DE102021124566A1 - PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES - Google Patents
PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021124566A1 DE102021124566A1 DE102021124566.4A DE102021124566A DE102021124566A1 DE 102021124566 A1 DE102021124566 A1 DE 102021124566A1 DE 102021124566 A DE102021124566 A DE 102021124566A DE 102021124566 A1 DE102021124566 A1 DE 102021124566A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- polypeptide
- cdpgs
- organism
- host organism
- procedure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P21/00—Preparation of peptides or proteins
- C12P21/02—Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/11—DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
- C12N15/52—Genes encoding for enzymes or proenzymes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/70—Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/1048—Glycosyltransferases (2.4)
- C12N9/1051—Hexosyltransferases (2.4.1)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/93—Ligases (6)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y204/00—Glycosyltransferases (2.4)
- C12Y204/01—Hexosyltransferases (2.4.1)
- C12Y204/01245—Alpha,alpha-trehalose synthase (2.4.1.245)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y605/00—Ligases forming phosphoric ester bonds (6.5)
- C12Y605/01—Ligases forming phosphoric ester bonds (6.5) forming phosphoric ester bonds (6.5.1)
Abstract
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Polypeptiden aus thermophilen und hyperthermophilen Organismen in mesophilen Wirtsorganismen und deren Verwendung zur Herstellung von Extremolyten.Summary The present invention relates to methods for the recombinant production of polypeptides from thermophilic and hyperthermophilic organisms in mesophilic host organisms and their use for the production of extremolytes.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Polypeptiden aus thermophilen und hyperthermophilen Organismen in mesophilen Wirtsorganismen und deren Verwendung zur Herstellung von Extremolyten.The present invention relates to methods for the recombinant production of polypeptides from thermophilic and hyperthermophilic organisms in mesophilic host organisms and their use for the production of extremolytes.
Hintergrundbackground
Extremolyte sind Stressschutzmoleküle, die von extremophilen Mikroorganismen gebildet diese vor den extremen Umweltbedingungen ihres jeweiligen Lebensraumes, insbesondere hohen Salzkonzentrationen und extremen Temperaturen schützen. Dazu werden diese Moleküle in vergleichsweise hohen Konzentrationen innerhalb der Zelle gebildet oder aufgenommen und schützen sensible Zellstrukturen, wie beispielsweise Membranen, Proteine und Nukleinsäuren vor Schädigung und/oder Abbau. Obwohl sie eine hohe Diversität aufweisen, fallen die meisten in zwei chemische Kategorien: a) Aminosäuren und deren Derivate, wie beispielsweise alpha- und beta-Glutamat, Glycinbetain, Ectoin, Hydroxyectoin, und b) Saccharide, Polyole und deren Derivate, wie beispielsweise Trehalose, Mannosylglycerat und Glycerol. Die außergewöhnlichen Schutzeigenschaften dieser Moleküle machen sie zu interessanten Zusatzstoffen in verschiedensten kommerziellen Anwendungen, wie beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, der Gesundheitsfürsorge und Kosmetik. Kommerziell bereits genutzt sind insbesondere die Extremolyte Ectoin und Hydroxyectoin, welche von halophilen Bakterien, insbesondere Halomonas elongata, gebildet werden. Extremolyte sind auch für andere Klassen von Mikroorganismen bekannt, wie zum Beispiel für hyperthermophile Bakterien. Bei diesen handelt es sich oft um Heteroside, wie zum Beispiel Glucosylglycerol, Glucosylglycerat, Mannosylglycerat und Mannosylglyceramid, sowie phosphorylierte Verbindungen wie di-myo-1,1'-Inositolphosphat, alpha-Diglycerolphosphat und cyclisches 2,3-Diphosphoglycerat. Diese sind allerdings bisher wenig untersucht, was ihr Potential für biotechnologische und industrielle Anwendungen angeht. Das ist insbesondere auch darauf zurückzuführen, dass ökonomisch tragfähige Herstellungsverfahren bisher nicht bekannt sind. So ist beispielsweise für den Extremolyt cyclisches 2,3-Diphosphoglycerat (cDPG), der in hyperthermophilen Methanogenen (Archaea) wie Methanothermus fervidus, Methanpyrus kandleri und Methanothermobacter thermoautotrophicus in Konzentrationen von 0,3 bis 1,1 M gefunden wurde, bekannt, dass er eine Rolle bei der Thermoprotektion von Proteinen spielt und es wurden bereits erhöhte Temperaturstabilitäten für eine Reihe von Enzymen berichtet (Shima, S., et al., Activation and thermostabilization effects of cyclic 2, 3-diphosphoglycerate on enzymes from the hyperthermophilic Methanopyrus kandleri. Arch Microbiol, 1998. 170(6): S. 469-72;. Hensel, R. und I. Jakob, Stability of Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenases from Hyperthermophilic Archaea at High Temperature. Systematic and Applied Microbiology, 1993. 16(4): S. 742-745; Borges, N., et al., Comparative study of the thermostabilizing properties of mannosylglycerate and other compatible solutes on model enzymes. Extremophiles : life under extreme conditions, 2002. 6(3): S. 209-216). Es wurde ferner berichtet, dass es Plasmid DNA gegen oxidative Schädigung durch Hydroxylradikale schützen und auch als Superoxid-Fängermolekül fungieren kann (Lentzen, G. und T. Schwarz, Extremolytes: natural compounds from extremophiles for versatile applications. Appl Microbiol Biotechnol, 2006. 72(4): S. 623-634). Trotz der interessanten Eigenschaften von cDPG sind bisher keine effizienten Herstellungsverfahren bekannt. Das liegt unter anderem daran, dass niedrige Zellausbeuten und schwierige Kultivierungsbedingungen einen zellbasierten in vivo Prozess behindern.Extremolytes are stress protection molecules that are formed by extremophilic microorganisms and protect them from the extreme environmental conditions of their respective habitat, in particular high salt concentrations and extreme temperatures. For this purpose, these molecules are formed or taken up in comparatively high concentrations within the cell and protect sensitive cell structures such as membranes, proteins and nucleic acids from damage and/or degradation. Although highly diverse, most fall into two chemical categories: a) amino acids and their derivatives such as alpha and beta glutamate, glycine betaine, ectoine, hydroxyectoine, and b) saccharides, polyols and their derivatives such as trehalose , mannosyl glycerate and glycerol. The exceptional protective properties of these molecules make them interesting additives in a wide variety of commercial applications, such as food, healthcare and cosmetics. In particular, the extremolytes ectoine and hydroxyectoine, which are formed by halophilic bacteria, in particular Halomonas elongata, are already being used commercially. Extremolytes are also known for other classes of microorganisms, such as hyperthermophilic bacteria. These are often heterosides such as glucosylglycerol, glucosylglycerate, mannosylglycerate and mannosylglyceramide, and phosphorylated compounds such as di-myo-1,1'-inositol phosphate, alpha-diglycerol phosphate and cyclic 2,3-diphosphoglycerate. So far, however, these have not been studied much in terms of their potential for biotechnological and industrial applications. This is particularly due to the fact that no economically viable manufacturing processes are known to date. For example, the extremolyte cyclic 2,3-diphosphoglycerate (cDPG), found in hyperthermophilic methanogens (archaea) such as Methanothermus fervidus, Methanpyrus kandleri and Methanothermobacter thermoautotrophicus at concentrations of 0.3 to 1.1 M, is known to plays a role in the thermoprotection of proteins and increased temperature stability has already been reported for a number of enzymes (Shima, S., et al., Activation and thermostabilization effects of cyclic 2, 3-diphosphoglycerate on enzymes from the hyperthermophilic Methanopyrus kandleri. Arch Microbiol, 1998. 170(6): pp. 469-72; Hensel, R. and I. Jakob, Stability of Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenases from Hyperthermophilic Archaea at High Temperature. Systematic and Applied Microbiology, 1993. 16(4 ): pp. 742-745; Borges, N., et al., Comparative study of the thermostabilizing properties of mannosylglycerate and other compatible solutes on model enzymes.Extremophiles : life un der extreme conditions, 2002. 6(3): pp. 209-216). It has also been reported that it can protect plasmid DNA against oxidative damage by hydroxyl radicals and also act as a superoxide scavenger (Lentzen, G. and T. Schwarz, Extremolytes: natural compounds from extremophiles for versatile applications. Appl Microbiol Biotechnol, 2006. 72 (4): pp. 623-634). Despite the interesting properties of cDPG, no efficient manufacturing processes are known to date. One of the reasons for this is that low cell yields and difficult cultivation conditions hinder a cell-based in vivo process.
