DE10352366A1 - Vector system that includes transcribable gene and pH-sensitive reporter gene, useful for identifying enzymes that catalyze pH-dependent reactions, also derived expression and substance libraries - Google Patents

Vector system that includes transcribable gene and pH-sensitive reporter gene, useful for identifying enzymes that catalyze pH-dependent reactions, also derived expression and substance libraries Download PDF

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DE10352366A1 DE2003152366 DE10352366A DE10352366A1 DE 10352366 A1 DE10352366 A1 DE 10352366A1 DE 2003152366 DE2003152366 DE 2003152366 DE 10352366 A DE10352366 A DE 10352366A DE 10352366 A1 DE10352366 A1 DE 10352366A1
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Abstract

Vector system (VS) comprising at least one vector (V) that includes at least one target gene (TG), transcribable from a promoter, and at least one pH-sensitive reporter gene (RG), transcribable from the same, or some other, promoter, is new. Independent claims are also included for the following: (1) expression system (ES) comprising a host cell, or culture, transfected with VS; (2) substance library that contains VS; (3) expression library that contains ES; and (4) identifying target gene products that modulate pH.

Description

Die Erfindung betrifft ein biotechnologisches Verfahren zum Auffinden sowie zur Bestimmung der katalytischen Aktivität von Enzymen und die für dieses Verfahren benötigten Vektoren und Bibliotheken.The The invention relates to a biotechnological method for finding as well as for the determination of the catalytic activity of enzymes and for this Needed procedure Vectors and libraries.

Der Einsatz von Enzymen in katalytischen Syntheseverfahren gewinnt in der chemischen Industrie zunehmend an Bedeutung. Aus diesem Grunde werden große Anstrengungen unternommen, neue Enzyme zu identifizieren bzw. die Aktivität bekannter Enzyme durch künstlich Veränderungen zu variieren.Of the Use of enzymes in catalytic synthesis processes gains in the chemical industry increasingly important. For this reason be great Made efforts to identify new enzymes or the activity known enzymes by artificial changes to vary.

Neben den herkömmlichen Verfahren zur ungezielten Mutagenese von Proteinen werden zunehmend auch evolutive Methoden zur gezielten Variation von Proteinen eingesetzt. Dabei werden zunächst Bibliotheken an modifizierten Biomolekülen erzeugt, die anschließend auf die Aktivität ihrer einzelnen Mitglieder getestet werden. Solche evolutive Methoden können auch zur Verbesserung von Biokatalysatoren hinsichtlich ihrer katalytischen Eigenschaften eingesetzt werden. Dabei ist die individuelle Austestung der einzelnen erzeugten Bibliotheksmitglieder, insbesondere bei Bibliotheken aus Biokatalysatoren, sowie die anschließende Aussortierung der aktivsten Mitglieder aus der großen Anzahl der Bibliotheksmitglieder sehr zeit- und kostenaufwendig.Next the conventional one Methods for the untargeted mutagenesis of proteins are becoming increasingly common used evolutionary methods for targeted variation of proteins. It will be first Libraries are generated on modified biomolecules, which subsequently the activity be tested by their individual members. Such evolutionary methods can also for improving biocatalysts with regard to their catalytic Properties are used. Here is the individual test the individual generated library members, in particular at Libraries of biocatalysts, as well as the subsequent sorting out the most active members from the large number of library members very time consuming and expensive.

Ein einfacher Assay zur Bestimmung der katalytschen Aktivität einzelner Enzyme ist ein Agarplatten-Assay. Hierbei wird in das Nährmedium ein für den Reaktionsnachweis spezifischer Indikator gegeben. Besitzt ein Klon die gesuchte enzymatische Aktivität, so wird an der entsprechenden Stelle der Agaroseplatte eine Indikatorreaktion induziert. Allerdings ist dieses Verfahren dadurch eingeschränkt, dass nur gewisse, mit dem Nährboden kompatible, Indikatorreaktion anwendbar sind, insbesondere pH-abhängige Nachweisverfahren können nur sehr bedingt verwendet werden. Darüber hinaus ist ein solches Nachweisverfahren nicht in einer flüssigen Kulturlösung durchführbar, da eine zielgerichtete nachfolgende Vereinzelung von Kolonien nicht mehr möglich ist.One simple assay for determining the catalytic activity of individual Enzymes is an agar plate assay. This is in the nutrient medium one for given the reaction detection specific indicator. Own one Clone the sought enzymatic activity, so it is at the appropriate Place the agarose plate induces an indicator reaction. Indeed this method is limited by the fact that only certain, with the breeding ground Compatible, indicator reaction are applicable, especially pH-dependent detection methods can only be used very conditionally. In addition, such is one Detection method not feasible in a liquid culture solution, since a targeted subsequent separation of colonies no longer possible is.

Eine große Anzahl von Enzymen katalysieren Reaktionen, die direkt oder indirekt zu einer Änderung des pH-Werts führen. Insbesondere Enzyme der E.C-Klassen Nr. 1 (Oxidoreduktasen), 2 (Transferasen), 3 (Hydrolasen) und 4 (Lyasen) gehören zu dieser Gruppe. Aus diesem Grunde besteht ein Bedarf an spezifischen Screeningverfahren, die eine Selektion bezüglich der Aktivität und Selektivität dieser Biokatalysatoren ermöglichen.A size Number of enzymes catalyze reactions, directly or indirectly to a change of pH lead. In particular, enzymes of the E.C classes No. 1 (oxidoreductases), 2 (transferases), 3 (hydrolases) and 4 (lyases) belong to this group. For this There is a need for specific screening methods which a selection regarding the activity and selectivity enable these biocatalysts.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das das Auffinden von Biokatalysatoren und das schnelle Screening solcher Enzyme, hinsichtlich ihrer biokatalytischen Aktivität ermöglicht.It Therefore, the task was to develop a method that the Locating biocatalysts and rapid screening of such Enzyme, allowing for their biocatalytic activity.

Die Aufgabe wird durch Vektorsysteme, die mindestens ein, von einem Promotor aus transkribierbares Zielgen und mindestens ein, von demselben oder einem anderen Promoter aus transkribierbaren Reportergens, dass für ein pH-sensitives Reportergenprodukt codiert, enthalten.The Task is performed by vector systems, which are at least one, of one Promoter of transcribable target gene and at least one, of the same or another promoter of transcribable reporter gene, that for encodes a pH-sensitive reporter gene product.

Das Zielgen zeichnet sich dadurch aus, dass es ein pH-Wert beeinflussendes Genprodukt codiert. Solche Zielgenprodukte sind insbesondere Oxidoreduktasen (E.C-Klasse 1), Transferasen (E.C-Klasse 2), Hydrolasen (E.C-Klasse 3) und Lyasen (E.C-Klasse 4).The Target gene is characterized by the fact that it has a pH-influencing Gene product coded. Such target gene products are in particular oxidoreductases (E.C class 1), transferases (E.C class 2), hydrolases (E.C class 3) and lyases (E.C class 4).

Unter dem Begriff Hydrolasen fallen insbesondere alle Enzyme, die Substrate katalytisch unter Verbrauch von Wasser spalten und/oder unter Freisetzung von Wasser verknüpfen. Dabei können Kohlensoff-Sauerstoff, Kohlenstoff-Stickstoff, Kohlenstoff-Kohlenstoff, Kohlenstoff-Halogen, Phosphor-Stickstoff, Schwefel-Sauerstoff oder Phosphor-Sauerstoff-Bindungen geknüpft bzw. hydrolysiert werden. Bevorzugte Hydrolasen sind Esterasen, wie z. B. Lipasen, Phosphatasen, Phosphodiesterasen, Sulfatasen, Nukleasen, Glykosidasen, wie z. B. α- oder β-Glucosidasen oder α- oder β-Galaktosidasen, Peptidasen, wie z. B. Serin-, Cystein-, Aspartat oder Metall-Proteasen, Etherhydrolasen, Amidasen, Amidinasen oder Nitrilasen.Under The term hydrolases in particular includes all enzymes, the substrates catalytically split with consumption of water and / or release of water. It can Carbon-oxygen, carbon-nitrogen, carbon-carbon, Carbon-halogen, phosphorus-nitrogen, sulfur-oxygen or phosphor-oxygen-bonds linked or hydrolyzed. Preferred hydrolases are esterases, such as Lipases, phosphatases, phosphodiesterases, sulfatases, Nucleases, glycosidases, such as. B. α- or β-glucosidases or α- or β-galactosidases, peptidases, such as Serine, cysteine, aspartate or metal proteases, ether hydrolases, Amidases, amidinases or nitrilases.

Unter den Oxidoreduktasen sind bevorzugt Dehydrogenasen, die Alkohole in Aldehyde bzw. Ketone oder umgekehrt Aldehyde bzw. Ketone in Alkohole sowie Aldehyde in Carbonsäuren oder umgekehrt Carbonsäuren in Aldehyde umwandeln. Weiterhin sind bevorzugte Oxidoreduktasen die Monooxygenasen, die Alkene in Epoxide, Ketone in Ester, cyclische Ketone in Lactone, Thioether in Sulfoxide oder Alkene in Alkohole umwandeln oder Dioxygenasen, die Aromaten in deren Diole umwandeln sowie Peroxidasen, die Alkene in Epoxide, Thioether in Sulfoxide oder Aromaten in deren Alkohole umwandeln.Under the oxidoreductases are preferably dehydrogenases, the alcohols in aldehydes or ketones or vice versa aldehydes or ketones in alcohols and aldehydes in carboxylic acids or conversely, carboxylic acids convert into aldehydes. Furthermore, preferred oxidoreductases the monooxygenases, the alkenes in epoxides, ketones in esters, cyclic ones Ketones in lactones, thioethers in sulfoxides or alkenes in alcohols or dioxygenases that convert aromatics to their diols and peroxidases, the alkenes in epoxides, thioethers in sulfoxides or convert aromatics into their alcohols.

Bevorzugte Lyasen umfassen insbesondere die Kohlenstoff-Sauerstoff Lyasen, wie z. B. die Dehydratasen oder die Kohlenstoff-Stickstoff-Lyasen, wie z. B. die Aspartasen oder Kohlenstoff-Halogen-Lyasen, wie z. B. Dehalogegenasen.preferred Lyases include in particular the carbon-oxygen lyases, such as The dehydratases or the carbon-nitrogen-lyases, such as As the aspartases or carbon-halogen-lyases, such as. B. Dehalogegenases.

Zu den bevorzugten Transferasen im Sinne dieser Erfindung gehören insbesondere die Aminotransferasen und Kinasen.To the preferred transferases in the sense of this invention are in particular the aminotransferases and kinases.

Neben den natürlich vorkommenden allelen Formen der genannten Enzymgene sind auch deren künstlich mutierte Formen als Zielgene von besonderem Interesse. Unter den Begriff Zielgen im Sinne der vorliegenden Erfindung fallen weiterhin Teilsequenzen von natürlich vorkommenden und künstlich mutierten Enzymgenen. Bevorzugte Teilsequenzen sind solche, die für die jeweilige Enzymklasse konservierten Nukleobasenabschnitte enthalten bzw. solche Teilsequenzen, die Enzymdomänen codieren, die eine enzymatische Aktivität besitzen.Next the course occurring allelic forms of said enzyme genes are also their artificial mutant forms as target genes of particular interest. Among the Term target gene in the context of the present invention continue to fall Partial sequences of course occurring and artificial mutated enzyme genes. Preferred partial sequences are those which for the respective class of enzymes contain conserved nucleobase segments or such partial sequences encoding enzyme domains encoding an enzymatic activity have.

Als Reportergen ist z. B. das pHluorin, eine pH-sensitive mutante Form des GFPs (z. B. beschrieben in WO 98/36081 oder in Miesenböck, G. et al., Nature 1998, 394, 192–195.) oder einer Variante davon geeignet. Unter einer pHluorin-Gen-Variante werden Nukleinsäurefragmente mit einer Homologie von mehr als 50%, insbesondere von mehr als 70%, bevorzugt von mehr als 85%, bezogen auf die pH-Wert-sensitiv Licht emittierenden pHluorin-Genvarianten (WO 98/36081) verstanden.When Reporter gene is z. As the pHluorin, a pH-sensitive mutant form of the GFP (eg described in WO 98/36081 or in Miesenböck, G. et al., Nature 1998, 394, 192-195.) or a variant thereof. Under a pHluorin gene variant become nucleic acid fragments with a homology of more than 50%, in particular more than 70%, preferably more than 85%, based on the pH-sensitive light emitting pHluorin gene variants (WO 98/36081) understood.

