphosphate or the deoxynucleoside triphosphate and the nucleoside triphosphate and the monosaccharide are added again.
Description
Gebietarea
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats.The present disclosure relates to a method for producing a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate.
Danksagungthanksgiving
Die dieser Patentanmeldung zu Grunde liegende Erfindung entstand in einem Projekt, das unter dem Förderkennzeichen 031A557A vom BMBF gefördert wurde.The invention on which this patent application is based was created in a project funded by the BMBF under grant number 031A557A.
Hintergrundbackground
Bei der Entdeckung und Entwicklung von pharmazeutischen Wirkstoffen und der Entwicklung von Nahrungsmittelbestandteilen gewinnt die Glykosylierung von Naturprodukten zunehmend an Bedeutung. Für die Wirksamkeit eines Naturprodukts in einer gewünschten Anwendung ist häufig dessen Glykosylierung entscheidend. Bei der Glykosylierung handelt es sich in der Regel um eine posttranslationale Modifikation bei der Proteinbiosynthese eines Glykoproteins, als N-Glykosylierung im endoplasmatischen Retikulum und Golgi-Apparat oder als O-Glycosylierung im Golgi-Apparat. Glycosyltransferasen katalysieren den Transfer von Monosaccharid-Einheiten, von einem aktivierten Donorsubstrat auf ein Akzeptor-Molekül, üblicherweise eine Hydroxygruppe (Alkohol, Monosaccharid), und stellen somit glykosidische Verbindungen her.Glycosylation of natural products is becoming increasingly important in the discovery and development of active pharmaceutical ingredients and the development of food ingredients. The glycosylation is often decisive for the effectiveness of a natural product in a desired application. Glycosylation is usually a post-translational modification in the protein biosynthesis of a glycoprotein, as N-glycosylation in the endoplasmic reticulum and Golgi device or as O-glycosylation in the Golgi device. Glycosyltransferases catalyze the transfer of monosaccharide units from an activated donor substrate to an acceptor molecule, usually a hydroxy group (alcohol, monosaccharide), and thus produce glycosidic compounds.
Glykosyltransferasen, die als Donor-Molekül einen Nukleotidzucker verwenden, werden Leloir-Enzyme genannt, nach Luis F. Leloir, dem Wissenschaftler, der das erste Zucker-Nukleotid entdeckte und 1970 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zum Kohlenhydratstoffwechsel erhielt. Leloir-Glykosyltransferasen sind aufgrund ihrer Spezifität, Regioselektivität und quantitativen Substratumsetzung die Enzyme der Wahl für die Glykan- und Glykosidsynthese (
Nukleotidzucker gelten nach wie vor als kostenintensive Substrate und damit als Engpass für die großtechnische Anwendung von Leloir-Glykosyltransferasen als Standardverfahren in der synthetischen Kohlenhydratchemie. Allerdings wurden sowohl Multi-Enzym-Kaskaden als auch in-situ-Regenerationssysteme entwickelt, die eine Reihe von nukleotid-aktivierten Zuckern abdecken (
Die Herstellung geeigneter Enzymmengen für die Großsynthese ist jedoch ein Kostenfaktor und aufwändig. Die Maximierung der Enzymproduktivität in Bezug auf die massenbezogene Gesamtumsatzzahl (engl. mass based turnover number, TTNmass, g Enzym pro g Produkt) sowie die spezifische Produktleistung (Raum-Zeit-Ausbeute, engl. space-time-yield, STY) ist daher eine Herausforderung, um das volle Potenzial der Enzymkaskaden auszuschöpfen.However, the production of suitable amounts of enzymes for large-scale synthesis is a cost factor and complex. The maximization of enzyme productivity in relation to the mass-based turnover number (TTN mass , g enzyme per g product) and the specific product performance (space-time yield, STY) is therefore a challenge to exploit the full potential of the enzyme cascade.
ZusammenfassungSummary
In einem ersten Aspekt ist hier ein Verfahren zur Herstellung eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats offenbart. In diesem Verfahren werden in einem Reaktionsgefäß ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase und mindestens ein Nukleosidtriphosphat oder ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat in einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht. Die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase kann auch als Nukleosiddiphosphat-Zucker-Pyrophosphorylase bezeichnet werden. Durch das in Kontakt bringen in wässriger Lösung entsteht ein wässriges Reaktionsgemisch. Die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase ist so gewählt, dass die Spezifität der Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Phosphorylierung des Monosaccharids mittels des Deoxynukleosidtriphosphats oder eines des zumindest einen Nukleosidtriphosphats erlaubt. Weiterhin ist das Nukleosidtriphosphat, oder eines des zumindest einen Nukleosidtriphosphats, so gewählt, dass die Spezifität der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die Übertragung einer Nukleosidmonophosphat-Einheit auf ein Monosaccharid-1-Phosphat des Monosaccharids erlaubt. Zum Verfahren zählt es weiterhin, eine Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat gemäß folgendem Schema in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 95 °C zu erlauben.
In diesem Schema gibt (1) das Monosaccharid an. NTP und NuTP bezeichnen ein Nukleosidtriphosphat und dNTP ein Deoxynukleosidtriphosphat. (2) gibt dabei das Nukleosidtriphosphat an, das für die Reaktion mit der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase bereitgestellt wird, welche mit (6) bezeichnet ist. NTP und NuTP können identisch oder verschieden sein. Nu bezeichnet die Nukleosidylgruppe des Nukleosidtriphosphats, das geeignet ist, mittels der die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-phosphat-Nukleosidyltransferase mit dem Monosaccharid-1-Phosphat eine Reaktion einzugehen.In this scheme (1) indicates the monosaccharide. NTP and NuTP denote a nucleoside triphosphate and dNTP a deoxynucleoside triphosphate. (2) indicates the nucleoside triphosphate which is provided for the reaction with the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, which is denoted by (6). NTP and NuTP can be identical or different. Nu denotes the nucleosidyl group of the nucleoside triphosphate which is suitable for reacting with the monosaccharide 1-phosphate by means of which the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase.
Im vorangehenden Schema gibt (3) das Monosaccharid-1-Phosphat an. (4) gibt das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat an und (5) die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase.an. Der Rest Z steht für H, eine -CH2OH-, eine -CH3 oder eine -COOH-Gruppe. Rest Y steht für eine OH-Gruppe, eine NH2-Gruppe oder eine N-Acetylgruppe. Die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung beträgt 5 µg/ml oder mehr. Zum Verfahren zählt es weiterhin, das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat so aus dem Reaktionsgefäß abzuführen, dass die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und die Pyrophosphatase im Reaktionsgefäß verbleiben. Das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat wird aus dem Reaktionsgefäß mittels einer Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran abgeführt. Zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats unter Zurückbehalten der Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und der Pyrophosphatase zählt es, das Gesamtvolumen des im Reaktionsgefäß befindlichen Reaktionsgemischs zu erhalten oder wiederherzustellen. Schließlich zählt es zum Verfahren, das mindestens eine Nukleosidtriphosphat oder das Deoxynukleosidtriphosphat und das Nukleosidtriphosphat sowie das Monosaccharid dem im Reaktionsgefäß befindlichen Reaktionsgemisch erneut zuzuführen.In the previous scheme (3) indicates the monosaccharide 1-phosphate. (4) indicates the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate and (5) indicates the monosaccharide-1-phosphate kinase. The radical Z stands for H, a -CH 2 OH-, a -CH 3 or a -COOH group. Y is an OH group, an NH 2 group or an N-acetyl group. The protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 5 µg / ml or more. The method also includes removing the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate from the reaction vessel in such a way that the monosaccharide-1-phosphate kinase, the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase and the pyrophosphatase remain in the reaction vessel. The
Die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase sind unabhängig voneinander gewählt. In einigen Ausführungsformen sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das gleiche Enzym. Beispielsweise kann es sich um Funktionalitäten des gleichen Enzyms handeln. Es kann sich auch um eine einzige Reaktion handeln, bei der eine direkte Konversion des das Monosaccharids in das das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat erfolgt. In einigen Ausführungsformen sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase verschiedene Enzyme.The monosaccharide-1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase are chosen independently of one another. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase are the same enzyme. For example, functionalities of the same enzyme can be involved. It can also be a single reaction in which a direct conversion of the the monosaccharide into that Monosaccharide-1 nucleoside diphosphate takes place. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase are different enzymes.
Das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat abzuführen beinhaltet, dass es zum Verfahren zählt, das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat durch die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran hindurchtreten zu lassen.Removing the
In einigen Ausführungsformen enthält das Monosaccharid eine Mehrzahl an Monosacchariden. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Mehrzahl an Monosaccharid-1-Phosphat-Kinasen. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine Mehrzahl an Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferasen.In some embodiments, the monosaccharide contains a plurality of monosaccharides. In some such embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase contains a plurality of monosaccharide-1-phosphate kinases. In some such embodiments, the
In einigen Ausführungsformen enthält das Reaktionsgefäß die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran. In einigen Ausführungsformen steht das Reaktionsgefäß mit der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran in fluider Verbindung. In einigen Ausführungsformen steht das Reaktionsgefäß mit der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran in fluider Kommunikation. Es kann in einigen derartigen Ausführungsformen zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats zählen, zwischen der Seite der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran, die mit dem Reaktionsgefäß in fluider Kommunikation steht und der gegenüberliegenden Seite der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran eine Druckdifferenz von 100 kPa oder mehr, inklusive 250 kPa oder mehr, zu erzeugen. So kann beispielsweise im Reaktionsgefäß ein Überdruck von 100 kPa oder mehr, inklusive 250 kPa oder mehr, im Vergleich zum Umgebungsdruck bereitgestellt werden. In allen derartigen Ausführungsformen kann es auch zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats zählen, auf das über der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran befindliche Reaktionsgemisch eine Kraft von wenigstens 2,5 x g einwirken zu lassen.In some embodiments, the reaction vessel contains the ultra and / or nanofiltration membrane. In some embodiments, the reaction vessel is in fluid communication with the ultra and / or nanofiltration membrane. In some embodiments, the reaction vessel is in fluid communication with the ultra and / or nanofiltration membrane. In some such embodiments, removal of the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate may include a pressure differential of 100 between the side of the ultra and / or nanofiltration membrane that is in fluid communication with the reaction vessel and the opposite side of the ultra and / or nanofiltration membrane to generate kPa or more, including 250 kPa or more. For example, an excess pressure of 100 kPa or more, including 250 kPa or more, can be provided in the reaction vessel compared to the ambient pressure. In all such embodiments, the removal of the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate can also include allowing a force of at least 2.5 x g to act on the reaction mixture located above the ultra and / or nanofiltration membrane.
In einigen Ausführungsformen ist das Reaktionsgefäß ein Ultrafiltrationskonzentrator für die Zentrifugation.In some embodiments, the reaction vessel is an ultrafiltration concentrator for centrifugation.
In einigen Ausführungsformen wird das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus dem Reaktionsgemisch zusammen mit dem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat abgeführt.In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate is removed from the reaction mixture along with the
In einigen Ausführungsformen zählt es zum Verfahren, ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase und mindestens ein Nukleosidtriphosphat in Kontakt bringen. Zumindest ein Nukleosidtriphosphat ist in einigen Ausführungsformen ATP.In some embodiments, the method includes contacting a monosaccharide, a monosaccharide-1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase, and at least one nucleoside triphosphate. At least one nucleoside triphosphate is ATP in some embodiments.
Beispielsweise kann es zu einem hier offenbarten Verfahren zählen, eine Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat gemäß folgendem Schema zu erlauben:
Die Bezeichnungen sind in diesem Schema die gleichen wie bereits vorangehend angegeben. In derartigen Ausführungsformen ist das Nukleosidtriphosphat bzw. eines des zumindest einen Nukleosidtriphosphats so gewählt, dass die Spezifität der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die Übertragung einer Nukleosidmonophosphat-Einheit auf ein Monosaccharid-1-Phosphat des Monosaccharids erlaubt. The designations in this scheme are the same as those given above. In such embodiments, the nucleoside triphosphate or one of the at least one nucleoside triphosphate is selected such that the specificity of the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase allows the transfer of a nucleoside monophosphate unit to a
Die eingesetzten Enzyme werden typischerweise in nicht-immobilisierter Form eingesetzt. Die eingesetzten Enzyme werden typischerweise in nicht-quervernetzter Form eingesetzt. In der Regel liegen die eingesetzten Enzyme in wässriger Lösung als lösliches, freies Protein vor.The enzymes used are typically used in a non-immobilized form. The enzymes used are typically used in a non-crosslinked form. As a rule, the enzymes used are in aqueous solution as a soluble, free protein.
In einigen Ausführungsformen wird/werden ein oder mehrere weitere Cofaktoren eingesetzt, der/die für die Funktion eines oder mehrerer verwendeter Enzyme notwendig ist/sind. Dabei kann es sich insbesondere um ein Magnesiumsalz handeln, das mit einem Nukleosidtriphosphat und/oder einem Deoxynukleosidtriphosphat einen Komplex bildet. Für eine Reihe der in einem hier offenbarten Verfahren und einer hier offenbarten Verwendung einsetzbaren Enzyme kann auch ein Mangansalz als Cofaktor verwendet werden. In einigen Ausführungsformen werden in dem Reaktionsgefäß ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase, mindestens ein Nukleosidtriphosphat und ein Magnesiumsalz oder ein Mangansalz in wässriger Lösung in Kontakt gebracht. In einigen Ausführungsformen werden in dem Reaktionsgefäß im Wesentlichen nur ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase, mindestens ein Nukleosidtriphosphat und ein Magnesiumsalz in Kontakt gebracht. Typischerweise enthält dabei die wässrige Lösung ein oder mehrere Pufferverbindungen wie z.B. Trisaminomethan (Tris), 2-(4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl)-ethansulfonsäure (HEPES), 4-(2-Hydroxyethyl)-piperazin-1-propansulfonsäure (HEPPS), ein Acetat, oder ein Phosphat. In einigen Ausführungsformen werden in einer wässrigen Phase, die eine solche Pufferverbindung enthält, ausschließlich ein Monosaccharid, eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, eine Pyrophosphatase, mindestens ein Nukleosidtriphosphat und ein Magnesiumsalz in Kontakt gebracht.In some embodiments, one or more additional cofactors are used that are necessary for the function of one or more enzymes used. In particular, this may be a magnesium salt which forms a complex with a nucleoside triphosphate and / or a deoxynucleoside triphosphate. A manganese salt can also be used as a cofactor for a number of the enzymes which can be used in a process and a use disclosed here. In some embodiments, a monosaccharide, a monosaccharide-1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase, at least one nucleoside triphosphate and a magnesium salt or a manganese salt in aqueous solution are contacted in the reaction vessel. In some embodiments, essentially only a monosaccharide, a monosaccharide-1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase, at least one nucleoside triphosphate, and a magnesium salt are contacted in the reaction vessel. Typically, the aqueous solution contains one or more buffer compounds such as Trisaminomethane (Tris), 2- (4- (2-Hydroxyethyl) -1-piperazinyl) ethanesulfonic acid (HEPES), 4- (2-Hydroxyethyl) piperazine-1-propanesulfonic acid (HEPPS), an acetate, or a phosphate. In some embodiments, in an aqueous phase containing such a buffer compound, only a monosaccharide, a monosaccharide 1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase, at least one nucleoside triphosphate and a magnesium salt are contacted brought.
In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren ohne die Gegenwart eines weiteren Proteins im Reaktionsgemisch durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren durchgeführt, ohne dass dem Reaktionsgemisch ein weiteres Protein zugefügt wird. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren ohne die Gegenwart eines weiteren Saccharids im Reaktionsgemisch durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren durchgeführt, ohne dass dem Reaktionsgemisch ein weiteres Saccharid zugefügt wird. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren ohne die Gegenwart eines weiteren Monosaccharids im Reaktionsgemisch durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren durchgeführt, ohne dass dem Reaktionsgemisch ein weiteres Monosaccharid zugefügt wird. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren ohne die Gegenwart eines Disaccharids im Reaktionsgemisch durchgeführt. In einigen Ausführungsformen wird das hier beschriebene Verfahren durchgeführt, ohne dass dem Reaktionsgemisch ein weiteres Disaccharid zugefügt wird.In some embodiments, the process described here is carried out without the presence of another protein in the reaction mixture. In some embodiments, the method described here is carried out without adding another protein to the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without the presence of another saccharide in the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without adding another saccharide to the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without the presence of another monosaccharide in the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without adding another monosaccharide to the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without the presence of a disaccharide in the reaction mixture. In some embodiments, the process described here is carried out without adding another disaccharide to the reaction mixture.