Generell besteht Bedarf nach alternativen Herstellungsverfahren für Extremolyte. Um diesen Bedarf zu decken sind alternative Herstellungsverfahren möglich, wobei hier insbesondere enzymatische Verfahren von Interesse sind. Derartige enzymatische Verfahren erfordern allerdings in einem ersten Schritt die Bereitstellung von Schlüsselenzymen die für die Synthese des jeweiligen Extremolyten erforderlich sind. Die Bereitstellung kann durch rekombinante Expression in einem geeigneten Wirtsorganismus erfolgen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und liefert derartige Expressionsverfahren von Polypeptiden aus thermophilen und hyperthermophilen Organismen in mesophilen Wirtsorganismen sowie die Verwendung von damit erhältlichen Polypeptiden zur Herstellung von Extremolyten, wie insbesondere cDPG.In general, there is a need for alternative manufacturing processes for extremolytes. Alternative manufacturing processes are possible to meet this need, with enzymatic processes being of particular interest here. In a first step, however, such enzymatic methods require the provision of key enzymes which are required for the synthesis of the respective extremolyte. It can be provided by recombinant expression in a suitable host organism. The present invention fulfills this need and provides such methods of expression of polypeptides from thermophilic and hyperthermophilic organisms in mesophilic host organisms and the use of polypeptides obtainable therewith for the production of extremolytes, such as in particular cDPG.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Erfinder, dass sich ein Schlüsselenzym für die Herstellung von cDPG, nämlich die cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) durch heterologe Expression in ausreichender Menge herstellen und stabilisieren lässt, um eine effiziente einstufige in vitro Synthese zu ermöglichen. Diese Erkenntnis lässt sich auf weitere Polypeptide aus thermophilen und hyperthermophilen Organismen verallgemeinern.The present invention is based on the finding of the inventors that a key enzyme for the production of cDPG, namely the cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) can be produced and stabilized in sufficient quantities by heterologous expression in order to achieve an efficient one-step in vitro enable synthesis. This finding can be generalized to other polypeptides from thermophilic and hyperthermophilic organisms.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung eines Polypeptids aus einem thermophilen oder hyperthermophilen Organismus in mesophilen Wirtsorganismen, umfassend
- a) Einbringen eines Nukleinsäuremoleküls, welches für das Polypeptid aus einem thermophilen oder hyperthermophilen Organismus kodiert, in den mesophilen Wirtsorganismus;
- b) Kultivieren des mesophilen Wirtsorganismus unter Bedingungen, die die Expression des Polypeptides erlauben; und
- c) Isolierung des Polypeptids aus dem mesophilen Wirtsorganismus.
- a) introducing a nucleic acid molecule which encodes the polypeptide from a thermophilic or hyperthermophilic organism into the mesophilic host organism;
- b) culturing the mesophilic host organism under conditions allowing expression of the polypeptide; and
- c) isolation of the polypeptide from the mesophilic host organism.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Nukleinsäuremolekül, welches für das Polypeptid aus einem thermophilen oder hyperthermophilen Organismus kodiert, für die Expression in dem mesophilen Wirtsorganismus codon-optimiert.In various embodiments, the nucleic acid molecule encoding the polypeptide from a thermophilic or hyperthermophilic organism is codon-optimized for expression in the mesophilic host organism.
Das Kultivieren des Wirtsorganismus in Schritt b) des Verfahrens kann dabei unter mesophilen Bedingungen erfolgen, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 10 und 45°C.The cultivation of the host organism in step b) of the process can be carried out under mesophilic conditions, in particular in a temperature range between 10 and 45°C.
In verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst der Schritt des Isolierens des Polypeptides aus dem mesophilen Wirtsorganismus:
- a) Lyse des Wirtsorganismus;
- b) Erhitzen des Lysats aus Schritt a) oder eines Überstands, welcher aus dem Lysat erhalten wird, auf eine Temperatur von 50 bis 95°C, vorzugsweise 60 bis 90°C, zur Präzipitation der wirtseigenen Proteine und Polypeptide; und
- c) Isolieren des löslichen Überstands von dem in Schritt b) erhaltenen Präzipitat.
- a) lysis of the host organism;
- b) heating the lysate from step a) or a supernatant obtained from the lysate to a temperature of 50 to 95°C, preferably 60 to 90°C, to precipitate the host proteins and polypeptides; and
- c) isolating the soluble supernatant from the precipitate obtained in step b).
An diese Isolierungsschritte a) bis c) können sich ein oder mehrere zusätzliche Schritte anschließen, die zur weiteren Aufreinigung bzw. Isolierung des Polypeptids aus dem in Schritt c) erhaltenen Solvats dienen. Derartige Verfahren umfassen beispielsweise übliche Verfahren der Größenausschlusschromatographie.These isolation steps a) to c) can be followed by one or more additional steps which serve to further purify or isolate the polypeptide from the solvate obtained in step c). Such methods include, for example, conventional size exclusion chromatography methods.
In den Verfahren der Erfindung kann das Polypeptid, in verschiedenen Ausführungsformen, keinen Affinitätstag aufweisen, vorzugsweise keine nicht-native Peptidsequenz.In the methods of the invention, in various embodiments, the polypeptide may be devoid of an affinity tag, preferably a non-native peptide sequence.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Polypeptid ein Enzym . Derartige Enzyme können aus Glycosyltransferasen (EC Klasse 2), Hydrolasen (EC Klasse 3), Lyasen (EC Klasse 4) und Ligasen (EC Klasse 6) ausgewählt werden. Besonders geeignete Enzyme sind Esterasen, Lipasen, Glycosidhydrolasen, Dehydratasen, Aldolasen, Decarboxylasen und Synthetasen.In various embodiments, the polypeptide is an enzyme. Such enzymes can be selected from glycosyltransferases (EC class 2), hydrolases (EC class 3), lyases (EC class 4) and ligases (EC class 6). Particularly suitable enzymes are esterases, lipases, glycoside hydrolases, dehydratases, aldolases, decarboxylases and synthetases.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Polypeptid ein Enzym welches mindestens einen Schritt bei der Herstellung eines Extremolyten katalysiert.In various embodiments, the polypeptide is an enzyme that catalyzes at least one step in the production of an extremolyte.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Enzym ausgewählt aus der Trehalose Glycosyl-transferierenden Synthase (TreT) und der cyclischen 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS), insbesondere der cDPGS aus Methanothermus fervidus und funktionellen Varianten oder Fragmenten davon.In various embodiments, the enzyme is selected from trehalose glycosyl-transferring synthase (TreT) and cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS), in particular the cDPGS from Methanothermus fervidus and functional variants or fragments thereof.
In den Verfahren der Erfindung kann der thermophile oder hyperthermophile Organismus, aus welchem das zu exprimierende Polypeptid stammt, ein Prokaryot sein, beispielsweise ausgewählt aus Bakterien und Archaea, insbesondere aus Bakterien der Ordnungen Thermales, Thermotogales und Aquificales oder Archaea der Linien Crenarchaeota und Euryarchaeota. Bei den Archaea der Linien Crenarchaeota und Euryarchaeota sind insbesondere Organismen der Klassen Thermoprtei, Desulfurococcales, Sulfolobales, Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Thermococci, Thermoplasmata und Archaeoglobi geeignet.In the methods of the invention, the thermophilic or hyperthermophilic organism from which the polypeptide to be expressed is derived may be a prokaryote, for example selected from bacteria and archaea, in particular from bacteria of the orders Thermales, Thermotogales and Aquiificales or Archaea of the lines Crenarchaeota and Euryarchaeota. In the case of the Archaea of the lines Crenarchaeota and Euryarchaeota, organisms of the classes Thermoprtei, Desulfurococcales, Sulfolobales, Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Thermococci, Thermoplasmata and Archaeoglobi are particularly suitable.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur enzymatischen Herstellung von Extremolyten, wobei das Verfahren die Verwendung von rekombinant hergestellten Enzymen aus thermophilen oder hyperthermophilen Organismen umfasst, die gemäß einem der Verfahren der Erfindung erhältlich sind.In a further aspect, the invention relates to a method for the enzymatic production of extremolytes, the method comprising the use of recombinantly produced enzymes from thermophilic or hyperthermophilic organisms which can be obtained according to one of the methods of the invention.
In verschiedenen Ausführungsformen solcher Verfahren ist der Extremolyt cyclisches 2,3-Diphosphoglycerat (cDPG) und das Polypeptid cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS).In various embodiments of such methods, the extremolyte is cyclic 2,3-diphosphoglycerate (cDPG) and the polypeptide is cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS).
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der Polypeptide, die mit einem der Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, zur Herstellung von Extremolyten, insbesondere zur in vitro Herstellung von Extremolyten.In yet another aspect, the invention relates to the use of the polypeptides produced by one of the methods of the invention for the production of extremolytes, in particular for the in vitro production of extremolytes.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von cyclischem 2,3-Diphosphoglycerat aus 2,3-Diphosphoglycerat (2,3-DPG) mittels einer rekombinant hergestellten cyclischen 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS). In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei dem Verfahren um ein in vitro Verfahren, in welchem eine rekombinant hergestellte und isolierte cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) eingesetzt wird. Das Verfahren ist vorzugsweise einstufig.In a further aspect, the invention relates to a method for producing cyclic 2,3-diphosphoglycerate from 2,3-diphosphoglycerate (2,3-DPG) using a recombinantly produced cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS). In various embodiments of the invention, the method is an in vitro method in which a recombinantly produced and isolated cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) is used. The process is preferably in one step.