Ein Vorteil der Verwendung des pHluorins als Reporter liegt in dessen annähernd linearer Abhängigkeit des Emissionsbanden-Verhältnisses vom pH-Wert im Bereich von pH 5 bis pH 10. Aufgrund dessen kann die Beeinflussung des pH-Wertes durch ein Zielgenprodukt, z. B. die Aktivität einer Hydrolase gegenüber einem bestimmten Substrat, sehr genau bewertet werden.One Advantage of the use of the pHluorine as a reporter lies in the nearly linear dependence the emission band ratio from pH in the range of pH 5 to pH 10. Due to this, the Influencing the pH by a target gene product, eg. B. the activity a hydrolase a specific substrate, to be evaluated very accurately.

Besonders bevorzugt wird eine racemische Mischung des pHluorins benutzt. Das Racemat zeigt bei spektrometrischen Untersuchungen zwei pH-abhängige Emissionspeaks, einen bei 395 nm und einen bei 475 nm. Das Verhältnis der Emissionsintensitäten R475/395 verändert sich dabei reversibel in Abhängigkeit vom pH-Wert. Ein großer Vorteil des racemischen pHluorin-Gemisches liegt darin, dass nicht nur das Verhältnis der Emissionspeaks ein Maß für den pH-Wert in der Umgebung darstellt, sondern auch darin, dass dieses Verhältnis unabhängig von der pHluorin-Konzentration selbst ist. Bei der Bestimmung des Emissionsverhältnisses muss nicht zwingend die Wellenlänge im Emissionsmaximum gemessen werden, es kann dazu ein Wellenlängenbereich von 360 nm bis 440 nm, bevorzugt zwischen 380 nm und 410 nm, und von 450 nm bis 500 nm, bevorzugt zwischen 460 nm und 490 nm, genutzt werden.Most preferably, a racemic mixture of the pH is used. The racemate shows two pH-dependent emission peaks in spectrometric investigations, one at 395 nm and one at 475 nm. The ratio of the emission intensities R 475/395 changes reversibly depending on the pH. A great advantage of the racemic mixture of pHluorine is that not only the ratio of the emission peaks is a measure of the pH in the environment, but also that this ratio is independent of the pH of the fluorine itself. In determining the emission ratio, it is not absolutely necessary to measure the wavelength at the emission maximum; it may have a wavelength range from 360 nm to 440 nm, preferably between 380 nm and 410 nm, and from 450 nm to 500 nm, preferably between 460 nm and 490 nm , be used.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vektorsysteme kann das Zielgen und das Reportergen entweder zusammen in einen Vektor oder in mindestens zwei gleichen oder zwei unterschiedlichen Vektoren kloniert werden.to Preparation of the vector systems according to the invention The target gene and the reporter gene can either be together in one Vector or in at least two equal or two different ones Vectors are cloned.

Geeignete Expressionsvektoren sind z. B. pGEM, pUC, pGEX, pTRX, pJOE oder pQE für E. coli, aber auch Expressionsvektoren anderer prokaryontischer Einzeller können verwendet werden. Als geeignete Expressionsvektoren für Hefen haben sich z. B. der pREP-Vektor, der pINT-Vektor der pTZα/β-Vektor oder der pTZsp-Vektor erwiesen. Für die Expression in Insektenzellen sind z. B. Baculovirus-Vektoren wie in EP-B1-0127839 oder EP-B1-0549721 offenbart, und für die Expression in Säugerzellen sind z. B. SV40-Vektoren geeignet, welche allgemein erhältlich sind. Besonders bevorzugt sind Expressionsvektoren für einzellige pro- und eukaryontische Organismen, insbesondere aus der Gruppe pGEX, pJOE, pREP und pINT.suitable Expression vectors are for. PGEM, pUC, pGEX, pTRX, pJOE or pQE for E. coli, but also expression vectors of other prokaryotic Protozoa can be used. As suitable expression vectors for yeasts have z. For example, the pREP vector, the pINT vector of the pTZα / β vector or the pTZsp vector proved. For the expression in insect cells are z. B. baculovirus vectors as disclosed in EP-B1-0127839 or EP-B1-0549721, and for expression in mammalian cells are z. B. SV40 vectors, which are commonly available. Particularly preferred are expression vectors for unicellular pro- and eukaryotic Organisms, in particular from the group pGEX, pJOE, pREP and pINT.

Die Vektoren können neben den üblichen Markern, wie z. B. der Ampicillin-Resistenz, weitere funktionelle Nukleotidsequenzen zur Regulation, insbesondere zur Repression oder Induktion der Expression des Zielgens und/oder des Reportergens enthalten. Als Promotoren werden bevorzugt induzierbare Promotoren, wie z. B. der rha-Promotor oder der nmt1 -Promotor benutzt. Weitere bewährte Promotoren sind z. B. der ADH-2-Promotor für die Expression in Hefen (Russel et al. (1983), J. Biol. Chem. 258, 2674), der Baculovirus-Polyhedrin-Promotor für die Expression in Insektenzellen (s. z. B. EP-B1-0127839) oder der frühe SV40-Promotor oder die LTR-Promotoren z. B. von MMTV (Mouse Mammary Tumour Virus; Lee et al. (1981) Nature, 214, 228).The Vectors can in addition to the usual Markers, such as As the ampicillin resistance, other functional nucleotide sequences for regulation, in particular for repression or induction of expression of the target gene and / or the reporter gene. As promoters are preferably inducible promoters such. B. the rha promoter or the nmt1 promoter is used. Other proven promoters are z. B. the ADH-2 promoter for expression in yeasts (Russel et al., (1983) J. Biol. Chem. 2674), the baculovirus polyhedrin promoter for expression in insect cells (see eg EP-B1-0127839) or the SV40 early promoter or the LTR promoters z. From MMTV (Mouse Mammary Tumor Virus; Lee et al. (1981) Nature, 214, 228).

Die erfindungsgemäßen Expressionsvektoren können weitere funktionale Sequenzbereiche, wie z. B. einen Replikationsstartpunkt, Operatoren, oder Terminationssignale enthalten.The expression vectors of the invention can additional functional sequence regions, such. B. an origin of replication, Operators, or contain termination signals.

Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Vektorsystem ist eine Mischung aus den Vektoren pJOE 2792.1, enthaltend als Zielgen das Pseudomonas fluorescens – Esterase (PFE)-Gen (Pelletier, I. und Altenbuchner, J. (1995); A bacterial esterase is homologous with non-haem haloperoxidases and displays brominating activity. Microbiology 141, 459-68) und dem Vektor pGEX_rat_pHluorin (Miesenbock, G., De Angelis, D. A. und Rothman, J. E. (1998). Visualizing secretion and synaptic transmission with pH-sensitive green fluorescent proteins. Nature 394, 192–195; siehe dazu auch 1). Beide Expressionsplasmide können aber auch genutzt werden um ein Expressionsplasmid zu konstruieren, dass neben dem Zielgen, hier das PFE-Gen, gleichzeitig das Reportergen, im vorliegenden Fall das pHluorin-Gen, enthält (2). Das resultierende Expressionsplasmid wird als pGEX_pH_PFE bezeichnet.An example of a vector system according to the invention is a mixture of the vectors pJOE 2792.1, containing as target gene the Pseudomonas fluorescens esterase (PFE) gene (Pelletier, I. and Altenbuchner, J. (1995); A bacterial esterase is homologous with non-haem haloperoxidases and displays brominating activity. Microbiology 141, 459-68 ) and the vector pGEX_rat_pHluorin (Miesenbock, G., De Angelis, DA and Rothman, JE (1998), Visualizing secretion and synaptic transmission with pH-sensitive green fluorescent proteins, Nature 394, 192-195; see also 1 ). However, both expression plasmids can also be used to construct an expression plasmid which, in addition to the target gene, here the PFE gene, simultaneously contains the reporter gene, in the present case the pHluorin gene ( 2 ). The resulting expression plasmid is referred to as pGEX_pH_PFE.

Mit den beschriebenen Vektorsystemen können Wirtszellen mit den herkömmlichen Methoden, wie z. B. der PEG/DMSO-Methode oder durch Elektroporation, transformiert werden.With The vector systems described can be host cells with the conventional Methods, such. As the PEG / DMSO method or by electroporation, be transformed.

Dadurch wird ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung erhalten, das sind Expressionssysteme die Wirtszellen oder Wirtszellkulturen umfassen, die mit den eben beschriebenen Vektorsystemen transfiziert sind. Bevorzugte Wirte sind einzellige prokaryontische Organismen, insbesondere E. coli. Zur Expression eukaryontischer Zielgene kann es von Vorteil sein eukaryontische Expressionssyteme heranzuziehen, um z. B. eukaryontentypische posttranslationale Modifikationen in das Zielgenprodukt einzuführen. Besonders geeignete eukaryontische Wirtszellen sind Hefen, wie z. B. der Gattung Aspergillus, Schwanniomyces, Kluyveromyces, Yarrowia, Arxula, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Hansenula, Pichia, Hanseniaspora, Zygosaccharomyces, Ustilago, Debaryomyces, Cryptococcus, Rhodotorula, Trichosporon, Kluyveromyces, Torulopsis oder Williopsis.Thereby another object of the present invention is obtained these are expression systems, the host cells or host cell cultures which transfects with the vector systems just described are. Preferred hosts are unicellular prokaryotic organisms, especially E. coli. For expression of eukaryotic target genes can it is advantageous to use eukaryotic expression systems to z. Eukaryotic-typical posttranslational modifications in to introduce the target gene product. Particularly suitable eukaryotic host cells are yeasts, such. As the genus Aspergillus, Schwanniomyces, Kluyveromyces, Yarrowia, Arxula, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Hansenula, Pichia, Hanseniaspora, Zygosaccharomyces, Ustilago, Debaryomyces, Cryptococcus, Rhodotorula, Trichosporon, Kluyveromyces, Torulopsis or Williopsis.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Expressionssysteme gelingt es, durch Coexpression des Zielgens mit dem Reportergen, die Aktivität des Zielgenproduktes in vivo nachzuweisen. So kann z. B. durch in-vivo Expression einer Hydrolase und des pHluorins die Hydrolasenaktivität bestimmt werden, da die exprimierte Hydrolase durch die enzymatische Umsetzung ihrer Substrate den pH-Wert in der Wirtszelle verändert. Dies ist um so überraschender, da der pH-Wert in einer Zelle von der Zelle reguliert wird.With Help of the expression systems according to the invention succeeds, by coexpression of the target gene with the reporter gene, the activity of the target gene product in vivo. So z. B. by in vivo Expression of a hydrolase and the pHluorin determines the hydrolase activity be because the expressed hydrolase by the enzymatic reaction their substrates changed the pH in the host cell. This is all the more surprising because the pH in a cell is regulated by the cell.

So gelingt es z. B. die Esterase aus Pseudomonas fluorescens gemeinsam mit pHluorin zu exprimieren. Die Esterase aus Pseudomonas fluorescens ist ein Enzym, das eine Reihe aliphatischer und aromatischer Ester in einem Temperaturbereich bis 40°C zu hydrolysieren vermag und im pH-Bereich von 5 bis 10 aktiv ist.So succeeds z. B. the esterase from Pseudomonas fluorescens in common to express with pHluorin. The esterase from Pseudomonas fluorescens is an enzyme that contains a number of aliphatic and aromatic esters in a temperature range up to 40 ° C to hydrolyze and is active in the pH range of 5 to 10.

Für die Coexpression der Esterase und des pHluorin-Reporterproteins in E. coli wurde ein Expressionsvektor pGEX_pH_PFE erstellt, der sowohl das PFE-Gen der PFE-Esterase als auch das pHluorin-Gen jeweils unter Kontrolle eines eigenen Promotors trägt. Dieser wurde aus den Plasmiden pJOE 2792.1 und pGEX_rat_pHluorin konstruiert. Die Klonierungsstrategie ist in 2 dargestellt. Hierzu wurde zunächst mittels site-directed Mutagenese eine HindIII-Restriktionsschnittstelle am 3' Ende von rat_pHluorin im Plasmid pGEX_rat_pHluorin eingeführt. Im zweiten Schritt wurde das Gen für die Esterase pfe mit dem eigenen Promotor rhaP über die Restriktionsschnittstellen EcoRI und HindIII aus dem Plasmid pJOE2792.1 in das modifizierte Plasmid pGEX_rat_pHluorin kloniert.For the coexpression of the esterase and the pHluorin reporter protein in E. coli, an expression vector pGEX_pH_PFE was prepared, which carries both the PFE gene of the PFE esterase and the pHluorin gene in each case under the control of its own promoter. This was constructed from plasmids pJOE 2792.1 and pGEX_rat_pHluorin. The cloning strategy is in 2 shown. For this purpose, a HindIII restriction cleavage site was first introduced by site-directed mutagenesis at the 3 'end of rat_pHluorin in the plasmid pGEX_rat_pHluorin. In the second step, the gene for the esterase pfe with its own promoter rhaP was cloned via the restriction sites EcoRI and HindIII from the plasmid pJOE2792.1 into the modified plasmid pGEX_rat_pHluorin.