In einigen Ausführungsformen, in denen mindestens ein Nukleosidtriphosphat eingesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat neben ATP eines oder mehrere der Nukleosidtriphosphate UTP, GTP und CTP. In einigen Ausführungsformen besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und UTP. In einigen Ausführungsformen besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und GTP. In einigen Ausführungsformen besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und CTP.In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is used, the at least one nucleoside triphosphate contains, in addition to ATP, one or more of the nucleoside triphosphates UTP, GTP and CTP. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and UTP. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and GTP. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and CTP.
In einigen Ausführungsformen, in denen ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat eingesetzt werden, ist oder enthält das Nukleosidtriphosphat eines oder mehrere der Nukleosidtriphosphate ATP, UTP, GTP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat eingesetzt werden, enthält das Nukleosidtriphosphat eines oder mehrere der Nukleosidtriphosphate UTP, GTP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat eingesetzt werden, besteht das Nukleosidtriphosphat aus UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat eingesetzt werden, besteht das Nukleosidtriphosphat aus GTP. In einigen Ausführungsformen besteht das Nukleosidtriphosphat aus CTP.In some embodiments using a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate, the nucleoside triphosphate is or contains one or more of the nucleoside triphosphates ATP, UTP, GTP and CTP. In some embodiments using a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate, the nucleoside triphosphate contains one or more of the nucleoside triphosphates UTP, GTP and CTP. In some embodiments, in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are used, the nucleoside triphosphate consists of UTP. In some embodiments in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are used, the nucleoside triphosphate consists of GTP. In some embodiments, the nucleoside triphosphate consists of CTP.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 10 µg/ml oder mehr. In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 20 µg/ml oder mehr.In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 10 µg / ml or more. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 20 µg / ml or more.
Das Verfahren wird typischerweise als sich wiederholender Batch-Prozess (engl. batch process), auch Satzbetrieb genannt, durchgeführt. In diesem Fall besteht in der Regel keine Notwendigkeit, Reagenzien zuzuführen. Abgesehen von Probennahmen im Rahmen der Analytik, besteht in der Regel ebenso wenig die Notwendigkeit, dem Prozess etwas zu entnehmen. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren als kontinuierliches Verfahren durchgeführt. In diesem Fall muss typischerweise dafür Sorge getragen werden, dass abgeführtes Nukleotid, Monosaccharid und Magnesiumsalz ersetzt oder zum Reaktionsansatz rückgeführt werden. The process is typically carried out as a repetitive batch process. In this case there is usually no need to add reagents. Apart from taking samples as part of the analysis, there is usually no need to take anything from the process. In some embodiments, the process is carried out as a continuous process. In this case, care must typically be taken to ensure that the removed nucleotide, monosaccharide and magnesium salt are replaced or returned to the reaction mixture.
In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Galactose oder Glucose. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid N-Acetylgalactosamin. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Mannose oder Xylose. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Glucuronsäure. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Galacturonsäure. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Fucose.In some embodiments, the monosaccharide is galactose or glucose. In some embodiments, the monosaccharide is N-acetylgalactosamine. In some embodiments, the monosaccharide is mannose or xylose. In some embodiments, the monosaccharide is glucuronic acid. In some embodiments, the monosaccharide is galacturonic acid. In some embodiments, the monosaccharide is fucose.
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Hordeum vulgare (Gerste). In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die humane UDP-GaINAc-Pyrophosphorylase. In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Galactokinase aus E. coli. In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine N-Acetylhexosamin-1-kinase aus Bifidobacterium longum.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a UDP sugar pyrophosphorylase from Hordeum vulgare (barley). In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the human UDP-GaINAc pyrophosphorylase. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is an E. coli galactokinase. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is an N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum.
In einigen Ausführungsformen wird mit dem erneuten Zuführen des Deoxynukleosidtriphosphats und des Nukleosidtriphosphats, bzw. des mindestens einen Nukleosidtriphosphats, und des Monosaccharids das ursprüngliche Volumen des wässrigen Reaktionsgemischs wiederhergestellt. Dabei wird in einigen Ausführungsformen das ursprüngliche Volumen exakt wiederhergestellt. In einigen Ausführungsformen wird das ursprüngliche Volumen mit einer Fehlertoleranz von ± 2 % oder mit einer Fehlertoleranz von ± 5 % wiederhergestellt. In einigen Ausführungsformen wird das ursprüngliche Volumen mit einer Fehlertoleranz von ± 10 % wiederhergestellt.In some embodiments, the original volume of the aqueous reaction mixture is restored when the deoxynucleoside triphosphate and the nucleoside triphosphate, or the at least one nucleoside triphosphate, and the monosaccharide are added again. In some embodiments, the original volume is exactly restored. In some embodiments, the original volume is restored with a tolerance of ± 2% or with a tolerance of ± 5%. In some embodiments, the original volume is restored with an error tolerance of ± 10%.
In einigen Ausführungsformen wird nach dem erneuten Zuführen des Deoxynukleosidtriphosphats und des Nukleosidtriphosphats, bzw. des mindestens einen Nukleosidtriphosphats, das ursprüngliche Volumen des wässrigen Reaktionsgemischs wiederhergestellt. Dabei wird in einigen Ausführungsformen das ursprüngliche Volumen exakt oder wie vorangehend angegeben mit einer Fehlertoleranz von ± 2 % wiederhergestellt. In einigen Ausführungsformen wird das ursprüngliche Volumen mit einer Fehlertoleranz von ± 5 % oder von ± 10 % wiederhergestellt.In some embodiments, the original volume of the aqueous reaction mixture is restored after the deoxynucleoside triphosphate and the nucleoside triphosphate, or the at least one nucleoside triphosphate, have been added again. In some embodiments, the original volume is restored exactly or as stated above with an error tolerance of ± 2%. In some embodiments, the original volume is restored with an error tolerance of ± 5% or ± 10%.
In einigen Ausführungsformen zählt es zum Verfahren nach dem ersten Aspekt, einen Zyklus wenigstens 10-mal oder wenigstens 20-mal zu wiederholen, zu dem es wie vorangehend beschrieben zählt, die Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat zu erlauben, das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat aus dem Reaktionsgefäß abführen und das Deoxynukleosidtriphosphat und das Nukleosidtriphosphat, bzw. das mindestens eine Nukleosidtriphosphat, dem Reaktionsgemisch erneut zuführen. In einigen Ausführungsformen zählt es zum Verfahren nach dem ersten Aspekt, einen wie oben beschriebenen Zyklus 40-mal zu wiederholen.In some embodiments, the method of the first aspect involves repeating a cycle at least 10 times or at least 20 times, which includes, as previously described, allowing the conversion of the monosaccharide to a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate, the monosaccharide Remove -1-nucleoside diphosphate from the reaction vessel and feed the deoxynucleoside triphosphate and the nucleoside triphosphate, or the at least one nucleoside triphosphate, to the reaction mixture again. In some embodiments, the method according to the first aspect involves repeating a cycle as described above 40 times.
In einem zweiten Aspekt ist hier die Verwendung der Kombination eines Reaktionsgefäßes, einer Enzymmischung und einer Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran zur Herstellung eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats im Grammaßstab offenbart. Die Enzymmischung enthält eine Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, eine Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und eine Pyrophosphatase. In der Verwendung wird im Reaktionsgefäß die Enzymmischung in Form einer wässrigen Lösung bereitgestellt. Weiterhin werden dieser wässrigen Lösung ein Monosaccharid und mindestens ein Nukleosidtriphosphat oder ein Monosaccharid, ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt. In der Verwendung wird weiterhin eine Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat gemäß obigem Schema in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 95 °C erlaubt:
Die Bezeichnungen sind in diesem Schema die gleichen wie bereits bei der Erläuterung zum Verfahren des ersten Aspekts angegeben. Während der Umsetzung beträgt die Proteinkonzentration in diesem Reaktionsgemisch 5 µg/ml oder mehr. Die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran dient dazu, während oder nach der Umsetzung das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat aus dem Reaktionsgefäß abzuführen. Dabei wird durch diese Membran das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat so aus dem Reaktionsgefäß abgeführt, dass das Gesamtvolumen der im Reaktionsgefäß befindlichen wässrigen Lösung erhalten bleibt oder wiederhergestellt wird. Weiterhin wird durch die Membran das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat so aus dem Reaktionsgefäß abgeführt, dass die Enzymmischung im Reaktionsgefäß verbleibt. Das mindestens eine Nukleosidtriphosphat, oder das Deoxynukleosidtriphosphat und das Nukleosidtriphosphat, sowie das Monosaccharid werden dem Reaktionsgemisch erneut zugeführt.The names in this scheme are the same as those given in the explanation of the method of the first aspect. During the reaction, the protein concentration in this reaction mixture is 5 µg / ml or more. The ultra and / or nanofiltration membrane serves to remove the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate from the reaction vessel during or after the reaction. Through this membrane, the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate is removed from the reaction vessel in such a way that the total volume of the aqueous solution in the reaction vessel is retained or restored. Furthermore, the membrane removes the monosaccharide 1-nucleoside diphosphate from the reaction vessel in such a way that the enzyme mixture remains in the reaction vessel. The at least one nucleoside triphosphate, or the deoxynucleoside triphosphate and the nucleoside triphosphate, and the monosaccharide are added to the reaction mixture again.
Das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat wird dabei abgeführt, indem man es durch die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran passieren lässt.The
In einigen Ausführungsformen besteht die Enzymmischung aus der Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und der Pyrophosphatase. Dabei kann die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase ein einziges Enzym sein oder aus mehreren Monosaccharid-1-Phosphat-Kinasen bestehen, beispielsweise aus mehreren Monosaccharid-1-Phosphat-Kinasen mit jeweils unterschiedlicher Sequenz. Auch die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase kann ein einziges Enzym sein oder aus mehreren Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase bestehen. In einigen Ausführungsformen kann die Pyrophosphatase ein einziges Enzym sein, beispielsweise ein bestimmtes Enzym mit einer bestimmten Sequenz. In einigen Ausführungsformen kann die Pyrophosphatase aus mehreren Pyrophosphatase bestehen.In some embodiments, the enzyme mixture consists of the monosaccharide 1-phosphate kinase, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase, and the pyrophosphatase. The monosaccharide-1-phosphate kinase can be a single enzyme or consist of several monosaccharide-1-phosphate kinases, for example of several monosaccharide-1-phosphate kinases, each with different sequences. The nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase can also be a single enzyme or consist of several
In der Verwendung nach dem zweiten Aspekt sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase unabhängig voneinander gewählt. In einigen Ausführungsformen sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das gleiche Enzym. Beispielsweise kann es sich um Funktionalitäten des gleichen Enzyms handeln. In einigen Ausführungsformen sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase verschiedene Enzyme.In the use according to the second aspect, the monosaccharide 1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase are selected independently of one another. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase are the same enzyme. For example, functionalities of the same enzyme can be involved. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase and the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase are different enzymes.
In einigen Ausführungsformen zählt es zur Verwendung nach dem zweiten Aspekt, dass der wässrigen Lösung, die die Enzymmischung enthält, ein Monosaccharid und mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt werden. Zumindest ein Nukleosidtriphosphat ist in einigen Ausführungsformen ATP.In some embodiments, use according to the second aspect includes adding a monosaccharide and at least one nucleoside triphosphate to the aqueous solution containing the enzyme mixture. At least one nucleoside triphosphate is ATP in some embodiments.
In einigen Ausführungsformen der Verwendung nach dem zweiten Aspekt enthält das Monosaccharid eine Mehrzahl an Monosacchariden. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Mehrzahl an Monosaccharid-1-Phosphat-Kinasen. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine Mehrzahl an Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-phosphat-Nukleosidyltransferasen.In some embodiments of use according to the second aspect, the monosaccharide contains a plurality of monosaccharides. In some such embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase contains a plurality of monosaccharide-1-phosphate kinases. In some such embodiments, the
In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 10 µg/ml oder mehr. In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 20 µg/ml oder mehr. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 10 µg / ml or more. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 20 µg / ml or more.
In einigen Ausführungsformen ist die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran im Reaktionsgefäß enthalten. In einigen Ausführungsformen steht die Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran mit dem Reaktionsgefäß in fluider Verbindung, inklusive in fluider Kommunikation. In einigen derartigen Ausführungsformen kann es zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats zählen, zwischen der Seite der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran, die mit dem Reaktionsgefäß in fluider Kommunikation steht und der gegenüberliegenden Seite der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran eine Druckdifferenz von mindestens 100 kPa zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann auf der Membranseite, die dem Reaktionsgemisch abgewandt ist, ein Unterdruck von mindestens 100 kPa erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen kann es zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats zählen, im Reaktionsgefäß einen Überdruck von mindestens 100 kPa im Vergleich zum Umgebungsdruck zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann es auch zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats zählen, das über der Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran befindliche Reaktionsgemisch einer Kraft von 2,5 x g oder mehr auszusetzen.In some embodiments, the ultra and / or nanofiltration membrane is contained in the reaction vessel. In some embodiments, the ultra and / or nanofiltration membrane is in fluid communication with the reaction vessel, including in fluid communication. In some such embodiments, the removal of the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate may include a pressure difference of at least between the side of the ultra and / or nanofiltration membrane that is in fluid communication with the reaction vessel and the opposite side of the ultra and / or nanofiltration membrane To generate 100 kPa. In some embodiments, a vacuum of at least 100 kPa can be generated on the side of the membrane facing away from the reaction mixture. In some embodiments, removal of the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate may include creating an excess pressure of at least 100 kPa in the reaction vessel compared to the ambient pressure. In some embodiments, removal of the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate may include exposing the reaction mixture located over the ultra and / or nanofiltration membrane to a force of 2.5 x g or more.
Wie bereits zuvor angegeben, ist das Reaktionsgefäß in einigen Ausführungsformen ein Ultrafiltrationskonzentrator für die Zentrifugation. In einigen Ausführungsformen kann das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus dem Reaktionsgemisch zusammen mit dem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat abgeführt werden. Wie ebenfalls bereits zuvor angegeben, kann/können in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere weitere Cofaktoren eingesetzt werden, der/die für die Funktion eines oder mehrerer verwendeter Enzyme notwendig ist/sind (s.o.). In einigen Ausführungsformen ist bei der Verwendung gemäß dem zweiten Aspekt neben der Enzymmischung kein weiteres Protein vorhanden. In einigen Ausführungsformen werden weiterhin ein oder mehrere Pufferverbindungen eingesetzt (s.o.).As previously indicated, in some embodiments, the reaction vessel is an ultrafiltration concentrator for centrifugation. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate can be removed from the reaction mixture together with the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate. As also previously stated, in some embodiments, one or more additional cofactors can be used which are / are necessary for the function of one or more enzymes used (see above). In some embodiments, when used in accordance with the second aspect, no further protein is present in addition to the enzyme mixture. In some embodiments, one or more buffer connections are still used (see above).
Typischerweise liegen die Enzyme der Enzymmischung in nicht-immobilisierter Form vor. Typischerweise liegen die Enzyme der Enzymmischung in nicht-quervernetzter Form vor.Typically, the enzymes of the enzyme mixture are in non-immobilized form. Typically, the enzymes of the enzyme mixture are in non-cross-linked form.
In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP und UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP und GTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP, GTP und UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP, CTP und UTP. In einigen Ausführungsformen enthält das mindestens eine Nukleosidtriphosphat ATP, CTP, GTP und UTP.In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP and UTP. In some embodiments in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP and GTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP and CTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP, GTP and UTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP, CTP and UTP. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate contains ATP, CTP, GTP and UTP.
In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und GTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP, GTP und UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung mindestens ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt wird, besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP, CTP und UTP. In einigen Ausführungsformen besteht das mindestens eine Nukleosidtriphosphat aus ATP, CTP, GTP und UTP.In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and UTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and GTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP and CTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP, GTP and UTP. In some embodiments, in which at least one nucleoside triphosphate is added to the aqueous solution, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP, CTP and UTP. In some embodiments, the at least one nucleoside triphosphate consists of ATP, CTP, GTP and UTP.
In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt werden, ist oder enthält das Nukleosidtriphosphat eines oder mehrere der Nukleosidtriphosphate ATP, UTP, GTP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt werden, enthält das Nukleosidtriphosphat eines oder mehrere der Nukleosidtriphosphate UTP, GTP und CTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt werden, besteht das Nukleosidtriphosphat aus UTP. In einigen Ausführungsformen, in denen der wässrigen Lösung ein Deoxynukleosidtriphosphat und ein Nukleosidtriphosphat zugesetzt werden, besteht das Nukleosidtriphosphat aus GTP. In einigen Ausführungsformen besteht das Nukleosidtriphosphat aus CTP.In some embodiments in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are added to the aqueous solution, the nucleoside triphosphate is or contains one or more of the nucleoside triphosphates ATP, UTP, GTP and CTP. In some embodiments in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are added to the aqueous solution, the nucleoside triphosphate contains one or more of the nucleoside triphosphates UTP, GTP and CTP. In some embodiments in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are added to the aqueous solution, the nucleoside triphosphate consists of UTP. In some embodiments in which a deoxynucleoside triphosphate and a nucleoside triphosphate are added to the aqueous solution, the nucleoside triphosphate consists of GTP. In some embodiments, the nucleoside triphosphate consists of CTP.