In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Enzym cDPGS um die cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) aus Methanothermus fervidus oder eine funktionelle Variante oder Fragment davon. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Enzym die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO:1 oder eine funktionelle Variante davon, die über die Gesamtlänge mindestens 80% Sequenzidentität zu der in SEQ ID NO:1 angegebenen Sequenz aufweist. Das Enzym kann auch aus den genannten Sequenzen bestehen. Das Enzym ist mittels der hierin beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung erhältlich. Ebenfalls geeignet sind Homologe der cDPGS aus Methanothermus fervidus aus anderen Organismen, wie beispielsweise Pyrococcus woeseii. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann in diesem Aspekt der Erfindung auch eine cDPGS aus einem mesophilen Organismus eingesetzt werden, wie z.B. Methanobrevibacter- und Rubrobacter-Arten. Derartige Homologe können Sequenzidentitäten von 40% oder mehr zu der in SEQ ID NO:1 angegebenen Aminosäuresequenz aufweisen.In various embodiments, the enzyme cDPGS is the cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) from Methanothermus fervidus or a functional variant or fragment thereof. In different Embodiments, the enzyme comprises the amino acid sequence according to SEQ ID NO:1 or a functional variant thereof which has at least 80% sequence identity to the sequence given in SEQ ID NO:1 over the entire length. The enzyme can also consist of the sequences mentioned. The enzyme is obtainable according to the invention by the methods described herein. Also suitable are homologues of the cDPGS from Methanothermus fervidus from other organisms, such as Pyrococcus woeseii. In various embodiments of the invention, a cDPGS from a mesophilic organism, such as Methanobrevibacter and Rubrobacter species, can also be used in this aspect of the invention. Such homologues can have sequence identities of 40% or more to the amino acid sequence given in SEQ ID NO:1.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, wird das rekombinante Enzym durch heterologe Expression in einem Wirtsorganismus, insbesondere Escherichia coli, hergestellt. Dazu wird ein Nukleinsäuremolekül, welches für die gewünschte cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) kodiert, in den Wirtsorganismus eingebracht und dort unter geeigneten Bedingungen zur Expression gebracht. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst dieses Nukleinsäuremolekül eine Nukleotidsequenz, die für die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO:1 oder eine funktionelle Variante davon, die über die Gesamtlänge mindestens 80% Sequenzidentität zu der in SEQ ID NO:1 angegebenen Sequenz aufweist, kodiert. Diese Nukleotidsequenz kann für die Expression in dem gewünschten Wirtsorganismus codon-optimiert sein und, in verschiedenen Ausführungsformen, die Sequenz gemäß SEQ ID NO:2 oder SEQ ID NO:3 umfassen oder daraus bestehen.In various embodiments of the invention, the recombinant enzyme is produced by heterologous expression in a host organism, in particular Escherichia coli. For this purpose, a nucleic acid molecule which encodes the desired cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) is introduced into the host organism and expressed there under suitable conditions. In various embodiments, this nucleic acid molecule comprises a nucleotide sequence which encodes the amino acid sequence according to SEQ ID NO:1 or a functional variant thereof which has at least 80% sequence identity to the sequence given in SEQ ID NO:1 over the entire length. This nucleotide sequence can be codon-optimized for expression in the desired host organism and, in various embodiments, can comprise or consist of the sequence according to SEQ ID NO:2 or SEQ ID NO:3.
Figurenlistecharacter list
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die vorliegende Erfindung basiert auf Ergebnissen zu der erfolgreichen Expression und Isolierung von cyclischer 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) in einem mesophilen Wirtsorganismus und Verwendung für eine effiziente einstufige in vitro Synthese von cyclischem 2,3-Diphosphoglycerat.The present invention is based on results of the successful expression and isolation of cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) in a mesophilic host organism and use for an efficient one-step in vitro synthesis of cyclic 2,3-diphosphoglycerate.
Die Erfindung betrifft Verfahren zur rekombinanten Herstellung eines Polypeptids aus einem thermophilen oder hyperthermophilen Organismen in mesophilen Wirtsorganismen.The invention relates to methods for the recombinant production of a polypeptide from a thermophilic or hyperthermophilic organism in mesophilic host organisms.
Der Begriff „thermophil“, wie hierin verwendet, bezeichnet Organismen, deren Wachstumsoptimum in einem (Umgebungs-)Temperaturbereich von >60°C liegt. In ähnlicher Art und Weise bezeichnet der Begriff „hyperthermophil“, wie hierin verwendet, Organismen, deren Wachstumsoptimum in einem Temperaturbereich von >80°C liegt. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei „mesophilen“ Organismen um solche, die in einem Temperaturbereich von <60°C optimal gedeihen, insbesondere in Temperaturbereichen von 10 bis <60°C oder 10 bis 50°C oder 10 bis 42°C, typischerweise im Bereich von 20 bis 40°C.The term "thermophilic" as used herein refers to organisms whose growth optimum is in an (ambient) temperature range of >60°C. Similarly, the term "hyperthermophilic" as used herein refers to organisms whose growth optimum is in a temperature range of >80°C. In contrast, “mesophilic” organisms are those that thrive optimally in a temperature range of <60°C, particularly in temperature ranges of 10 to <60°C, or 10 to 50°C, or 10 to 42°C, typically in the range of 20 to 40°C.
In den Verfahren der Erfindung wird in einem ersten Schritt a) ein Nukleinsäuremolekül, welches für das Polypeptid von Interesse kodiert, in den mesophilen Wirtsorganismus eingebracht. Bei dem Nukleinsäuremolekül kann es sich um die native Sequenz handeln, in verschiedenen Ausführungsformen ist diese aber für die Expression in dem Wirtsorganismus in geeigneter Weise modifiziert, beispielsweise codon-optimiert. Entsprechende Verfahren und Möglichkeiten zur Codon-Optimierung, um eine möglichst problemlose und starke Expression in einem bestimmten Wirtsorganismus zu erzielen, sind dem Fachmann bekannt und entsprechende kommerzielle Angebote sind routinemäßig verfügbar. Die kodierende Nukleinsäuresequenz kann als solche oder als Bestandteil eines größeren Moleküls eingesetzt werden, beispielsweise als Teil eines Expressionsvektors, welcher auch als Plasmid vorliegen kann. In derartigen Molekülen ist die eigentliche kodierende Sequenz oftmals mit weiteren funktionalen Sequenzen kombiniert, wie beispielweise Selektionsmarkern und regulatorischen Elementen, die die Vervielfältigung und Expression im Wirtsorganismus und ggf. auch den stabilen Einbau in das Genom des Wirtsorganismus regulieren und kontrollieren. Ebenfalls möglich ist die funktionelle Verknüpfung mit einer weiteren Sequenz, die für ein Peptid- oder Polypeptidtag kodiert, welches die Reinigung und Isolation des Polypeptides vereinfachen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann es aber vorteilhaft sein, auf derartige Tags zu verzichten. Zum einen sind diese in manchen Fällen für eine erfolgreiche Aufreinigung nicht erforderlich, zum anderen wird so die Notwendigkeit vermieden, diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzuspalten. Das Einbringen des Nukleinsäuremoleküls kann abhängig von dem Wirtsorganismus mit an sich bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise eine Transformation mittels Hitzeschock, welche bei E. coli bei einer Temperatur von 41-43°C und in Gegenwart von Calciumchlorid durchgeführt werden kann. Andere Transformations- und Transfektionsverfahren sind dem Fachmann als solche bekannt und können ebenfalls eingesetzt werden.In the methods of the invention, in a first step a) a nucleic acid molecule encoding the polypeptide of interest is introduced into the mesophilic host organism. The nucleic acid molecule can be the native sequence, but in various embodiments this is suitably modified, for example codon-optimized, for expression in the host organism. Corresponding methods and options for codon optimization in order to achieve expression in a specific host organism that is as problem-free and strong as possible are known to the person skilled in the art and corresponding commercial offers are routinely available. The coding nucleic acid sequence can be used as such or as part of a larger molecule, for example as part of an expression vector which can also be present as a plasmid. In such molecules, the actual coding sequence is often combined with other functional sequences, such as selection markers and regulatory elements, the duplication and expression in the Regulate and control the host organism and, if necessary, also the stable incorporation into the genome of the host organism. Also possible is functional linking to a further sequence which codes for a peptide or polypeptide tag which can simplify the purification and isolation of the polypeptide. In various embodiments, however, it can be advantageous not to use such tags. On the one hand, in some cases these are not necessary for a successful purification, on the other hand, this avoids the need to split them off again at a later point in time. Depending on the host organism, the nucleic acid molecule can be introduced using methods known per se, for example transformation by means of heat shock, which can be carried out in E. coli at a temperature of 41-43° C. and in the presence of calcium chloride. Other transformation and transfection methods are known per se to those skilled in the art and can also be used.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird dann der mesophile Wirtsorganismus unter Bedingungen kultiviert, die die Expression des Polypeptids von Interesse erlauben. Diese Bedingungen sind üblicherweise temperaturkontrolliert und setzen oftmals den Einsatz eines geeigneten Wachstums- und Expressionsmediums voraus. Geeignete Medien sind im Stand der Technik bekannt und schließen beispielsweise für den Wirtsorganismus E. coli LB Medium ein. Da es sich bei dem Wirtsorganismus um einen mesophilen Organismus handelt, sind die Kultivierungsbedingungen typischerweise auf einen Temperaturbereich von bis zu 42°C beschränkt, wobei das Optimum im Bereich von 10 bis 42°C liegen kann. Während höhere Temperaturen oftmals ein schnelleres Wachstum und eine stärkere Expression bedingen und dadurch die Kultivierungszeiten verkürzt werden können, kann es für manche Polypeptide vorteilhaft sein, niedrigere Temperaturen zu wählen, um stabile und lösliche Polypeptide zu erhalten. In verschiedenen Ausführungsformen der Expression von cyclischer 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) in E. coli wurden Kultivierungs- und Inkubationstemperaturen von 16 bis 30°C eingesetzt, beispielsweise 30°C oder 16°C, wobei optimale Ergebnisse bei einer Temperatur von 16°C erhalten wurden.In a further step of the method, the mesophilic host organism is then cultivated under conditions which allow the expression of the polypeptide of interest. These conditions are usually temperature controlled and often require the use of a suitable growth and expression medium. Suitable media are known in the art and include, for example, E. coli LB medium for the host organism. Since the host organism is a mesophilic organism, the cultivation conditions are typically limited to a temperature range of up to 42°C, with the optimum being in the range from 10 to 42°C. While higher temperatures often result in faster growth and stronger expression, and the cultivation times can be shortened as a result, it can be advantageous for some polypeptides to choose lower temperatures in order to obtain stable and soluble polypeptides. In various embodiments of the expression of cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS) in E. coli, cultivation and incubation temperatures of 16 to 30° C. were used, for example 30° C. or 16° C., optimal results being obtained at a temperature of 16°C were obtained.