Durch die Co-Expression des PFE- und pHluorin-Gens kann die pH-Wertänderung in der transformierten Wirtszelle, hervorgerufen durch die exprimierte Hydrolase, mittels dem pHluorin-Reporter nachgewiesen werden.By Co-expression of the PFE and pHluorin genes may alter the pH in the transformed host cell evoked by the expressed Hydrolase, be detected by means of the pHluorin reporter.

Somit ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum invivo Nachweis des Einflusses der Zielgenprodukte auf den pH-Wert im Wirtsorganismus, wodurch Enzyme aufgefunden werden können bzw. die enzymatische Aktivität der Enzyme bestimmt werden kann.Consequently Another object of the present invention is a process for in vivo detection of the influence of the target gene products on the pH value in the host organism, whereby enzymes can be found or the enzymatic activity the enzymes can be determined.

Das beanspruchte Verfahren umfasst zumindest folgende Verfahrensschritte:

  • a) Coexpression des Zielgens und des Reportergens im Wirtsorganismus und
  • b) Bestimmung der pH-Wert-Änderungen im Wirtsorganismus, die durch das Zielgenprodukt hervorgerufen wird, mit Hilfe des Reportergenproduktes.
The claimed method comprises at least the following method steps:
  • a) Coexpression of the target gene and the reporter gene in the host organism and
  • b) Determination of the pH changes in the host organism, which is caused by the target gene product, using the reporter gene product.

Die Wirtszellen können in einem für den jeweiligen Wirtsorganismus geeigneten Kulturmedium angezüchtet werden. Die Kultivierung kann durch Ausplattierung der Wirtszellen auf Agarplatten unter Selektion der Expressionssysteme unter Zusatz eines Antibiotikums erfolgen. Alternativ ist auch die Kultivierung der Wirtszellen in flüssigem Kulturmedium möglich, wobei eine Selektion mit Hilfe eines Antibiotikums vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig ist. Die Anzucht der Zellen in Flüssigkultur kann dabei in einem alle Expressionssysteme umfassenden Behälter erfolgen oder getrennt in einzelnen Kompartimenten, z. B. in einer Mikrotiterplatte.The Host cells can in a for the appropriate host organism suitable culture medium are grown. Cultivation can be achieved by plating the host cells on agar plates under selection of the expression systems with the addition of an antibiotic respectively. Alternatively, the cultivation of the host cells in liquid Culture medium possible, whereby selection by means of an antibiotic is advantageous, but not mandatory. The cultivation of the cells in liquid culture can be done in a comprehensive all expression systems container or separately in individual compartments, e.g. B. in a microtiter plate.

Zur Kultivierung der Expressionssysteme, wie z. B. mit den erfindungsgemäßen Vektorsystemen transfizierten E. coli -Stämmen, können die bekannten Kulturmedien verwendet werden. Für die E. coli -Kultivierung ist z. B. das Luria-Bertani Medium gängig. Als Selektionsmarker werden meist Antibiotikaresistenzgene verwendet, die bereits in den gängigen Vektoren integriert sind. Zur Selektion werden dann dem Kulturmedien entsprechende Antibiotika, wie Ampicilin, Streptomycin usw. zugesetzt.to Cultivation of expression systems, such. B. transfected with the vector systems of the invention E. coli strains, can the known culture media are used. For E. coli cultivation is z. For example, the Luria-Bertani Medium common. Antibody resistance genes are mostly used as selection markers, already in the common ones Vectors are integrated. For selection then the culture media appropriate antibiotics such as ampicillin, streptomycin, etc. added.

Die Kultivierung der Wirtszellen erfolgt nach Standardprotokollen bevorzugt bei Temperaturen zwischen 30 und 45°C.The Cultivation of the host cells is carried out according to standard protocols preferred at temperatures between 30 and 45 ° C.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Coexpression von Ziel- und Reportergen im Expressionssystem Vektoren verwendet, deren Transkription induzierbar ist. Dadurch kann die Expression des Ziel- und/oder des Reportergens über die Zugabe eines Induktors kontrolliert werden. In dieser Hinsicht hat sich z. B. die Induktion durch Rhamnose und IPTG in Verbindung mit der Transkriptionskontrolle von Ziel- und Reportergen durch den rha-Promoter und den tac-Promotor als geeignet erweisen.In a preferred embodiment are used for the coexpression of target and reporter gene in the expression system Used vectors whose transcription is inducible. Thereby For example, the expression of the target and / or the reporter gene can be determined via the Addition of an inductor to be controlled. In this regard has become z. B. the induction by rhamnose and IPTG in conjunction with the Transcription control of target and reporter gene by the rha promoter and the tac promoter prove suitable.

Die Effizienz des beschriebene Verfahren kann weiter gesteigert werden, indem dem Medium für das jeweilige Enzym geeignete Substrate zugesetzt werden, wodurch sich die Signifikanz der enzymatisch hervorgerufenen pH-Wertänderung erhöht.The Efficiency of the described method can be further increased, by the medium for the respective enzyme suitable substrates are added, whereby the significance of the enzymatically induced pH change elevated.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die katalytische Aktivität von Enzymen untersucht, die pH-Wert abhängige Reaktionen katalysieren. Dabei wird die Aktivität von Enzymen über die Stärke der pH-Wert-Änderung in der Wirtszelle bestimmt.In a further preferred embodiment is with the method according to the invention the catalytic activity of enzymes that catalyze pH-dependent reactions. This is the activity from enzymes over the strenght the pH change determined in the host cell.

Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es vor allem möglich die spezifisch Aktivität einzelner Enzyme gegenüber einem bestimmten Substrat zu ermitteln. Auf diese weise können für die organische Synthese, bezogen auf vorgegebene Substrate, besonders effiziente Enzyme ermittelt und damit bereitgestellt werden. So können z. B. zur Untersuchung der Aktivität von Esterasen als Substrat dem Medium Ester zugesetzt werden, die unter Freisetzung von Protonen enzymatisch gespalten werden.With Help of this procedure it is possible above all the specific activity of individual Enzymes opposite to determine a particular substrate. In this way, for the organic Synthesis, based on given substrates, particularly efficient Enzymes are detected and thus provided. So z. B. to study the activity esterases are added as a substrate to the medium ester, the be enzymatically cleaved under release of protons.

Bei der Umsetzung bestimmter Substrate kann es zweckmäßig sein die Wirtszellen in ein geeignetes Medium zu überführen. Die dafür verwendeten Medien enthalten bevorzugt einen Puffer, wobei ein pH-Wert-Bereich zwischen pH 4 und pH 11, bevorzugt zwischen pH 5 und pH 10 eingestellt werden kann. Als Medium zur Esterspaltung in E. coli kann z. B. ein Tris-Puffer (pH 7 – 9) verwendet werden. Dabei kann der gewählte Puffer auf das jeweilige untersuchte Enzym abgestimmt werden. Auch die Pufferkonzentration kann für den jeweiligen Assay variiert und optimiert werden. So haben sich z. B. bei der Untersuchung von Hydrolasen, insbesondere von Esterasen Phosphatpuffer bewährt, die in einer Konzentration von über 50 mM, bevorzugt zwischen 100 und 1000 mM, besonders bevorzugt zwischen 250 und 750 mM, verwendet werden.at the implementation of certain substrates, it may be appropriate to transform the host cells into a suitable medium. The used for it Media preferably contain a buffer, with a pH range adjusted between pH 4 and pH 11, preferably between pH 5 and pH 10 can be. As a medium for ester cleavage in E. coli z. B. a Tris buffer (pH 7 - 9) be used. In this case, the selected buffer on the respective examined enzyme can be tuned. Also the buffer concentration can for the particular assay can be varied and optimized. So have yourself z. As in the study of hydrolases, in particular of esterases Proven phosphate buffer, in a concentration of over 50 mM, preferably between 100 and 1000 mM, more preferably between 250 and 750 mM.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, der Kulturlösung, neben dem jeweiligen Substrat auch einen Lösemittelvermittler, wie z. B. Gum Arabicum oder Dimethylsulfoxid (DMSO), zuzusetzen.Farther It may be advantageous to the culture solution, in addition to the respective Substrate also a solvent mediator, such as B. gum arabic or dimethyl sulfoxide (DMSO), to add.

Die Auswertung der Aktivität der Zielgenprodukte einzelner transfizierter Wirtszellen oder Wirtszellkolonien kann, bei Verwendung von pHluorin als Reporter, z. B. durch die spektrometrische Bestimmung einzelner, räumlich auf einer Agarplatte oder in einer Mikrotiterplatte gezüchteten Expressionskulturen erfolgen. Dabei erfolgt die Bestimmung der pH-Wert-Änderung in der Wirtszelle durch die Ermittlung des Intensitätsverhältnisses der Emissionsbanden R485/390 mittels Fluorimeter.The evaluation of the activity of the target gene products of individual transfected host cells or host cell colonies can, when using pHluorin as a reporter, z. B. by the spectrometric determination of individual, grown on an agar plate or in a microtiter plate expression cultures. The pH value change in the host cell is determined by determining the intensity ratio of the emission bands R 485/390 by means of a fluorimeter.

Ein weiterer großer Vorteil einer spektrometrischen pH-Wert Bestimmung ist, dass es auch die Durchsuchung von ganzen Bibliotheken aus transformierten Wirtszellen im Hinblick auf eine pH-Wert-Änderung in vivo erlaubt. Dabei kann die in-vivo Expression von Ziel- und Reportergen in flüssigem Kulturmedium erfolgen, die Kulturlösung kann dann z. B. mittels FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) einfach analysiert und die Wirtszellen, die eine starke enzymatische Aktivität aufweisen vereinzelt und damit selektiert werden.One another big one Advantage of a spectrometric pH determination is that it also transformed the search of whole libraries from Host cells allowed for a pH change in vivo. there may be the in vivo expression of target and reporter gene in liquid culture medium done, the culture solution can then z. By means of FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) simply analyzed and the host cells that have a strong enzymatic activity have isolated and thus be selected.

Das beschriebene Verfahren stellt darüber hinaus einen wichtigen Bestandteil, nämlich den Selektionsschritt, für die Erzeugung maßgeschneiderter Enzyme mittels artifizieller Proteinevolution dar. Die Erzeugung künstlicher Zielgen-Mutanten kann z. B. durch Mutagenisierung der Expressionssysteme z. B. mittels UV-Strahlung, radioaktiver Strahlung oder DNA schädigender Substanzen erfolgen. Bevorzugt ist allerdings die Erzeugung von mutanten Genformen durch die Amplifikation spezifischer Zielgene mit erhöhter Fehlerrate. Dazu werden z. B. bei der PCR-Amplifikation der Zielgene ungenau arbeitetende DNA-Polymerasen eingesetzt. Der so erzeugte Satz von künstlichen Zielgenformen kann dann wieder in die oben beschriebenen Vektoren eingebaut werden. Nach Transfektion der Wirtszellen mit diesen Vektoren werden die Zielgene expremiert und über die Messung der pH-Wert-Änderung erneut selektiert. Der Evolutionszyklus kann mehrfach wiederholt werden.Moreover, the method described represents an important component, namely the selection step, for the generation of tailor-made enzymes by means of artificial protein evolution. The generation of artificial target gene mutants can be carried out, for example, by B. by mutagenizing the expression systems z. B. by UV radiation, radioactive radiation or DNA damaging substances. However, preference is given to the generation of mutant gene forms by the amplification of specific target genes with an increased error rate. These are z. B. used in the PCR amplification of the target genes inaccurately working DNA polymerases. The set of artificial target gene forms thus generated can then be converted back into the above-described vek be installed gates. After transfection of the host cells with these vectors, the target genes are expressed and selected again by measuring the pH change. The evolutionary cycle can be repeated several times.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Genbanken enthaltend die erfindungsgemäßen Vektorsysteme oder die erfindungsgemäßen Expressionssysteme. Darunter fallen insbesondere auch Bibliotheken, die bei der Durchführung der Evolutionszyklen erzeugt werden.One Another object of the present invention are gene banks containing the vector systems according to the invention or the expression systems of the invention. These include, in particular, libraries involved in the implementation of the Evolution cycles are generated.

Kurze Beschreibung der Figuren:Short description of Characters:

1 zeigt die Expressionsplasmide pJOE 2792.1 für die Expression der Esterase aus Pseudomonas fluorescens (PFE) unter der Kontrolle des Rhamnoseinduzierbaren Promotors Prha und pGEX_rat_pHluorin für die Expression des GST-pHluorin Fusionsprotein unter der Kontrolle von des Ptac Promotors. 1 Figure 2 shows the expression plasmid pJOE 2792.1 for the expression of the esterase from Pseudomonas fluorescens (PFE) under the control of the rhamnose inducible promoter P rha and pGEX_rat_pHluorin for the expression of the GST-pHluorin fusion protein under the control of the P tac promoter.

2 zeigt die Klonierungsstrategie zur Konstruktion des Koexpressionsplasmides pGEX_pH_PFE. 2 shows the cloning strategy for the construction of the coexpression plasmid pGEX_pH_PFE.