In der Verwendung gemäß dem zweiten Aspekt wird typischerweise ein sich wiederholender Batch-Prozess eingesetzt. Bezüglich des Wiederherstellens des ursprünglichen Volumens und eines erneuten Zuführens des mindestens einen Nukleosidtriphosphats vgl. die vorangehenden Ausführungen. In einigen Ausführungsformen wird ein kontinuierlicher Prozess eingesetzt. A repetitive batch process is typically used in the use according to the second aspect. Regarding the restoration of the original volume and the re-supply of the at least one nucleoside triphosphate, cf. the foregoing. In some embodiments, a continuous process is used.
In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Galactose oder Glucose. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid N-Acetylgalactosamin. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Mannose oder Xylose. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Glucuronsäure. In einigen Ausführungsformen ist das Monosaccharid Galacturonsäure.In some embodiments, the monosaccharide is galactose or glucose. In some embodiments, the monosaccharide is N-acetylgalactosamine. In some embodiments, the monosaccharide is mannose or xylose. In some embodiments, the monosaccharide is glucuronic acid. In some embodiments, the monosaccharide is galacturonic acid.
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Hordeum vulgare (Gerste). In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die humane UDP-GaINAc-Pyrophosphorylase. In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase die Galactokinase aus E. coli. In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase die N-Aacetylhexosamin-1-kinase aus Bifidobacterium longum.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the UDP sugar pyrophosphorylase from Hordeum vulgare (barley). In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the human UDP-GaINAc pyrophosphorylase. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is the galactokinase from E. coli. In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is the N-aacetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum.
In einigen Ausführungsformen wird in der Verwendung gemäß dem zweiten Aspekt ein Zyklus wenigstens 10-mal oder wenigstens 20-mal wiederholt, zu dem es wie vorangehend beschrieben zählt, die Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat zu erlauben, das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat aus dem Reaktionsgefäß abzuführen und das mindestens eine Nukleosidtriphosphat dem Reaktionsgemisch erneut zuzuführen. In einigen Ausführungsformen wird in der Verwendung ein solcher Zyklus 40-mal wiederholt.In some embodiments, in use according to the second aspect, a cycle is repeated at least 10 times or at least 20 times, which includes, as described above, allowing the conversion of the monosaccharide to a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate, the monosaccharide-1 -Nucleoside diphosphate to be removed from the reaction vessel and the at least one nucleoside triphosphate to be added to the reaction mixture again. In some embodiments, such a cycle is repeated 40 times in use.
Die im Vorangehenden beschriebene Zusammenfassung ist nicht einschränkend und weitere Merkmale und Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens und der hier beschriebenen Verwendung sollten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Abbildungen und den Patentansprüchen ersichtlich sein.The summary described above is not restrictive, and further features and advantages of the method and the use described here should be apparent from the following detailed description, the figures and the claims.
Figurenlistelist of figures
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1 zeigt eine Übersicht an beispielhaften Multi-Enzym-Kaskaden mit den jeweiligen Substraten. Die jeweiligen Konfigurationen von als Monosaccharid gewählten Pyranosen ist in stereochemischer Darstellung gezeigt. (1) = Monosaccharid, (2) = Nukleosidtriphosphat, (3) = Monosaccharid-1-Phosphat, (4) = Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat, (5) = Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, (6) = Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, (7) = Pyrophosphatase.1 shows an overview of exemplary multi-enzyme cascades with the respective substrates. The respective configurations of pyranoses chosen as monosaccharide are shown in stereochemical representation. (1) = monosaccharide, (2) = nucleoside triphosphate, (3) = monosaccharide 1-phosphate, (4) = monosaccharide 1-nucleoside diphosphate, (5) = monosaccharide 1-phosphate kinase, (6) = sugar- 1-phosphate nucleosidyl transferase, (7) = pyrophosphatase. -
2 zeigt in den Ausführungsbeispielen eingesetzte Multi-Enzym-Kaskaden für die Synthese von UDP-Gal (A), UDP-GlcNAc (B) und UDP-GalNAc (C), die in einem hier offenbarten Verfahren eingesetzt werden können. EcGalK: Galactokinase aus E. coli; HvUSP: UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Hordeum vulgare (Gerste); NahK: N-Acetylhexosamin-1-kinase aus Bifidobacterium longum; AGX1: humane UDP-GalNAc-Pyrophosphorylase; PPiase: Pyrophosphatase aus Saccharomyces cerevisiae.2 shows multi-enzyme cascades used in the exemplary embodiments for the synthesis of UDP-Gal (A), UDP-GlcNAc (B) and UDP-GalNAc (C), which can be used in a method disclosed here. EcGalK: galactokinase from E. coli; HvUSP: UDP-sugar pyrophosphorylase from Hordeum vulgare (barley); NahK: N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum; AGX1: human UDP-GalNAc pyrophosphorylase; PP i ase: pyrophosphatase from Saccharomyces cerevisiae. -
3 zeigt Beispiele weiterer geeigneter Multi-Enzym-Kaskaden für die Synthese eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats.3A : Umsetzung von Fucose mittels des bifunktionalen Enzyms L-fucokinase/GDP-Fucose-pyrophosphorylase (FKP).3B : Umsetzung von L-Galactose mittels FKP.3C : Umsetzung von L-Mannose mittels der Enzyme N-Acetylhexosamin-1-Kinase aus Bifidobacterium longum (NahK) und Mannose-1-Phosphate-Guanylyltransferase (rfbM).3D : Umsetzung von L-Mannose mittels der Enzyme N-Acetylhexosamin-1-Kinase aus Bifidobacterium longum (NahK) und UDP-Zucker-Pyrophosphorylase aus Arabidopsis thaliana (AtUSP).3E : Umsetzung von D-Glucuronsäure mittels Glucuronokinase aus Arabidopsis thaliana (AtGlcAK) und UDP-Zucker-Pyrophosphorylase aus Arabidopsis thaliana (AtUSP).3F : Umsetzung von N-Acetylneuraminsäure mit CMP-Sialinsäuresynthetase aus Neisseria meningitidis (NmCSS).3 shows examples of other suitable multi-enzyme cascades for the synthesis of a monosaccharide-1-nucleoside diphosphate.3A : Implementation of fucose using the bifunctional enzyme L-fucokinase / GDP-fucose-pyrophosphorylase (FKP).3B : Implementation of L-galactose using FKP.3C : Implementation of L-mannose using the enzymes N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum (NahK) and mannose-1-phosphate-guanylyl transferase (rfbM).3D : Implementation of L-mannose using the enzymes N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum (NahK) and UDP-sugar pyrophosphorylase from Arabidopsis thaliana (AtUSP).3E : Conversion of D-glucuronic acid using Arabidopsis thaliana glucuronokinase (AtGlcAK) and Arabidopsis thaliana UDP-sugar pyrophosphorylase (AtUSP).3F : Reaction of N-acetylneuraminic acid with CMP-sialic acid synthetase from Neisseria meningitidis (NmCSS). -
4 zeigt Daten zur Produktanreicherung in einer repetitiven Batchsynthese von UDP-Gal mit Ansätzen im 20 mL-Maßstab (Vivaspin® 20 Enzymreaktor) (n=3). Die Produktbestimmung erfolgte mittels MP-CE jeweils am Beginn und am Ende der jeweiligen Batch-Zyklen (Tag 1-5).4 shows data on product enrichment in a repetitive batch synthesis of UDP-Gal with batches on a 20 mL scale (Vivaspin® 20 enzyme reactor) (n = 3). The product was determined using MP-CE at the beginning and at the end of the respective batch cycles (days 1-5). -
5 zeigt Daten zur Produktanreicherung in einer repetitiven Batchsynthese von UDP-GlcNAc mit Ansätzen im 20 mL-Maßstab (Vivaspin® 20 Enzymreaktor) (n=3). Die Produktanalyse erfolgte mittels MP-CE jeweils am Beginn und am Ende eines jeden Batch-Zyklus (Tag 1-5).5 shows data on product enrichment in a repetitive batch synthesis of UDP-GlcNAc with batches on a 20 mL scale (Vivaspin® 20 enzyme reactor) (n = 3). The product analysis was carried out using MP-CE at the beginning and at the end of each batch cycle (days 1-5). -
6 zeigt Daten zur Kinetik des Enzyms AGX1 mit GaINAc-1-P, gemessen mittels MP-CE. Die Synthese erfolgte in 50 mM Tris-HCl (pH 8,0) mit 2 mM MgCl2 und UTP (konstant).6 shows data on the kinetics of the enzyme AGX1 with GaINAc-1-P, measured by MP-CE. The synthesis was carried out in 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) with 2 mM MgCl 2 and UTP (constant). -
7 zeigt Daten zur Kinetik von AGX1 mit UTP, gemessen mittels MP-CE. Die Synthese erfolgte in 50 mM Tris-HCl (pH 8,0) mit 2 mM GaINAc-1-P (konstant). Die Konzentration an MgCl2 war unterschiedlich gewählt, um ein Verhältnis von 1:1 einzuhalten.7 shows data on the kinetics of AGX1 with UTP, measured by MP-CE. The synthesis was carried out in 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) with 2 mM GaINAc-1-P (constant). The concentration of MgCl 2 was chosen differently in order to maintain a ratio of 1: 1. -
8 fasst kinetische Daten von AGX1 mit GaINAc-1-P und UTP zusammen, gemessen mittels MP-CE.8th summarizes kinetic data of AGX1 with GaINAc-1-P and UTP, measured using MP-CE. -
9 zeigt die relative Aktivität der UDP-HexNAc produzierenden Enzymkaskade in Abhängigkeit vom Verhältnis NTPs/Mg2+. Reaktionsbedingungen: 50 mM Tris pH 8,0 (HCl), 5 mM ATP, UTP, GalNAc, 2 U/mL PPiase, 0,2 U/mL NahK und AGX1, bei 37 °C, gemessen mit MP-CE.9 shows the relative activity of the UDP-HexNAc producing enzyme cascade as a function of the ratio NTPs / Mg 2+ . Reaction conditions: 50 mM Tris pH 8.0 (HCl), 5 mM ATP, UTP, GalNAc, 2 U / mL PP i ase, 0.2 U / mL NahK and AGX1, at 37 ° C, measured with MP-CE. -
10 zeigt die Produktausbeute der UDP-HexNAc produzierenden Enzymkaskade nach 30 Minuten Reaktionszeit in Abhängigkeit vom Verhältnis AGX1/PPiase. Reaktionsbedingungen: 50 mM Tris pH 8,0 (HCl), 5 mM ATP, UTP, GalNAc, 10 mM MgCl2, 0,3 U/mL NahK und AGX1, bei 37 °C, gemessen mit MP-CE.10 shows the product yield of the UDP-HexNAc-producing enzyme cascade after a reaction time of 30 minutes as a function of the AGX1 / PP i ase ratio. Reaction conditions: 50 mM Tris pH 8.0 (HCl), 5 mM ATP, UTP, GalNAc, 10 mM MgCl 2 , 0.3 U / mL NahK and AGX1, at 37 ° C, measured with MP-CE. -
11 zeigt die Produktausbeute der UDP-GalNAc produzierenden Enzymkaskade, hochskaliert auf 100 mL-Ansätze, unter den für 300 µL verbesserten Bedingungen. Reaktionsbedingungen: 50 mM Tris-Puffer pH 8,0 (HCl), 10 mM ATP, UTP, GalNAc, 20 mM MgCl2, 2 U/mL NahK, AGX1 und PPiase, bei 37°C, gemessen mit MP-CE. Die STY-Werte für die 300 µL-Ansätze betrugen 24,3[g/L*h] mit einer vollständigen Umsetzung nach 15 Minuten, 6,4 [g/L*h] für die 100 mL-Ansätze nach 60 min und 4,2 [g/L*h] für die hochskalierten 1 L-Ansätze nach 90 min.11 shows the product yield of the UDP-GalNAc producing enzyme cascade, scaled up to 100 mL batches, under the conditions improved for 300 µL. Reaction conditions: 50 mM Tris buffer pH 8.0 (HCl), 10 mM ATP, UTP, GalNAc, 20 mM MgCl 2 , 2 U / mL NahK, AGX1 and PP i ase, at 37 ° C, measured with MP-CE , The STY values for the 300 µL batches were 24.3 [g / L * h] with complete conversion after 15 minutes, 6.4 [g / L * h] for the 100 mL batches after 60 min and 4 , 2 [g / L * h] for the upscaled 1 L batches after 90 min. -
12 zeigt die MP-CE Analyse des Zustandes für Nukleotide und Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat während repetitiver Batch-Zyklen an den jeweiligen Anfangspunkten S 1-4 und den Reaktionsendpunkten E1-4.12 shows the MP-CE analysis of the state for nucleotides and monosaccharide-1-nucleoside diphosphate during repetitive batch cycles at the respective starting points S 1-4 and the reaction end points E1-4. -
13 zeigt Daten zur Produktanreicherung in einer repetitiven Batchsynthese von UDP-GlcNAc mit Ansätzen im 200 mL-Maßstab (Vivacell® 250) (n=1). Die Produktbestimmung erfolgte mittels MP-CE jeweils am Beginn und am Ende der jeweiligen Batch-Zyklen (Tag 1-5).13 shows data on product enrichment in a repetitive batch synthesis of UDP-GlcNAc with approaches on a 200 mL scale (Vivacell® 250) (n = 1). The product was determined using MP-CE at the beginning and at the end of the respective batch cycles (days 1-5). -
14 zeigt durchschnittliche Ausbeute, Gesamtmenge, Produktkonzentration, spezifische Produktleistung und massenbezogene Umsatzzahl wurden für Dreifachproben für die 20-mL-Skala (n=3) und mit Einzelprobe (n=1) für die 200-mL-Skala berechnet. Die massenbasierten Umsatzzahlen berücksichtigen alle beteiligten Enzyme.14 shows average yield, total quantity, product concentration, specific product performance and mass-related turnover number were calculated for triplicate samples for the 20 mL scale (n = 3) and with single sample (n = 1) for the 200 mL scale. The mass-based sales figures take into account all the enzymes involved. -
15 zeigt Daten zur Produktanreicherung in einer repetitiven Batchsynthese von UDP-GalNAc mit Ansätzen im 20 mL-Maßstab (Vivaspin® 20 Enzymreaktor) (gezeigt: n=2). Die Produktbestimmung erfolgte mittels MP-CE jeweils am Beginn und am Ende der jeweiligen Batch-Zyklen (gezeigt Tag 1-4).15 shows data on product enrichment in a repetitive batch synthesis of UDP-GalNAc with approaches on a 20 mL scale (Vivaspin® 20 enzyme reactor) (shown: n = 2). The product was determined by means of MP-CE at the beginning and at the end of the respective batch cycles (shown day 1-4). -
16 zeigt eine massenbasierte Berechnung des Gesamtumsatzes ([g Produkt/g Enzym]) für die einzelnen Enzyme der UDP-Gal-, UDP-GIcNAc- und UDP-GalNAc-produzierenden Enzymkaskaden im repetitiven Batch-Modus. TTNmass wurde basierend auf dem konkreten, direkten Produkt der jeweiligen Enzymreaktion berechnet.16 shows a mass-based calculation of the total turnover ([g product / g enzyme ]) for the individual enzymes of the UDP-Gal, UDP-GIcNAc and UDP-GalNAc-producing enzyme cascades in repetitive batch mode. TTN mass was calculated based on the specific, direct product of the respective enzyme reaction. -
17 fasst die massenspektroskopische Analyse der hergestellten Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphate zusammen.17 summarizes the mass spectroscopic analysis of the monosaccharide-1-nucleoside diphosphates produced. -
18A zeigt das ESI-Massenspektrum von UDP-GalNAc, [M-H]-, m/z 606,2.18A shows the ESI mass spectrum of UDP-GalNAc, [MH] - , m / z 606.2. -
18B zeigt das ESI-Massenspektrum von UDP-GlcNAc, [M-H]-, m/z 606,2.18B shows the ESI mass spectrum of UDP-GlcNAc, [MH] - , m / z 606.2. -
18C zeigt das ESI-Massenspektrum von UDP-Gal, [M-H]-, m/z 564,9.18C shows the ESI mass spectrum of UDP-Gal, [MH] - , m / z 564.9.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Soweit nicht anders angegeben, haben die folgenden Begriffe und Ausdrücke, wenn sie in diesem Dokument, inklusive Beschreibung und Patentansprüchen, verwendet werden, die im Folgenden angegebenen Bedeutungen.Unless otherwise stated, the following terms and expressions, when used in this document, including the description and claims, have the meanings given below.
Der Ausdruck „bestehend aus“ wie in diesem Dokument verwendet, bedeutet einschließend und begrenzt auf das, was auf den Begriff „bestehend aus“ folgt. Der Begriff „bestehend aus“, gibt somit an, dass aufgeführte Elemente erforderlich oder notwendig sind und dass keine weiteren Elemente vorhanden sein dürfen. Der Begriff „im Wesentlichen bestehend aus“ wird dahingehend verstanden, dass er bedeutet, dass jedwede Elemente, die nach dem Ausdruck definiert sind, umfasst sind und dass weitere Elemente, beispielsweise in einer Probe oder einer Zusammensetzung zugegen sein können, die die Aktivität oder Wirkung, die für die betreffenden Elemente in diesem Dokument angegeben sind, nicht verändern, also sie nicht beeinträchtigen und nicht zu ihr beitragen. Anders gesagt gibt der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ an, dass die definierten Elemente notwendig oder erforderlich sind, dass aber weitere Elemente optional sind und zugegen sein können oder nicht, je nachdem, ob sie für die Wirkung oder Wirksamkeit der definierten Elemente von Belang sind oder nicht.The term "consisting of" as used in this document means inclusive and limited to what follows the term "consisting of". The term "consisting of" thus indicates that the elements listed are necessary or necessary and that no further elements may be present. The term "consisting essentially of" is understood to mean that it includes any element defined by the expression and that other elements, for example in a sample or composition, may be present that reflect the activity or effect that are specified for the relevant elements in this document, do not alter them and do not affect them and do not contribute to them. In other words, the expression "consisting essentially of" indicates that the defined elements are necessary or required, but that further elements are optional and may or may not be present, depending on whether or not they are important for the effect or effectiveness of the defined elements.
Das Wort „etwa“ bezieht sich, wenn hier verwendet auf einen Wert, der für einen bestimmten Wert, wie von einem Durchschnittsfachmann bestimmt, innerhalb eines akzeptablen Fehlerbereichs liegt. Dies wird teilweise davon abhängig sein, wie der jeweilige Wert ermittelt oder gemessen worden ist, d.h. von den Einschränkungen des Messsystems. „Etwa“ kann beispielsweise innerhalb einer Standardabweichung von 1 oder mehr bedeuten, je nach Gebrauch im jeweiligen Gebiet. Der Begriff „etwa“ wird auch verwendet um anzugeben, dass der Betrag oder Wert der bezeichnete Wert sein kann oder ein anderer Wert, der näherungsweise gleich ist. Der Begriff soll ausdrücken, dass ähnliche Werte gleichwertige Ergebnisse oder Wirkungen, wie in diesem Dokument offenbart, begünstigen. In diesem Zusammenhang kann „etwa“ sich auf einen Bereich von bis zu 10 % über und/oder unter einem bestimmten Wert beziehen. In einigen Ausführungsformen bezieht „etwa“ sich auf einen Bereich von bis zu 5 % über und/oder unter einem bestimmten Wert, wie etwa 2 % über und/oder unter einem bestimmten Wert. In einigen Ausführungsformen bezieht „etwa“ sich auf einen Bereich von bis zu 1 % über und/oder unter einem bestimmten Wert. In einigen Ausführungsformen bezieht „etwa“ sich auf einen Bereich von bis zu 0,5 % über und/oder unter einem bestimmten Wert. In einer Ausführungsform bezieht sich „etwa“ auf einen Bereich von bis zu 0,1 % über und/oder unter einem bestimmten Wert.The word “about” when used herein refers to a value that is within an acceptable range of error for a particular value, as determined by one of ordinary skill in the art. This will depend in part on how the respective value was determined or measured, i.e. of the limitations of the measurement system. For example, "About" can mean within a standard deviation of 1 or more, depending on the use in the area. The term “about” is also used to indicate that the amount or value can be the designated value or another value that is approximately the same. The term is intended to express that similar values favor equivalent results or effects as disclosed in this document. In this context, “about” can refer to a range of up to 10% above and / or below a certain value. In some embodiments, "about" refers to a range up to 5% above and / or below a certain value, such as 2% above and / or below a certain value. In some embodiments, "about" refers to a range up to 1% above and / or below a certain value. In some embodiments, "about" refers to a range up to 0.5% above and / or below a certain value. In one embodiment, "about" refers to a range up to 0.1% above and / or below a certain value.
Der Begriff „im Wesentlichen identisch“, wenn hier im Zusammenhang mit zwei Nukleinsäuren oder Polypeptiden verwendet, bezieht sich auf eine Sequenz, die mindestens 95% Sequenzidentität mit einer Bezugssequenz aufweist. Die prozentuale Identität kann eine beliebige ganze Zahl von 95% bis 100% sein. In einigen Ausführungsformen liegt die Identität bei wenigstens 96 % oder bei wenigstens 97 %, verglichen mit einer Bezugssequenz unter Verwendung von BLAST mit Standardparametern. In einigen Ausführungsformen liegt die Identität bei wenigstens 98 % oder bei wenigstens 98,5 % unter Verwendung von BLAST mit Standardparametern. In einigen Ausführungsformen liegt die Identität bei wenigstens 99 % oder bei wenigstens 99,5 % verglichen mit einer Bezugssequenz unter Verwendung von BLAST mit Standardparametern.The term “substantially identical” when used here in connection with two nucleic acids or polypeptides refers to a sequence that has at least 95% sequence identity with a reference sequence. The percentage identity can be any integer from 95% to 100%. In some embodiments, the identity is at least 96% or at least 97% compared to a reference sequence using BLAST with standard parameters. In some embodiments, the identity is at least 98% or at least 98.5% using BLAST with standard parameters. In some embodiments, the identity is at least 99% or at least 99.5% compared to a reference sequence using BLAST with standard parameters.
Nukleinsäure- oder Proteinsequenzen, die im Wesentlichen identisch mit einer Bezugssequenz sind, enthalten in der Regel eine oder mehrere „konservativ modifizierte Varianten“. Bei Nukleinsäuresequenzen bezieht sich eine konservativ modifizierte Variante auf eine solche Nukleinsäuren, die identische oder im Wesentlichen identische Aminosäuresequenzen kodieren oder, wenn die Nukleinsäuresequenz keine Aminosäuresequenz kodiert, auf im Wesentlichen identische Sequenzen. Aufgrund der Degeneration des genetischen Codes ergibt sich eine erhebliche Anzahl funktionell identischer Nukleinsäuren, die für ein bestimmtes Protein kodieren. Beispielsweise kodieren die Codons GCA, GCC, GCG und GCU alle die Aminosäure Alanin. So kann an jeder Stelle, an der ein Alanin durch ein Codon spezifiziert ist, das Codon in jedes der entsprechenden anderen Codons geändert werden, ohne dass sich das codierte Polypeptid verändern würde. Solche Nukleinsäurevarianten sind „stille Variationen“, die eine Form von konservativ modifizierten Variationen darstellen. Anhand jeder hier beschriebene Nukleinsäuresequenz, die ein Polypeptid kodiert, lässt sich auch jede mögliche stille Variation der Nukleinsäure ermitteln. Dementsprechend ist jede stille Variation einer Nukleinsäure, die für ein Polypeptid kodiert, in jeder beschriebenen Sequenz implizit offenbart.Nucleic acid or protein sequences that are essentially identical to a reference sequence usually contain one or more "conservatively modified variants". In the case of nucleic acid sequences, a conservatively modified variant relates to those nucleic acids which encode identical or essentially identical amino acid sequences or, if the nucleic acid sequence does not encode an amino acid sequence, to essentially identical sequences. Due to the degeneration of the genetic code, there is a significant number of functionally identical nucleic acids that code for a specific protein. For example, the codons GCA, GCC, GCG and GCU all encode the amino acid alanine. Thus, at any point where an alanine is specified by a codon, the codon can be changed to each of the corresponding other codons without the coded polypeptide changing. Such nucleic acid variants are "silent variations", which are a form of conservatively modified variations. Every possible silent variation of the nucleic acid can also be determined on the basis of each nucleic acid sequence described here which encodes a polypeptide. Accordingly, any silent variation of a nucleic acid encoding a polypeptide is implicitly disclosed in any sequence described.
Der Ausdruck „Nukleotidzucker“ wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich auf ein Monosaccharid, das eine Nukleosiddiphosphatgruppe enthält. Das betreffende Monosaccharid kann dabei eine Hexose oder Pentose sein, inklusive einer Monodesoxy-hexose oder einer Monodesoxy-pentose. Zu den Hexosen zählen beispielsweise Glucose (Glc) und Glucosamin (2-Amino-2-deoxy-glucose, GlcNH2). Zu den Hexosen zählt auch N-Acetylglucosamin (2-Acetamido-2-deoxy-glucose, GlcNAc). Zu den Hexosen zählen ebenso Galactose (Gal) und Galactosamin (2-Amino-2-deoxy-galactose, GaINH2). Auch N-Acetylgalactosamin (2-Acetamido-2-deoxy-galactose, GalNAc) ist ein Beispiel einer Hexose. Zwei weitere Beispiel einer Hexose sind Mannose (Man) und Mannosamin (2-Amino-2-deoxy-mannose, ManNH2). Zu den Hexosen zählen auch N-Acetylmannosamin (2-Acetamido-2-deoxy-mannose; ManNAc). Ein weiteres Beispiel einer Hexose ist Glucuronsäure (GlcA). Zu den Hexosen zählen auch Iduronsäure (IdoA) und Galacturonsäure (GalA). Ein weiteres Beispiel einer Hexose ist 6-Desoxy-Galactose, genannt Fucose.The term "nucleotide sugar" as used in this document refers to a monosaccharide that contains a nucleoside diphosphate group. The monosaccharide in question can be a hexose or pentose, including a monodeoxy hexose or a monodeoxy pentose. Hexoses include, for example, glucose (Glc) and glucosamine (2-amino-2-deoxy-glucose, GlcNH 2 ). Hexoses also include N-acetylglucosamine (2-acetamido-2-deoxy-glucose, GlcNAc). Hexoses also include galactose (Gal) and galactosamine (2-amino-2-deoxy-galactose, GaINH 2 ). N-acetylgalactosamine (2-acetamido-2-deoxy-galactose, GalNAc) is also an example of a hexose. Two other examples of hexose are mannose (Man) and mannosamine (2-amino-2-deoxy-mannose, ManNH 2 ). Hexoses also include N-acetylmannosamine (2-acetamido-2-deoxy-mannose; ManNAc). Another example of a hexose is glucuronic acid (GlcA). Hexoses also include iduronic acid (IdoA) and galacturonic acid (GalA). Another example of a hexose is 6-deoxy-galactose called fucose.
Zu den Pentosen zählen beispielsweise Ribose und Xylose. Auch Arabinose (Arb) ist ein Beispiel einer Pentose. Das betreffende Monosaccharid kann ein D-Monosaccharid oder ein L-Monosaccharid sein. Das Monosaccharid kann unsubstituiert oder mit einer oder mehreren Gruppen substituiert sein. Zu möglichen Substituenten zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Aminogruppe oder eine Amidogruppe. Auch eine Acylamidogruppe ist ein Beispiel eines geeigneten Substituenten. Weitere Beispiele möglicher Substituenten sind eine O-Sulfatgruppe oder eine N-Sulfatgruppe (Sulfamat).Pentoses include, for example, ribose and xylose. Arabinose (Arb) is also an example of a pentose. The monosaccharide in question can be a D-monosaccharide or an L-monosaccharide. The monosaccharide can be unsubstituted or substituted with one or more groups. Possible substituents include, but are not limited to, an amino group or an amido group. An acylamido group is also an example of a suitable substituent. Further examples of possible substituents are an O-sulfate group or an N-sulfate group (sulfamate).
Ein Nukleotidzucker kann beispielsweise ein UDP-Zucker sein, also ein Nukleotidzucker, dessen Nukleosiddiphosphatgruppe UDP ist. Zu Beispielen eines UDP-Zuckers zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, UDP-Glc, UDP-GlcNAc, UDP-GIcNH2, UDP-GlcA, UDP-IdoA, UDP-GalA, UDP-Gal, UDP-GalNAc, UDP-GalNH2, UDP-Man, UDP-ManNAc und UDP-ManNH2. Der UDP-Zucker kann unsubstituiert sein oder wie oben beschrieben Substituenten enthalten. A nucleotide sugar can, for example, be a UDP sugar, that is to say a nucleotide sugar whose nucleoside diphosphate group is UDP. Examples of a UDP sugar include, but are not limited to, UDP-Glc, UDP-GlcNAc, UDP-GIcNH 2 , UDP-GlcA, UDP-IdoA, UDP-GalA, UDP-Gal, UDP-GalNAc, UDP-GalNH 2 , UDP-Man, UDP-ManNAc and UDP-ManNH 2 . The UDP sugar can be unsubstituted or contain substituents as described above.
Der Begriff „Salvage-Pathway“ (deutsch Bergungsweg) ist ein dem Fachmann bekannter Begriff. Er bezeichnet einen Stoffwechselweg, der die Synthese eines Biomoleküls aus seinen Abbauprodukten bewerkstelligt und kann somit als eine Form von Recycling angesehen werden. Im Besonderen ist mit Salvage-Pathway derjenige für Nukleotidzucker, die in der Regel Purin- und Pyrimidinnukleotide enthalten, gemeint.The term “salvage pathway” (German salvage route) is a term known to the person skilled in the art. It describes a metabolic pathway that accomplishes the synthesis of a biomolecule from its degradation products and can therefore be viewed as a form of recycling. In particular, the salvage pathway means that for nucleotide sugars, which usually contain purine and pyrimidine nucleotides.
Der Konjunktionalausdruck „und/oder“ zwischen mehreren Elementen, wenn hier verwendet, wird als sowohl individuelle als auch kombinierte Optionen umfassend verstanden. Sind beispielsweise zwei Elemente durch „und/oder“ verknüpft, betrifft eine erste Option den Einsatz des ersten Elements ohne das zweite. Eine zweite Option betrifft den Einsatz des zweiten Elements ohne das erste. Eine dritte Option betrifft den Einsatz des ersten und des zweiten Elements zusammen. Es wird verstanden, dass jede beliebige dieser Optionen unter die Bedeutung des Ausdrucks fällt und somit die Bedingungen des Begriffs „und/oder“, wie in diesem Dokument verwendet, erfüllt.The conjunctional expression "and / or" between multiple elements, when used here, is understood to be broadly understood as both individual and combined options. If, for example, two elements are linked by "and / or", a first option concerns the use of the first element without the second. A second option involves using the second element without the first. A third option involves using the first and second elements together. It is understood that any of these options fall within the meaning of the term and thus meets the terms of the term "and / or" as used in this document.
Singularformen wie „eine“, „ein“, „der“, „die“ oder „das“ schließen die Pluralform ein, wenn sie in diesem Dokument verwendet werden. So bezeichnet beispielsweise eine Bezugnahme auf „eine Zelle“ sowohl eine individuelle Zelle als auch eine Mehrzahl an Zellen. In einigen Fällen wird explizit der Ausdruck „ein oder mehrere“ verwendet, um im jeweiligen Fall darauf hinzuweisen, dass die Singularform die Pluralform mit umfasst. Derartige explizite Hinweise schränken die allgemeine Bedeutung der Singularform nicht ein. Falls nicht anders angegeben, werden die Begriffe „zumindest“, „mindestens“ und „wenigstens“, wenn sie eine Abfolge von Elementen vorangehen, dahingehend verstanden, dass sie sich auf jedes dieser Elemente beziehen. Die Begriffe „zumindest ein“, „mindestens ein(e)“, „wenigstens einer“ oder „wenigstens eine(r) von“ schließen beispielsweise ein, zwei, drei, vier oder mehr Elemente ein.Singular forms such as "a", "an", "the", "the" or "that" include the plural form when used in this document. For example, a reference to “a cell” refers to both an individual cell and a plurality of cells. In some cases, the expression "one or more" is used explicitly to indicate in each case that the singular form also includes the plural form. Such explicit references do not limit the general meaning of the singular form. Unless otherwise stated, the terms "at least", "at least" and "at least" when preceded by a sequence of elements are understood to refer to each of these elements. For example, the terms “at least one”, “at least one”, “at least one” or “at least one of” include one, two, three, four or more elements.
Offenbart sind ein Verfahren und eine Verwendung, mit denen sich ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat im Grammaßstab herstellen lässt. Überraschenderweise wurde beobachtet, dass beim Einhalten einer Proteinkonzentration ab etwa 1 µg/ml oder höher die eingesetzten Enzyme so stabil waren, dass über Tage eine sich wiederholende Abfolge von Umsetzung, Abtrennen des Produkts und Ersetzen des Nukleosidtriphosphats bzw. der Nukleosidtriphosphate durchgeführt werden konnte. Erstaunlicherweise war es nicht erforderlich, dem Reaktionsgemisch ein Saccharid, z.B. ein Disaccharid wie Saccharose (engl. „sucrose“), oder ein Protein wie Serumalbumin zuzusetzen, um für Reaktionsbedingungen zu sorgen, unter denen die eingesetzten Enzyme ausreichend stabil waren.Disclosed are a method and a use with which a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate can be produced on a gram scale. Surprisingly, it was observed that when a protein concentration of about 1 µg / ml or higher was maintained, the enzymes used were so stable that a repeated sequence of reaction, separation of the product and replacement of the nucleoside triphosphate or the nucleoside triphosphates could be carried out for days. Amazingly, it was not necessary to add a saccharide, e.g. to add a disaccharide such as sucrose or a protein such as serum albumin to ensure reaction conditions under which the enzymes used were sufficiently stable.
Die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung beträgt wenigstens 10 µg/ml, inklusive 20 µg/ml oder höher. In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 40 µg/ml oder höher, inklusive 75 µg/ml oder höher. In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 100 µg/ml oder höher. Die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen während der Umsetzung im Bereich von etwa 2 µg/ml bis etwa 250 µg/ml liegen, inklusive im Bereich von etwa 5 µg/ml bis etwa 200 µg/ml. In einigen Ausführungsformen liegt die Proteinkonzentration im Bereich von etwa 15 µg/ml bis etwa 150 µg/ml. In einigen Ausführungsformen beträgt die Proteinkonzentration im Reaktionsgemisch während der Umsetzung 110 oder 130 µg.The protein concentration in the reaction mixture during the reaction is at least 10 µg / ml, including 20 µg / ml or higher. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 40 µg / ml or higher, including 75 µg / ml or higher. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 100 µg / ml or higher. For example, in some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction may range from about 2 ug / ml to about 250 ug / ml, including from about 5 ug / ml to about 200 ug / ml. In some embodiments, the protein concentration ranges from about 15 µg / ml to about 150 µg / ml. In some embodiments, the protein concentration in the reaction mixture during the reaction is 110 or 130 µg.
Je nach verwendetem Enzym kann die Umsetzung innerhalb des gesamten Bereiches durchgeführt werden, in dem sich Waser, ggf. nach Zusatz von Salzen, in einem flüssigen Aggregatzustand befindet. So kann beim Einsatz von thermostabilen Enzymen in Bereichen nahe dem Siedepunkt gearbeitet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren bzw. die Verwendung in einem Temperaturbereich von etwa 30 °C bis etwa 95 °C durchgeführt werden, inklusive z.B. in einem Temperaturbereich von etwa 35 °C bis etwa 95 °C. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren bzw. die Verwendung in einem Temperaturbereich von etwa 18 °C bis etwa 70 °C durchgeführt werden, inklusive z.B. in einem Temperaturbereich von etwa 22 °C bis etwa 45 °C. Die Umsetzung mittels der eingesetzten Enzyme kann in einigen Ausführungsformen in einem Temperaturbereich von etwa 20 °C bis etwa 38 °C erfolgen, es kann beispielsweise ein Bereich von 27 °C bis 35 °C gewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Temperaturbereich von 28 °C bis 32 °C gewählt werden, inklusive einer Temperatur von 30 °C ± 1 °C oder ± 0,5 °C. Es wurde weiterhin beobachtet, dass, mit ggf. geringerer Reaktionsgeschwindigkeit, Reaktionsbedingungen nahe dem Gefrierpunkt von Wasser - ggf. nach Zusatz von Salzen, s.o. - in den hier einsetzbaren Proteinmengen eine ausreichend effektive Umsetzung ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren bzw. die Verwendung in einem Temperaturbereich von etwa 2 °C bis etwa 28 °C durchgeführt werden, inklusive z.B. in einem Temperaturbereich von etwa 4 °C bis etwa 18 °C.Depending on the enzyme used, the reaction can be carried out within the entire range in which Waser is in a liquid state, possibly after the addition of salts. For example, when using thermostable enzymes, you can work in areas near the boiling point. In some embodiments, the method or use can be performed in a temperature range from about 30 ° C to about 95 ° C, including, for example, in a temperature range from about 35 ° C to about 95 ° C. In some embodiments, the method or use can be performed in a temperature range from about 18 ° C to about 70 ° C, including, for example, in a temperature range from about 22 ° C to about 45 ° C. In some embodiments, the reaction using the enzymes used can take place in a temperature range from about 20 ° C. to about 38 ° C., for example a range from 27 ° C. to 35 ° C. can be selected. In some embodiments, a temperature range of 28 ° C to 32 ° C can be selected, including a temperature of 30 ° C ± 1 ° C or ± 0.5 ° C. It was also observed that, with a possibly lower reaction rate, reaction conditions near the freezing point of water - possibly after the addition of salts, so - enable a sufficiently effective implementation in the protein amounts that can be used here. In some embodiments, the method or use can be performed in a temperature range from about 2 ° C to about 28 ° C, including, for example, in a temperature range from about 4 ° C to about 18 ° C.
In einigen Ausführungsformen verläuft im hier offenbarten Verfahren und in der hier offenbarten Verwendung die Umsetzung des Monosaccharids zu einem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat gemäß folgendem Schema:
Wie bereits zuvor angegeben, gibt (1) das Monosaccharid an, (2) das Nukleosidtriphosphat, (3) das Monosaccharid-1-Phosphat, (4) das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat, (5) die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und (6) die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase. Nu bezeichnet auch hier die Nukleosidylgruppe des Nukleosidtriphosphats. Der Rest X steht für H oder eine OH-Gruppe. Der Rest Y steht für eine OH-Gruppe, eine NH2-Gruppe oder eine N-Acetylgruppe.As previously indicated, (1) indicates the monosaccharide, (2) the nucleoside triphosphate, (3) the monosaccharide 1-phosphate, (4) the
Das hier offenbarte Verfahren bzw. die hier offenbarte Verwendung lässt sich auf zahlreiche Monosaccharide anwenden, indem geeignete Enzyme für die Umsetzung gewählt werden. Unter den eingesetzten Enzymen finden sich in der Regel ein oder zwei Enzyme eines „Salvage-Pathways“. Hierbei handelt es sich typischerweise um einen Stoffwechselweg zur Wiederverwertung von Produkten des Nukleotidabbaus, die also beim Abbau von RNA und DNA entstehen. In einem Salvage-Pathway für die Wiederverwertung von Purinen werden hauptsächlich die beim Abbau freigesetzten Basen genutzt, im Salvage-Pathway für die Wiederverwertung von Pyrimidinen werden dagegen hauptsächlich die Nukleoside recycelt.The method or use disclosed here can be applied to numerous monosaccharides by selecting suitable enzymes for the reaction. As a rule, one or two enzymes of a “salvage pathway” can be found among the enzymes used. This is typically a metabolic pathway for recycling nucleotide degradation products that result from the degradation of RNA and DNA. In a salvage pathway for the recycling of purines, the bases released during the degradation are mainly used, in the salvage pathway for the recycling of pyrimidines, however, the nucleosides are mainly recycled.
Hierbei handelt es sich typischerweise um einen Stoffwechselweg zur Wiederverwertung von Produkten des Abbaus von Polysacchariden, die beim Abbau von Glykanen entstehen. In einem Salvage-Pathway für die Wiederverwertung von Monosacchariden werden hauptsächlich die beim Abbau freigesetzten Monosaccharide für die Synthese von Nukleotidzuckern genutzt.This is typically a metabolic pathway for recycling polysaccharide degradation products that result from the degradation of glycans. In a salvage pathway for the recycling of monosaccharides, the monosaccharides released during the breakdown are mainly used for the synthesis of nucleotide sugars.
Wie bereits vorangehend angegeben, kann das Monosaccharid in einigen Ausführungsformen mehrere verschiedene Monosaccharide enthalten bzw. aus mehreren unterschiedlichen Monosacchariden bestehen. Beispielsweise kann das Monosaccharid N-Acetyl-Galactosamin und N-Acetyl-Glucosamin enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Monosaccharid Fucose, Arabinose und Galactose enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Monosaccharid Glucuronsäure und Galacturonsäure enthalten. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Mehrzahl an Monosaccharid-1-Phosphat-Kinasen. In einigen derartigen Ausführungsformen enthält die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine Mehrzahl an Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferasen.As already indicated above, in some embodiments the monosaccharide can contain several different monosaccharides or consist of several different monosaccharides. For example, the monosaccharide can contain N-acetyl-galactosamine and N-acetyl-glucosamine. In some embodiments, the monosaccharide can contain fucose, arabinose, and galactose. In some embodiments, the monosaccharide can contain glucuronic acid and galacturonic acid. In some such embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase contains a plurality of monosaccharide-1-phosphate kinases. In some such embodiments, the
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Hordeum vulgare (Gerste). In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym, das von der RNA-Sequenz mit der GenBank-Zugangsnummer Nr. AK366137.1 aus Hordeum vulgare subsp. vulgare kodiert wird, Version 1 der Sequenz vom 18. März 2011, Version 2 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2011 (angegeben: PLN vom 20. Mai 2011). Dabei handelt es sich um das Protein aus Hordeum vulgare mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer F2DQG9, Version 1 der Sequenz vom 31. Mai 2011, Version 19 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer F2DQG9 im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a UDP sugar pyrophosphorylase from Hordeum vulgare (barley). In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the enzyme derived from the RNA sequence with GenBank accession number AK366137.1 from Hordeum vulgare subsp. vulgare is encoded,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine D-Galactose-1-phosphotransferase (Galactokinase) aus Bifidobacterium longum. Dieses Enzym zeigte in Spezifitätsuntersuchungen eine breite Substrat-Akzeptanz. So wurden beispielsweise von Li et al. (Li, Y., et al., Molecules 2011, 16, 6396-6407) zwei geeignete N-Acetylhexosamin-1-kinasen aus Bifidobacterium longum subsp. infantis, Stamm ATCC 15697 und Stamm ATCC 55813 kloniert und charakterisiert.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a D-galactose 1-phosphotransferase (galactokinase) from Bifidobacterium longum. This enzyme showed broad substrate acceptance in specificity studies. For example, Li et al. (Li, Y., et al.,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym aus Bifidobacterium longum subsp. infantis (Stamm ATCC 15697) mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer B7GUI0, Version 1 der Sequenz vom 10. Februar 2009, Version 79 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer B7GUI0 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine Galactokinase mit der Swissprot/ Uniprot-Zugangsnummer C5E862 aus Bifidobacterium longum subsp. infantis CCUG 52486, Version 1 der Sequenz vom 28. Juli 2009, Version 50 des Datenbankeintrags vom 25. Oktober 2017. Wie Li et al. (Li, L. et al., Carbohydrate Research (2012) 355, 35-39, die die Sequenz einer entsprechenden Galactokinase aus Bifidobacterium longum subsp. infantis offenbaren, berichten, zeigt dieses Enzym eine breite Substratspezifität in Bezug auf das Monosacchaid und auf das Nukleosidtriphosphat bzw. Deoxynukleosidtriphosphat.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the enzyme from Bifidobacterium longum subsp. infantis (strain ATCC 15697) with the Swissprot / Uniprot accession number B7GUI0,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Zuckerrohr, nämlich Saccharum hybrid cultivar R570, mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer A0A059PZS7, Version 1 der Sequenz vom 3. September 2014, Version 7 des Datenbankeintrags vom 15. Februar 2017. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer A0A059PZS7 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Mais mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer C0P727, Version 1 der Sequenz vom 5. Mai 2009, Version 57 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer C0P727 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Mais mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer A0A1D6LNL3, Version 1 der Sequenz vom 30. November 2016, Version 13 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Mais mit der Swissprot/ Uniprot-Zugangsnummer A0A1D6GV15, Version 1 der Sequenz vom 30. November 2016, Version 9 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer A0A1D6LNL3 oder mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer A0A1D6GV15 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um eine Gras UDP-Zuckerpyrophosphorylase aus Oryza brachyantha mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer J3MHA9, Version 1 der Sequenz vom 3. Oktober 2012, Version 28 des Datenbankeintrags vom 28. März 2018. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer J3MHA9im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a UDP sugar pyrophosphorylase from sugar cane, namely Saccharum hybrid cultivar R570, with the Swissprot / Uniprot accession number A0A059PZS7,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym UTP-Glucose-1-Phosphat-Uridylyltransferase aus Hordeum vulgare mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q43772, Version 1 der Sequenz vom 15. Juli 1999, Version 74 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q43772 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym UTP-Glucose-1-Phosphat-Uridylyltransferase aus Hordeum vulgare mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q43772, Version 1 der Sequenz vom 15. Juli 1999, Version 74 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q43772 im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the enzyme UTP glucose 1-phosphate uridylyl transferase from Hordeum vulgare with Swissprot / Uniprot accession number Q43772,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine humane UDP-GaINAc-Pyrophosphorylase. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das humane Enzym UDP-N-Acetylhexosamin-Pyrophosphorylase mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222, Version 3 der Sequenz vom 5. Juli 2005, Version 174 des Datenbankeintrags vom 22. November 2017. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das humane Enzym UTP-Glucose-1-Phosphat-Uridylyltransferase mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q168512, Version 5 der Sequenz vom 23. Januar 2007, Version 160 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q168512 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das humane Protein mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q3KQV9, Version 2 der Sequenz vom 18. März 2008, Version 97 des Datenbankeintrags vom 22. November 2017. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q3KQV9 im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a human UDP-GaINAc pyrophosphorylase. In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase is the human enzyme UDP-N-acetylhexosamine pyrophosphorylase with Swissprot / Uniprot accession number Q16222,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein humanes Enzym namens UDP-N-acetylhexosamin-pyrophosphorylase mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222, Version 3 der Sequenz vom 5. Juli 2005, Version 175 des Datenbankeintrags vom 20. Juni 2018. In einigen Ausführungsformen handelt es sich um Isoform AGX1 (Identifikator Q16222-2) des Datenbankeintrags mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222. In einigen Ausführungsformen handelt es sich um Isoform AGX2 (Identifikator Q16222-1) des Datenbankeintrags mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222. In einigen Ausführungsformen handelt es sich um Isoform AGX3 (Identifikator Q16222-3) des Datenbankeintrags mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q16222. Die Expression der Isoform AGX1 mit einem Tag wurde von Bourgeaux et al. beschrieben (Bourgeaux, V., et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (2005) 15, 5459-5462).In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyltransferase is a human enzyme called UDP-N-acetylhexosamine pyrophosphorylase with Swissprot / Uniprot accession number Q16222,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das murine Enzym UDP-N-Acetylhexosamine-Pyrophosphorylase mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q91YN5, Version 1 der Sequenz vom 1. Dezember 2001, Version 125 des Datenbankeintrags vom 30. August 2017. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q91YN5 im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the murine enzyme UDP-N-acetylhexosamine pyrophosphorylase with Swissprot / Uniprot accession number Q91YN5,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine UDP-Zucker-Pyrophosphorylase aus Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand, Schotenkresse), das von Liu et al. (Liu, J., et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (2013) 23, 3764-3768) kloniert und charakterisiert wurde. Es kann beispielsweise das Protein mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q9C5I1, Version 1 der Sequenz vom 1. Juni 2001, Version 102 des Datenbankeintrags vom 25. April 2018 oder das Protein mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer O64765, Version 1 der Sequenz vom 1. August 1998, Version 127 des Datenbankeintrags vom 25. April 2018 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer O64765 im Wesentlichen identisch ist. Eine wie von Liu et al. (2013, supra) beschriebene Enzymkombination lässt sich auch in einem hier offenbarten Verfahren einsetzen.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a UDP-sugar pyrophosphorylase from Arabidopsis thaliana (thale cress, pod cress), which was described by Liu et al. (Liu, J., et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (2013) 23, 3764-3768) was cloned and characterized. For example, the protein with the Swissprot / Uniprot accession number Q9C5I1,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, das von der RNA aus Melone (Cucumis melo) mit der GenBank-Zugangsnummer NM_001297525, Version 1 der Sequenz vom 2. Juli 2014, kodiert wird. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz des Proteins im Wesentlichen identisch ist, das von der Nukleinsäuresequenz mit der GenBank-Zugangsnummer NM_001297525 kodiert wird. In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a protein encoded by the melon RNA (Cucumis melo) with GenBank accession number NM_001297525,
In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym Mannose-1-Phosphate-Guanylyltransferase aus E. coli mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer P37741, Version 1 der Sequenz vom 1. Oktober 1994, Version 91 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der vorangehenden Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer P37741 im Wesentlichen identisch ist. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase das Enzym Mannose-1-Phosphate-Guanylyltransferase aus Salmonella typhimurium (Stamm LT2 / SGSC1412 / ATCC 700720) mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer P26404, Version 1 der Sequenz vom 1. August 1992, Version 123 des Datenbankeintrags vom 28. März 2018.In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is the enzyme E. coli mannose 1-phosphate guanylyl transferase with Swissprot / Uniprot accession number P37741,
In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine Galactokinase aus E. coli. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eine Galactokinase, die von der Nukleinsäure aus dem Escherichia coli Stamm TB182A mit der GenBank-Zugangsnummer EU903918.1, Version 1 der Sequenz vom 30. April 2009, kodiert wird. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz des Proteins im Wesentlichen identisch ist, das von der Nukleinsäuresequenz mit der GenBank-Zugangsnummer EU903918.1 kodiert wird.In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is an E. coli galactokinase. In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase is a galactokinase encoded by the nucleic acid from Escherichia coli strain TB182A with GenBank accession number EU903918.1,
In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase eine N-Acetylhexosamin-1-kinase aus Bifidobacterium longum. In einigen Ausführungsformen ist die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die N-Acetylhexosamine-1-kinase aus Bifidobacterium longum subsp. Longum mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer E8MF12, Version 1 der Sequenz vom 15. April 2011, Version 31 des Datenbankeintrags vom 28. Februar 2018. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase um ein Protein, dessen Sequenz mit der Sequenz der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer E8MF12 im Wesentlichen identisch ist.In some embodiments, the monosaccharide-1-phosphate kinase is an N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum. In some embodiments, the nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyltransferase is the N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum subsp. Longum with Swissprot / Uniprot accession number E8MF12,
In einigen Ausführungsformen ist die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase das Enzym Galactokinase aus Lactococcus lactis, beispielsweise eines der Enzyme, die von Grossiord et al. (
In typischen Ausführungsformen sind die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase und die Nukleosidtriphosphat-Zucker- 1-Phosphat-Nukleosidyltransferase zwei unterschiedliche Enzyme. Wie beispielsweise in
Es sind zahlreiche Pyrophosphatasen bekannt, die in einem hier beschriebenen Verfahren und einer hier beschriebenen Verwendung eingesetzt werden können. Ein Beispiel einer Pyrophosphatase ist das Enzym aus S. cerevisiae mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer P00817, Version 4 der Sequenz vom 24. Juli 2007, Version 193 des Datenbankeintrags vom 23. Mai 2018. Ein weiteres Beispiel einer Pyrophosphatase ist das Enzym aus Pasteurella multocida, das von Muthana (
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid N-Acetylgalactosamin. Wie von Bourgeaux et al. (
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid Galacturonsäure, In derartigen Ausführungsformen kann beispielsweise als Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase die von Muthana et al. (
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid Fucose. Eine von Engels et al. (
Wie von Ohashi et al. beschrieben (
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid Mannose. Das Enzym N-Acetylhexosamine-1-kinase aus Bifidobacterium longum ist in diesem Fall auf Grund seiner Substratspezifität eine geeignete Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase (Nishimoto, M., und Kitaoka, M., Appl. Environ. Microbiol. (2007) 73, 20, 6444-6449; Cai, L., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. (2009) 19, 5433-5435).In some embodiments, the monosaccharide used is mannose. In this case, the enzyme N-acetylhexosamine-1-kinase from Bifidobacterium longum is a suitable monosaccharide-1-phosphate kinase due to its substrate specificity (Nishimoto, M., and Kitaoka, M., Appl. Environ. Microbiol. (2007) 73, 20, 6444-6449; Cai, L., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. (2009) 19, 5433-5435).
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid N-AcetylNeuraminsäure. Das gebildete Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat kann dabei CMP-N-Acetyl-Neuraminsäure sein. Beispielsweise kann das Enzym die von Karwaski et al. (Karwaski, M.-F., et al., Protein Expression and Purification 25 (2002) 237-240) exprimierte und isolierte CMP-Sialinsäuresynthetase aus Neisseria meningitidis sein, die wie in
In einigen Ausführungsformen ist das eingesetzte Monosaccharid Glucuronsäure. Als Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase eignet sich für dieses Monosaccharid auf Grund ihrer Substratspezifität eine UDP-Zucker-Pyrophosphorylase aus Leishmania major. Beispielsweise kann es sich um das Enzym mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer D3G6S4, Version 1 der Sequenz vom 23. März 2010, Version 29 des Datenbankeintrags vom 30. August 2017 handeln. Als Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase kommt beispielsweise eine Glucuronokinase in Frage, beispielsweise das Enzym aus Arabidopsis thaliana mit der Swissprot/Uniprot-Zugangsnummer Q93ZC9, Version 1 der Sequenz vom 1. Dezember 2001, Version 106 des Datenbankeintrags vom 26. April 2018.In some embodiments, the monosaccharide used is glucuronic acid. A UDP-sugar pyrophosphorylase from Leishmania major is suitable for this monosaccharide as nucleoside triphosphate sugar 1-phosphate nucleosidyl transferase because of its substrate specificity. For example, it can be the enzyme with the Swissprot / Uniprot accession number D3G6S4,
In einigen Ausführungsformen wird im hier beschriebenen Verfahren und in einer hier beschriebenen Anwendung eine Enzymmischung, bestehend aus einer Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, einer und einer Pyrophosphatase, als einzige Proteine eingesetzt. Die Enzymmischung kann als wässrige Lösung bereitgestellt werden. Die Enzymmischung kann auch als Lyophilisat bereitgestellt werden, das in einer wässrigen Lösung gelöst wird. Die Enzymmischung kann auch aus den Lyophilisaten der einzelnen Enzyme bereitgestellt werden, die nacheinander oder gleichzeitig in einer wässrigen Lösung aufgenommen werden. Eine entsprechende wässrige Lösung ist typischerweise mittels einer geeigneten Puffersubstanz gepuffert, s.o.In some embodiments, an enzyme mixture consisting of a monosaccharide-1-phosphate kinase, one and a pyrophosphatase is used as the only proteins in the method and in an application described here. The enzyme mixture can be provided as an aqueous solution. The enzyme mixture can also be provided as a lyophilisate, which is dissolved in an aqueous solution. The enzyme mixture can also be provided from the lyophilizates of the individual enzymes, which are taken up in succession or simultaneously in an aqueous solution. A corresponding aqueous solution is typically buffered using a suitable buffer substance, see above.
In einigen Ausführungsformen werden die eingesetzten Enzyme in weitgehend gereinigter Form eingesetzt. In einigen Ausführungsformen sind die eingesetzten Enzyme durch mindestens ein Chromatographieverfahren gereinigt worden. In einigen Ausführungsformen wird jedes der eingesetzten Enzyme in einer Form eingesetzt, in der weniger als 10 %, inklusive weniger als 5 % Fremdprotein vorhanden ist. In einigen Ausführungsformen wird jedes der eingesetzten Enzyme in einer Form eingesetzt, in der weniger als 2 %, inklusive weniger als 1 % Fremdprotein vorhanden ist. In einigen Ausführungsformen wird im hier beschriebenen Verfahren und in einer hier beschriebenen Anwendung eine Enzymmischung in Form eines Rohextrakts oder einer Mischung von Rohextrakten bereitgestellt. Ein solcher Rohextrakt kann beispielsweise durch Expression der Enzyme in einer eukaryotischen oder prokaryotischen Wirtszelle erhalten werden. Ein solcher Rohextrakt kann auch aus „Inclusion Bodies“ durch Expression der Enzyme in einer prokaryotischen Wirtszelle erhalten werden.In some embodiments, the enzymes used are used in a largely purified form. In some embodiments, the enzymes used have been purified by at least one chromatography process. In some embodiments, each of the enzymes used is used in a form in which less than 10%, including less than 5%, of foreign protein is present. In some embodiments, each of the enzymes used is used in a form in which less than 2%, including less than 1%, of foreign protein is present. In some embodiments, an enzyme mixture in the form of a crude extract or a mixture of crude extracts is provided in the method and application described here. Such a crude extract can be obtained, for example, by expressing the enzymes in a eukaryotic or prokaryotic host cell. Such a crude extract can also be obtained from inclusion bodies by expression of the enzymes in a prokaryotic host cell.
Das gebildete Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat wird aus dem Reaktionsgefäß mittels einer Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran abgeführt. Dies kann diskontinuierlich zu einem oder mehreren bestimmten, beispielsweise zu einem oder mehreren im Voraus festgelegten Zeitpunkten erfolgen. Als Beispiel kann der vorangehend beschriebene Prozessschritt, mittels einer Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, einer Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase, einer Pyrophosphatase, einem Monosaccharid und dem mindestens einen Nukleosidtriphosphat im Reaktionsgefäß in ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat konvertieren zu lassen, für einen bestimmten, beispielweise im Vorausfestgelegten Zeitraum erfolgen. Während dieses Zeitraums kann, abgesehen von Probenentnahmen zur Analytik, im Wesentlichen auf Entnahme des Monosaccharid -1-Nukleosiddiphosphats verzichtet werden. Der Zeitraum, während dessen ein Monosaccharid und ein Nukleosidtriphosphat in ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat konvertieren gelassen werden, hängt von den gewählten Bedingungen ab. Insbesondere das Volumen des Reaktionsgemischs, die Dimensionen des Reaktionsgefäßes und die gewählte Temperatur beeinflussen den Zeitraum, der erforderlich ist, um eine möglichst vollständige Umsetzung zu erreichen. Die Umsetzung lässt sich durch Analyse der Reaktionsmischung, insbesondere durch ein Trennverfahren erzielen. Dabei kann der Nachweis einzelner Komponenten spektroskopisch erfolgen. So kann die Umsetzung durch eine Kombination einer schnellen chromatographischen oder elektrophoretischen Trennung mit einem spektrometrischen Verfahren, überprüft und auch verfolgt werden. Beispielsweise kann eine kapillarelektrophoretische oder eine HPLC-Isolierung mit einer massenspektrometrischen Analyse kombiniert werden.The monosaccharide-1-nucleoside diphosphate formed is removed from the reaction vessel by means of an ultra and / or nanofiltration membrane. This can be done discontinuously at one or more specific times, for example at one or more predetermined times. As an example, the process step described above can be converted into a monosaccharide-1-nucleoside diphosphate by means of a monosaccharide-1-phosphate kinase, a nucleoside triphosphate sugar-1-phosphate nucleosidyl transferase, a pyrophosphatase, a monosaccharide and the at least one nucleoside triphosphate in the reaction vessel can be carried out for a certain period, for example a predetermined period. During this period, apart from taking samples for analysis, there is essentially no need to take the monosaccharide -1-nucleoside diphosphate. The period during which a monosaccharide and a The ability to convert nucleoside triphosphate to monosaccharide-1 nucleoside diphosphate depends on the conditions chosen. In particular, the volume of the reaction mixture, the dimensions of the reaction vessel and the selected temperature influence the period of time required to achieve the most complete possible reaction. The reaction can be achieved by analyzing the reaction mixture, in particular by a separation process. The detection of individual components can be done spectroscopically. The implementation can be checked and also monitored by a combination of a rapid chromatographic or electrophoretic separation with a spectrometric method. For example, capillary electrophoretic or HPLC isolation can be combined with mass spectrometric analysis.
In einigen Ausführungsformen liegt der Zeitraum, für den ein Monosaccharid und ein Nukleosidtriphosphat in ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat konvertieren gelassen werden können, im Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 25 Minuten, inklusive bis etwa 10 Minuten. In einigen Ausführungsformen liegt der Zeitraum, für den der Ablauf der Reaktion erlaubt werden kann, im Bereich von etwa 5 Minute bis etwa 30 Minuten. In einigen Ausführungsformen liegt der Zeitraum, für den ein Monosaccharid und ein Nukleosidtriphosphat in ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat konvertieren gelassen werden können, im Bereich von etwa 10 Minuten bis etwa 60 Minuten, inklusive bis etwa 30 Minuten. In einigen Ausführungsformen liegt dieser Zeitraum im Bereich von etwa 20 Minuten bis etwa 3 Stunden, inklusive im Bereich von etwa 25 Minuten bis etwa 5 Stunden. In einigen Ausführungsformen liegt der Zeitraum, für den ein Monosaccharid und ein Nukleosidtriphosphat in ein Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat konvertieren gelassen werden können, im Bereich von etwa 45 Minuten bis etwa 8 Stunden, beispielsweise im Bereich von etwa 50 Minuten bis etwa 7 Stunden. In einigen Ausführungsformen ist dieser Zeitraum größer als 8 Stunden.In some embodiments, the time period for which a monosaccharide and a nucleoside triphosphate can be converted to a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate ranges from about 1 minute to about 25 minutes, including up to about 10 minutes. In some embodiments, the time period for which the reaction can be allowed to range is from about 5 minutes to about 30 minutes. In some embodiments, the time period for which a monosaccharide and a nucleoside triphosphate can be converted to a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate ranges from about 10 minutes to about 60 minutes, including up to about 30 minutes. In some embodiments, this time range is from about 20 minutes to about 3 hours, including from about 25 minutes to about 5 hours. In some embodiments, the time period for which a monosaccharide and a nucleoside triphosphate can be converted to a monosaccharide-1 nucleoside diphosphate ranges from about 45 minutes to about 8 hours, for example, from about 50 minutes to about 7 hours. In some embodiments, this period is greater than 8 hours.
Das gebildete Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat wird aus dem Reaktionsgefäß mittels einer Ultra- und/oder Nanofiltrationsmembran abgeführt. Dabei lässt man das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat durch die Membran hindurchtreten. Die Porengröße der Membran wird dabei so gewählt, dass das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat die Membran passieren kann, während die Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, die Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und die Pyrophosphatase nicht durch die Membran hindurchtreten können. Das Monosaccharid und das mindestens eine Nukleosidtriphosphat können dabei auf Grund ihrer Masse in der Regel ebenfalls durch die Membran hindurchtreten.The monosaccharide-1-nucleoside diphosphate formed is removed from the reaction vessel by means of an ultra and / or nanofiltration membrane. The monosaccharide-1 nucleoside diphosphate is allowed to pass through the membrane. The pore size of the membrane is chosen so that the
Um das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat durch die Membran hindurchtreten zu lassen, ist es in der Regel erforderlich, eine bestimmte Kraft auf die sich vor der betreffenden Membran befindlichen Reaktionsmischung einwirken zu lassen. Dies kann beispielsweise durch einen relativen Überdruck erfolgen, der im Vergleich zu der Membranseite, auf der das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat aufgefangen werden soll, auf der Seite der Membran angelegt wird, auf der sich die Enzyme Monosaccharid-1-Phosphat-Kinase, Nukleosidtriphosphat-Zucker-1-Phosphat-Nukleosidyltransferase und Pyrophosphatase befinden. Der Druckunterschied zwischen der Membranseite, auf der sich Reaktionsmischung befindet, und der Seite, zu der hin das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat hindurchtritt, kann in einigen Ausführungsformen 100 kPa oder mehr betragen, z.B. 250 kPa oder mehr. In einigen Ausführungsformen kann der Druckunterschied zwischen den beiden Membranseiten 500 kPa oder mehr betragen, inklusive 1000 kPa oder mehr.In order to allow the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate to pass through the membrane, it is generally necessary to exert a certain force on the reaction mixture located in front of the membrane in question. This can take place, for example, by means of a relative excess pressure which, in comparison to the side of the membrane on which the
Eine bestimmte Kraft, die auf die sich vor der betreffenden Membran befindliche Reaktionsmischung einwirkt, kann auch eine Zentrifugalkraft sein. So lässt sich eine ausreichende Kraft erreichen, indem die Reaktionsmischung nach dem für die Umsetzung vorgesehenen Zeitintervall in einem Zentrifugalkonzentrator in einer geeigneten Zentrifuge zentrifugiert wird. Dabei kann es beispielsweise zum Verfahren bzw. zur Verwendung zählen, eine Kraft von wenigstens 250 x g, inklusive eine Kraft von wenigstens 1000 x g, auf die Seite der Membran einwirken zu lassen, von der aus das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat durch die Membran hindurchtreten soll. In einigen Ausführungsformen lässt man eine Kraft von wenigstens 2500 x g, beispielsweise wenigstens 4500 x g auf die entsprechende Seite der Membran einwirken. In einigen Ausführungsformen zählt es zum Verfahren bzw. zur Verwendung, eine Kraft von etwa 7500 x g auf die entsprechende Seite der Membran einwirken zu lassen.A certain force that acts on the reaction mixture in front of the membrane in question can also be a centrifugal force. A sufficient force can be achieved in this way by centrifuging the reaction mixture in a centrifugal concentrator in a suitable centrifuge after the time interval provided for the reaction. For example, it may be part of the method or use to allow a force of at least 250 xg, including a force of at least 1000 xg, to act on the side of the membrane from which the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate is to pass through the membrane , In some embodiments, a force of at least 2500 x g, for example at least 4500 x g, is allowed to act on the corresponding side of the membrane. In some embodiments, the method or use includes applying a force of approximately 7500 x g to the corresponding side of the membrane.
In einigen Ausführungsformen wird ein Zentrifugalkonzentrator bereits als Reaktionsgefäß eingesetzt. In solchen Ausführungsformen kann ohne eine Überführung des Reaktionsgemischs nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls zum Abführen des Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats der Zentrifugalkonzentrator in einer Zentrifuge einer Zentrifugation unterzogen werden.In some embodiments, a centrifugal concentrator is already used as the reaction vessel. In such embodiments, the centrifugal concentrator can be subjected to centrifugation in a centrifuge without a transfer of the reaction mixture after a certain time interval for removing the monosaccharide-1 nucleoside diphosphate.
Es kann in einem hier offenbarten Verfahren und einer hier offenbarten Verwendung jede beliebige herkömmliche Ultrafiltrationsmembran eingesetzt werden. Geeignete Ultrafiltrationsmembranen sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von Millipore Corp. (Bedford, Mass., USA), Sartorius (Göttingen, DE), Hyflux (SG), MEMOS Membranes Modules Systems GmbH (Pfullingen, DE) oder Atech Innovations (Gladbeck, DE).Any conventional ultrafiltration membrane can be used in a method and use disclosed herein. Suitable ultrafiltration membranes are commercially available, for example from Millipore Corp. (Bedford, Mass., USA), Sartorius (Göttingen, DE), Hyflux (SG), MEMOS Membranes Modules Systems GmbH (Pfullingen, DE) or Atech Innovations (Gladbeck, DE).
Erlaubt man dem Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat, die Membran zu passieren, so ist es in einigen Ausführungsformen möglich, das bzw. die ebenfalls durch die Membran hindurchtretende(n) Nukleosidtriphosphat(e) und das ebenfalls durch die Membran hindurchtretende Monosaccharid zumindest im Wesentlichen durch eine weitere Membran hindurchtreten zu lassen, während das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat nicht diese weitere Membran passieren kann. Hierzu kann eine geeignete Nanofiltrationsmembran mit einer entsprechenden Porengröße eingesetzt werden. Es kann auch eine geeignete geladene Membran, bei der es sich um eine Ultrafiltrationsmembran handeln kann, eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen ist es mit Hilfe einer weiteren Membran möglich, das bzw. die ebenfalls durch die Membran hindurchtretende(n) Nukleosidtriphosphat(e) und/oder Cofaktoren durch eine weitere Membran hindurchtreten zu lassen, während das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat nicht diese weitere Membran passieren kann. Das Monosaccharid kann in solchen Ausführungsformen nicht durch die Membran hindurchtreten. Eine solche weitere Membran hat typischerweise einen kleineren Porendurchmesser als die erste Membran, die dazu dient, das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat aus dem Reaktionsgefäß abzuführen. Eine solche weitere Membran kann beispielsweise eine Nanofiltrationsmembran sein.If the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate is allowed to pass through the membrane, it is possible in some embodiments to at least substantially pass the nucleoside triphosphate (s) also passing through the membrane and the monosaccharide also passing through the membrane to let another membrane pass through, while the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate cannot pass through this additional membrane. A suitable nanofiltration membrane with an appropriate pore size can be used for this. A suitable charged membrane, which can be an ultrafiltration membrane, can also be used. In some embodiments, it is possible with the aid of a further membrane to allow the nucleoside triphosphate (s) and / or cofactors, which also pass through the membrane, to pass through a further membrane, while the monosaccharide 1-nucleoside diphosphate does not pass this further Membrane can pass. In such embodiments, the monosaccharide cannot pass through the membrane. Such a further membrane typically has a smaller pore diameter than the first membrane, which serves to remove the monosaccharide-1-nucleoside diphosphate from the reaction vessel. Such a further membrane can be, for example, a nanofiltration membrane.
Eine in einem hier offenbarten Verfahren und einer hier offenbarten Verwendung eingesetzte Nanofiltrationsmembran kann jede beliebige herkömmliche Nanofiltrationsmembran sein. Geeignete Nanofiltrationsmembranen werden von Millipore Corp. (Bedford, Mass., USA), Sartorius (Göttingen, DE), Atech Innovations (Gladbeck, DE), Ionopor (Veilsdorf, DE) oder Osmonics Inc. (Minnetonka, Minn., USA) angeboten. A nanofiltration membrane used in a method and a use disclosed here can be any conventional nanofiltration membrane. Suitable nanofiltration membranes are available from Millipore Corp. (Bedford, Mass., USA), Sartorius (Göttingen, DE), Atech Innovations (Gladbeck, DE), Ionopor (Veilsdorf, DE) or Osmonics Inc. (Minnetonka, Minn., USA).
Das Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat kann anschließend durch gängige Techniken wie Kristallisation und Chromatographie, inklusive z.B. Gelfiltration und/oder Ionenaustauschchromatographie, angereichert und gereinigt werden.The monosaccharide-1 nucleoside diphosphate can then be processed using common techniques such as crystallization and chromatography, including e.g. Gel filtration and / or ion exchange chromatography, enriched and purified.
Ein Verfahren und eine Verwendung, die hier veranschaulichend beschrieben sind, können in geeigneter Weise ohne ein einzelnes Element oder Elemente, Beschränkung oder Beschränkungen ausgeführt und eingesetzt werden, die hier nicht explizit offenbart sind. Die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke sind ferner als beschreibende Begriffe und nicht als Einschränkung verwendet, und es besteht keine Absicht, beim Verwenden solcher Begriffe und Ausdrücke irgendwelche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen. Es wird erkannt, dass verschiedene Abwandlungen im Umfang der beanspruchten Erfindung möglich sind. So sollte daher verstanden werden, dass der Fachmann auf Abwandlungen und Variationen der offenbarten Ausführungsformen zurückgreifen kann, obwohl das hier offenbarte Verfahren und die hier offenbarte Verwendung für den Fachmann in ausreichendem Detail beschrieben und veranschaulicht ist, um es einzusetzen, und dass solche Abwandlungen und Variationen als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen sind.A method and use, which are illustratively described herein, can be suitably practiced and implemented without a single element or elements, limitation or limitations, which are not explicitly disclosed here. The terms and expressions used herein are also used as descriptive terms and not as limitations, and there is no intent to exclude any equivalents of the features and parts or parts thereof shown and described when using such terms and expressions. It is recognized that various modifications are possible within the scope of the claimed invention. Thus, it should be understood that those skilled in the art can resort to modifications and variations of the disclosed embodiments, although the method and uses disclosed herein have been described and illustrated in sufficient detail to those skilled in the art to employ them, and such modifications and variations are considered to be within the scope of the invention.
Es soll verstanden werden, dass mit der vorhergehenden Beschreibung beabsichtigt ist, den Umfang der Erfindung, der durch den Umfang der sich anschließenden Schutzansprüche definiert ist, zu veranschaulichen und nicht zu beschränken. Weitere Ausführungsformen fallen unter den Umfang der folgenden Schutzansprüche.It is to be understood that the foregoing description is intended to illustrate and not limit the scope of the invention, which is defined by the scope of the subsequent claims for protection. Other embodiments are within the scope of the following claims.
Die Erfindung ist hier ausgedehnt und allgemein beschrieben worden. Jede der engeren Spezies und Subgenus-Gruppierungen, die unter die allgemeine Offenbarung fallen, bilden ebenfalls einen Teil des Verfahrens. Das schließt die allgemeine Beschreibung des Verfahrens mit einer Bedingung oder einer negativen Beschränkung ein, die einen Gegenstand aus dem Genus ausschließen, unabhängig davon, ob der ausgeschlossene Gegenstand hier explizit wiedergegeben ist.The invention has been expanded and generally described here. Each of the narrower species and subgenus groupings that fall under the general disclosure also form part of the process. This includes the general description of the method with a condition or negative limitation that excludes an item from the genus, regardless of whether the excluded item is explicitly reproduced here.
Weitere Ausführungsformen sind in den nachfolgenden Patentansprüchen wiedergegeben. Sind Merkmale oder Aspekte der Erfindung in Form von Markush-Gruppen angegeben, wird der Fachmann erkennen, dass der entsprechende Gegenstand auf diese Weise auch hinsichtlich jedes individuellen Mitglieds oder jeder individuellen Untergruppe von Mitgliedern von Markush-Gruppen beschrieben ist.Further embodiments are given in the following patent claims. If features or aspects of the invention are given in the form of Markush groups, the person skilled in the art will recognize that the corresponding subject is also described in this way with regard to each individual member or each individual subgroup of members of Markush groups.
BEISPIELEEXAMPLES
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Durchführung eines repetitiven Batch-Verfahrens für die Synthese eines Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats. Als Beispiele gezeigt sind die Synthese von UDP-Gal, UDP-GIcNAc und UDP-GalNAc.The following examples illustrate the implementation of a repetitive batch process for the synthesis of a monosaccharide-1-nucleoside diphosphate. The synthesis of UDP-Gal, UDP-GIcNAc and UDP-GalNAc are shown as examples.
Sofern nicht anders angegeben, wurden etablierte Verfahren in der mikrobiellen Kultur und zu rekombinantem genetischen Material eingesetzt.Unless otherwise stated, established methods have been used in microbial culture and for recombinant genetic material.
Ein Screening auf Parameter zur schnellen Reaktion und zur Enzymstabilität der UDP-HexNAc-Enzymkaskade wurde durch Multiplex-Kapillarelektrophorese (MP-CE) durchgeführt. Exemplarisch wird ein Hochskalieren von einem analytischen 300 µL-Ansatz auf eine Synthese im präparative Maßstab von 20 mL bzw. 200 mL gezeigt. Zentrifugalkonzentratoren sind in jedem biochemischen Labor vorhanden und wurden daher als Reaktoren und als Vorrichtung zur Produktgewinnung gewählt. Sie zeigen, wie ohne großen technischen Aufwand der Aufbau eines repetitiven Batch-Systems möglich ist. Unter den teilweise optimierten Synthesebedingungen lässt sich eine hohe Stabilität von Enzymkaskaden erhalten, was zu einer hohen spezifischen Produktleistung bzw. Raum-Zeit-Ausbeute (STY) und hohen massenbasierten Umsatzzahlen (TTNmass) im repetitiven Batch-Verfahren führt. Wie ersichtlich, lassen sich mit einer gewöhnlichen technischen Laborausstattung an einem achtstündigen Arbeitstag Mengen an Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat im Gramm- oder Mehrfachgrammbereich erreichen. Die erhaltenen Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphate lassen sich direkt einer Verwendung in einer Glykosyltransferase-Reaktion zur Synthese von Glykokonjugaten zuführen.A screening for parameters for the fast reaction and the enzyme stability of the UDP-HexNAc enzyme cascade was carried out by multiplex capillary electrophoresis (MP-CE). As an example, an upscaling from an analytical 300 µL batch to a synthesis on a preparative scale of 20 mL or 200 mL is shown. Centrifugal concentrators are present in every biochemical laboratory and were therefore chosen as reactors and as devices for product extraction. They show how it is possible to set up a repetitive batch system without great technical effort. Under the partially optimized synthesis conditions, a high stability of enzyme cascades can be obtained, which leads to a high specific product performance or space-time yield (STY) and high mass-based turnover numbers (TTN mass ) in the repetitive batch process. As can be seen, amounts of monosaccharide-1-nucleoside diphosphate in the gram or multi-gram range can be achieved with an ordinary technical laboratory equipment on an eight-hour working day. The monosaccharide-1-nucleoside diphosphates obtained can be used directly in a glycosyltransferase reaction for the synthesis of glycoconjugates.
Materialien und Verfahren Materials and processes
Herstellung rekombinanter EnzymeProduction of recombinant enzymes
Die Herstellung von rekombinanter Galactokinase aus E. coli (EcGalK, EC 2.7.1.6) und rekombinanter UDP-Zucker-Pyrophosphorylase (EC 2.7.7.64) aus Hordeum vulgare (Gerste, HvUSP) erfolgte wie zuvor beschrieben (
MP-CE AnalyseMP-CE analysis
Die Multiplex-Kapillarelektrophorese (MP-CE) wurde als Hochdurchsatz-Analyse-Tool für Nukleotide, Nukleoside und Nukleotidzucker, wie zuvor veröffentlicht eingesetzt (Wahl, C., et al., Biotechnol. J. (2016) 11, 1298-13082; Wahl, C., et al., 2017, supra). Ein cePRO 9600™ System (Advanced Analytical Technologies, Ames, IA, USA) mit einem Array aus 96 Quarzglas-Kapillaren (effektive Trennlänge 55 cm, Gesamtlänge 80 cm, 50 µm Innendurchmesser) verwendet. Durch ein Peltier-Element auf 15 °C gekühlte Luft wurde über die Einlassseite des Kapillar-Arrays geblasen.Multiplex capillary electrophoresis (MP-CE) was used as a high-throughput analysis tool for nucleotides, nucleosides and nucleotide sugar as previously published (Wahl, C., et al., Biotechnol. J. (2016) 11, 1298-13082; Wahl, C., et al., 2017, supra). A cePRO 9600 ™ system (Advanced Analytical Technologies, Ames, IA, USA) with an array of 96 quartz glass capillaries (effective separation length 55 cm,
Der Trenn-Puffer (50 mM NH4Ac, pH 9,2) enthielt 1 mM EDTA. Die Proben wurden durch Zugabe von Natrium-Dodecylsulfat (SDS)-Lösung auf eine Endkonzentration von 7 mM SDS zur sofortigen Denaturierung der Enzyme eingestellt. Die Lösung enthielt ferner 1 mM 4-Aminobenzoesäure (PABA) sowie 1 mM 4-Aminophthalsäure (PAPA) als interne Standards. Nach einem Zentrifugationsschritt wurde von jeder Probe ein Aliquot per Vakuum für 10 s bei - 0,7 psi (ca. -0,05 bar) injiziert.The separation buffer (50 mM NH 4 Ac, pH 9.2) contained 1 mM EDTA. The samples were adjusted to a final concentration of 7 mM SDS by adding sodium dodecyl sulfate (SDS) solution for immediate denaturation of the enzymes. The solution also contained 1 mM 4-aminobenzoic acid (PABA) and 1 mM 4-aminophthalic acid (PAPA) as internal standards. After a centrifugation step, an aliquot of each sample was injected by vacuum for 10 s at - 0.7 psi (approx. -0.05 bar).
Die Trennung erfolgte bei 12 kV. Die Analyten wurden mittels UV-VIS bei 254 nm nachgewiesen. Die Peak-Flächen wurden auf den internen Standard PABA normiert. Die Konzentrationen wurden durch Kalibrierkurven wie zuvor beschrieben bestimmt (Wahl, C., et al., 2016, supra; Wahl, C., et al., 2017, supra; Fischöder, T., et al., Molecules (Basel, Switzerland) 2017, 22, 1320). Zwischendurch wurde das Array mit 0,1 M NaOH bzw. destilliertem Wasser für 5 min bei 4,8 bar (70 psi) gespült, gefolgt von einem Äquilibrierungsschritt mit dem Elektrophoresepuffer (50 mM Ammoniumacetat pH 9,2 mit 1 mM EDTA). Die Proben wurden hydrodynamisch mit einem Vakuum von -0,05 bar (-0,7 psi) für 5 oder 10 s eingespritzt.The separation took place at 12 kV. The analytes were detected by UV-VIS at 254 nm. The peak areas were standardized to the internal standard PABA. The concentrations were determined by calibration curves as previously described (Wahl, C., et al., 2016, supra; Wahl, C., et al., 2017, supra; Fischöder, T., et al., Molecules (Basel, Switzerland ) 2017, 22, 1320). In between, the array was rinsed with 0.1 M NaOH or distilled water for 5 min at 4.8 bar (70 psi), followed by an equilibration step with the electrophoresis buffer (50 mM ammonium acetate pH 9.2 with 1 mM EDTA). The samples were injected hydrodynamically with a vacuum of -0.05 bar (-0.7 psi) for 5 or 10 s.
Enzymaktivitäts-AssayEnzyme Activity Assay
Die Enzymaktivität wurde in einer 96-Well-Platte mit einem Gesamtvolumen von 300 µL wie zuvor beschrieben durchgeführt (Wahl, C., et al., 2017). Die Zusammensetzung der Reaktionsgemische (300 µL) wurde aus den optimierten veröffentlichten Daten oder Synthesebedingungen ausgewählt (Wahl, C., et al., 2016, supra; Wahl, C., et al., 2017; Guan, W., et al., Chem. - Eur. J. (2010) 16, 13343-13345; Cai, L., et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. (2009) 19, 5433-5435;
Screening der Enzymkaskaden-ParameterScreening of the enzyme cascade parameters
Die UDP-Gal produzierende Enzymkaskade besteht aus einer EcGalK (E. coli), einer HvUSP (H. vulgare) und einer PPiase. Dieses Modul wurde bereits in unserer vorherigen Studie gründlich charakterisiert und STY-optimiert (Wahl, C., et al., 2017, supra). Das UDP-HexNAc produzierende Enzym-Modul beinhaltet NahK (B. longum), AGX1 (human) und eine PPiase. Die beteiligten Enzyme sind bereits gut charakterisiert. Optimale Bedingungen für pH-Wert, Temperatur und Ionenpräferenz sind bekannt und werden an anderer Stelle berichtet [
Substrat- und Produktüberwachung während der repetitiven Batch-SyntheseSubstrate and product monitoring during repetitive batch synthesis
MP-CE (siehe oben) ermöglicht als Hochdurchsatzverfahren die parallele Analyse von 96 Proben und die Überwachung der Nukleotidkonzentrationen und der Konzentrationen an Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphat während der Synthesezyklen. Proben wurden an jedem Startpunkt (S 1-40) und am Ende der Batchreaktionen (E1-40) als technische Dreifachproben für jeden der drei parallelen Versuche genommen (n=3). Am Beispiel der UDP-GlcNAc-Synthese (
Repetitive Batch-Synthese von UDP-Gal im 20-mL-MaßstabRepetitive batch synthesis of UDP-Gal on a 20 mL scale
Die enzymatische UDP-Gal-Synthese erfolgte in einem Reaktionsvolumen von 20 mL in Zentrifugalkonzentratoren (Vivaspin® 20, Sartorius, Göttingen, 30kDa). Der Reaktionsansatz enthielt 10 mM D-Galactose (Gal), 10 mM ATP, 10 mM UTP und 20 mM MgCl2, 4 U/mL EcGalK bzw. HvUSP und 4 U/mL Pyrophosphatase aus Saccharomyces cerevisiae (PPiase, Sigma-Aldrich (Roche), Mannheim) in 50 mM Tris/HCl (pH 7,5). Nach 30 min Inkubation bei 37 °C wurde das Reaktionsgemisch durch Zentrifugation bei 4 °C und 5000 U/min für 30-45 min auf ein genaues Restvolumen von 5 mL (25% des Reaktionsvolumens) eingeengt. Die restlichen 15 mL Permeat (75% des Reaktionsvolumens) wurden aufgefangen und bei -20 °C aufbewahrt. Lag die Zentrifugationszeit über 45 Minuten, so wurde das Filtrationsmodul durch ein neues ersetzt. Für den nächsten Synthese-Durchgang wurde das Reaktionsvolumen mit einem definierten Reaktionsgemisch auf 20 mL aufgefüllt, das die Ausgangskonzentrationen an Substraten, Cofaktoren und Puffer enthielt. Das Reaktionsgemisch, inklusive dem zurückbehaltenen Enzym, wurde schonend gemischt und der Reaktionsansatz erneut für 30 min bei 37 °C inkubiert. Acht repetitive Zyklen pro Tag wurden 5 Tage lang mit drei parallelen Versuchen durchgeführt. Für die Lagerung über Nacht wurde das Reaktionsgemisch der letzten Inkubation an jedem Tag bei 4 °C aufbewahrt. Insgesamt wurden 120 Ansätze (je 15 mL) erhalten.The enzymatic UDP-Gal synthesis was carried out in a reaction volume of 20 mL in centrifugal concentrators (
Repetitive Batch-Synthese von UDP-Gal im 20-mL-Maßstab Repetitive batch synthesis of UDP-Gal on a 20 mL scale
Die Nukleotidzuckersynthese für UDP-GlcNAc und UDP-GalNAc wurde wie vorangehend für die UDP-Gal-Synthese beschrieben durchgeführt. Das Reaktionsgemisch enthielt 10 mM GlcNAc/GalNAc, 10mM ATP, 10 mM UTP und 20 mM MgCl2 in einem Gesamtvolumen von 20 mL eines 50 mM Tris/HCl-Puffers, pH 8,0. Die Enzymkonzentrationen von NahK, AGX1 und PPiase betrugen jeweils 2 U/mL. Jeder Syntheseansatz wurde bei 37 °C für 30 Minuten durchgeführt. Das Gewinnen des Produkts und die fortlaufenden repetitiven Schritte wurden wie oben beschrieben durchgeführt. Acht sich wiederholende Batchzyklen mit drei parallelen Versuchen (d.h. 24 Ansätze) wurden fünf Tage lang durchgeführt. Insgesamt wurden 120 Ansätze (je 15 mL) erhalten.Nucleotide sugar synthesis for UDP-GlcNAc and UDP-GalNAc was carried out as previously described for UDP-Gal synthesis. The reaction mixture contained 10 mM GlcNAc / GalNAc, 10 mM ATP, 10 mM UTP and 20 mM MgCl 2 in a total volume of 20 ml of a 50 mM Tris / HCl buffer, pH 8.0. The enzyme concentrations of NahK, AGX1 and PP i ase were each 2 U / mL. Each synthesis batch was carried out at 37 ° C for 30 minutes. Product recovery and ongoing repetitive steps were performed as described above. Eight repetitive batch cycles with three parallel attempts (ie 24 batches) were carried out for five days. A total of 120 batches (15 mL each) were obtained.
Massenspektroskopiemass spectroscopy
Die Produktproben wurden über Nacht bei Raumtemperatur mit 14 U/mL alkalischer Phosphatase behandelt. Nach Entfernung des Enzyms durch Ultrafiltration wurden 0,5 µL Ammoniumhydroxid zugesetzt. Der Nachweis des Produkts erfolgte mittels HPLC/ESI-MS, also HPLC gekoppelt an Elektrospray-Ionisationsmassenspektroskopie. Es wurde eine Multospher 120 RP 18 HP-3µ HPLC-Säule (60 x 2 mm, CS-Chromatographie Service GmbH, Langerwehe) mit isokratischen 50% (v/v) Acetonitril:Wasser als mobile Phase bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 0,2 mL/min eingesetzt. Der Nachweis des Produkts basiert auf dem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z), das mit einem Finnigan Surveyor MSQ Plus (Thermo Scientific) im negativen Modus mit -4 kV Nadelspannung bei 400 °C und 100 V Konusspannung ermittelt wurde.The product samples were treated overnight at room temperature with 14 U / mL alkaline phosphatase. After removal of the enzyme by ultrafiltration, 0.5 µL ammonium hydroxide was added. The product was verified using HPLC / ESI-MS, i.e. HPLC coupled to electrospray ionization mass spectroscopy. A
Ermittlung der durchschnittlichen AusbeuteDetermination of the average yield
Die durchschnittlichen Ausbeuten sind als molbasierte Gesamtausbeuten angegeben. Daher wurden die Produktmengen für alle Chargen/Ansätze einer Synthese mittels MP-CE bestimmt, aufsummiert und auf die theoretische Ausbeute des entsprechenden Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphats auf der Grundlage der verwendeten Menge an Monosaccharid bezogen.The average yields are given as total mol-based yields. The product amounts for all batches / batches of a synthesis were therefore determined by means of MP-CE, added up and related to the theoretical yield of the corresponding monosaccharide-1-nucleoside diphosphate on the basis of the amount of monosaccharide used.
Ergebnisse und DiskussionResults and discussion
Auf die spezifische Produktleistung hin optimierte Kaskaden rekombinanter EnzymeCascades of recombinant enzymes optimized for specific product performance
Der Begriff „spezifische Produktleistung“ eines Reaktionsgefäßes gibt die pro Raum und Zeit in dem Gefäß gebildete Produktmenge an. Da die Zeit einfließt, die erforderlich ist, um ein Volumen an Flüssigkeit des Reaktionsgefäßes unter den gewählten Bedingungen zu verarbeiten, wird auch der Begriff Raum-Zeit-Ausbeute verwendet.The term “specific product performance” of a reaction vessel indicates the amount of product formed in the vessel per space and time. Since the time that is required to process a volume of liquid in the reaction vessel under the chosen conditions flows in, the term space-time yield is also used.
Die Enzymkaskaden des Salvage-Pathway stellen einen unkomplizierten biokatalytischen Syntheseweg bereit. Ausgehend von gut verfügbaren Monosacchariden ergeben die Kinase-vermittelten Phosphorylierungsreaktionen mit Adenosintriphosphat (ATP) als Phosphatdonor die jeweiligen Zucker-1-Phosphate (
Die weitere Umsetzung durch eine Nukleotidzuckerpyrophosphorylase unter Verwendung von Uridintriphosphat (UTP) und die Entfernung des inhibitorischen Nebenproduktes Pyrophosphat (PPi) aus dem Gleichgewicht mittels einer PPiase führt zur Synthese des entsprechenden Monosaccharid-1-Uridindiphosphats. Eine grundsätzliche Optimierung der Enzymkaskade für die Synthese von UDP-Gal (
Die flexible, NahK, AGX1 und PPiase enthaltende Enzymkaskade wurde mit MP-CE für die Synthese von UDP-GlcNAc und UDP-GalNAc (
Repetitiver Batch-Workflow zur Herstellung von Monosaccharid-1-Nukleosiddiphosphaten Repetitive batch workflow for the production of monosaccharide-1-nucleoside diphosphates
Für die Herstellung von UDP-Gal, UDP-GlcNAc und UDP-GalNAc im repetitiven Batch-Modus wurden die verbesserten Reaktionsbedingungen für hohe STY in 96-Well-Plattenansätzen eingesetzt (
Zu diesem Zweck wurden als Enzymreaktoren Zentrifugalkonzentratoren gewählt. Nach maximaler Substratumsetzung in 30 min bei 37 °C pro Batch-Reaktion werden die Produkte durch Ultrafiltration abgetrennt. Jeder 20 mL-Batch wurde als in parallelen Ansätzen (n=3) durchgeführt und zeigte eine hohe Reproduzierbarkeit. Die Zugabe von neuer Substratlösung zu den zurückbehaltenen Enzymen startete jeweils die nächste Batch-Reaktion. Acht aufeinanderfolgende Batches/Chargen wurden auf diese Weise pro Tag durchgeführt und über fünf Tage fortgesetzt, was zu einer effektiven, repetitiven Chargenzykluszahl von 120 (3×8×5) führte. Am Ende jedes Tages wurden die Überstände aus den Reaktionsansätzen über Nacht bei 4°C gelagert. Es zeigte sich, dass dies ohne schädliche Auswirkungen auf die Biokatalysatoren blieb. Obwohl die verbleibenden Enzymaktivitäten weitere repetitive Chargen erlaubt hätten, wurden die Synthesen nach einem Betrieb über fünf Tage beendet. An jedem Beginn- und Endpunkt wurde an Hand von Dreifachproben mittels MP-CE die Produktkonzentration bestimmt. Die Ausgangsprobe wurde erst nach einer kurzen Durchmischung entnommen, was im Arbeitsablauf am einfachsten zu handhaben war. Daher kann allerdings die Ausgangsprobe nicht im strengen Sinne mit dem Reaktionszeitpunkt Null gleichgesetzt werden.For this purpose, centrifugal concentrators were chosen as the enzyme reactors. After maximum substrate conversion in 37 min at 37 ° C per batch reaction, the products are separated by ultrafiltration. Each 20 mL batch was carried out in parallel batches (n = 3) and showed high reproducibility. The addition of new substrate solution to the retained enzymes started the next batch reaction. Eight consecutive batches / batches were run in this way per day and continued for five days, resulting in an effective, repetitive batch cycle number of 120 (3 × 8 × 5). At the end of each day, the supernatants from the reaction batches were stored at 4 ° C. overnight. It was shown that this had no harmful effects on the biocatalysts. Although the remaining enzyme activities would have allowed further repetitive batches, the syntheses were terminated after five days of operation. At each start and end point, the product concentration was determined using triple samples using MP-CE. The initial sample was only taken after a short mixing, which was the easiest to handle in the workflow. For this reason, however, the initial sample cannot be strictly equated with zero reaction time.
Die MP-CE-Analysemethode ermöglichte es, die Produktanreicherung und die effektive Substratkonzentration jeder Charge an Hand des verbleibenden Reaktionsvolumens nach der Abtrennung von 75% der produkthaltigen Reaktionslösung zu überwachen (
Praktische repetitive Batch-Synthese von Nukleotid-aktivierten MonosaccharidenPractical repetitive batch synthesis of nucleotide activated monosaccharides
Das repetitive Batch-System für die UDP-Gal-Synthese zeigte eine hohe durchschnittliche Ausbeute von 94% über 40 Zyklen (acht Zyklen pro Tag über fünf Tage,
Die TTNmass-Werte für die einzelnen Enzyme in der Kaskade (
Die Übertragung des UDP-GlcNAc produzierenden Enzymmoduls (
Hinsichtlich der optimierten Bedingungen für das UDP-GalNAc produzierende Enzymmodul (
Ein Hochskalieren der repetitiven Batch-Synthese für UDP-GalNAc auf ein 200 mL Batch-Reaktionsvolumen wurde in einem 250 mL Druckkonzentrator (Vivacell® 250, Sartorius, Göttingen) erfolgreich realisiert. Aufgrund des erhöhten Zeitbedarfs für die druckgesteuerte Produkttrennung wurde die Anzahl an Chargen pro Tag über einen Zeitraum von fünf Tagen auf vier Zyklen pro Tag reduziert. Insgesamt wurden mit diesem Ansatz 20 sich wiederholende Batchzyklen innerhalb einer Reaktionszeit von zehn Stunden durchgeführt (
Schlussfolgerungconclusion
Diese Studie ist nach bestem Wissen der Erfinder das erste Beispiel für eine erfolgreiche UDP-GalNAc- und UDP-GlcNAc-synthese über enzymatische Kaskaden im repetitiven Batch-Modus im Gramm-Maßstab. Der vorgestellte repetitive Batch-Ansatz erwies sich als einfache und reproduzierbare Vorgehensweise für die Nukleotidzuckerproduktion im Labormaßstab am Beispiel von UDP-Gal, UDP-GlcNAc und UDP-GalNAc. Ohne ein Erfordernis einer speziellen technischen Ausrüstung lässt sich eine Synthese von Nukleotid-aktivierten Monosacchariden bis in den Multi-Gramm-Maßstab mit Hilfe von beispielsweise Zentrifugal- und/oder Druckkonzentratoren erzielen.To the best of the inventors' knowledge, this study is the first example of a successful UDP-GalNAc and UDP-GlcNAc synthesis via enzymatic cascades in repetitive batch mode on a gram scale. The repetitive batch approach presented proved to be a simple and reproducible procedure for nucleotide sugar production on a laboratory scale using the example of UDP-Gal, UDP-GlcNAc and UDP-GalNAc. A synthesis of nucleotide-activated monosaccharides down to the multi-gram scale can be achieved with the aid of, for example, centrifugal and / or pressure concentrators without requiring special technical equipment.
Die Übertragung von Enzym-Modulen, die auf eine hohe spezifische Produktleistung (STY) in Mikrotiterplatten hin angepasst sind, erwies sich als geeignete Strategie zum Aufbau eines Produktionsprozesses in einem sich wiederholenden Batch-Modus,. Die hohe Enzymstabilität führt zu einer erheblichen Steigerung der Enzymproduktivität mit TTNmass-Werten in einer Reihe von industriell interessanten Prozessen. In diesen Beispielen wurde die Produktion nach fünf Tagen gestoppt, unabhängig von der verbleibenden Enzymaktivität. Insbesondere für die UDP-Gal- und UDP-GlcNAc produzierenden Enzymkaskaden werden noch höhere Enzymproduktivitäten erwartet, da die Produktausbeute nach 20 h Reaktionszeit in 40 Zyklen über fünf Tage nicht abnahm.The transfer of enzyme modules, which are adapted to a high specific product performance (STY) in microtiter plates, proved to be a suitable strategy for setting up a production process in a repetitive batch mode. The high enzyme stability leads to a significant increase in enzyme productivity with TTN mass values in a number of industrially interesting processes. In these examples, production was stopped after five days regardless of the remaining enzyme activity. In particular for the enzyme cascades producing UDP-Gal and UDP-GlcNAc, even higher enzyme productivity is expected, since the product yield did not decrease in 40 cycles over five days after a reaction time of 20 h.
Für die Produktisolierung bietet jedoch eine Kaskade mit Hilfe von Enzymen des Salvage Pathways für die Nukleotidzuckersynthese die Möglichkeit, die Substratnutzung und die Zusammensetzung der Produktlösung auf Effizienz hin zu steuern. Es eröffnet sich somit ist eine direkte Kopplung mit Glykosyltransferase-Modulen ohne zeit- und kostenintensive Reinigungsschritte für Nukleotidzucker.For product isolation, however, a cascade with the help of enzymes from the salvage pathway for nucleotide sugar synthesis offers the possibility of controlling the efficiency of the substrate usage and the composition of the product solution. This opens up a direct coupling with glycosyltransferase modules without time-consuming and costly cleaning steps for nucleotide sugar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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