Als mesophiler Wirtsorganismus kommen alle im Stand der Technik für die Proteinexpression verwendeten Organismen in Betracht, wie insbesondere E. coli oder verschiedene Bacillus-Arten aber auch eukaryotische Expressionssysteme, wie z.B. aus Hefen oder Pilzen. Der mesophile Wirtsorganismus ist insbesondere ein Prokaryot, insbesondere ein Bakterium. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Wirtsorganismus ein spezieller Expressionsstamm, der gezielt für die Expression von heterologen Polypeptiden entwickelt wurde bzw. dafür geeignet ist.All organisms used in the prior art for protein expression can be considered as mesophilic host organisms, such as in particular E. coli or various Bacillus species, but also eukaryotic expression systems, such as those from yeasts or fungi. The mesophilic host organism is in particular a prokaryote, in particular a bacterium. In various embodiments, the host organism is a special expression strain that was developed specifically for the expression of heterologous polypeptides or is suitable for this.
In verschiedenen Ausführungsformen kann zum Starten der Expression auch die Zugabe eines Induktionsmittels erforderlich sein, wobei dies von dem Einsatz spezieller regulatorischer Sequenzen auf der eingesetzten Nukleinsäure abhängt. Ein bekannter Induktor für die Expression in E.coli ist beispielsweise IPTG (Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranosid), welcher zusammen mit dem Lac Operon zu dessen Induktion eingesetzt wird.In various embodiments, the addition of an inducer may also be necessary to start expression, with this depending on the use of special regulatory sequences on the nucleic acid used. A known inducer for expression in E. coli is, for example, IPTG (isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside), which is used together with the lac operon to induce it.
Nach erfolgter Expression des Polypeptides folgt in einem nächsten Schritt c) die Isolierung des Polypeptids aus dem mesophilen Wirtsorganismus. Dazu wird typischerweise in einem ersten Schritt der Wirtsorganismus lysiert. Diese Lyse kann mit bekannten Techniken erfolgen, beispielsweise Ultraschall, Homogenisierung in einem Homogenisator, chemischer Lyse oder in einer French Press Apparatur. Das erhaltene Lysat wird typischerweise zentrifugiert, um die festen Zellbestandteile von den im Überstand befindlichen löslichen Bestandteilen abzutrennen. Da das exprimierte Polypeptid aus einem thermophilen bzw. hyperthermophilen Organismus stammt, ist es üblicherweise deutlich hitzestabiler als die Proteine des Wirtsorganismus. Diese Tatsache kann bei der Isolierung derart ausgenutzt werden, dass entweder das Lysat selbst oder der nach der Zentrifugation des Lysats erhaltene Überstand erhitzt wird. Dadurch kommt es zur Präzipitation der nicht hitzestabilen Proteine aus dem Überstand. Geeignete Temperaturen liegen im Bereich von 50 bis 95°C, beispielsweise 60 bis 90°C, wobei die konkret eingesetzte Temperatur von der Art des exprimierten Polypeptides abhängt. Für Polypeptide aus thermophilen Organismen werden beispielsweise tendenziell niedrigere Temperaturen eingesetzt als für solche aus hyperthermophilen Organismen. Im Allgemeinen sind Temperaturen um die 60°C aber bereits ausreichend um alle im Überstand gelösten unerwünschten Proteine des Wirtsorganismus zu präzipitieren. In verschiedenen Ausführungen können aber auch Temperaturen von 65°C und mehr, beispielsweise 70°C, 75°C oder 80°C eingesetzt werden. Übliche Inkubationszeiten bei diesen erhöhten Temperaturen bewegen sich im Bereich von 5 bis 60 Minuten, beispielsweise 10 bis 40 Minuten, oder 20 bis 30 Minuten. Um das nach wie vor gelöste Protein von Interesse von den derart präzipitierten Fremdproteinen zu trennen, wird normalerweise ein (weiterer) Zentrifugationsschritt durchgeführt. Der auf diese Weise erhaltene Überstand enthält das gewünschte Protein oftmals bereits in vergleichsweise reiner Form.After expression of the polypeptide has taken place, the next step c) is the isolation of the polypeptide from the mesophilic host organism. For this purpose, the host organism is typically lysed in a first step. This lysis can be carried out using known techniques, for example ultrasound, homogenization in a homogenizer, chemical lysis or in a French press apparatus. The lysate obtained is typically centrifuged to separate the solid cell components from the soluble components in the supernatant. Since the expressed polypeptide originates from a thermophilic or hyperthermophilic organism, it is usually significantly more heat-stable than the proteins of the host organism. This fact can be exploited during isolation in such a way that either the lysate itself or the supernatant obtained after centrifugation of the lysate is heated. This leads to the precipitation of the non-heat-stable proteins from the supernatant. Suitable temperatures are in the range from 50 to 95°C, for example 60 to 90°C, the specific temperature used depending on the type of polypeptide being expressed. For example, lower temperatures tend to be used for polypeptides from thermophilic organisms than for those from hyperthermophilic organisms. In general, however, temperatures of around 60°C are already sufficient to precipitate all undesired proteins of the host organism dissolved in the supernatant. In various designs, however, temperatures of 65° C. and more, for example 70° C., 75° C. or 80° C., can also be used. Usual incubation times at these elevated temperatures range from 5 to 60 minutes, for example 10 to 40 minutes, or 20 to 30 minutes. In order to separate the still dissolved protein of interest from the foreign proteins thus precipitated, a (further) centrifugation step is normally carried out. The supernatant obtained in this way often already contains the desired protein in a comparatively pure form.
Es ist allerdings möglich und in verschiedenen Ausführungsformen auch vorteilhaft, weitere Reinigungsschritte nachzuschalten. Dabei kommen insbesondere chromatographische Verfahren zum Einsatz. Sofern das Polypeptid mit einem Affinitätstag exprimiert wurde, kann beispielsweise eine spezielle Affinitätschromatographie zum Einsatz kommen. Bekannte Tags umfassen, ohne Limitierung, 6xHis-Tags, GST-Tags und MBP-Tags. Für derartige Tags sind geeignete Chromatographiematerialien, die die Aufreinigung ermöglichen, kommerziell erhältlich. Andere Chromatographieverfahren umfassen insbesondere die Größenausschlusschromatographie, aber auch Ionenaustauschchromatographie kann geeignet sein.However, it is possible and, in various embodiments, also advantageous to add further purification steps. come at it in particular chromatographic methods are used. If the polypeptide was expressed with an affinity tag, a special affinity chromatography can be used, for example. Known tags include, without limitation, 6xHis tags, GST tags, and MBP tags. Chromatography materials suitable for such tags, which enable purification, are commercially available. Other chromatographic methods include, in particular, size exclusion chromatography, but ion exchange chromatography may also be suitable.
Expression und Aufreinigung können beispielsweise mittels SDS-PAGE überprüft werden.Expression and purification can be checked, for example, using SDS-PAGE.