3 die graphische Darstellung der Ergebnisse der Koexpression von pHluorin und PFE in E. coli DH5α und JM109. 3 the graphical representation of the results of coexpression of pHluorin and PFE in E. coli DH5α and JM109.

4 zeigt SDS-Gele zur Kontrolle der Enzymexpression der Esterase aus Bacillus stearothermophilus (BSE) in E. coli. 4 shows SDS gels for controlling the enzyme expression of Bacillus stearothermophilus esterase (BSE) in E. coli.

5 zeigt die graphische Darstellung der Ergebnisse der Koexpression von pHluorin und der Esterase aus Bacillus stearothermophilus (BSE) in E. coli DH5α. 5 Figure 9 is a graph showing the results of the coexpression of pHluorine and the Bacillus stearothermophilus esterase (BSE) in E. coli DH5α.

6 zeigt den Einfluss verschiedener Lösemittelvermittler auf die Ergebnisse der Koexpression von pHluorin und BSE. 6 shows the influence of different solubilizers on the coexpression results of pHluorin and BSE.

7 zeigt den Vergleich der Emissionsverhältnisse zwischen E. coli Zellen transfiziert mit der Wildtyp Esterase aus Bacillus stearothermophilus und mit einer inaktiven Mutante dieser Esterase. 7 shows the comparison of the emission ratios between E. coli cells transfected with the wild-type esterase from Bacillus stearothermophilus and with an inactive mutant of this esterase.

8 zeigt den Vergleich der Emissionsverhältnisse zwischen E. coli Zellen transfiziert mit der Wildtyp Esterase aus Pseudomonas fluorescens (PFE) und mit einer inaktiven Mutante dieser Esterase. 8th shows the comparison of the emission ratios between E. coli cells transfected with the wild-type esterase from Pseudomonas fluorescens (PFE) and with an inactive mutant of this esterase.

9 zeigt die Ergebnisse eines pHluorin-Assays im Mikrotiterplattenformat. 9 shows the results of a pHluorin assay in microtiter plate format.

10 zeigt die Ergebnisse einer Kinetikmessung mit Hilfe des pHluorin-Assays. 10 shows the results of a kinetics measurement using the pHluorin assay.

11 zeigt eine FACS-Analyse von E. coli DH5α-Zellen. 11 shows a FACS analysis of E. coli DH5α cells.

12 zeigt eine FACS-Analyse von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin-Aktivität 12 shows a FACS analysis of E. coli DH5α cells with pHluorin activity

13 zeigt eine FACS-Analyse von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin- und Esterase-Aktivität. 13 Figure 2 shows a FACS analysis of E. coli DH5α cells with pHluorin and esterase activity.

14 zeigt eine FACS-Analyse von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin- und einer Esterase bei einer Phosphat-Pufferkonzentration von 50 mM, 15 zeigt eine entsprechende Analyse bei einer Pufferkonzentration von 500 mM. 14 shows a FACS analysis of E. coli DH5α cells with pHluorine and an esterase at a phosphate buffer concentration of 50 mM, 15 shows a corresponding analysis at a buffer concentration of 500 mM.

Die 16 bis 18 zeigten eine FACS-Analyse von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin- und einer Esterase in einem Medium bei pH 8,0, pH 7,0 und pH 6.The 16 to 18 showed a FACS analysis of E. coli DH5α cells with pHluorine and an esterase in a medium at pH 8.0, pH 7.0 and pH 6.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Beispiel 1: pHluorin-Assay zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität von der Pseudomonas fluorescens Esterase (PFE)Example 1: pHluorin assay for determining the enzymatic activity of the Pseudomonas fluorescens esterase (PFE)

AllgemeinesGeneral

Das folgende Ausführungsbeispiel zeigt einen Fluoreszenz-basierten in-vivo-Assay für die Hydrolyseaktivität der Pseudomonas fluorescens Esterase (PFE).The following embodiment shows a fluorescence-based in vivo assay for the hydrolysis activity of Pseudomonas fluorescens esterase (PFE).

Die Pseudomonas fluorescens -Esterase ist eine Hydrolase, die eine Reihe aliphatischer und aromatischer Ester in einem Temperaturbereich bis 40°C zu hydrolysieren vermag und in einem pH-Bereich von 5 bis 10 aktiv ist.The Pseudomonas fluorescens esterase is a hydrolase that has a number aliphatic and aromatic esters in a temperature range up to 40 ° C to hydrolyze and active in a pH range of 5 to 10 is.

Die bei der hydrolasekatalysierten Substrathydrolyse freigesetzten Protonen sorgen für eine Erniedrigung des pH-Werts. Um diese pH-Änderung und damit die Hydrolaseaktivität auch in vivo nachweisen zu können, wird in einer Zelle neben der zu untersuchenden Hydrolasease auch das ratiometrische pHluorin exprimiert. Je nach Stärke der pH-Änderung durch den PFE-Substratumsatz kommt es zu einer Änderung der beiden pH-abhängigen Maxima im Anregungsspektrum des pHluorins, die mit Hilfe eines Fluoreszenzspektrometers nachweisbar ist. Die Änderung des Emissionsverhältnis R475/395 aus beiden Emissionspeaks ist ein Maß für die pH-Änderung in der Zelle.The released in the hydrolase-catalyzed substrate hydrolysis protons provide for a lowering of the pH. In order to be able to detect this pH change and thus also the hydrolase activity in vivo, the ratiometric pHluorin is also expressed in a cell in addition to the hydrolaseease to be investigated. Depending on the strength of the pH change by the PFE substrate conversion, there is a change in the two pH-dependent maxima in the excitation spectrum of the pH, which is detectable with the aid of a fluorescence spectrometer. The change in the emission ratio R 475/395 from both emission peaks is a measure of the pH change in the cell.

Schritt 1: In vivo-Screening System für die Hydrolyseaktivität von EsterasenStep 1: In vivo Screening System for the hydrolysis activity of esterases

Konstruktion des Vektors pGEX_pH_PFEConstruction of the vector pGEX_pH_PFE

Das PFE-Gen wurde durch PCR aus dem Plasmid pJOE 2792.1 (Pelletier, I. und Altenbuchner, J. (1995); A bacterial esterase is homologous with non-haem haloperoxidases and displays brominating activity. Microbiology 141, 459-68) unter Verwendung der Primer
PFE_Ecol: 5'-GGA GAT ATA CAT GAA TTC AGC ACA TTT GTT GC-3' (Seq. ID No. 1) und
PFE_Hindlll: 5'-CCA AAA CAG AAG CTT GGC TGC-3' (Seq. ID No. 2)
amplifiziert.
The PFE gene was amplified by PCR from plasmid pJOE 2792.1 (Pelletier, I. and Altenbuchner, J. (1995); A bacterial esterase is homologous with non-haem haloperoxidases and displays brominating activity., Microbiology 141, 459-68) the primer
PFE_Ecol: 5'-GGA GAT ATA CAT GAA TTC AGC ACA TTT GTT GC-3 '(Seq ID No. 1) and
PFE_HindIII: 5'-CCA AAA CAG AAG CTT GGC TGC-3 '(SEQ ID NO: 2)
amplified.

Für die Koexpression der Esterase und des pHluorin als Reporterprotein in E. coli wurde ein Expressionsvektor pGEX_pH_PFE erstellt, der sowohl das PFE-Gen der PFE-Esterase als auch das pHluorin-Gen jeweils unter der Kontrolle eines eigenen Promotors trägt. Hierzu wurde zunächst mittels site-directed Mutagenese eine HindIII-Restriktionsschnittstelle am 3' Ende von rat_pHluorin im Plasmid pGEX_rat_pHluorin eingeführt. Im zweiten Schritt wurde das Gen für die Esterase pfe mit dem eigenen Promotor rhaP über die Restriktionsschnittstellen EcoRI und Hindlll aus dem Plasmid pJOE2792.1 in das modifizierte Plasmid pGEX_rat_pHluorin kloniert (2). Das resultierende Plasmid wird als pGEX_pH_PFE bezeichnet.For the co-expression of the esterase and the pHluorin as reporter protein in E. coli, an expression vector pGEX_pH_PFE was prepared, which carries both the PFE gene of the PFE esterase and the pHluorin gene in each case under the control of its own promoter. For this purpose, a HindIII restriction cleavage site was first introduced by site-directed mutagenesis at the 3 'end of rat_pHluorin in the plasmid pGEX_rat_pHluorin. In the second step, the gene for the esterase pfe with its own promoter rhaP was cloned via the restriction sites EcoRI and HindIII from the plasmid pJOE2792.1 into the modified plasmid pGEX_rat_pHluorin ( 2 ). The resulting plasmid is referred to as pGEX_pH_PFE.

Die Mutagenese wurde mit dem QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene) und mittels PCR durchgeführt. Dazu wurden folgende Primer verwendet:
MUT_pGEX1: 5'-GAA CTA TAC AAA TAA TGA GAA TTC ATC GTG AAG CTT TGA CGA TCT GCC TCG-3' (Seq. ID. No. 3)
MUT_pGEX2: 5'-CGA GGC AGA TCG TCA AAG CTT CAC GAT GAA TCC TCA TTA TTT GTA TAG TTC-3' (Seq. ID. No. 4)
Mutagenesis was performed with the QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene) and PCR. For this purpose, the following primers were used:
MUT_pGEX1: 5'-GAA CTA TAC AAA TAA TGA GAA TTC ATC GTG AAG CTT TGA CGA TCT GCC TCG-3 '(Seq ID No. 3)
MUT_pGEX2: 5'-CGA GGC AGA TCG TCA AAG CTT CAC GAT GAA TCC TCA TTA TTT GTA TAG TTC-3 '(Seq ID No. 4)

Zur Durchführung der PCR wurde der pGEX_pH_PFE-Vektor in 10 μl 10x Pfu-Puffer suspendiert. Nach Zusatz von je 5 pmol (2,5 μl) der Primer Seq. ID No. 3 und 4 wurden 2,0 μl einer dNTP-Mischung (je 2,5 mM) und 1,0 μl einer PfuTurbo-Polymerase-Lösung (2,5U/1μl) zupipetiert. Der Reaktionsansatz wurde mit Wasser auf 100ml aufgefüllt. Die PCR-Zyklen wurden mit folgendem Temperaturprogramm durchgeführt:
Programmschritt 1: 95°C, 4 min
Programmschritt 2: 95°C, 1 min; 48°C, 2 min; 72°C, 10 min; 25 x wiederholen
Programmschritt 3: 72°C, 10 min
To carry out the PCR, the pGEX_pH_PFE vector was suspended in 10 μl of 10 × Pfu buffer. After addition of 5 pmol (2.5 μl) each of the primers Seq. ID No. 3 and 4 were pipetted into 2.0 μl of a dNTP mixture (2.5 mM each) and 1.0 μl of a PfuTurbo polymerase solution (2.5U / 1 μl). The reaction mixture was made up to 100 ml with water. The PCR cycles were carried out with the following temperature program:
Program step 1: 95 ° C, 4 min
Program step 2: 95 ° C, 1 min; 48 ° C, 2 minutes; 72 ° C, 10 minutes; Repeat 25 times
Program step 3: 72 ° C, 10 min

Nach der Reaktion wurde mit 2 μl Dpnl 1 Stunde bei 37°C verdaut. Anschließend wurde der Ansatz 2 Stunden gegen dH2O dialysiert. Danach erfolgte die Transformation in E. coli DH5α. Als Assaylösung diente eine Lösung aus 2% Gummi arabicum und 2% Ethylbutyrat in Luria-Bertani-Medium (LB-Medium).After the reaction was digested with 2 ul Dpnl for 1 hour at 37 ° C. The mixture was then dialyzed against dH 2 O for 2 hours. Thereafter, the transformation was carried out in E. coli DH5α. Served as an assay solution a solution of 2% gum arabic and 2% ethyl butyrate in Luria Bertani medium (LB medium).

Schritt 2: Herstellung kompetenter Zellen und deren Transformation.Step 2: Production competent cells and their transformation.

Die Transformation des Expressionswirts erfolgt nach der PEG/DMSO-Methode (Chung, C. T., Niemela, S. L.undMiller, R. H. (1989); One-step preparation of competent Escherichia coli: transformation and storage of bacterial cells in the same solution. Proc Natl Acad Sci U S A 86, 2172–2175).The Transformation of the expression host is carried out according to the PEG / DMSO method (Chung, C.T., Niemela, S.L. and Miller, R.H. (1989); One-step preparation of competent Escherichia coli: transformation and storage of bacterial Cells in the same solution. Proc Natl Acad Sci U S A 86, 2172-2175).

Dazu wurden 500 μl einer Übernachtkultur von E. coli DH5α in 50 ml LB-Medium überimpft und 2 – 4 h bei 37°C im Schüttelinkubator bis zu einer optischen Dichte OD578 = 0.4 – 0.7 inkubiert. Die Zellen wurden in einer Hettich Zentrifuge bei 3000 rpm 10 min bei 4°C zentrifugiert. Alle weiteren Schritte wurden ebenfalls bei 4°C durchgeführt. Nach Abgießen des Überstandes wurde das Zellpellet in 2 ml eiskaltem TSS resuspendiert. Je 200 μl der Zellen wurden entweder nach 20 min Inkubation auf Eis direkt zur Transformation eingesetzt oder in flüssigem Stickstoff schockgefroren und bei – 80°C aufbewahrt.For this purpose, 500 .mu.l of an overnight culture of E. coli DH5.alpha. Were inoculated into 50 ml of LB medium and incubated for 2 to 4 hours at 37.degree. C. in a shaking incubator to an optical density of OD 578 = 0.4 to 0.7. The cells were centrifuged in a Hettich centrifuge at 3000 rpm for 10 min at 4 ° C. All further steps were also carried out at 4 ° C. After draining the supernatant, the cell pellet was resuspended in 2 ml of ice-cold TSS. 200 .mu.l of the cells were either used directly after 20 minutes incubation on ice for transformation or flash frozen in liquid nitrogen and stored at - 80 ° C.

Figure 00140001
Figure 00140001

Transformation kompetenter Zellen:
Zu je 200 μl der kompetenten Zellen wurden 10 μl Ligationsansatz oder 1 μl der zu transformierenden Plasmid-DNA pipettiert, kurz gemischt und 30 min auf Eis inkubiert. Anschließend wurde der Transformationsansatz 30 – 45 sec einem Hitzeschock von 42°C ausgesetzt. Zur Regeneration der Zellen wurden 0,8 ml LB- bzw. SOC-Medium zugegeben und eine Stunde bei 37°C inkubiert. Danach wurden die Zellen bei 7500 rpm für 2 min abzentrifugiert und im Rücklauf resuspendiert. Die Zellsuspension wurde auf LB-Agarplatten mit entsprechendem Selektionsantibiotikum ausplattiert und über Nacht bei 37°C inkubiert.
Transformation of competent cells:
In each case 200 μl of the competent cells, 10 μl of ligation mixture or 1 μl of the plasmid DNA to be transformed were pipetted, briefly mixed and incubated on ice for 30 min. Subsequently, the transformation mixture was exposed for 30-45 sec to a heat shock of 42 ° C. To regenerate the cells, 0.8 ml of LB or SOC medium was added and incubated for one hour at 37.degree. Thereafter, the cells were centrifuged off at 7500 rpm for 2 min and re-suspended in the return. The cell suspension was plated on LB agar plates with appropriate selection antibiotic and incubated overnight at 37 ° C.

Schritt 3: Koexpression von pHluorin und PFE sowie Detektion der Esterase-Aktivität in-vivo in E. coli DH5αStep 3: Coexpression of pHluorin and PFE as well as detection of esterase activity in vivo in E. coli DH5α

Hierzu wurden pGEX_pH_PFE in E. coli DH5α transformiert. Diese Zellen werden bei 37°C in Luria-Bertani Medium, das mit Ampicilin (100μg/ml) versetzt wurde, bis zum erreichen der exponentiellen Phase (OD600 0,5 – 0,6; ca. 3h) inkubiert.For this purpose, pGEX_pH_PFE were transformed into E. coli DH5α. These cells are incubated at 37 ° C. in Luria-Bertani medium supplemented with ampicillin (100 μg / ml) until the exponential phase (OD 600 0.5-0.6, approximately 3 hours) is reached.

Anschließend werden durch Zugabe von Rhamnose (Endkonzentration 0,2%w/v) und IPTG (Endkonzentration 1mM) pHluorin und PFE coexprimiert. 4 h nach Induktion der Esterase und pHluorin werden die Zellen in 50 mM Tris pH 8 mit bzw. ohne Ethylbutyrat (Endkonzentration 5% (w/v)) überführt und bei 30°C für 30 min inkubiert. Anschließend wurde R485/390 im Fluorimeter (Fluorstar der Firma BMG Labtechnologies, Offenburg) bestimmt.Subsequently, by addition of rhamnose (final concentration 0.2% w / v) and IPTG (final concentration 1 mM), co-expressed with pHluorin and PFE. 4 h after induction of the esterase and pHluorin, the cells are transferred into 50 mM Tris pH 8 with or without ethyl butyrate (final concentration 5% (w / v)) and incubated at 30 ° C. for 30 min. Subsequently, R 485/390 was determined in the fluorimeter (Fluorstar from BMG Labtechnologies, Offenburg).

Bei der Coexpression von PFE und pHluorin in E. coli DH5α unter Zusatz von Ethylbutyrat als Substrat, zeigt sich, dass das R485/390-Verhältnis bei einem Wert von 2 liegt. Der Vergleichswert des R485/390-Verhältnis des Kontrollversuchs ohne Substrat wird mit 1 festgesetzt. Die Ergebnisse sind in 3 schematisch dargestellt.Coexpression of PFE and pHluorin in E. coli DH5α with addition of ethyl butyrate as substrate reveals that the R 485/390 ratio is at a value of 2. The reference value of the R 485/390 ratio of the control experiment without substrate is set at 1. The results are in 3 shown schematically.

Koexpression von pHluorin und PFE sowie Detektion der Esterase-Aktivitäts in-vivo E. coli J M 109coexpression of pHluorin and PFE as well as detection of esterase activity in vivo E. coli J M109

Hierzu wurden pGEX_pH_PFE in E. coli JM109 transformiert. Diese Zellen werden bei 37°C in Luria-Bertani Medium, das mit Ampicilin (100μg/ml) versetzt wurde, bis zum erreichen der exponentiellen Phase (OD600 0,5 – 0,6; ca. 3h) inkubiert.For this purpose, pGEX_pH_PFE were transformed into E. coli JM109. These cells are incubated at 37 ° C. in Luria-Bertani medium supplemented with ampicillin (100 μg / ml) until the exponential phase (OD 600 0.5-0.6, approximately 3 hours) is reached.

Anschließend werden durch Zugabe von Rhamnose (Endkonzentration 0,2%w/v) und IPTG (Endkonzentration 1 mM) pHluorin und PFE coexprimiert. 4 h nach Induktion der Esterase und pHluorin werden die Zellen in 50 mM Tris pH 8 mit bzw. ohne Ethylbutyrat (Endkonzentration 5% (w/v)) überführt und bei 30°C für 30 min inkubiert. Anschließend wurde R485/390 im Fluorimeter bestimmt.Subsequently, by addition of rhamnose (final concentration 0.2% w / v) and IPTG (final concentration 1 mM), co-expressed with pHluorin and PFE. 4 h after induction of the esterase and pHluorin, the cells are transferred into 50 mM Tris pH 8 with or without ethyl butyrate (final concentration 5% (w / v)) and incubated at 30 ° C. for 30 min. Subsequently, R 485/390 was determined in the fluorimeter.

Bei der Coexpression von PFE und pHluorin in E. Coli JM109 unter Zugabe von Ethylbutyrat als Substrat wird sogar ein R485/390-Verhältnis von 3,2 gegenüber dem Kontrollversuch ohne Substrat (R485/390-Verhältnis des Kontrollversuchs erhält den Wert 1) erhalten. Die Ergebnisse der Expressionsversuche sind schematische in 3 wiedergegeben.In the coexpression of PFE and pHluorin in E. coli JM109 with the addition of ethyl butyrate as substrate even an R 485/390 ratio of 3.2 compared to the control experiment without substrate (R 485/390 ratio of the control experiment receives the value 1) receive. The results of the expression experiments are schematic tables in 3 played.

In beiden Expressionssystemen kann das Absinken des pH-Wertes aufgrund der Expression der Hydrolase in-vivo mit Hilfe des pHluorins eindeutig detektiert werden. Der Nachweis der katalytischen Aktivität der Esterase ist somit mit dem vorliegenden Assay problemlos führbar.In Both expression systems may decrease the pH due to the expression of the hydrolase in vivo with the help of the pHluorine clearly be detected. The detection of the catalytic activity of the esterase is thus easily feasible with the present assay.

Proteinevolution:Protein evolution:

Basierend auf dem in dem pGEX_pH_PFE-Vektor kann mittels PCR eine Sammlung mutanter PFE-Gene erzeugt werden. Dazu können z. B. die Primer mit Seq. ID. No. 3 und Seq. ID. No. 4 verwendet werden. Zur Durchführung der PCR wird der pGEX_pH_PFE-Vektor in 10 μl 10x Pfu-Puffer suspendiert. Nach Zusatz von je 5 pmol (2,5 μl) der Primer Seq. ID No. 3 und 4 werden 2,0 μl einer dNTP-Mischung (je 2,5 mM) und 1,0 μl einer Polymerase-Lösung (2,5U/1μl) zupipetiert. Der Reaktionsansatz wird mit Wasser auf 100ml aufgefüllt. Die PCR-Zyklen werden mit folgendem Temperaturprogramm durchgeführt:
Programmschritt 1: 95°C, 4 min
Programmschritt 2: 95°C, 1 min; 48°C, 2 min; 72°C, 10 min; 25 x wiederholen
Programmschritt 3: 72°C, 10 min
Based on that in the pGEX_pH_PFE vector, a library of mutant PFE genes can be generated by PCR. These can z. For example, the primers with Seq. ID. No. 3 and Seq. ID. No. 4 are used. To carry out the PCR, the pGEX_pH_PFE vector is suspended in 10 μl of 10 × Pfu buffer. After addition of 5 pmol (2.5 μl) each of the primers Seq. ID No. 3 and 4, 2.0 μl of a dNTP mixture (2.5 mM each) and 1.0 μl of a polymerase solution (2.5 U / 1 μl) are pipetted in. The reaction mixture is made up to 100 ml with water. The PCR cycles are carried out with the following temperature program:
Program step 1: 95 ° C, 4 min
Program step 2: 95 ° C, 1 min; 48 ° C, 2 minutes; 72 ° C, 10 minutes; Repeat 25 times
Program step 3: 72 ° C, 10 min

Nach der Reaktion wurde mit 2 μl Dpnl 1 Stunde bei 37°C verdaut. Anschließend wurde der Ansatz 2 Stunden gegen dH2O dialysiert. Danach erfolgt die Transformation in E.coli DH5α. Die so erzeugte Bibliothek aus künstlich veränderten PFE-Genen kann mit dem in Schritt 3 beschriebenen Verfahren erneut untersucht werden. Als Assaylösung wird eine Lösung aus 2% Gummi arabicum und 2% Ethylbutyrat in LB verwendet.After the reaction was digested with 2 ul Dpnl for 1 hour at 37 ° C. The mixture was then dialyzed against dH 2 O for 2 hours. Thereafter, the transformation takes place in E. coli DH5α. The library of artificially altered PFE genes thus generated can be re-assayed using the method described in step 3. The assay solution used is a solution of 2% gum arabic and 2% ethyl butyrate in LB.

Beispiel 2: pHluorin-Assay zur Bestimmung der Aktivität der Esterase aus Bacillus stearothermophilus (BSE)Example 2: pHluorine Assay to determine the activity the esterase from Bacillus stearothermophilus (BSE)

a) Analog zu Beispiel 1 wurden E. coli DH5alpha Zellen mit einem Esterasegen aus Bacillus stearothermophilus (BSE) und dem pHluroin-Gen transformiert.a) Analogously to Example 1 were E. coli DH5alpha cells with a Bacillus esterase gene stearothermophilus (BSE) and the pHluroin gene.

Die Esterase wurde aus dem Stamm Bacillus stearothermophilus IFO12550 isoliert und vollständig charakterisiert (Kugimiya, W., Ph. D. Thesis 1988, Kyushu University, Fukuoka, Japan). Der pH-Bereich von 6,0 bis 8,5, in dem die BSE Aktivität zeigt, ist etwas kleiner als der der PFE. Sie zeigt die für Esterasen typische Substratspezifität für kurzkettige Fettsäuren wie 4-Nitrophenylacetat und Tributyrin.The Esterase was from the strain Bacillus stearothermophilus IFO12550 isolated and fully characterized (Kugimiya, W., Ph. D. Thesis 1988, Kyushu University, Fukuoka, Japan). The pH range from 6.0 to 8.5, in which the BSE shows activity, is a little smaller than the PFE. It shows those for esterases typical substrate specificity for short-chain fatty acids such as 4-nitrophenylacetate and tributyrin.

b) Kontrolle der Koexpression von pHluorin und der Esterase aus Bacillus stearothermophilus mittels SDS-PAGEb) Control of co-expression of pHluorine and the esterase from Bacillus stearothermophilus SDS-PAGE

Zur Kontrolle der Koexpression des Fusionsproteins GST-pHluorin und Esterase aus Bacillus stearothermophilus wurde je eine Zellkultur hergestellt, in der GST-pHluorin (Referenzzellen) bzw. GST-pHluorin und Esterase aktiv exprimiert wurde. Nach Induktion wurde stündlich ein Milliliter entnommen und über SDS-PAGE analysiert.to Control of coexpression of the fusion protein GST-pHluorin and Esterase from Bacillus stearothermophilus was each a cell culture prepared in the GST-pHluorin (reference cells) or GST-pHluorin and esterase was actively expressed. After induction was hourly Milliliter removed and over SDS-PAGE analyzed.

4 zeigt die SDS-Gele von Referenz-(links) und esteraseaktiven Zellen (rechts). In 4 sieht man sowohl bei den Referenz- (linke Seite) als auch bei den Zellen mit Esteraseaktivität (rechte Seite) nach vier Stunden eine deutliche Überexpression des GST-pHluorin-Fusionsproteins bei 56,5 kDa. Zusätzlich zeigen die esteraseaktiven Zellen eine Bande bei 30,6 kDa, was dem Molekulargewicht der Esterase aus Bacillus stearothermophilus entspricht. 4 shows the SDS gels of reference (left) and esterase active cells (right). In 4 In the case of the reference (left side) as well as the cells with esterase activity (right side), a clear overexpression of the GST-pHluorin fusion protein at 56.5 kDa is seen after four hours. In addition, the esterase-active cells show a band at 30.6 kDa, which corresponds to the molecular weight of the Bacillus stearothermophilus esterase.

c) Assay-Etablierung für verschiedene Substratec) assay establishment for various substrates

Anwendung des pHluorin-Assays auf die Esterase aus Bacillus stearothermophilus mit verschiedenen SubstratenApplication of the pHluorin Assay on the esterase from Bacillus stearothermophilus with various substrates

E. coli DH5α-Zellen, die neben pHluorin- auch Esterase-Aktivität besitzen wurden in Kaliumphosphatpuffer (pH 8,0) mit 2% Substrat und 2% Gum arabic resuspendiert. Nach 40 min Inkubation bei 37°C wurden 250 μl davon in schwarze Mikrotiterplatten überführt, die Fluoreszenz bei den beiden Anregungswellenlängen 390 nm bzw. 485 nm gemessen und das Emissionsverhältnis R485/390, wie in Bsp. 1 beschrieben, bestimmt, wobei nach der vierstündigen Inkubation bei 37°C die Zellen abzentrifugiert und in Kaliumphosphatpuffer (pH 8,0), enthaltend 2% Substrat (m/v) resuspendiert wurden. Für die enzymkatalytische Hydrolyse werden die Zellen für weitere 40 Minuten bei 37°C inkubiert. Anschließend wurde R485/390 im Fluorimeter bestimmt. Als Referenz diente dabei die Bestimmung des Emissionsverhältnis R485/390 von E. coli DH5α-Zellen in denen pHluorin, aber nicht die Esterase exprimiert wurde.E. coli DH5α cells, which in addition to pHluorin also have esterase activity, were resuspended in potassium phosphate buffer (pH 8.0) with 2% substrate and 2% gum arabic. After incubation at 37 ° C. for 40 min, 250 μl thereof were transferred to black microtiter plates, the fluorescence at the two excitation wavelengths 390 nm or 485 nm was measured and the emission ratio R 485/390 as described in Example 1 was determined incubated for four hours at 37 ° C, the cells were spun down and resuspended in potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 2% substrate (m / v). For enzyme catalytic hydrolysis, the cells are incubated for a further 40 minutes at 37 ° C. Subsequently, R 485/390 was determined in the fluorimeter. The reference used was the determination of the emission ratio R 485/390 of E. coli DH5α cells in which pHluorin, but not the esterase was expressed.

In 5 sind die erhaltenen Ergebnisse dargestellt. Die untersuchte Esterase zeigt gegenüber Butylacetat und Tricaprylin eine äußerst niedrige Aktivität, was sich auch in den geringen Änderungen der Emissionsverhältnisse gegenüber den Referenzzellen ohne Esteraseaktivität niederschlägt. Bei Umsatz von Substraten wie Tributyrin und Phenylacetat, für die die Esterase eine hohe Aktivität besitzt, ist nahezu eine Verdopplung des Emissionsverhältnisses erkennbar.In 5 the results obtained are shown. The investigated esterase shows an extremely low activity compared to butyl acetate and tricaprylin, which is also reflected in the small changes in the emission ratios compared to the reference cells without esterase activity. With sales of substrates such as tributyrin and phenylacetate, for which the esterase has a high activity, almost a doubling of the emission ratio can be seen.

d) Einfluss der Phosphatpufferkonzentration auf die Fluoreszenzaktivität von pHluorind) Influence of the phosphate buffer concentration on the fluorescence activity of pHluorine

Der Einfluss der Phosphatpufferkonzentration auf die Fluoreszenzaktivität wurde mit Phenylacetat als Substrat untersucht. Dazu wurden E. coli DH5α-Zellen, die neben pHluorin- auch Esterase-Aktivität (BSE) besitzen in unterschiedlichen Kaliumphosphatpufferkonzentrationen (pH 8,0) mit 2% Phenylacetat und 2% Gum arabic resuspendiert. Nach 40 min Inkubation bei 37°C wurden 250 μl davon in schwarze Mikrotiterplatten überführt, die Fluoreszenz bei den beiden Anregungswellenlängen 390 nm bzw. 485 nm gemessen und das Emissionsverhältnis R485/390 wie eben beschrieben bestimmt. Als Referenz diente wiederum das Emissionsverhältnis R485/390 von E. coli DH-Zellen in denen pHluorin, aber nicht die Esterase exprimiert wurde. Die Ergebnisse der Messungen sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.The influence of the phosphate buffer concentration on the fluorescence activity was investigated with phenylacetate as substrate. For this E. coli DH5α cells, which in addition to pHluorin and esterase activity (BSE) possess in different potassium phosphate buffer concentrations (pH 8.0) with 2% phenyl acetate and 2% gum arabic resuspended. After 40 min incubation at 37 ° C., 250 μl thereof were transferred to black microtiter plates, the fluorescence at the two excitation wavelengths 390 nm and 485 nm, respectively, and the emission ratio R 485/390 determined as just described. In turn, the emission ratio R 485/390 of E. coli DH cells served as a reference in which pHluorin, but not the esterase was expressed. The results of the measurements are shown in Table 1 below.

Tab. 1: Vergleich von Pufferkonzentration und Fluoreszenzintensitäten von pHluorin

Figure 00190001
Tab. 1: Comparison of buffer concentration and fluorescence intensities of pHluorin
Figure 00190001

e) Einfluss des Lösevermittlers auf den pHluorin-Assaye) Influence of the solubilizer on the pHluorin assay

Für den pHluorin-Assay wurden verschiedene Lösevermittler und deren Einfluss auf die Fluoreszenzaktivität von pHluorin bzw. das Emissionsverhältnis R485/390 untersucht. Dazu wurden wie in Beispiel 2 beschrieben E. coli DH5α-Zellen, die neben pHluorin- auch Esterase-Aktivität (BSE) besitzen in Kaliumphosphatpuffer (pH 8,0) mit 2% Substrat (Tributyrin, Phenylacetat) und verschiedenen Lösevermittlern resuspendiert. Nach 40 min Inkubation bei 37°C wurden 250 μl davon in schwarze Mikrotiterplatten überführt, die Fluoreszenz bei den beiden Anregungswellenlängen 390 nm bzw. 485 nm gemessen und das Emissionsverhältnis R485/390 bestimmt wie oben beschrieben bestimmt. Als Referenz diente wiederum das Emissionsverhältnis R485/390 von E. coli DH5α-Zellen in denen pHluorin, aber nicht die Esterase exprimiert wurde.For the pHluorin assay, various solubilizers and their influence on the fluorescence activity of pHluorin and the emission ratio R 485/390 were investigated. For this purpose, as described in Example 2 E. coli DH5α cells, which in addition to pHluorin also esterase activity (BSE) possess in potassium phosphate buffer (pH 8.0) with 2% substrate (tributyrin, phenylacetate) and various solubilizers resuspended. After 40 min incubation at 37 ° C., 250 μl thereof were transferred to black microtiter plates, the fluorescence at the two excitation wavelengths 390 nm and 485 nm, respectively, and the emission ratio R 485/390 determined as described above. In turn, the emission ratio R 485/390 of E. coli DH5α cells served as a reference in which pHluorin, but not the esterase was expressed.

Dabei zeigt die Verwendung von Gum arabic im Vergleich zu Dimethylsulfoxid und Tween 20 für beide Substrate die jeweils größte Änderung im Emissionsverhältnis (6). Bei Untersuchungen am FACS hat sich jedoch gezeigt, dass sich E. coli an die in der Emulsion fein verteilten Gum arabic-Partikel anheftet und somit die Analyse sowie das Sortieren der Zellen erschwert wird (Daten nicht aufgeführt). Im Hinblick auf eine erfolgreiche Übertragung des pHluorin-Assays am FACS hat sich Dimethylsulfoxid als bessere Alternative erwiesen.The use of gum arabic compared to dimethyl sulfoxide and Tween 20 for both substrates shows the largest change in the emission ratio ( 6 ). However, investigations on the FACS have shown that E. coli attaches to the gum arabic particles finely distributed in the emulsion, thus making the analysis and sorting of the cells more difficult (data not listed). With regard to a successful transfer of the pHluorin assay to the FACS, dimethylsulfoxide has proven to be a better alternative.

In 6 ist der Vergleich der Emissionsverhältnisse bei Verwendung unterschiedlicher Lösevermittler grafisch dargestellt.In 6 the comparison of the emission ratios when using different solubilizers is shown graphically.

Beispiel 3: Vergleich der Esteraseaktivität des Wildtyps mit der Esteraseaktivität einer Mutante mit Hilfe des pHluorin-AssaysExample 3: Comparison the esterase activity of the wild type with the esterase activity of a mutant using the pHluorin assay

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, ob der pHluorin-Assay für das Screening von Mutanten eingesetzt werden kann. Hierzu wurden mittels ortsspezifischer Mutagenese inaktive Mutanten der Esterasen aus Bacillus stearothermophilus und Pseudomonas fluorescens durch Austausch des aktiven Serins gegen Alanin hergestellt und in E. coli XL1-Blue transformiert.It investigations were carried out whether the pHluorin assay for the screening of mutants can be used. For this purpose were by means of site-specific mutagenesis inactive mutants of the esterases from Bacillus stearothermophilus and Pseudomonas fluorescens Exchange of active serine for alanine and prepared in E. coli XL1-Blue transformed.

Die Koexpression von pHluorin und inaktiver Mutanten bzw. pHluorin und Wildtyp in E. coli DH5α-Zellen wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Anschließend wurden die Aktivitäten der Mutanten und des Wildtyps mit dem pHluorin-Assay unter Verwendung von Phenylacetat als Substrat untersucht. Als Referenz dienten wiederum E. coli DH5α-Zellen, in denen nur pHluorin exprimiert wurde.The Coexpression of pHluorin and inactive mutants or pHluorin and Wild type in E. coli DH5α cells was carried out as described in Example 1. Subsequently were the Activities mutant and wild-type with the pHluorin assay using of phenylacetate as a substrate. In turn served as a reference E. coli DH5α cells, in which only pHluorin was expressed.

Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt. 7 zeigt den Vergleich der Emissionsverhältnisse zwischen Zellen mit Esteraseaktivität und mit einer inaktiven Mutante der Esterase aus Bacillus stearothermophilus.The results are in 7 shown. 7 shows the comparison of emission ratios between cells with esterase activity and with an inactive mutant esterase from Bacillus stearothermophilus.

8 zeigt den Vergleich der Emissionsverhältnisse zwischen Zellen mit Esteraseaktivität und Zellen mit einer inaktiven Mutante der Esterase (PFE) aus Pseudomonas fluorescens. 8th shows the comparison of emission ratios between cells with esterase activity and cells with an inactive mutant esterase (PFE) from Pseudomonas fluorescens.

Bei der Anwendung des pHluorin-Assays auf die deaktivierte Mutante der Esterase aus Bacillus stearothermophilus mit Phenylacetat als Substrat zeigt sich erwartungsgemäß keine Änderung des Emissionsverhältnisses gegenüber den Referenzzellen (7). Gleiches gilt für die Esterase aus Pseudomonas fluorescens (8). Allerdings ist das Emissionsverhältnis der inaktiven Mutante etwas kleiner (~ 1,10) als bei der Esterase aus Bacillus stearothermophilus.The application of the pHluorin assay to the deactivated mutant esterase from Bacillus stearothermophilus with phenylacetate as substrate shows, as expected, no change in the emission ratio compared to the reference cells ( 7 ). The same applies to the esterase from Pseudomonas fluorescens ( 8th ). However, the emission ratio of the inactive mutant is slightly smaller (~ 1.10) than that of Bacillus stearothermophilus esterase.

Beispiel 4: Etablierung des pHluorin-Assays für das Screeening im MikrotiterplattenformatExample 4: Establishment of the pHluorin assay for Screeening in microtiter plate format

a) Anwendung des pHluorin-Assays im Mikrotiterplattenformat für das Screeening auf Esteraseaktivität der Esterase von Bacillus stearothermophilus (BSE)a) Use of the pHluorin Assay in microtiter plate format for screening for esterase activity of Bacillus esterase stearothermophilus (BSE)

Jeweils acht Einzelkolonien transfiziert mit dem Wildtypgen bzw. der inaktiven mutierten Genvariante der Esterase aus Bacillus stearothermophilus wurden in Mikrotiterplatten (96-Well Platten der Firma Greiner) kultiviert. Anschließend erfolgte die Induktion von pHluorin und Esterase mit IPTG- und Rhamnose-Lösung in den Mikrotiterplatten, wobei die in Beispiel 1 beschriebenen Endkonzentrationen erreicht wurden. Nach vier Stunden Inkubationszeit bei 37°C wurden die Zellen in Kaliumphosphatpuffer (pH 8,0) mit Phenylacetat und Gum arabic überführt und für weitere 40 min bei 37°C inkubiert. Anschließend wurde bei den beiden Anregungswellenlängen 390 nm und 485 nm die Fluoreszenz gemessen und das Emissionsverhältnis R485/390 bestimmt (analog zu Bsp. 1). Als Referenz dienten ebenfalls acht verschiedene Ansätze von E. coli DH5α-Zellen, in denen nur pHluorin exprimiert wurde.Eight individual colonies transfected with the wild-type gene or the inactive mutated gene variant of the esterase from Bacillus stearothermophilus were cultured in microtiter plates (96-well plates from Greiner). Subsequently, the induction of pHluorin and esterase with IPTG and rhamnose solution in the microtiter plates, whereby the final concentrations described in Example 1 were achieved. After four hours of incubation at 37 ° C, the cells were transferred into potassium phosphate buffer (pH 8.0) with phenyl acetate and gum arabic and incubated for an additional 40 minutes at 37 ° C. Subsequently, the fluorescence was measured at the two excitation wavelengths 390 nm and 485 nm and the emission ratio R 485/390 determined (analogous to Ex. 1). Eight different batches of E. coli DH5α cells in which only pHluorin was expressed were also used as reference.

Die Ergebnisse sind in 9 gezeigt, dass Emissionsverhältnis der Zellen, die das aktive Wildtypenzym exprimieren, zeigen Emissionsverhältnisse zwischen 2 und 2,5, die in einem ähnlichen Bereich liegen wie beim Schüttelkolbenansatz (siehe Beispiel 2). Gleiches gilt auch für Zellen, die die inaktive mutierte Enzymvariante exprimieren und für Zellen ohne Esteraseaktivität (Referenz), welche Emissionsverhältnisse im Bereich von 0,9 bis 1,3 zeigen. Die Emissionsverhältnisse dieser Zellen liegt somit deutlich unter den Zellen die aktive Esterasen exprimieren. Damit konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe des pHluorin-Assays auch direkt in Mikrotiterplattenformat kultivierte Zellen mit und ohne Esteraseaktivität direkt in der Mikortiterplatte zu unterscheiden sind.The results are in 9 shown that the emission ratio of the cells expressing the active wild-type enzyme show emission ratios between 2 and 2.5, which are in a similar range as in Schüttelkolbenansatz (see Example 2). The same applies to cells expressing the inactive mutated enzyme variant and for cells without esterase activity (reference), which emission conditions in the range from 0.9 to 1.3. The emission ratios of these cells is thus clearly below the cells expressing active esterases. It could thus be shown that cells cultivated directly in microtiter plate format with and without esterase activity can be distinguished directly in the microtiter plate with the aid of the pHluorin assay.

b) Kinetikaufnahme des pHluorin-Assays bei Substratumsatz im Mikrotiterplattenformatb) Kinetic uptake of pHluorine assays with substrate conversion in microtiter plate format

Vier Einzelkolonien mit der Esterase aus Bacillus stearothermophilus wurden in Mikrotiterplatten kultiviert. Anschließend erfolgte die Induktion von pHluorin und Esterase mit IPTG- und Rhamnose-Lösung und weitere vier Stunden Expressionszeit bei 37°C. Um die Veränderung des Emissionsverhältnisses R485/390 mit Abnahme des pH-Werts während der Substrathydrolyse zu verfolgen, wurden die Zellen in Kaliumphosphatpuffer (pH 8) mit 2% Phenylacetat und 2% Gum arabic überführt und für weitere 40 min bei 37°C inkubiert. Dabei wurde jede Minute die Fluoreszenz bei den beiden Anregungswellenlängen 390 nm und 485 nm die Fluoreszenz gemessen und das Emissionsverhältnis R485/390 bestimmt. Als Referenz dienten ebenfalls vier verschiedene Ansätze von E. coli DH5α-Zellen, in denen nur pHluorin exprimiert wurde.Four single colonies with the esterase from Bacillus stearothermophilus were cultured in microtiter plates. Subsequently, the induction of pHluorin and esterase with IPTG and rhamnose solution and another four hours expression time at 37 ° C. To monitor the change in emission ratio R 485/390 with decrease in pH during substrate hydrolysis , the cells were transferred to potassium phosphate buffer (pH 8) with 2% phenyl acetate and 2% gum arabic and incubated for an additional 40 minutes at 37 ° C , The fluorescence was measured every minute at the two excitation wavelengths 390 nm and 485 nm, and the emission ratio R 485/390 was determined. Four different batches of E. coli DH5α cells, in which only pHluorin was expressed, also served as a reference.

Die Ergebnisse sind in 10 dargestellt. 10 zeigt die Änderung des Emissionsverhältnisses von pHluorin bei der Hydrolyse von Phenylacetat in Abhängigkeit von der Reaktionszeit. Während das Emissionsverhältnis der E. coli Zellen ohne Esteraseaktivität (untere vier Kurven) während der Hydrolysereaktion von Phenylacetat ausgehend von einem Wert von ca. 1,3 nahezu konstant bleibt, kommt es bei Zellen mit Esteraseaktivität (obere vier Kurven) zu einem deutlichen Anstieg des Emissionsverhältnisses. Nach ungefähr 35 bis 40 min. ist das Substrat vollständig umgesetzt. Folglich kommt es zu keiner pH-Änderung mehr und somit stellt sich auch hier ein konstanter Wert für das Emissionsverhältnis ein. Zu Beginn der Hydrolysereaktion besitzen die Zellen bereits einen R485/390-Wert von 1,7, der im Laufe der Reaktion auf 2,5 bis 3,2 ansteigt.The results are in 10 shown. 10 shows the change in the emission ratio of pHluorin in the hydrolysis of phenyl acetate as a function of the reaction time. While the emission ratio of the E. coli cells without esterase activity (lower four curves) remains almost constant during the hydrolysis reaction of phenylacetate starting from a value of about 1.3, in cells with esterase activity (upper four curves) a marked increase of the emission ratio. After about 35 to 40 minutes. the substrate is completely reacted. As a result, there is no longer any change in pH, and thus a constant value for the emission ratio also sets in here. At the beginning of the hydrolysis reaction, the cells already have an R 485/390 value of 1.7, which increases to 2.5 to 3.2 in the course of the reaction.

Beispiel 5: Identifizierung und Trennung von Zellen mit Esteraseaktivität unter Verwendung des pHluorin-Assays am FACSExample 5: Identification and separation of cells with esterase activity using the pHluorine assay at the FACS

Um die Möglichkeit des pHluorin-Assays zur Einzelzellsortierung anhand der Esterase aus Bacillus stearothermophilus am FACS zu untersuchen, wurden wie in Beispiel 2 beschrieben verschiedene Ansätze von Zellen kultiviert und die Expression durch Zugabe von IPTG und Rhamnose induziert. Nach 4 Stunden wurden die Zellen wie üblich in Kaliumphosphatpuffer ohne bzw. mit Substrat und 3% DMSO als Lösevermittler überführt und die Substrathydrolyse durch Inkubation für 40 min. bei 37°C forciert. Anschließend wurden die Zelllösungen am FACSScan gemessen.Around the possibility of the pHluorin Assay for Single Cell Sorting Using Esterase from Bacillus stearothermophilus at FACS were studied as in Example 2 described various approaches of cells and cultured the expression induced by the addition of IPTG and rhamnose. To 4 hours, the cells were as usual transferred in potassium phosphate buffer with or without substrate and 3% DMSO as a solubilizer and the substrate hydrolysis by incubation for 40 min. forced at 37 ° C. Subsequently were the cell solutions measured at the FACSScan.

In den folgenden Beispielen wurde die pHluorins-Absorption bei 475 nm mit Hilfe eines blauen Lasers (488 nm, FL1-Filter) und eines zweiten Lasers (390nm, FL2-Filter) durchgeführt. Es wurden die Durchflusszytometern FACSScanTM und FACSVantageTM mit FACSDiVaTM-Option der Firma Becton-Dickinson verwendet.In the following examples, pHluorine absorption was performed at 475 nm using a blue laser (488 nm, FL1 filter) and a second laser (390 nm, FL2 filter). The flow cytometers FACSScan and FACSVantage with FACSDiVa option from Becton-Dickinson were used.

a) Messung von nichtmarkierten E. coli DH5α-Zellena) Measurement of unlabelled E. coli DH5α cells

Zunächst wurden Messungen mit nichtmarkierten Zellen durchgeführt, die als Vergleich zu pHluorin-aktiven Zellen dienen (11).First, measurements were carried out with unlabelled cells, which serve as comparison to pHluorin-active cells ( 11 ).

Wie zu erwarten zeigen praktisch alle detektierten Zellen sowohl ein schwaches FL1- als auch FL2-Signal. In der definierten Region R1 befinden sich 96,80% aller Zellen (Events). Die Region R1 ist charakteristisch für farblose E. coli DH5α-Zellen, ohne Esteraseaktivität. Die Messergebnisse sind in 11 dargestellt und in der folgenden Tabelle aufgelistet:

Figure 00240001
As expected, virtually all detected cells show both a weak FL1 and FL2 signal. The defined region R1 contains 96.80% of all cells (events). The region R1 is characteristic of colorless E. coli DH5α cells, without esterase activity. The measurement results are in 11 and listed in the following table:
Figure 00240001

b) Messung von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin-Aktivität nach Substratumsatzb) Measurement of E. coli DH5a cells with pHluorin activity after substrate conversion

Für den Vergleich mit Zellen, bei denen neben pHluorin- auch Esteraseaktivität vorliegt, wurden E. coli DH5α pGEX_rat_pHluorin-Zellen mit Tributyrin als Substrat gemessen, in denen zuvor pHluorin exprimiert wurde (12).For comparison with cells in which, in addition to pHluorin, esterase activity is also present, E. coli DH5α pGEX_rat_pHluorin cells were measured with tributyrin as the substrate in which pHluorin was previously expressed ( 12 ).

In Region R2 befinden sich 77,10% mit einem geometrischen Fluoreszenzmittelwert von 217,58 für das FL1-Signal, in R1 nur noch 17,60% (geometrischer Mittelwert von 3,49). Zellen mit pHluorin-Aktivität zeigen folglich ein deutlich höheres FL1-Signal als farblose E. coli. Die Region R2 ist charakteristisch für pHluorin-markierte Zellen. Die Messergebnisse sind in 12 und in der folgenden Tabelle wiedergegeben.In region R2 are 77.10% with a geometric fluorescence mean of 217.58 for the FL1 signal, in R1 only 17.60% (geometric mean of 3.49). Consequently, cells with pHluorin activity show a significantly higher FL1 signal than colorless E. coli. The region R2 is characteristic of pHluorine-labeled cells. The measurement results are in 12 and shown in the following table.

Figure 00240002
Figure 00240002

c) Messung von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin- und Esteraseaktivität nach Substratumsatzc) Measurement of E. coli DH5a cells with pHluorin and esterase activity after substrate turnover

Vor der Messung wurde zunächst pHluorin und die Esterase aus Bacillus stearothermophilus exprimiert und die Zellen dann in 50 mM Kaliumphosphatpuffer (pH 8) mit Tributyrin und Dimethylsulfoxid (DMSO) überführt und für 40 min bei 37°C inkubiert. Die Ergebnisse sind in 13 und in der folgenden Tabelle wiedergegeben.Before measurement, pHluorine and the esterase from Bacillus stearothermophilus were first expressed and the cells were then transferred into 50 mM potassium phosphate buffer (pH 8) with tributyrin and dimethyl sulfoxide (DMSO) and incubated for 40 min at 37 ° C. The results are in 13 and shown in the following table.

Figure 00250001
Figure 00250001

Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass die Zellen mit Esterase- und pHluorin-Aktivität ein schwächeres FL1-Signal gegenüber Zellen mit pHluorin- aber ohne Esteraseaktivität zeigen. Dies zeigt sich auch im geometrischen Mittelwert des Fluoreszenzsignals von 132.80. Im Vergleich zu farblosen E. coli zeigen die pHluorin/Esterase-markierten Zellen deutlich höhere Fluoreszenzwerte. Die Region R3, in der sich 74,00% aller Zellen (Events) befinden, ist charakteristisch für pHluorin-markierte Zellen mit Esteraseaktivität.The Evaluation of the results shows that the cells with esterase and pHluorin activity a weaker FL1 signal across from Show cells with pHluorin but without esterase activity. This is also evident in the geometric mean of the fluorescence signal of 132.80. in the Compared to colorless E. coli show the pHluorin / esterase-labeled Cells significantly higher Fluorescence values. The R3 region, which accounts for 74.00% of all cells (Events) is characteristic of pHluorine-labeled cells with esterase activity.

d) Vergleich von E. coli DH5α-Zellen mit pHluorin- und Esteraseaktivität bei Umsetzung unterschiedlicher Substrate bei verschiedenen Pufferkonzentrationend) Comparison of E. coli DH5a cells with pHluorin and esterase activity when reacting different Substrates at different buffer concentrations

Vor der Messung wurde zunächst pHluorin und die Esterase aus Bacillus stearothermophilus exprimiert und die Zellen dann in 50 mM bzw. 500 mM Kaliumphosphat-Puffer (pH 8) mit Tributyrin und Dimethylsulfoxid überführt und für 40 min bei 37°C inkubiert.In front the measurement was first pHluorin and the esterase from Bacillus stearothermophilus expressed and then the cells in 50 mM or 500 mM potassium phosphate buffer (pH 8) with tributyrin and dimethylsulfoxide and incubated for 40 min at 37 ° C.

Bei einer Pufferkonzentration von 50 mM geht das FL1-Signal der Zellen mit pHluorin und Esteraseaktivität nach Substratumsatz mit Phenylacetat fast vollständig verloren (14). Nahezu alle Zellen (Events) sind in der Region R1 (97,60%) zu finden. Die Zellen können nicht mehr von farblosen E. coli DH5α unterschieden werden. Dieses Ergebnis korreliert auch mit den in Beispiel 2 mit dem Fluoreszenzspektrometer gemessenen Werten, wonach die Zellen bei einer Pufferkonzentration von 50 mM nach Umsatz mit Phenylacetat nahezu komplett an Fluoreszenzsignal verlieren. Die Ergebnisse der Messung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Figure 00260001
At a buffer concentration of 50 mM, the FL1 signal of the cells with pHluorin and esterase activity is almost completely lost after substrate conversion with phenyl acetate ( 14 ). Almost all cells (events) can be found in region R1 (97.60%). The cells can no longer be distinguished from colorless E. coli DH5α. This result also correlates with the values measured in the fluorescence spectrometer in Example 2, according to which the cells almost completely lose their fluorescence signal at a buffer concentration of 50 mM after conversion with phenyl acetate. The results of the measurement are shown in the following table:
Figure 00260001

Bei einer Pufferkonzentration von 500 mM wurde dagegen ein deutliches FL1-Signal erhalten (15). In der für pHluorin-markierte Zellen charakteristischen Region R2 befinden sich 76,90% aller Zellen (Events). Die Zellen sind von farblosen E. coli klar unterscheidbar. Die Ergebnisse der Messung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:At a buffer concentration of 500 mM, however, a clear FL1 signal was obtained ( 15 ). In the region R2 characterized by pHluorine-labeled cells, there are 76.90% of all cells (events). The cells are clearly distinguishable from colorless E. coli. The results of the measurement are shown in the following table:

Figure 00260002
Figure 00260002

e) Vergleich von Zellen mit pHluorin- und Esteraseaktivität bei verschiedenen pH-Wertene) Comparison of cells with pHluorin and esterase activity at different pH's

Um eine Änderung der Fluoreszenz bei Abnahme des pH-Werts nachzuweisen, wurden Zellen mit pHluorin- und Esteraseaktivität in 50 mM Kaliumphosphatpuffer bei verschiedenen pH-Werten resuspendiert und nach Inkubation für 40 min. bei 37°C am FACS untersucht.Around a change to detect fluorescence as the pH dropped, cells became with pHluorin and esterase activity in 50 mM potassium phosphate buffer resuspended at different pH and after incubation for 40 min. at 37 ° C examined at the FACS.

Für die Charakterisierung der Zellen (Events) wurde die Region R1 definiert (16, 17, 18). Die Zellen zeigen bei pH 8,0 in R1 einen geometrischen Mittelwert für FL1 von 183.93 (16). Bei Abnahme des pH-Werts steigt der geometrische Mittelwert über 232,03 bei pH 7,0 (17) bis auf 264,78 bei pH 6,0 an (18). Damit konnte die Zunahme des FL1-Signals der Zellen bei Abnahme des pH-Werts gezeigt werden. Die Ergebnisse der Messungen sind in den folgenden Tabellen dargstellt:

Figure 00270001
For the characterization of the cells (events) the region R1 was defined ( 16 . 17 . 18 ). At pH 8.0 in R1 the cells show a geometric mean for FL1 of 183.93 ( 16 ). As the pH decreases, the geometric mean increases above 232.03 at pH 7.0 ( 17 ) up to 264.78 at pH 6.0 ( 18 ). This showed the increase in the FL1 signal of the cells as the pH dropped. The results of the measurements are shown in the following tables:
Figure 00270001

Durch die Untersuchungen am FACS konnte gezeigt werden, dass pHluorin-markierte Zellen ohne bzw. mit Esteraseaktivität von farblosen E. coli unterschieden werden können. Außerdem nimmt bei Zellen mit pHluorin-Aktivität das FL1-Signals bei abnehmendem pH zu, was in direkter Korrelation zum Anregungsspektrum von pHluorin steht, dessen Maximum bei 475 nm mit Abnahme des pH-Werts größer wird. Wichtig ist hierbei aber, dass bei allen pH-Werten eine pH-Wertänderung durch die Esteraseaktivität in-vivo festgestellt werden kann.By the studies on FACS showed that pHluorine-labeled cells without or with esterase activity can be distinguished from colorless E. coli. In addition, in cells with pHluorin activity, the FL1 signal increases at decreasing pH, which is in direct correlation to the excitation spectrum of pHluorin, its maximum at 475 nm with decrease in pH gets bigger. It is important, however, that at all pH values a pH change through the esterase activity can be determined in vivo.

SEQUENZPROTOKOLL

Figure 00280001
SEQUENCE LISTING
Figure 00280001

Figure 00290001
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Claims (22)

Vektorsystem umfassend mindestens einen Vektor enthaltend mindestens ein, von einem Promotor aus transkribierbaren Zielgen und mindestens ein, von dem selben oder von einem anderen Promotor aus transkribierbaren pH-sensitiven-Reportergen.Vector system comprising at least one vector containing at least one transcribable from a promoter Target gene and at least one, of the same or of another Promoter from transcribable pH-sensitive reporter gene. Vektorsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zielgen für ein Enzym codiert, dass eine pH-abhängige Reaktion katalysiert.Vector system according to claim 1, characterized in that at least one target gene codes for an enzyme, that is a pH dependent Catalyzed reaction. Vektorsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielgene unabhängig voneinander für ein Enzym ausgewählt aus der Gruppe der Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen oder Lyasen codiert.Vector system according to claim 2, characterized in that the target genes independently of one another for an enzyme selected from the group of oxidoreductases, transferases, hydrolases or Lyases encoded. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vektorsystem aus mindestens zwei Vektoren besteht, wobei mindestens ein Vektor ein pH-sensitive Reportergen enthält und mindestens ein anderer Vektor ein Zielgen enthält.Vector system according to one the claims 1 to 3, characterized in that the vector system of at least two vectors, wherein at least one vector is a pH-sensitive Contains reporter gene and at least one other vector contains a target gene. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vektorsystem aus mindestens einem Vektor besteht, der mindestens ein Zielgen und mindestens ein pH-sensitives-Reportergen.Vector system according to one the claims 1 to 4, characterized in that the vector system of at least a vector consisting of at least one target gene and at least a pH-sensitive reporter gene. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das pH-sensitive Reportergen das pHluorin-Gen oder eine Variante davon, mit einer Sequenzhomologie von mindestens 50% ist.Vector system according to one the claims 1 to 5, characterized in that the pH-sensitive reporter gene the pHluorin gene or a variant thereof, with a sequence homology of at least 50%. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor oder die Vektoren des Vektorsystems die Transkription regulierende Sequenzen enthält.Vector system according to one the claims 1 to 6, characterized in that the vector or the vectors of the vector system containing transcriptional regulatory sequences. Vektorsystem gemäß Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Vektorsystem den pGEX_rat_pHluorin Vektor enthält.Vector system according to claim 7, characterized in that the vector system is the pGEX_rat_pHluorin Vector contains. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vektorsystem einen ein Zielgen enthaltenden pJOE-Vektor enthält.Vector system according to one the claims 1 to 8, characterized in that the vector system has a Containing target gene containing pJOE vector. Vektorsystem gemäß einem der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vektorsystem aus einem pGEX_pH_Zielgen-Koexpressionsplasmid besteht.Vector system according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the vector system consists of a pGEX_pH_Zielgen coexpression plasmid exists. Expressionssystem umfassend eine mit einem Vektorsystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 transfizierte Wirtszelle oder Wirtszellkultur.Expression system comprising one with a vector system according to claims 1 to 10 transfected host cell or host cell culture. Expressionssystem gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirtszellen einzellige pro- oder eukaryontische Organismen sind.Expression system according to claim 11, characterized in that that the host cells are unicellular pro- or eukaryotic organisms are. Expressionssysteme gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirtszelle eine E. coli Zelle oder eine Hefezelle ist.Expression systems according to one of claims 11 or 12, characterized in that the Host cell is an E. coli cell or a yeast cell. Substanzbibliothek enthaltend Vektorsysteme gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.Compound library containing vector systems according to one the claims 1 to 10. Expressionsbibliothek enthaltend Expressionssysteme gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.Expression library containing expression systems according to one the claims 11 to 13. Verwendung der Vektorsysteme gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Transfektion von Zellen oder Zellkulturen.Use of the vector systems according to one of claims 1 to 10 for transfecting cells or cell cultures. Verwendung der Expressionsysteme gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 für Verfahren zum Auffinden von pH-abhängige Reaktionen katalysierenden Enzymen oder zur Bestimmung der katalytischen Aktivität solcher Enzyme.Use of the expression systems according to the claims 11 to 13 for Method for finding pH-dependent reactions catalyzing Enzymes or to determine the catalytic activity of such Enzymes. Verfahren zum Auffinden pH-Wert beeinflussender Zielgenprodukte ausgehend von einer Wirtszelle enthaltend ein Vektorsystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Coexpression des Zielgens und des Reportergens im Wirtsorganismus und b) Bestimmung der pH-Wert-Änderungen im Wirtsorganismus, die durch das Zielgenprodukt hervorgerufen wird, mit Hilfe des Reportergenproduktes.Method for finding pH-influencing Target gene products from a host cell containing a vector system according to claims 1 to 10 comprising the following method steps: a) Coexpression of the Target gene and the reporter gene in the host organism and b) determination the pH changes in the host organism evoked by the target gene product, with the help of the reporter gene product. Verfahren zum Auffinden pH-Wert beeinflussender Zielgenprodukte gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Coexpression des Zielgens und/oder des Reportergens induziert wird.Method for finding pH-influencing Target gene products according to claim 18, characterized in that the coexpression of the target gene and / or of the reporter gene is induced. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei zur Identifikation eines interessierenden Enzyms ein Expressionssystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 oder eine Expressionsbibliothek gemäß Anspruch 15 enthaltend pHluorin als Reportergen spektrometrisch bei einer Wellenlänge von 450 nm bis 500 nm und/oder 360 nm bis 440 nm untersucht werden.Method according to claim 18 or 19, wherein for identification of an enzyme of interest an expression system according to the claims 11 to 13 or an expression library according to claim 15 containing pHluorin as reporter gene spectrometrically at a wavelength of 450 nm to 500 nm and / or 360 nm to 440 nm are investigated. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Emissionsverhältnis der beiden Banden spektrometrisch bestimmt wird.Method according to the previous Claim, characterized in that the emission ratio of both bands is determined spectrometrically. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Expression der Zielgene der Expressionssysteme in flüssigem Medium mit anschließender Vereinzelung positiver Wirtszellen mittels FACS erfolgt.Method according to one the claims 18 to 21, characterized in that the expression of the target genes of expression systems in liquid Medium with subsequent Separation of positive host cells by means of FACS takes place.
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