Das exprimierte Polypeptid aus dem thermophilen oder hyperthermophilen Organismus ist - in verschiedenen Ausführungsformen - ein Enzym. Geeignete Enzyme umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Enzyme der EC Klassen 2, 3, 4 und 6, beispielsweise Glycosyltransferasen (EC Klasse 2), Hydrolasen (EC Klasse 3), Lyasen (EC Klasse 4) und Ligasen (EC Klasse 6). In verschiedenen Ausführungsformen sind die Enzyme ausgewählt aus solchen der Klassen Esterasen, Lipasen, Glycosidhydrolasen, Dehydratasen, Aldolasen, Decarboxylasen und Synthetasen. Besonders bevorzugt sind solche, die mindestens einen Schritt bei der Herstellung eines Extremolyten katalysieren. Bei diesem Syntheseschritt handelt es sich üblicherweise um einen Schlüsselschritt der Synthese, der es ermöglicht aus einem leicht verfügbaren Substrat den gewünschten Stoff herzustellen. Falls dafür mehrere Schritte erforderlich sind, können die entsprechenden Enzyme jeweils mittels der hierin beschriebenen Verfahren hergestellt und isoliert und dann für den jeweiligen Syntheseschritt eingesetzt werden. Das Produkt aus einem ersten Schritt kann dann für einen weiteren enzymatischen Syntheseschritt weiterverwendet werden.The expressed polypeptide from the thermophilic or hyperthermophilic organism is - in various embodiments - an enzyme. Suitable enzymes include, but are not limited to, EC class 2, 3, 4 and 6 enzymes such as glycosyltransferases (EC class 2), hydrolases (EC class 3), lyases (EC class 4) and ligases (EC class 6) . In various embodiments, the enzymes are selected from those of the classes esterases, lipases, glycoside hydrolases, dehydratases, aldolases, decarboxylases and synthetases. Those which catalyze at least one step in the production of an extremolyte are particularly preferred. This synthetic step is usually a key step in the synthesis, allowing the desired substance to be produced from a readily available substrate. If several steps are required for this, the corresponding enzymes can be produced and isolated using the methods described herein and then used for the respective synthesis step. The product from a first step can then be used for a further enzymatic synthesis step.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das Polypeptid ein Enzym ausgewählt aus der Trehalose Glycosyl-tranferierenden Synthase (TreT) und der cyclischen 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS), insbesondere der cDPGS aus Methanothermus fervidus und funktionellen Varianten oder Fragmenten davon. Die cDPGS umfasst in verschiedenen Ausführungsformen die in SEQ ID NO:1 angegebene Aminosäuresequenz bzw. hat diese Sequenz.In various embodiments, the polypeptide is an enzyme selected from trehalose glycosyl-transferring synthase (TreT) and cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS), in particular the cDPGS from Methanothermus fervidus and functional variants or fragments thereof. In various embodiments, the cDPGS comprises or has the amino acid sequence given in SEQ ID NO:1.
Der Begriff „Fragmente“, wie in diesem Zusammenhang verwendet, bezieht sich auf Bruchstücke der Volllängensequenz, die allerdings ihre Funktionalität im Wesentlichen (d.h. mindestens 80% relativ zu der Volllängensequenz) beibehalten haben. Bei solchen Fragmenten handelt es sich oftmals um N- und/oder C-terminal verkürzte Sequenzen, die sich von der Volllängensequenz durch um 1 bis 50 Aminosäuren, z.B. 1 bis 20 oder 1 bis 10 Aminosäuren, verkürzte Enden unterscheiden. Da die Enden oftmals unstrukturiert und flexibel sind, wird durch eine solche Verkürzung die Funktionalität des Enzyms in vielen Fällen nicht beeinträchtigt.The term "fragments", as used in this context, refers to fragments of the full-length sequence which, however, have substantially (i.e. at least 80% relative to the full-length sequence) retained their functionality. Such fragments are often N- and/or C-terminally shortened sequences which differ from the full-length sequence in that the ends are shortened by 1 to 50 amino acids, e.g. 1 to 20 or 1 to 10 amino acids. Since the ends are often unstructured and flexible, such shortening often does not affect the functionality of the enzyme.
Der Begriff „funktionelle Varianten“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf Varianten, die weiterhin die Funktionalität des Ausgangsenzyms aufweisen, typischerweise mindestens 80% davon, aber sich von der Ausgangssequenz durch eine oder mehrere Sequenzabweichungen unterscheiden. Die Sequenzidentität solcher Varianten kann im Bereich von 80% bezogen auf die gesamte Länge der Variante und/oder des Ausgangsenzyms liegen, und kann mindestens 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, oder 99% betragen.The term "functional variants" as used herein refers to variants that retain the functionality of the parent enzyme, typically at least 80% of it, but differ from the parent sequence by one or more sequence differences. The sequence identity of such variants may be in the region of 80% based on the total length of the variant and/or parent enzyme, and may be at least 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92 , 93, 94, 95, 96, 97, 98, or 99%.
Die Bestimmung der Identität von Nukleinsäure- oder Aminosäuresequenzen erfolgt durch einen Sequenzvergleich. Dieser Sequenzvergleich basiert auf dem im Stand der Technik etablierten und üblicherweise genutzten BLAST-Algorithmus (vgl. beispielsweise Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W. & Lipman, D.J. (1990) „Basic local alignment search tool.“ J. Mol. Biol. 215:403-410, und Altschul, Stephan F., Thomas L. Madden, Alejandro A. Schaffer, Jinghui Zhang, Hheng Zhang, Webb Miller, and David J. Lipman (1997): „Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs“; Nucleic Acids Res., 25, S.3389-3402) und geschieht prinzipiell dadurch, dass ähnliche Abfolgen von Nukleotiden oder Aminosäuren in den Nukleinsäure- oder Aminosäuresequenzen einander zugeordnet werden. Eine tabellarische Zuordnung der betreffenden Positionen wird als Alignment bezeichnet. Ein weiterer im Stand der Technik verfügbarer Algorithmus ist der FASTA-Algorithmus. Sequenzvergleiche (Alignments), insbesondere multiple Sequenzvergleiche, werden mit Computerprogrammen erstellt. Häufig genutzt werden beispielsweise die Clustal-Serie (vgl. beispielsweise Chenna et al. (2003): Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs. Nucleic Acid Research 31, 3497-3500), T-Coffee (vgl. beispielsweise Notredame et al. (2000): T-Coffee: A novel method for multiple sequence alignments. J. Mol. Biol. 302, 205-217) oder Programme, die auf diesen Programmen beziehungsweise Algorithmen basieren. Ferner möglich sind Sequenzvergleiche (Alignments) mit dem Computer-Programm Vector NTI® Suite 10.3 (Invitrogen Corporation, 1600 Faraday Avenue, Carlsbad, Kalifornien, USA) mit den vorgegebenen Standardparametern, dessen AlignX-Modul für die Sequenzvergleiche auf ClustalW basiert. Soweit nicht anders angegeben, wird die hierin angegebene Sequenzidentität mit dem BLAST-Algorithmus bestimmt.The identity of nucleic acid or amino acid sequences is determined by a sequence comparison. This sequence comparison is based on the BLAST algorithm, which is established and commonly used in the prior art (cf., for example, Altschul, SF, Gish, W., Miller, W., Myers, EW & Lipman, DJ (1990) "Basic local alignment search tool ." J. Mol. Biol. 215:403-410, and Altschul, Stephan F., Thomas L. Madden, Alejandro A. Schaffer, Jinghui Zhang, Hheng Zhang, Webb Miller, and David J. Lipman (1997): " Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs"; Nucleic Acids Res., 25, p.3389-3402) and is done in principle by assigning similar sequences of nucleotides or amino acids in the nucleic acid or amino acid sequences to one another become. A tabular assignment of the relevant positions is referred to as an alignment. Another algorithm available in the prior art is the FASTA algorithm. Sequence comparisons (alignments), in particular multiple sequence comparisons, are created with computer programs. For example, the Clustal series (cf., for example, Chenna et al. (2003): Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs. Nucleic Acid Research 31, 3497-3500), T-Coffee (cf., for example, Notredame et al (2000): T-Coffee: A novel method for multiple sequence alignments. J. Mol. Biol. 302, 205-217) or programs based on these programs or algorithms. Sequence comparisons (alignments) are also possible using the Vector NTI® Suite 10.3 computer program (Invitrogen Corporation, 1600 Faraday Avenue, Carlsbad, California, USA) with the specified standard parameters, whose AlignX module for sequence comparisons is based on ClustalW. Unless otherwise indicated, sequence identity given herein is determined using the BLAST algorithm.
Solch ein Vergleich erlaubt auch eine Aussage über die Ähnlichkeit der verglichenen Sequenzen zueinander. Sie wird üblicherweise in Prozent Identität, das heißt dem Anteil der identischen Nukleotide oder Aminosäurereste an denselben oder in einem Alignment einander entsprechenden Positionen angegeben. Der weiter gefasste Begriff der „Homologie“ bezieht bei Aminosäuresequenzen konservierte Aminosäure-Austausche in die Betrachtung mit ein, also Aminosäuren mit ähnlicher chemischer Aktivität, da diese innerhalb des Proteins meist ähnliche chemische Aktivitäten ausüben. Daher kann die Ähnlichkeit der verglichenen Sequenzen auch als Prozent Homologie oder Prozent Ähnlichkeit angegeben sein. Identitäts- und/oder Homologieangaben können über ganze Polypeptide oder Gene oder nur über einzelne Bereiche getroffen werden. Homologe oder identische Bereiche von verschiedenen Nukleinsäure- oder Aminosäuresequenzen sind daher durch Übereinstimmungen in den Sequenzen definiert. Soweit nicht anders angegeben beziehen sich Identitäts- oder Homologieangaben in der vorliegenden Anmeldung auf die Gesamtlänge der jeweils angegebenen Nukleinsäure- oder Aminosäuresäuresequenz.Such a comparison also allows a statement to be made about the similarity of the compared sequences to one another. It is usually given as a percentage of identity, ie the proportion of identical nucleotides or amino acid residues in the same positions or in positions that correspond to one another in an alignment. In the case of amino acid sequences, the broader concept of “homology” includes conserved amino acid exchanges, i.e. amino acids with similar chemical activity, since these usually have similar chemical activities within the protein. Therefore, the similarity of the compared sequences can also be expressed as percent homology or percent similarity. Identity and/or homology statements can be made about entire polypeptides or genes or only about individual regions. Homologous or identical regions of different nucleic acid or amino acid sequences are therefore defined by similarities in the sequences. Unless otherwise stated, information on identity or homology in the present application relates to the total length of the nucleic acid or amino acid sequence indicated in each case.
In den Verfahren der Erfindung kann der thermophile oder hyperthermophile Organismus, aus welchem das zu exprimierende Polypeptid stammt, ein Prokaryot sein, beispielsweise ausgewählt aus Bakterien und Archaea.In the methods of the invention, the thermophilic or hyperthermophilic organism from which the polypeptide to be expressed is derived may be a prokaryote, for example selected from bacteria and archaea.
Wenn der Ursprungsorganismus ein Bakterium ist, kann dieses beispielsweise aus Bakterien der Ordnungen Thermales, Thermotogales und Aquificales ausgewählt werden. Weitere Beispiele sind Bakterien der Gattungen Thermus, Thermotoga und Aquifex, sowie die entsprechenden Arten Thermus spp., Thermotoga spp. und Aquifex spp.When the organism of origin is a bacterium, this can be selected, for example, from bacteria of the orders Thermales, Thermotogales and Aquiificales. Further examples are bacteria of the genera Thermus, Thermotoga and Aquifex and the corresponding species Thermus spp., Thermotoga spp. and Aquifex spp.
Alternativ kann das Polypeptid auch aus Archaea der Linien Crenarchaeota und Euryarchaeota stammen. Bei den Archaea der Linien Crenarchaeota und Euryarchaeota sind insbesondere Organismen der Klassen bzw. Ordnungen Thermoprotei, Desulfurococcales, Sulfolobales, Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Thermococci, Thermoplasmata und Archaeoglobi geeignet. Hier kommen Thermoproteales, Pyrodictium und Sulfolobus in Betracht sowie Thermococcales, Thermoplasmatales, Archaeoglobales, und thermophile Methanogene der Methanopyrales, Methanococcales, Methanobacteriales, insbesondere der Gattungen Thermoproteus, Pyrodictium, Sulfolobus, Methanopyrus, Methanocaldococcus, Methanococcus, Methanothermobacter, Methanobacterium, Methanothermus, Thermococcus, Pyrococcus, Thermoplasma, Picrophilus, Ferroplasma, Archaeoglobus und die jeweiligen zugehörigen Arten (spp.). In einer Ausführungsform ist der Organismus Methanothermus fervidus, Pyrococcus woeseii, oder Pyrococcus furiosus.Alternatively, the polypeptide can also be derived from Archaea of the lines Crenarchaeota and Euryarchaeota. In the case of the Archaea of the lines Crenarchaeota and Euryarchaeota, organisms of the classes or orders Thermoprotei, Desulfurococcales, Sulfolobales, Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Thermococci, Thermoplasmata and Archaeoglobi are particularly suitable. Thermoproteales, Pyrodictium and Sulfolobus come into consideration here, as well as Thermococcales, Thermoplasmatales, Archaeoglobales, and thermophilic methanogens of Methanopyrales, Methanococcales, Methanobacteriales, in particular of the genera Thermoproteus, Pyrodictium, Sulfolobus, Methanopyrus, Methanocaldococcus, Methanococcus, Methanothermobacter, Methanobacterium, Methanothermus, Thermococcus, Pyrococcus , Thermoplasma, Picrophilus, Ferroplasma, Archaeoglobus and their respective associated species (spp.). In one embodiment, the organism is Methanothermus fervidus, Pyrococcus woeseii, or Pyrococcus furiosus.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist das exprimierte Polypeptide die cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS) aus Methanothermus fervidus. In derartigen Ausführungsformen ist der Wirtsorganismus insbesondere E. coli. In verschiedenen Ausführungsformen ist die für cDPGS kodierende Nukleinsäure (SEQ ID NO:2) für den Einsatz in E. coli codon-optimiert und kann daher beispielsweise die Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID NO:3 aufweisen. Es wurde gefunden, dass die Expression von cDPGS in E. coli in einem Temperaturbereich um etwa 16°C ein Optimum aufweist. Die Kultivierung und Expression findet daher vorzugsweise bei dieser Temperatur statt. Es wurde ferner gefunden, dass für die Isolierung des Enzyms in aktiver Form erhöhte Salzkonzentrationen erforderlich sind. Die hierin beschriebenen Verfahren, insbesondere die Isolierungsschritte, finden daher vorzugsweise in Gegenwart erhöhter Salzkonzentrationen von 250 mM und mehr, beispielsweise 300 mM und mehr oder 400 mM und mehr statt. Als Salz eignet sich insbesondere Kaliumchlorid. Die Isolierung erfolgt daher vorzugsweise in Gegenwart von 400 bis 500 mM KCl. Der optimale pH-Wert für die Aufreinigung liegt im Bereich von 5,5 bis <7, beispielsweise im Bereich von 6 bis 6,8.In various embodiments of the invention, the expressed polypeptide is Methanothermus fervidus cyclic 2,3-diphosphoglycerate synthetase (cDPGS). In such embodiments, the host organism is in particular E. coli. In various embodiments, the nucleic acid coding for cDPGS (SEQ ID NO:2) is codon-optimized for use in E. coli and can therefore have, for example, the nucleotide sequence according to SEQ ID NO:3. It was found that the expression of cDPGS in E. coli has an optimum in a temperature range around about 16°C. Cultivation and expression therefore preferably take place at this temperature. It has also been found that isolating the enzyme in active form requires elevated salt concentrations. The methods described herein, in particular the isolation steps, therefore preferably take place in the presence of elevated salt concentrations of 250 mM and more, for example 300 mM and more or 400 mM and more. Potassium chloride is particularly suitable as the salt. The isolation is therefore preferably carried out in the presence of 400 to 500 mM KCl. The optimal pH for purification is in the range from 5.5 to <7, for example in the range from 6 to 6.8.
Für die cDPGS aus Methanothermus fervidus wurde ferner gefunden, dass sich diese nicht stabil mit einem Affinitätstag, insbesondere einem 6x-His-Tag, exprimieren ließ. Die hierin beschriebenen Verfahren erfolgen daher für dieses Enzym vorzugsweise ohne den Einsatz eines Affinitätstags, welches mit dem Enzym fusioniert ist.It was also found for the cDPGS from Methanothermus fervidus that it could not be expressed stably with an affinity tag, in particular a 6x His tag. The methods described herein are therefore preferably carried out for this enzyme without the use of an affinity tag which is fused to the enzyme.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur enzymatischen Herstellung von Extremolyten, wobei das Verfahren die Verwendung von rekombinant hergestellten Enzymen aus hyperthermophilen Organismen umfasst, die gemäß einem der Verfahren der Erfindung erhältlich sind. Derartige Verfahren können insbesondere in vitro Verfahren sein, in welchen das isolierte Enzym mit einem oder mehreren geeigneten Substraten unter Bedingungen, die die enzymatische Aktivität erlauben, in Kontakt gebracht wird. Die in diesen Verfahren eingesetzten Enzyme können alle hierin im Kontext mit den Expressionsverfahren beschriebenen Enzyme sein.In a further aspect, the invention relates to a method for the enzymatic production of extremolytes, the method comprising the use of recombinantly produced enzymes from hyperthermophilic organisms which can be obtained according to one of the methods of the invention. Such methods may in particular be in vitro methods in which the isolated enzyme is contacted with one or more suitable substrates under conditions which permit enzymatic activity. The enzymes used in these methods can be any of the enzymes described herein in the context of the expression methods.
In verschiedenen Ausführungsformen solcher Verfahren ist der Extremolyt cyclisches 2,3-Diphosphoglycerat (cDPG) und das Polypeptid/Enzym cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cDPGS), insbesondere die cDPGS aus Methanothermus fervidus, wie oben definiert. Die Synthese von cDPG erfolgt ausgehend von 2,3-Diphosphoglycerat als Substrat und in Anwesenheit von ATP und Magnesiumionen in einem für das Enzym angepassten Temperaturbereich, beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 70°C, wie z.B. 55 oder 60°C. Alternativ kann auch eine Zweischrittsynthese ausgehend von 2-Phosphoglycerat (2PG) durchgeführt werden, die zusätzlich den Einsatz von 2-Phosphoglyceratkinase (2PGK) erfordert (
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der Polypeptide, die mit einem der Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, zur Herstellung von Extremolyten, insbesondere zur in vitro Herstellung von Extremolyten. In derartigen Verwendungen kann das Polypeptid ein Enzym sein, wie im Kontext mit den erfindungsgemäßen Expressionsverfahren definiert, beispielsweise cDPGS aus Methanothermus fervidus. In diesen Ausführungsformen ist der Extremolyt dann cDPG.In yet another aspect, the invention relates to the use of the polypeptides produced by one of the methods of the invention for the production of extremolytes, in particular for the in vitro production of extremolytes. In such uses, the polypeptide may be an enzyme as defined in the context of the expression methods of the invention, for example cDPGS from Methanothermus fervidus. In these embodiments, the extremolyte is then cDPG.
Beispieleexamples
Material und Methodenmaterial and methods
Klonierung, heterologe Expression und Reinigung der rekombinanten ProteineCloning, heterologous expression and purification of the recombinant proteins
Klonierungcloning
Das Gen für die cyclische 2,3-Diphosphoglycerat-Synthetase (cdpgs, 1383 bp) aus M. fervidus (Mfer_0077, CAA70986) wurde durch PCR aus chromosomaler DNA von M. fervidus amplifiziert (die Primerpaare für die Klonierung sind in
Heterologe ExpressionHeterologous Expression
Kompetente Zellen von E. coli BL21(DE3)-CodonPlus-pRIL (CamR) (Merck, Darmstadt, Deutschland) wurden mit den konstruierten Plasmiden transformiert und in 200 mL - 400 mL LB-Medium (lysogeny broth medium) (Carl Roth GmbH + Co. KG, Karlsruhe, Deutschland) kultiviert. Die Expression wurde durch die Zugabe von 1 mM Isopropyl-β-d-thiogalactopyranosid (IPTG) bei einer OD600 zwischen 0,6 - 0,8 induziert. Die Kulturen wurden über Nacht bei 30°C und für optimierte Ergebnisse bei 16°C inkubiert. Die Zellen wurden geerntet (6.000 x g, 20 min, 4°C) und pro 1 g Feuchtzellmasse in 5 mL Puffer (50 mM MES (2-(N-Morpholino)ethansulfonsäure), 5 mM DTT, 2 mM MgCl2 , 300-500 mM KCl, pH 6.5) resuspendiert. Für die Zelllyse wurden die Zellsuspensionen dreimal durch eine French-Press-Zelle bei 20.000 psi (ca. 1379 bar) geleitet. Das Zelllysat wurde zentrifugiert (25,000xg, 45 min, 4°C), um alle Zelltrümmer zu entfernen. Der Überstand, der die rekombinante, thermophile cDPGS enthielt, wurde einem Hitzefällungsschritt bei 75°C für 30 min (Eppendorf Thermomixer bei 700 rpm) unterzogen, gefolgt von einer Zentrifugation (25,000xg, 45 min, 4°C), um denaturierte, mesophile Wirtsproteine zu entfernen.Competent cells of E. coli BL21(DE3)-CodonPlus-pRIL (Cam R ) (Merck, Darmstadt, Germany) were transformed with the constructed plasmids and placed in 200 mL - 400 mL LB medium (lysogeny broth medium) (Carl Roth GmbH + Co. KG, Karlsruhe, Germany). Expression was induced by the addition of 1mM isopropyl-β-d-thiogalactopyranoside (IPTG) at an OD 600 between 0.6 - 0.8. Cultures were incubated overnight at 30°C and at 16°C for optimized results. The cells were harvested (6,000×g, 20 min, 4° C.) and per 1 g wet cell mass in 5 mL buffer (50 mM MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid), 5 mM DTT, 2 mM MgCl 2 , 300- 500mM KCl, pH 6.5). For cell lysis, the cell suspensions were passed three times through a French press cell at 20,000 psi (about 1379 bar). The cell lysate was centrifuged (25,000xg, 45 min, 4°C) to remove all cell debris. The supernatant containing the recombinant, thermophilic cDPGS was subjected to a heat precipitation step at 75°C for 30 min (Eppendorf Thermomixer at 700 rpm), followed by centrifugation (25,000xg, 45 min, 4°C) to remove denatured, mesophilic remove host proteins.
Reinigungcleaning
Die Proteinfraktionen, die nach der Hitzebehandlung erhalten wurden, wurden weiter aufgereinigt. Für die Affinitätschromatografie wurde der Überstand auf eine Protino® Ni-TED Säule (Tris(carboxymethyl) ethylendiamin 1000 or 2000) (Macherey-Nagel GmbH & Co. KG, Düren, Deutschland) gegeben und nach Herstellerangabenunter Verwendung von 50 mM Tris/HCl oder 50 mM Kaliumphosphatpuffer pH 8 (50 mM Tris or 50 mM K2HPO4/KH2PO4, 5 mM DTT, 300 mM KCl or 300 mM NaCl, 250 mM Imidazol) gereinigt. Proteindialyse wurde mittels des Spectra/Por® Dialysemembran Standard RC Schlauchs (Repligen, Waltham, USA) mit einem Molekulargewichtsausschluss von 30 kDa durchgeführt. Das optimierte Protein, welches keinen Affinitätstag enthält, wurde mittels Größenausschlusschromatographie (SuperdexTM 200, HiLoadTM 26/60 Säule, 320 ml Volumen, GE Healthcare Life Science, Freiburg, Deutschland), equilibriert in 50 mM MES/KOH, 300 mM KCl, pH 6.5 (Flussrate 2 mL/min)) gereinigt (
Bestimmung der Aktivität der cDPGS in einem kontinuierlichen Assay und Bestimmung des Verbrauchs von 2,3-DPG und der cDPG-Bildung in einem diskontinuierlichen Assay-SystemDetermination of cDPGS activity in a continuous assay and determination of 2,3-DPG consumption and cDPG formation in a discontinuous assay system
Enzymeigenschaftenenzyme properties
Die Enzymaktivität wurde bestimmt, indem die ADP-Bildung aus ATP mit der Oxidation von NADH durch die Pyruvatkinase (PK) und L-Laktat-Dehydrogenase (LDH)) (Kaninchenmuskel, Merck, Darmstadt, Deutschland) gekoppelt wurde. Die Versuchsansätze (0,5 mL) enthielten 50 mM MES/KOH pH 6,5 mit 2,5 mM MgCl2, 400 mM KCl, 2,5 mM ATP, 0,5 mM NADH, 3,7 µg gereinigte cDPGS, 8 U PK, 4 U LDH und 2 mM Phosphoenolpyruvat. Nach 1 min Vorinkubation bei 55°C wurden die Reaktionen durch Zugabe von 2,3-Diphosphoglycerat (2,3-DPG) gestartet und die Oxidation von NADH wurde in einem Specord 210 UV/VIS Spectrometer (Analytic Jena AG, Jena, Deutschland) verfolgt. Alle Messungen wurden in Triplikaten durchgeführt.The enzyme activity was determined by coupling the ADP formation from ATP to the oxidation of NADH by pyruvate kinase (PK) and L-lactate dehydrogenase (LDH) (rabbit muscle, Merck, Darmstadt, Germany). The experimental batches (0.5 mL) contained 50 mM MES/KOH pH 6.5 with 2.5 mM MgCl 2 , 400 mM KCl, 2.5 mM ATP, 0.5 mM NADH, 3.7 µg purified cDPGS, 8 U PK, 4 U LDH and 2 mM phosphoenolpyruvate. After 1 min pre-incubation at 55°C, the reactions were started by adding 2,3-diphosphoglycerate (2,3-DPG) and the oxidation of NADH was measured in a Specord 210 UV/VIS spectrometer (Analytic Jena AG, Jena, Germany) tracked. All measurements were performed in triplicate.
Einfluss von Salz und pHInfluence of salt and pH
Die Stimulierung der Enzymaktivität wurde in Gegenwart von KCl analysiert. Dafür wurde die Enzymaktivität, wie oben beschrieben, mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen bis zu 500 mM und 16,8 µg teilgereinigter cDPGS nach der Hitzebehandlung analysiert. Zusätzlich wurde das pH-Optimum in einem Bereich von pH 5,5 - 8,0 unter Verwendung von 50 mM MES/KOH pH 5,5 und 6,5, 50 mM TES/KOH pH 6,8, 50 mM Kaliumphosphatpuffer pH 6,8 und HEPES/KOH pH 7,0 und 8,0 unter Zugabe von 400 mM KCl, bestimmt.The stimulation of enzyme activity was analyzed in the presence of KCl. For this purpose, the enzyme activity was analyzed, as described above, with different salt concentrations up to 500 mM and 16.8 μg of partially purified cDPGS after the heat treatment. In addition, the pH optimum was maintained in a range of pH 5.5 - 8.0 using 50mM MES/KOH pH 5.5 and 6.5, 50mM TES/KOH pH 6.8, 50mM potassium phosphate buffer pH 6 .8 and HEPES/KOH pH 7.0 and 8.0 with the addition of 400 mM KCl.
Verbrauch von 2,3 DPG und Bildung von cDPGConsumption of 2,3 DPG and formation of cDPG
Die cDPG-Synthese wurde in einem diskontinuierlichen Assay (1 mL) in 50 mM MES/KOH pH 6,5, 2,5 mM MgCl2, 2,5 mM ATP, 1 mM 2,3 DPG, 400 mM KCl bei 55°C unter Verwendung von 7,4 µg gereinigter cDPGS gemessen. 100 µL-Proben wurden in regelmäßigen Intervallen in vorgekühlte Reaktionsgefäße entnommen und direkt bei -80°C gelagert, um die Reaktion zu stoppen. Die verbrauchte 2,3-DPG-Menge wurde in 10 µL dieser Proben mittels eines 2,3-DPG-Testkits von Roche (MERCK, Darmstadt, Deutschland) bestimmt. Der Assay wurde gemäß den Herstellerangaben durchgeführt, aber für 96-well-Platten in einem Gesamtvolumen von 200 µl unter Verwendung einer NADH-Standardkurve, erhalten mittels Tecan Microplate Reader bei 340 nm (Tecan Group Ltd., Lifesciences, Männedorf, Schweiz), modifiziert. Entsprechend wurde die vom ATP resultierende ADP-Menge in 50 µL dieser Proben aus dem gleichen Zeitintervall unter Verwendung der PK- und LDH-Assay-Bedingungen, wie oben beschrieben, bestimmt.cDPG synthesis was performed in a batch assay (1mL) in 50mM MES/KOH pH 6.5, 2.5mM MgCl 2 , 2.5mM ATP, 1mM 2.3DPG, 400mM KCl at 55° C measured using 7.4 µg purified cDPGS. 100 µL samples were withdrawn into pre-cooled reaction tubes at regular intervals and stored directly at -80°C to stop the reaction. The amount of 2,3-DPG consumed was determined in 10 µL of these samples using a 2,3-DPG test kit from Roche (MERCK, Darmstadt, Germany). The assay was performed according to the manufacturer's instructions, but modified for 96-well plates in a total volume of 200 µl using an NADH standard curve obtained at 340 nm using the Tecan Microplate Reader (Tecan Group Ltd., Lifesciences, Männedorf, Switzerland). . Similarly, the amount of ADP resulting from ATP was determined in 50 µL of these samples from the same time interval using the PK and LDH assay conditions described above.
Beispiel 1: Expression und Reinigung von M. fervidus cDPGSExample 1: Expression and purification of M. fervidus cDPGS
Die heterologe Expression von cyclischer 2,3-Disphosphoglycerat-Synthetase (cdpgs) aus M. fervidus in E. coli resultiert in nur geringen Mengen des löslichen Proteins (
Beispiel 2: Charakterisierung von M. fervidus cDPGSExample 2: Characterization of M. fervidus cDPGS
cDPGS katalysiert die ATP-abhängige Bildung einer intramolekularen Phosphoanhydrid-Bindung in 2,3-DPG, was in cyclischem 2,3-Diphosphoglycerat (cDPG) resultiert. Die Aktivität wurde durch die Verfolgung der ADP-Bildung mittels Pyruvatkinase (PK) und L-Laktat-Dehydrogenase (LDH) (Kaninchenmuskel, Merck, Darmstadt, Deutschland) bestimmt. Allerdings konnte gezeigt werden, dass die cDPGS-Aktivität stark salzabhängig war: Eine 5,6-fache Aktivierung wurde in Gegenwart von 500 mM KCl beobachtet (
Die Reinigungsschritte erfolgten in Gegenwart von 400 mM KCl, 2,5 mM MgCl2 und 10 mM DTT als Reduktionsmittel. Die Stabilität von cDPGS konnte unter diesen Bedingungen signifikant verbessert werden. Für die Lagerung bei -80°C wurden 25% (v/v) Glycerol zu dem Puffer hinzugegeben, um die Enzymaktivität zu erhalten. Nach 1 Woche der Lagerung bei -80°C blieb das Enzym 100% aktiv und sogar nach 1,5 Monaten blieb die nahezu vollständige Aktivität erhalten (95%) (
Beispiel 3: cDPG-HerstellungExample 3: cDPG production
Die in vitro-Synthese von cDPG aus 2,3-DPG wurde bei 55°C in kleinem Maßstab analysiert. Dafür wurden 1 mM 2,3 DPG (0,76 mg in 1 mL) mit 2,5 mM ATP in 50 mM MES/KOH pH 6,5 enthaltend 400 mM KCl, 2,5 mM MgCl2, 10 mM DTT und 7,4 µg der gereinigten cDPGS (entspricht 0,11 U) inkubiert. Der Verbrauch von 2,3-DPG wurde in einem diskontinuierlichen Assay mittels des modifizierten Assay-Verfahrens des 2,3-DPG-Testkits von Roche (Merck, Darmstadt, Deutschland) wie oben beschrieben, verfolgt. Nach 10 min der Inkubation wurden 56% von 2,3-DPG durch die cDPGS umgesetzt, nach 30 min 92%, und nach 60 min war das 2,3-DPG vollständig verbraucht (
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene andere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, in den beigefügten Ansprüchen alle derartigen Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen, abzudecken.While particular embodiments of the present invention have been shown and described, it would be apparent to those skilled in the art that various other changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention. It is therefore intended to cover in the appended claims all such changes and modifications as fall within the scope of the invention.
Es folgt ein Sequenzprotokoll als elektronisches Dokument. Dieses kann sowohl in DEPATISnet als auch im DPMAregister aufgerufen werden.A sequence listing follows as an electronic document. This can be accessed both in DEPATISnet and in the DPMAregister.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021124566.4A DE102021124566A1 (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021124566.4A DE102021124566A1 (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021124566A1 true DE102021124566A1 (en) | 2023-03-23 |
Family
ID=85384070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021124566.4A Pending DE102021124566A1 (en) | 2021-09-22 | 2021-09-22 | PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021124566A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0373962B1 (en) | 1988-12-16 | 1995-09-13 | Abbott Laboratories | Isolating thermostable enzymes |
-
2021
- 2021-09-22 DE DE102021124566.4A patent/DE102021124566A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0373962B1 (en) | 1988-12-16 | 1995-09-13 | Abbott Laboratories | Isolating thermostable enzymes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lamosa et al. | Thermostabilization of proteins by diglycerol phosphate, a new compatible solute from the hyperthermophile Archaeoglobus fulgidus | |
Rina et al. | Alkaline phosphatase from the Antarctic strain TAB5: properties and psychrophilic adaptations | |
Chen et al. | Inositol-1-phosphate synthase from Archaeoglobus fulgidus is a class II aldolase | |
EP0459385B1 (en) | Maltopentaose producing amylases | |
DE112015003962T5 (en) | 3-hydroxypropionic acid-producing recombinant yeast and method of producing 3-hydroxypropionic acid using the same | |
Staufenberger et al. | First crenarchaeal chitinase found in Sulfolobus tokodaii | |
EP2267007B1 (en) | New gene products of bacillus licheniformis forming or decomposing polyamino acids and associated improved biotechnological production method | |
Siebers et al. | Carbohydrate metabolism in Thermoproteus tenax: in vivo utilization of the non-phosphorylative Entner-Doudoroff pathway and characterization of its first enzyme, glucose dehydrogenase | |
Halpert et al. | The Arabidopsis chloroplast RNase J displays both exo-and robust endonucleolytic activities | |
Rahman et al. | Sequence analysis of glutamate dehydrogenase (GDH) from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus sp. KOD1 and comparison of the enzymatic characteristics of native and recombinant GDHs | |
US20170327854A1 (en) | Methods for cellobiosan utilization | |
DE102021124566A1 (en) | PROCESS FOR THE RECOMBINANT PRODUCTION OF POLYPEPTIDES | |
Liu et al. | Molecular characterization of a thermostable aldehyde dehydrogenase (ALDH) from the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus tokodaii strain 7 | |
US11566204B2 (en) | Phospholipase C and encoding gene thereof | |
Chan et al. | Construction of inducible expression vector pDNLS-22n containing P. aeruginosa PAO1 ChiC | |
Sansenya et al. | Expression and crystallization of a bacterial glycoside hydrolase family 116 β-glucosidase from Thermoanaerobacterium xylanolyticum | |
EP3390629B1 (en) | Pectinases with improved thermostability | |
Lahiri et al. | Enzymatic and regulatory attributes of Trehalose‐6‐Phosphate phosphatase from Candida utilis and its role during thermal stress | |
Yao et al. | Expression, purification, and characterization of a recombinant methionine adenosyltransferase pDS16 in Pichia pastoris | |
Wardenga et al. | Functional expression of porcine aminoacylase 1 in E. coli using a codon optimized synthetic gene and molecular chaperones | |
Haryati et al. | Akhmaloka | |
Bellevik et al. | Overexpression of Arabidopsis thaliana soluble epoxide hydrolase 1 in Pichia pastoris and characterisation of the recombinant enzyme | |
EP3390628B1 (en) | Calcium independent pectinases with improved thermostability | |
Mahmoudi et al. | High yield expression and purification of Aspergillus flavus uricase cloned in Pichia pink™ expression system | |
KR101203528B1 (en) | Thermostable arylsulfatase and usage thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE |