DE19846635A1 - New nucleic acid encoding a branching enzyme, useful for in vitro synthesis of branched glucans and to prepare transgenic plants producing modified starch - Google Patents
New nucleic acid encoding a branching enzyme, useful for in vitro synthesis of branched glucans and to prepare transgenic plants producing modified starchInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft in-vitro Verfahren zur Herstellung von α-1,6-verzweigten α- 1,4-Glucanen auf der Basis von Saccharose und einer Enzymkombination aus einer Amylosucrase und einem Verzweigungsenzym sowie Nucleinsäuremoleküle codierend ein Verzweigungsenzym aus Bakterien der Gattung Neisseria. Die Erfindung betrifft ferner die durch das beschriebene Verfahren erhältlichen Glucane.The present invention relates to in-vitro methods for producing α-1,6-branched α- 1,4-glucans based on sucrose and an enzyme combination of one Amylosucrase and a branching enzyme and nucleic acid molecules coding Branching enzyme from bacteria of the genus Neisseria. The invention further relates to the glucans obtainable by the process described.
α-1,6 verzweigte α-1,4-Glucane sind in verschiedener Hinsicht von außerordentlichem Interesse, da sie sich beispielsweise für die Herstellung von Produkten im Bereich der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie eignen. Beispielsweise können sie als Bindemittel für Tabletten, als Trägerstoffe für pharmazeutische Wirkstoffe, als Verpackungsmaterial, als Trägerstoff für Puderzusatzstoffe, als UV-absorbierender Zusatzstoff in Sonnenschutzcremes und als Trägermaterial von Aroma- oder Duftstoffen verwendet werden.α-1,6 branched α-1,4-glucans are of extraordinary interest in various ways, since they are used, for example, for the manufacture of products in the pharmaceutical sector and cosmetic industry. For example, they can be used as binders for tablets Carriers for active pharmaceutical ingredients, as packaging material, as carriers for Powder additives, as a UV-absorbing additive in sunscreen creams and as Carrier material of aromas or fragrances can be used.
α-1,6-verzweigte α-1,4-Glucane kommen im Pflanzenreich hauptsächlich als Amylopektin als ein Bestandteil der Stärke vor. Im Tierreich und in Bakterien treten diese verzweigten Glucane hauptsächlich in Form von Glycogen auf.α-1,6-branched α-1,4-glucans occur mainly as amylopectin in the plant kingdom a component of strength before. These branched glucans occur in the animal kingdom and in bacteria mainly in the form of glycogen.
Das Polysaccharid Stärke ist aus chemisch einheitlichen Grundbausteinen, den Glucosemolekülen, aufgebaut, stellt jedoch ein komplexes Gemisch unterschiedlicher Molekülformen dar, die Unterschiede hinsichtlich des Polymerisations- und des Verzweigungsgrades aufweisen und sich somit in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften stark voneinander unterscheiden. Man differenziert zwischen Amylosestärke, einem im wesentlichen unverzweigten Polymer aus α-1,4-glycosidisch verknüpften Glucoseeinheiten, und der Amylopektinstärke, einem verzweigten Polymer, bei dem die Verzweigungen durch das Auftreten zusätzlicher α-1,6-glycosidischer Verknüpfungen zustande kommen. Nach Lehrbuchangaben (Voet and Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, 1990) treten die α-1,6- Verzweigungen durchschnittlich alle 24 bis 30 Glucosereste auf. Dies entspricht einem Verzweigungsgrad von ca. 3%-4%. Die Angaben zum Verzweigungsgrad sind variabel und abhängig von der Herkunft (z. B. Pflanzenspezies, Pflanzensorte usw.) der jeweiligen Stärke. In typischen für die industrielle Stärkeproduktion verwendeten Pflanzen variiert der Amyloseanteil am Gesamtstärkegehalt zwischen 10 und 25%. Zur Herstellung von α-1,6-verzweigten α-1,4- Glucanen unterschiedlichen Verzweigungsgrades wurden bereits verschiedene Ansätze beschrieben, die die Verwendung von (transgenen) Pflanzen umfassen. So führt beispielsweise die heterologe Expression einer bakteriellen Glycogensynthase in Kartoffelpflanzen zu einer leichten Absenkung des Amylosegehaltes, zu einer Steigerung des Verzweigungsgrades und zu einer Veränderung des Verzweigungsmusters des Amylopektins im Vergleich zu Wildtyp-Pflanzen (Shewmaker et al., Plant. Physiol. 104 (1994), 1159-1166).The polysaccharide starch is made up of chemically uniform building blocks, the Glucose molecules, built up, however, represents a complex mixture of different Molecular forms represent the differences in the polymerization and the Have degrees of branching and thus their physicochemical properties differ greatly from each other. One differentiates between amylose strength, an im essential unbranched polymer from α-1,4-glycosidically linked glucose units, and the amylopectin starch, a branched polymer in which the branches through the Additional α-1,6-glycosidic linkages occur. To Textbook information (Voet and Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, 1990) occur the α-1,6- Branches average every 24 to 30 glucose residues. This corresponds to one Degree of branching of approx. 3% -4%. The information on the degree of branching is variable and depending on the origin (e.g. plant species, plant variety, etc.) of the respective starch. In The amount of amylose typical of plants used in industrial starch production varies in total starch content between 10 and 25%. For the production of α-1,6-branched α-1,4- Glucans of different degrees of branching have already been found described various approaches involving the use of (transgenic) plants. For example, heterologous expression of a bacterial glycogen synthase leads to Potato plants to slightly lower the amylose content, to increase the Degree of branching and a change in the branching pattern of amylopectin in Comparison to wild-type plants (Shewmaker et al., Plant. Physiol. 104 (1994), 1159-1166).
Ferner wurde beobachtet, daß die heterloge Expression des Verzweigungsenzyms aus E. coli (glgB) in amylose-freien Kartoffelmutanten (amf) (Jacobsen et al., Euphytica 44 (1989), 43-48) zu Amylopektinmolekülen mit 25% mehr Verzweigungspunkten führte (Kortstee et al., Plant J. 10 (1996), 83-90) als die Kontrolle (amf). Die Isolierung der in transgenen Pflanzen erzeugten Glucane unterschiedlichen Verzweigungsgrades bedarf zur Entfernung z. B. der Amylosekomponente zusätzlicher Reinigungsschritte, die sehr aufwendig und daher Zeit- und kostenintensiv sind. Ferner ist eine gezielte Einstellung des Verzweigungsgrades mit derartigen Ansätzen nicht möglich. Weiterhin besitzen solche in-vivo-Verfahren aufgrund schwankender Versuchsbedingungen (Umweltfaktoren, Standort) eine hohe Variabilität bezüglich der Produktqualität.It was also observed that heterologous expression of the branching enzyme from E. coli (glgB) in amylose-free potato mutants (amf) (Jacobsen et al., Euphytica 44 (1989), 43-48) led to amylopectin molecules with 25% more branching points (Kortstee et al., Plant J. 10 (1996), 83-90) as the control (amf). Isolation of those generated in transgenic plants Different glucans need different degrees of branching to remove z. B. the Amylose component of additional cleaning steps, which are very complex and therefore time and are expensive. Furthermore, a targeted adjustment of the degree of branching with such Approaches not possible. Furthermore, such in vivo methods have fluctuating Test conditions (environmental factors, location) a high variability in terms of Product quality.
Einen höheren Verzweigungsgrad als das Amylopektin weist Glycogen auf. Auch dieses Polysaccharid enthält α-1,6- verzweigte α-1,4- Glucane. Glycogen unterscheidet sich von Stärke auch in der durchschnittlichen Seitenkettenlänge und im Polymerisationsgrad. Glycogen enthält nach Lehrbuchangaben (Voet and Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, 1990) durchschnittlich alle 8 bis 12 Glucosereste einen α-1,6-Verzweigungspunkt. Dies entspricht einem Verzweigungsgrad von ca. 8% bis 12%. Für das Molekulargewicht von Glycogen findet man unterschiedliche Angaben, die von 1 Million bis über 1000 Millionen reichen (D. J. Manners in: Advances in Carbohydrate Chemistry, Ed. M. L. Wolfrom, Academic Press, New York (1957), 261-298; Geddes et al., Carbohydr. Res. 261 (1994), 79-89). Auch diese Angaben sind stark abhängig vom jeweiligen Ursprungsorganismus, dessen Ernährungszustand sowie von der Art der Isolierung des Glycogens. Glycogen wird in der Regel aus Muscheln (z. B. Mytillus edulis), aus Säugerlebern oder -muskeln (z. B. Kaninchen, Ratten) gewonnen (Bell et al., Biochem. J. 28 (1934), 882; Bueding and Orrell, J. Biol. Chem. 236 (1961), 2854). Dies macht eine Herstellung im industriellen Maßstab zeit- und kostenintensiv.Glycogen has a higher degree of branching than amylopectin. This too Polysaccharide contains α-1,6-branched α-1,4-glucans. Glycogen is different from starch also in the average side chain length and in the degree of polymerization. Contains glycogen according to textbook information (Voet and Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, 1990) an α-1,6 branch point on average every 8 to 12 glucose residues. This matches with a degree of branching of approximately 8% to 12%. For the molecular weight of glycogen various data ranging from 1 million to over 1,000 million (D.J. Manners in: Advances in Carbohydrate Chemistry, Ed. M. L. Wolfrom, Academic Press, New York (1957), 261-298; Geddes et al., Carbohydr. Res. 261 (1994), 79-89). This information too are strongly dependent on the respective original organism, its nutritional status and on the type of isolation of the glycogen. Glycogen is usually made from mussels (e.g. Mytillus edulis), obtained from mammalian liver or muscles (e.g. rabbits, rats) (Bell et al., Biochem. J. 28 (1934), 882; Bueding and Orrell, J. Biol. Chem. 236 (1961), 2854). This does Manufacturing on an industrial scale is time and cost intensive.
Die beschriebenen natürlich auftretenden α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane, Stärke und Glycogen, verhalten sich je nach ihrem Anteil an 1,6-glycosidischen Verzweigungen sehr unterschiedlich. Dies gilt u. a. in Bezug auf ihre Löslichkeit, Transparenz, enzymatische Hydrolyse, Rheologie, Gelbildungs- und Retrogradationseigenschaften. Eine derartige Schwankung in den Eigenschaften ist jedoch für viele industrielle Anwendungen nicht tolerierbar.The naturally occurring α-1,6-branched α-1,4-glucans, starch and Glycogen, behave very depending on their proportion of 1,6-glycosidic branches differently. This applies u. a. in terms of their solubility, transparency, enzymatic Hydrolysis, rheology, gelling and retrogradation properties. Such Fluctuations in properties, however, are not for many industrial applications tolerable.
Eine Alternative zu der Gewinnung von α-1,6-verzweigten α-1,4- Glucanen aus Pflanzen oder tierischen Organismen sind in-vitro-Ansätze. Diese zeichnen sich gegenüber den in-vivo- Verfahren generell durch eine bessere Steuerbarkeit und eine höhere Reproduzierbarkeit aus, weil die Reaktionsbedingungen in vitro, im Gegensatz zu den Bedingungen in einem lebenden Organismus, definiert eingestellt werden können. Dies ermöglicht in der Regel die Herstellung von gleichbleibenden Produkten großer Einheitlichkeit und Reinheit und damit von großer Qualität, die für die weitere industrielle Nutzung von großer Bedeutung ist. Die Aufarbeitung von Produkten gleichbleibender Qualität führt zu Kostensenkungen, weil die Verfahrensparameter, die für die Aufarbeitung erforderlich sind, nicht für jeden Aufarbeitungsansatz neu optimiert werden müssen. Ein weiterer Vorteil bestimmter in-vitro- Verfahren liegt darin, daß die Produkte frei von den Organismen sind, die im in-vivo-Verfahren verwendet werden. Für bestimmte Anwendungen in der Nahrungsmittelindustrie und der Pharmaindustrie ist dies dringend erforderlich.An alternative to the production of α-1,6-branched α-1,4-glucans from plants or animal organisms are in vitro approaches. These stand out from the in-vivo Processes generally characterized by better controllability and higher reproducibility, because the reaction conditions in vitro, as opposed to the conditions in a living Organism, can be set defined. This usually enables production of consistent products of great uniformity and purity and thus of great Quality that is of great importance for further industrial use. The workup of products of consistent quality leads to cost reductions because the Process parameters that are required for the processing, not for everyone Processing approach need to be re-optimized. Another benefit of certain in vitro The process is that the products are free of organisms by the in vivo process be used. For certain applications in the food industry and the This is urgently required in the pharmaceutical industry.
Die in-vitro-Verfahren lassen sich generell in zwei verschiedene Gruppen unterteilen.The in vitro methods can generally be divided into two different groups.
Bei der einen Gruppe von Verfahren werden verschiedene Substrate, wie z. B. Amylose, Amylopektin und Glycogen, der Aktivität eines Verzweigungsenzyms ausgesetzt.In one group of methods, various substrates, such as. B. amylose, Amylopectin and glycogen, exposed to the activity of a branching enzyme.
So konnten Borovsky et al. (Eur. J. Biochem. 59 (1975), 615-625) zeigen, daß die Verwendung des Verzweigungsenzyms aus Kartoffel in Verbindung mit dem Substrat Amylose zu Produkten führt, die zwar amylopektinähnlich sind, sich von diesem jedoch strukturell unterscheiden.For example, Borovsky et al. (Eur. J. Biochem. 59 (1975), 615-625) show that the use of the branching enzyme from potatoes in connection with the substrate amylose to products leads, which are similar to amylopectin, but differ structurally from this.
Boyer und Preiss (Biochemistry 16 (1977), 3693-3699) zeigten ferner, daß gereinigtes Verzweigungsenzym (α-1,4-Glucan:α-1,4-Glucan 6-Glycosyltransferase) aus E. coli verwendet werden kann, um den Verzweigungsgrad von Amylose oder Amylopektin zu erhöhen.Boyer and Preiss (Biochemistry 16 (1977), 3693-3699) also showed that purified Branching enzyme (α-1,4-glucan: α-1,4-glucan 6-glycosyltransferase) from E. coli was used can be used to increase the degree of branching of amylose or amylopectin.
Wird hingegen Glycogen aus E. coli oder Kaninchenleber mit dem Verzweigungsenzym aus E. coli inkubiert, so erreicht man nur eine schwache Zunahme des Verzweigungsgrades (Boyer und Preiss, a. a. O.).However, if glycogen from E. coli or rabbit liver is used with the branching enzyme from E. incubated coli, only a slight increase in the degree of branching is achieved (Boyer and Preiss, a. a. O.).
Auch Rumbak et al. (J. Bacteriol. 173 (1991), 6732-6741) konnten den Verzweigungsgrad von Amylose, Amylopektin und Glycogen nachträglich erhöhen, indem sie diese Substrate mit dem Verzweigungsenzym aus Butyrivibrio fibrisolvens inkubierten.Rumbak et al. (J. Bacteriol. 173 (1991), 6732-6741) were able to determine the degree of branching of Amylose, amylopectin and glycogen can be increased by adding these substrates with the Branching enzyme from Butyrivibrio fibrisolvens.
Ein ähnlicher Ansatz wurde von Okada et al. verfolgt (Patent-Nr. US 4 454 161), um die Eigenschaften von stärkeenthaltenden Nahrungsmitteln zu verbessern. Dabei wurden Substanzen wie Amylose, Amylopektin, Stärke oder Dextrin zusammen mit einem Verzweigungsenzym inkubiert. Dies hatte vorteilhafte Effekte auf die Haltbarkeit von Nahrungsmitteln, die die entsprechend modifizierten Substanzen enthielten. Ferner beschreibt die Patentanmeldung EP-A1 0 690 170 die Umsetzung gelierter Stärke in wäßriger Lösung unter Verwendung eines Verzweigungsenzyms. Dies führt zu Stärken mit vorteilhaften Eigenschaften bei der Papierherstellung.A similar approach was developed by Okada et al. (U.S. Patent No. 4,454,161) to the To improve the properties of starch-containing foods. Thereby substances such as amylose, amylopectin, starch or dextrin together with one Branching enzyme incubated. This had beneficial effects on the durability of Food containing the appropriately modified substances. Also describes patent application EP-A1 0 690 170 the reaction of gelled starch in aqueous solution Use of a branching enzyme. This leads to strengths with advantageous properties in papermaking.
Die vorangehend beschriebenen in-vitro-Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß bereits aufgrund des schwankenden Verzweigungsgrades der Edukte (z. B. Stärke, Amylopektin etc.) die Herstellung einheitlicher Produkte nicht möglich ist. Ferner ist eine gezielte Steuerung des Verzweigungsgrades nicht möglich und darüberhinaus sind die verwendeten Substrate verhältnismäßig teuer.The in vitro methods described above, however, have the disadvantage that already due to the fluctuating degree of branching of the starting materials (e.g. starch, amylopectin, etc.) it is not possible to manufacture uniform products. Furthermore, targeted control of the Degree of branching is not possible and the substrates used are also relatively expensive.
Die andere Gruppe von in-vitro-Verfahren umfaßt die de-novo-Synthese α-1,6-verzweigter α- 1,4-Glucane ausgehend von verschiedenen Substraten (Glucose-1-phosphat, ADP-Glucose, UDP-Glucose) unter Verwendung einer Enzymkombination bestehend aus einem 1,4- Glucankettenbildenden Enzym (Phosphorylase, Stärkesynthase, Glycogensynthase) und einem Verzweigungsenzym.The other group of in vitro methods includes de novo synthesis of α-1,6-branched α- 1,4-glucans starting from various substrates (glucose-1-phosphate, ADP-glucose, UDP-glucose) using an enzyme combination consisting of a 1,4- Glucan chain-forming enzyme (phosphorylase, starch synthase, glycogen synthase) and one Branching enzyme.
So konnte Illingwort et al. (Proc. Nat. Acad. Sci. USA 47 (1961), 469-478) für ein in-vitro- Verfahren unter Verwendung einer Phosphorylase a aus Muskeln (Organismus unbekannt) in Kombination mit einem Verzweigungsenzym (Organismus unbekannt) zeigen, daß die de-novo- Synthese glycogenähnlicher Moleküle unter Verwendung des Substrats Glucose-1-phosphat möglich ist. Boyer und Preiss (a. a. O.) kombinierten die enzymatische Aktivität einer Phosphorylase aus Kaninchenmuskeln bzw. einer Glycogensynthase aus E. coli mit der eines Verzweigungsenzyms aus E. coli unter Verwendung des Substrats Glucose-1-phosphat bzw. UDP-Glucose und erzeugten auf diese Weise verzweigte α-Glucane. Auch Borovsky et al. (Eur. J. Biochem. 59 (1975), 615-625) untersuchten die de-novo-Synthese von α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucanen aus Glucose-1-phosphat unter Verwendung eines Verzweigungsenzyms aus Kartoffel in Kombination mit einer Phosphorylase (1,4-α-D-glucan: orthophosphat α-glycosyltransferase [EC 2.4.1.1]) aus Mais. Doi (Biochimica et Biophysica Acta 184 (1969), 477-485) zeigte, daß die Enzymkombination einer Stärkesynthase (ADP-D-Glucose: α- 1,4-Glucan α-4-Glucosyltransferase) aus Spinat und einem Verzweigungsenzym aus Kartoffel unter Einsatz des Substrats ADP-Glucose zu amylopektinähnlichen Produkten führt. Parodi et al. (Arch. Biochem. Biophys. 132 (1969), 11-117) verwendeten für die de-novo-Synthese verzweigter Glucane aus UDP-Glucose eine Glycogensynthase aus Rattenleber kombiniert mit einem Verzweigungsenzym aus Rattenleber. Sie erhielten ein Polymer, das nativem Glycogen ähnelt und das sich von den auf Glucose-1-phosphat basierenden Polymeren unterscheidet.Illingwort et al. (Proc. Nat. Acad. Sci. USA 47 (1961), 469-478) for an in vitro Method using a phosphorylase a from muscles (organism unknown) in Combination with a branching enzyme (organism unknown) shows that the de novo Synthesis of glycogen-like molecules using the substrate glucose-1-phosphate is possible. Boyer and Preiss (op. Cit.) Combined the enzymatic activity of one Phosphorylase from rabbit muscles or a glycogen synthase from E. coli with one Branching enzyme from E. coli using the substrate glucose-1-phosphate or UDP-glucose and thus produced branched α-glucans. Borovsky et al. (Eur. J. Biochem. 59 (1975), 615-625) examined the de novo synthesis of α-1,6-branched α-1,4-glucans from glucose-1-phosphate using a branching enzyme Potato in combination with a phosphorylase (1,4-α-D-glucan: orthophosphate α-glycosyltransferase [EC 2.4.1.1]) from maize. Doi (Biochimica et Biophysica Acta 184 (1969), 477-485) showed that the enzyme combination of a starch synthase (ADP-D-glucose: α- 1,4-glucan α-4-glucosyltransferase) from spinach and a branching enzyme from potato leads to amylopectin-like products using the substrate ADP-glucose. Parodi et al. (Arch. Biochem. Biophys. 132 (1969), 11-117) used for the de novo synthesis branched glucans from UDP-glucose combined a glycogen synthase from rat liver with a rat liver branching enzyme. They received a polymer that was native Glycogen is similar and that of the polymers based on glucose-1-phosphate differs.
Auch diese zweite Gruppe von in-vitro-Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Substrate, z. B. Glucose-1-Phosphat, UDP-Glucose und ADP-Glucose, sehr teuer sind. Ferner erscheint auch hier eine gezielte Steuerung des Verzweigungsgrades nicht möglich zu sein.This second group of in vitro methods also has the disadvantage that the substrates, e.g. B. Glucose-1-phosphate, UDP-glucose and ADP-glucose, are very expensive. Also appears a targeted control of the degree of branching is not possible here.
Büttcher et al. (J. Bacteriol. 179 (1997), 3324-3330) beschreiben ein in-vitro-Verfahren zur Herstellung wasserunlöslicher α-1,4-Glucane unter Verwendung einer Amylosucrase und Saccharose als Substrat. Es werden hierbei jedoch nur lineare α-1,4-Glucane ohne Verzweigungen synthetisiert.Büttcher et al. (J. Bacteriol. 179 (1997), 3324-3330) describe an in vitro method for Preparation of water-insoluble α-1,4-glucans using an amylosucrase and Sucrose as a substrate. However, only linear α-1,4-glucans are used here Branches synthesized.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die kostengünstige Herstellung von α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucanen für industrielle Zwecke ermöglicht, sowie Nucleinsäuremoleküle bereitzustellen, die in solchen Verfahren einsetzbare Enzyme, insbesondere Verzweigungsenzyme, codieren.The object of the present invention is therefore to provide a method represent the cost-effective production of α-1,6-branched α-1,4-glucans for enables industrial purposes, as well as to provide nucleic acid molecules that are in such Enzymes that can be used in methods, in particular branching enzymes, are encoded.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen bezeichneten Ausführungsformen gelöst.This object is achieved by the embodiments described in the claims.
Somit betrifft die Erfindung ein in-vitro-Verfahren zur Herstellung von α-1,6-verzweigten α-1,4- Glucanen unter Verwendung des Substrats Saccharose und einer Enzymkombination aus einer Amylosucrase und einem Verzweigungsenzym. Unter einem "in-vitro-Verfahren" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Umsetzung, d. h. eine Reaktion verstanden, die außerhalb eines lebenden Organismus abläuft. "In-vitro" bedeutet insbesondere, daß das erfindungsgemäße Verfahren in einem Reaktionsgefäß abläuft. Besonders bevorzugt bedeutet "in vitro", daß die Reaktion in Abwesenheit von lebenden Zellen stattfindet.The invention thus relates to an in vitro method for producing α-1,6-branched α-1,4- Glucans using the substrate sucrose and an enzyme combination of one Amylosucrase and a branching enzyme. An "in vitro method" is used in Within the scope of the present invention an implementation, i. H. understood a reaction that takes place outside of a living organism. "In vitro" means in particular that the The method according to the invention takes place in a reaction vessel. Particularly preferably "in vitro "that the reaction takes place in the absence of living cells.
Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es möglich ist, den Verzweigungsgrad zu steuern und daß durch diese Steuerung die Eigenschaften des synthetisierten Glucans an die jeweilige geplante Verwendung des Glucans angepaßt werden können. So besteht möglicherweise im Bereich der Verwendung als Verkapselungsmaterial im pharmazeutischen Bereich die Möglichkeit, über eine gezielte Einstellung des Verzweigungsgrades eine Optimierung der Freisetzungsrate von Arzneimittelwirkstoffen zu erreichen. An advantage of a method according to the invention is that it is possible to increase the degree of branching control and that by this control the properties of the synthesized glucan to the each planned use of the glucan can be adapted. So there is possibly in the field of use as encapsulation material in the pharmaceutical Area the possibility of a specific setting of the degree of branching Achieve optimization of drug release rate.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Amylosucrase
(Saccharose:1,4-α-D-Glucan 4-α-Glucosyltransferase, E. C. 2.4.1.4.) ein Enzym verstanden, das
die Umsetzung von Saccharose zu wasserunlöslichen α-1,4-Glucanen und Fructose katalysiert.
Für dieses Enzym wird das folgende Reaktionsschema vorgeschlagen:
In connection with the present invention, an amylosucrase (sucrose: 1,4-α-D-glucan 4-α-glucosyltransferase, EC 2.4.1.4.) Is understood to mean an enzyme which converts sucrose to water-insoluble α-1,4 -Glucans and fructose catalyzed. The following reaction scheme is proposed for this enzyme:
Saccharose (α-1,4-D-Glucan)n→D-Fructose+(α-1,4-D-Glucan)n+1 Sucrose (α-1,4-D-glucan) n → D-fructose + (α-1,4-D-glucan) n + 1
Es handelt sich dabei um eine Transglycosylierungsreaktion. Die Produkte dieser Reaktion sind wasserunlösliche α-1,4-Glucane und Fructose. Die Transglucosylierung kann in Abwesenheit oder in Gegenwart von Akzeptormolekülen stattfinden. Solche Akzeptormoleküle können z. B. Polysaccharide, wie z. B. Maltooligosaccharide, Dextrin oder Glycogen sein. Wenn ein solches Akzeptormolekül ein lineares, oligomeres α-1,4-Glucan ist, ist das resultierende Produkt der Transglucosylierungsreaktion durch die Amylosucrase ein polymeres lineares α-1,4-Glucan. Wenn die Transglucosylierungsreaktion mittels der Amylosucrase in Abwesenheit von jeglichen Akzeptormolekülen durchgeführt wird, wird ein Glucan mit einem terminalen Fructosemolekül erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden alle mittels einer Amylosucrase, in Abwesenheit oder Anwesenheit von Akzeptormolekülen, erhältlichen Produkte als α-1,4- Glucane bezeichnet.It is a transglycosylation reaction. The products of this reaction are water-insoluble α-1,4-glucans and fructose. The transglucosylation can be in the absence or take place in the presence of acceptor molecules. Such acceptor molecules can e.g. B. Polysaccharides such as e.g. B. maltooligosaccharides, dextrin or glycogen. If such If the acceptor molecule is a linear, oligomeric α-1,4-glucan, the resulting product is the Transglucosylation reaction by the amylosucrase a polymeric linear α-1,4-glucan. If the transglucosylation reaction by means of the amylosucrase in the absence of any Acceptor molecules is carried out, a glucan with a terminal fructose molecule receive. In the context of the present invention, all are by means of an amylosucrase, in Absence or presence of acceptor molecules, products available as α-1,4- Called glucans.
Für den Reaktionsmechanismus einer Transglucosylierung mittels einer Amylosucrase in
Abwesenheit eines Akzeptormoleküls wird folgendes Reaktionsschema vorgeschlagen:
The following reaction scheme is proposed for the reaction mechanism of a transglucosylation using an amylosucrase in the absence of an acceptor molecule:
G-F+n(G-F)→Gn-G-F+nF,
G-F + n (GF) → G n -G-F + nF,
wobei G-F Saccharose ist, G Glucose ist, F Fructose ist und Gn-G-F ein α-1,4-Glucan ist.
Für den Reaktionsmechanismus einer Transglucosylierung mittels Amylosucrase in Gegenwart
eines Aktzeptormoleküls wird folgendes Reaktionsschema vorgeschlagen:
where GF is sucrose, G is glucose, F is fructose and G n -GF is an α-1,4-glucan. The following reaction scheme is proposed for the reaction mechanism of transglucosylation using amylosucrase in the presence of an acceptor molecule:
mG-F+Gn→Gn-m+mF,
mG-F + G n → G nm + mF,
wobei Q ein Polysaccharid-Akzeptormolekül ist, Gn-m ein Polysaccharid bestehend aus Akzeptor plus heransynthetisierter α-1,4-Glucankette ist, G-F Saccharose ist, F Fructose ist und G Glucose ist.where Q is a polysaccharide acceptor molecule, G nm is a polysaccharide consisting of acceptor plus synthesized α-1,4-glucan chain, GF is sucrose, F is fructose and G is glucose.
Für die Transglucosylierung durch eine Amylosucrase sind keine Cofaktoren notwendig. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Prinzip alle Amylosucrasen geeignet, die die Synthese linearer α-1,4-Glucane ausgehend von Saccharose katalysieren. No cofactors are required for transglucosylation by an amylosucrase. In principle, all amylosucrases are required to carry out the process according to the invention suitable that catalyze the synthesis of linear α-1,4-glucans starting from sucrose.
Amylosucrasen sind bisher aus einigen Bakterienarten bekannt, insbesondere hauptsächlich aus Neisseria-Spezies (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 24 (1978), 357-362). Bevorzugt wird daher eine Amylosucrase prokaryontischen Ursprungs verwendet. Amylosucrasen sind beispielsweise bekannt aus Neisseria perflava (Okada und Hehre, J. Biol. Chem. 249 (1974), 126-135; MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 23 (1977), 1303-1307) oder Neisseria canis, Neisseria cinerea, Neisseria denitrificans, Neisseria sicca und Neisseria subflava (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 24 (1978, 357-362). Weiterhin beschreibt die WO 95/31553 eine Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea. Besonders bevorzugt wird eine natürlicherweise von einem Prokaryonten sekretierte Amylosucrase verwendet.Amylosucrases have hitherto been known from some types of bacteria, in particular mainly from Neisseria species (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 24 (1978), 357-362). An amylosucrase of prokaryotic origin is therefore preferably used. Amylosucrases are known, for example, from Neisseria perflava (Okada and Hehre, J. Biol. Chem. 249 (1974), 126-135; MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 23 (1977), 1303-1307) or Neisseria canis, Neisseria cinerea, Neisseria denitrificans, Neisseria sicca and Neisseria subflava (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 24 (1978, 357-362). Furthermore, WO 95/31553 an amylosucrase from Neisseria polysaccharea. One is particularly preferred amylosucrase naturally secreted by a prokaryote.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea verwendet.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a Amylosucrase from Neisseria polysaccharea is used.
Das Enzym, das in Neisseria polysaccharea exprimiert wird, ist extrem stabil, bindet sehr fest an die Polymerisationsprodukte und wird kompetitiv durch das Reaktionsprodukt Fructose inhibiert (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 23 (1977) 1303-1307). Bei der Neisseria-Spezies Neisseria polysaccharea wird die Amylosucrase sekretiert (Riou et al., Can. J. Microbiol. 32 (1986), 909- 911), wohingegen sie bei anderen Neisseria-Arten in der Zelle verbleibt. Ganz besonders bevorzugt wird eine Amylosucrase mit der in Seq ID No. 5 angegebenen Aminosäuresequenz verwendet.The enzyme, which is expressed in Neisseria polysaccharea, is extremely stable and binds very tightly the polymerization products and is competitively inhibited by the reaction product fructose (MacKenzie et al., Can. J. Microbiol. 23 (1977) 1303-1307). In the Neisseria species Neisseria polysaccharea, the amylosucrase is secreted (Riou et al., Can. J. Microbiol. 32 (1986), 909- 911), whereas with other Neisseria species it remains in the cell. Most notably an amylosucrase is preferred with the in Seq ID No. 5 given amino acid sequence used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine gereinigte Amylosucrase verwendet. Unter einer gereinigten Amylosucrase wird dabei ein Enzym verstanden, das weitgehend frei ist von Zellbestandteilen der Zellen, in denen das Protein synthetisiert wird. Vorzugsweise bedeutet der Begriff "gereinigte Amylosucrase" eine Amylosucrase, die einen Reinheitsgrad von mindestens 70%, bevorzugt von mindestens 85% und besonders bevorzugt von mindestens 90% aufweist.In a further preferred embodiment, a purified amylosucrase is used. A purified amylosucrase is understood to mean an enzyme that is largely free of cell components of the cells in which the protein is synthesized. Preferably means the term "purified amylosucrase" means an amylosucrase that has a purity of at least 70%, preferably at least 85% and particularly preferably at least 90% having.
Der Einsatz eines gereinigten Proteins zur Herstellung von α-1,4-Glucanen bietet verschiedene Vorteile. Im Vergleich zu Verfahren, die mit partiell aufgereinigten Proteinextrakten arbeiten, enthält das Reaktionsmedium des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Reste des Produktionsstammes (Mikroorganismus), der verwendet wird, um das Protein zu reinigen oder gentechnisch herzustellen.The use of a purified protein for the production of α-1,4-glucans offers various Benefits. Compared to processes that use partially purified protein extracts, the reaction medium of the process according to the invention contains no residues of Production strain (microorganism) that is used to purify the protein or to manufacture genetically.
Des weiteren sind durch den Einsatz des gereinigten Proteins, Vorteile für die Anwendung in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu sehen. Durch die definierte und von allen unnötigen Bestandteilen befreite Zusammensetzung des Reaktionsmediums ist auch das Produkt in seinen Bestandteilen genauer definiert. Dies führt zu einem wesentlich weniger umfangreichen Zulassungsverfahren für diese biotechnologisch erzeugten Produkte in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, insbesondere deshalb, weil diese Produkte keine Spuren eines transgenen Mikroorganismus aufweisen sollten.Furthermore, the use of the purified protein offers advantages for use in the Food and pharmaceutical industries to see. By the defined and unnecessary of all Ingredient-free composition of the reaction medium is also the product in its components more precisely. This leads to a much less extensive one Approval procedures for these biotechnologically produced products in the food and Pharmaceutical industry, especially because these products have no traces of a transgenic Microorganism should have.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Verzweigungsenzym (α-1,4-Glucan: α-1,4-Glucan 6-Glycosyltransferase, E.C. 2.4.1.18) ein Protein verstanden, das eine Transglycosylierungsreaktion katalysiert, in der α-1,4-Verknüpfungen eines α-1,4-Glucandonors hydrolysiert und die dabei freigesetzten α-1,4-Glucanketten auf eine α-1,4-Glucanakzeptorkette transferiert und dabei in α-1,6-Verknüpfungen überführt werden.In the context of the present invention, under a branching enzyme (α-1,4-glucan: α-1,4-glucan 6-glycosyltransferase, E.C. 2.4.1.18) understood a protein that a Transglycosylation reaction catalyzed in the α-1,4 linkages of an α-1,4-glucan donor hydrolyzed and the thereby released α-1,4-glucan chains onto an α-1,4-glucan acceptor chain transferred and thereby converted into α-1,6 links.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind prinzipiell alle Verzweigungsenzyme jeglicher Herkunft (bakterieller, pilzlicher, pflanzlicher, tierischer) geeignet (siehe z. B. Baba et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 181 (1991), 87-94; Kossmann et al., Mol. Gen. Genet. 203 (1991), 237-244; Nakamura and Yamanouchi, Plant Physiol. 99 (1992), 1265-1266; Baecker et al., J. Biol. Chem. 261 (1986), 8738-8743; Kiel et al., Gene (1989), 9-17 usw.).In principle, all branching enzymes are used to carry out the method according to the invention of any origin (bacterial, fungal, vegetable, animal) suitable (see e.g. Baba et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 181: 87-94 (1991); Kossmann et al., Mol. Gen. Genet. 203: 237-244 (1991); Nakamura and Yamanouchi, Plant Physiol. 99: 1265-1266 (1992); Baker et al., 1986, J. Biol. Chem. 261: 8738-8743; Kiel et al., Gene (1989), 9-17, etc.).
Die Isolierung entsprechender Gene ist für den Fachmann mit Hilfe von molekularbiologischen Standardmethoden möglich, wie u. a. bei Sambrook et al. (Sambrook et al., Molecular cloning: A laboratory manual, 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA (1989)) beschrieben.The isolation of appropriate genes is known to those skilled in the art using molecular biological Standard methods possible, such as u. a. in Sambrook et al. (Sambrook et al., Molecular cloning: A laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA (1989)) described.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um ein Verzweigungsenzym aus einem Prokaryoten, vorzugsweise aus einem Bakterium der Gattung Neisseria und besonders bevorzugt aus Neisseria denitrificans und ganz besonders bevorzugt um ein erfindungsgemäßes Verzweigungsenzym wie es weiter unten beschrieben wird. Insbesondere bevorzugt ist ein Verzweigungsenzym mit der in Seq ID No. 1 dargestellten Aminosäuresequenz.In a preferred embodiment of the invention, it is a Branching enzyme from a prokaryote, preferably from a bacterium of the genus Neisseria and particularly preferably from Neisseria denitrificans and very particularly preferably around a branching enzyme according to the invention as described below. In particular preferred is a branching enzyme with the in Seq ID No. 1 amino acid sequence shown.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein gereinigtes Verzweigungsenzym. Unter einem gereinigten Verzweigungsenzym wird dabei ein Enzym verstanden, das weitgehend frei ist von Zellbestandteilen der Zellen, in denen das Protein synthetisiert wird. Vorzugsweise bedeutet "gereinigtes Verzweigungsenzym", daß das Enzym einen Reinheitsgrad von mindestens 70%, bevorzugt von mindestens 85% und besonders bevorzugt von mindestens 90% aufweist. In a further preferred embodiment, it is a cleaned one Branching enzyme. Under a purified branching enzyme, an enzyme is created understood that is largely free of cell components of the cells in which the protein is synthesized. Preferably, "purified branching enzyme" means that the enzyme a degree of purity of at least 70%, preferably of at least 85% and particularly preferably has at least 90%.
Weiterhin werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt rekombinant hergestellte Proteine verwendet. Darunter werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Proteine verstanden, die dadurch hergestellt wurden, daß eine das jeweilige Protein codierende DNA-Se quenz in eine Wirtszelle eingebracht und dort zur Expression gebracht wird. Das Protein kann dann anschließend aus der Wirtszelle und/oder aus dem Kulturmedium gewonnen werden. Die Wirtszelle ist dabei vorzugsweise ein Bakterium oder ein Protist (z. B. Pilze, insbesondere Hefen, Algen) wie z. B. definiert in Schlegel "Allgemeine Mikrobiologie" (Georg Thieme Verlag, 1985, 1-2). Besonders bevorzugt werden die Proteine von der Wirtszelle sekretiert. Die Herstellung derartiger Wirtszellen zur Produktion eines rekombinanten Proteins kann nach dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen.Furthermore, recombinantly produced are preferred in the inventive method Proteins used. In the context of the present invention, these include proteins understood, which were produced in that a DNA coding for the respective protein is introduced into a host cell and expressed there. The protein can then subsequently obtained from the host cell and / or from the culture medium. The The host cell is preferably a bacterium or a protist (e.g. fungi, especially yeasts, Algae) such as B. defined in Schlegel "General microbiology" (Georg Thieme Verlag, 1985, 1-2). The proteins are particularly preferably secreted by the host cell. The production Such host cells for the production of a recombinant protein can according to the expert known methods.
Eine Übersicht über verschiedene Expressionssysteme findet man z. B. in Methods in Enzymology 153 (1987), 385-516, Bitter et al. (Methods in Enzymology 153 (1987), 516-544), Sawers et al., Applied Microbiology and Biotechnology 46 (1996), 1-9, Billman-Jacobe, Current Opinion in Biotechnology 7 (1996), 500-504, Hockney, Trends in Biotechnology 12 (1994), 456- 463, und Griffiths et al., Methods in Molecular Biology 75 (1997), 427-440. Expressionsvektoren sind in großem Umfang in der Literatur beschrieben. Sie enthalten neben einem Selektionsmarkergen und einem die Replikation in dem gewählten Wirt sicherstellenden Replikationsursprung in der Regel einen bakteriellen oder viralen Promotor, sowie meist ein Terminationssignal für die Transkription. Zwischen Promotor und Terminationssignal befinden sich mindestens eine Restriktionsschnittstelle oder ein Polylinker, die die Insertion einer codie renden DNA-Sequenz ermöglichen. Als Promotorsequenz kann, sofern sie in dem gewählten Wirtsorganismus aktiv ist, die natürlicherweise die Transkription des entsprechenden Gens steuernde DNA-Sequenz verwendet werden. Diese Sequenz kann aber auch gegen andere Promotor-Sequenzen ausgetauscht werden. Es können sowohl Promotoren verwendet werden, die eine konstitutive Expression des Gens bewirken, als auch induzierbare Promotoren, die eine gezielte Regulation der Expression des nachgeschalteten Gens erlauben. Bakterielle und virale Promotorsequenzen mit diesen Eigenschaften sind in der Literatur ausführlich beschrieben. Regulatorische Sequenzen zur Expression in Mikroorganismen (z. B. E. coli, S. cerevisiae) sind ausreichend in der Literatur beschrieben. Promotoren, die eine besonders starke Expression des nachgeschalteten Gens erlauben, sind z. B. der T7-Promotor (Studier et al., Methods in Enzymology 185 (1990), 60-89), lacuv5, trp, trp-lacUV5 (DeBoer et al., in Rodriguez and Chamberlin (Eds), Promotors, Structure and Function; Praeger, New York, (1982), 462-481; DeBoer et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1983), 21-25), λp1, rac (Boros et al., Gene 42 (1986), 97-100). In der Regel erreichen die Proteinmengen von der Mitte bis gegen Ende der logarithmischen Phase des Wachstumszyklus der Mikroorganismen ihren Höhepunkt. Zur Synthese von Proteinen werden daher bevorzugt induzierbare Promotoren verwendet. Diese führen oft zu höheren Ausbeuten an Protein als konstitutive Promotoren. Die Verwendung starker konstitutiver Promotoren führt über die ständige Transkription und Translation eines clonierten Gens oft dazu, daß Energie für andere wesentliche Zellfunktionen verlorengeht und dadurch das Zellwachstum verlangsamt wird (Bernard R. Glick/Jack J. Pasternak, Molekulare Biotechnologie (1995), Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg Berlin Oxford, S. 342.). Um ein Optimum an Proteinmenge zu erreichen, wird daher oft ein zweistufiges Verfahren angewendet. Zuerst werden die Wirtszellen unter optimalen Bedingungen bis zu einer relativ ho hen Zelldichte kultiviert. Im zweiten Schritt wird dann die Transkription je nach Art des eingesetzten Promotors induziert. Besonders geeignet ist in diesem Zusammenhang ein durch Lactose- oder IPTG (=Isopropyl-β-D-thiogalacto-pyranosid) induzierbarer tac-Promotor (deBoer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80 (1983), 21-25). Terminationssignale für die Transkription sind ebenfalls in der Literatur beschrieben.An overview of various expression systems can be found e.g. B. in Methods in Enzymology 153: 385-516 (1987), Bitter et al. (Methods in Enzymology 153 (1987), 516-544), Sawers et al., Applied Microbiology and Biotechnology 46 (1996), 1-9, Billman-Jacobe, Current Opinion in Biotechnology 7 (1996), 500-504, Hockney, Trends in Biotechnology 12 (1994), 456- 463, and Griffiths et al., Methods in Molecular Biology 75 (1997), 427-440. Expression vectors are widely described in the literature. They contain alongside a selection marker gene and one which ensures replication in the selected host The origin of replication is usually a bacterial or viral promoter, as well as usually one Termination signal for transcription. Located between promoter and termination signal there is at least one restriction site or a polylinker that allows the insertion of a codie DNA sequence. As a promoter sequence, provided that it is in the selected Host organism is active, which is naturally the transcription of the corresponding gene controlling DNA sequence can be used. This sequence can also be used against others Promoter sequences are exchanged. Both promoters can be used which cause a constitutive expression of the gene, as well as inducible promoters which a allow targeted regulation of the expression of the downstream gene. Bacterial and viral Promoter sequences with these properties are described in detail in the literature. Regulatory sequences for expression in microorganisms (e.g. E. coli, S. cerevisiae) are adequately described in the literature. Promoters that have a particularly strong expression of allow downstream genes are z. B. the T7 promoter (Studier et al., Methods in Enzymology 185 (1990), 60-89), lacuv5, trp, trp-lacUV5 (DeBoer et al., In Rodriguez and Chamberlin (Eds), Promotors, Structure and Function; Praeger, New York, (1982), 462-481; DeBoer et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1983), 21-25), λp1, rac (Boros et al., Gene 42 (1986), 97-100). As a rule, the protein amounts reach from the middle to the end of the logarithmic phase of the growth cycle of the microorganisms culminated. For Synthesis of proteins are therefore preferably used inducible promoters. This often lead to higher yields of protein than constitutive promoters. The usage strong constitutive promoters leads to the constant transcription and translation of one often cloned genes to lose energy for other essential cell functions and this slows down cell growth (Bernard R. Glick / Jack J. Pasternak, Molecular Biotechnology (1995), Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg Berlin Oxford, S. 342.). In order to achieve an optimal amount of protein, a two-step process is often used applied. First, the host cells are raised to a relatively high under optimal conditions cell density cultivated. In the second step, the transcription is then depending on the type of used promoter induced. A through is particularly suitable in this context Lactose or IPTG (= isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) inducible tac promoter (deBoer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 21-25 (1983). Termination signals for transcription are also described in the literature.
Die Transformation der Wirtszelle mit der ein entsprechendes Protein codierenden DNA kann in der Regel nach Standardmethoden durchgeführt werden, wie z. B. beschrieben in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Course Manual, 2nd edition (1989), Cold Spring Harbor Press, New York). Die Kultivierung der Wirtszelle erfolgt in Nährmedien, die den Bedürfnissen der jeweils verwendeten Wirtszelle entsprechen, insbesondere unter Berücksichtigung von pH- Wert, Temperatur, Salzkonzentration, Belüftung, Antibiotika, Vitaminen, Spurenelementen usw. Die Reinigung des von den Wirtszellen produzierten Enzyms kann nach herkömmlichen Reinigungsmethoden wie Fällung, Ionenaustausch-Chromatographie, Affinitäts- Chromatographie, Gelfiltration, HPLC Reverse Phase Chromatographie usw. erfolgen.The transformation of the host cell with the DNA encoding a corresponding protein can generally be carried out according to standard methods, such as, for. B. described in Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Course Manual, 2nd edition (1989), Cold Spring Harbor Press, New York). The host cell is cultivated in nutrient media which meet the needs of the host cell used, in particular taking into account pH, temperature, salt concentration, aeration, antibiotics, vitamins, trace elements, etc. The enzyme produced by the host cells can be cleaned using conventional cleaning methods such as precipitation, ion exchange chromatography, affinity chromatography, gel filtration, HPLC reverse phase chromatography, etc.
Durch Modifikation der in den Wirtszellen exprimierten DNA läßt sich in der Wirtszelle ein Polypeptid herstellen, das aufgrund bestimmter Eigenschaften leichter aus dem Kulturmedium isoliert werden kann. So besteht die Möglichkeit, das zu exprimierende Protein als Fusionsprotein mit einer weiteren Polypeptidsequenz zu exprimieren, deren spezifische Bindungseigenschaften die Isolierung des Fusionsproteins über Affinitätschromatographie ermöglichen (z. B. Hopp et al., Bio/Technology 6 (1988), 1204-1210; Sassenfeld, Trends Biotechnol. 8 (1990), 88-93). By modifying the DNA expressed in the host cells, one can get into the host cell Produce polypeptide that, due to certain properties, is easier to remove from the culture medium can be isolated. So there is the possibility of the protein to be expressed as To express fusion protein with another polypeptide sequence, the specific Binding properties the isolation of the fusion protein via affinity chromatography enable (e.g. Hopp et al., Bio / Technology 6 (1988), 1204-1210; Sassenfeld, Trends Biotechnol. 8: 88-93 (1990).
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Enzyme verwendet, die rekombinant hergestellt wurden und von der Wirtszelle in das Nährme dium sekretiert wurIn a preferred embodiment of the method according to the invention Enzymes used that were produced recombinantly and from the host cell into the nutrient medium dium was secreted
den, so daß kein Aufschluß von Zellen und keine weitere Aufreinigung des Proteins erforderlich ist, weil das sekretierte Protein aus dem Überstand gewonnen werden kann. Zur Entfernung von Restbestandteilen des Kulturmediums können in der Verfahrenstechnik gängige Methoden, wie z. B. Dialyse, reverse Osmose, chromatographische Methoden etc. eingesetzt werden. Gleiches gilt auch für die Aufkonzentrierung des in das Kulturmedium sekretierten Proteins. Die Sekretion von Proteinen durch Mikroorganismen wird normalerweise durch N-terminale Signalpeptide (Signalsequenz, leader-peptid) vermittelt. Proteine mit dieser Signalsequenz können die Zellmembran des Mikroorganismus durchdringen. Eine Sekretion von Proteinen kann dadurch erreicht werden, daß die DNA-Sequenz, die dieses Signalpeptid codiert, an die entsprechende, das Enzym codierende Region angefügt wird.the so that no disruption of cells and no further purification of the Protein is required because the secreted protein can be obtained from the supernatant. To remove residual components of the culture medium, use chemical engineering common methods, such as B. dialysis, reverse osmosis, chromatographic methods etc. be used. The same applies to the concentration of the in the culture medium secreted protein. The secretion of proteins by microorganisms is normal mediated by N-terminal signal peptides (signal sequence, leader peptide). Proteins with this Signal sequences can penetrate the cell membrane of the microorganism. A secretion from Proteins can be achieved by the DNA sequence encoding this signal peptide is added to the corresponding region coding for the enzyme.
Bevorzugt ist ein gegebenenfalls natürlicherweise vorhandenes Signalpeptid, beispielsweise das der Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea.An optionally naturally present signal peptide is preferred, for example that the amylosucrase from Neisseria polysaccharea.
Ganz besonders bevorzugt ist das Signalpeptid der α-CGTase aus Klebstella oxytoca M5A1 (Fiedler et al., J. Mol. Biol. 256 (1996), 279-291) oder ein Signalpeptid, wie es von den Nucleotiden 11529-11618 der unter der Zugriffsnummer X86014 in der GenBank zugänglichen Sequenz codiert wird.The signal peptide of the α-CGTase from Klebstella oxytoca M5A1 is very particularly preferred (Fiedler et al., J. Mol. Biol. 256 (1996), 279-291) or a signal peptide as described by the Nucleotides 11529-11618 of the GenBank accessible under accession number X86014 Sequence is encoded.
Alternativ können die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Enzyme auch unter Verwendung eines in vitro-Transkriptions- und Translationssystem, das zur Expression der Proteine führt, ohne Einsatz von Mikroorganismen hergestellt worden sein.Alternatively, the enzymes used in the method according to the invention can also be found under Use of an in vitro transcription and translation system which is used to express the Proteins leads to have been produced without the use of microorganisms.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Amylosucrase und/oder das Verzweigungsenzym an einem Trägermaterial immobilisiert.In a further preferred embodiment, the amylosucrase and / or that Branching enzyme immobilized on a carrier material.
Eine Immobilisierung der Enzyme bietet den Vorteil, daß die Enzyme als Katalysatoren der Synthesereaktion auf einfache Weise aus dem Reaktionsgemisch wiedergewonnen und mehrfach verwendet werden können. Da die Aufreinigung von Enzymen in der Regel kosten- und zeitintensiv ist, ermöglicht eine Immobilisierung und Wiederverwertung eine erhebliche Kosteneinsparung. Ein weiterer Vorteil ist der Reinheitsgrad der Reaktionsprodukte, die keine Reste an Proteinen enthalten.Immobilizing the enzymes offers the advantage that the enzymes act as catalysts for the Synthesis reaction easily recovered from the reaction mixture and several times can be used. Since the purification of enzymes is usually cost and is time consuming, immobilization and recycling enables a significant amount Cost cutting. Another benefit is the purity of the reaction products, which are none Contains protein residues.
Für die Immobilisierung von Proteinen stehen eine Vielzahl von Trägermaterialien zur Verfügung, wobei die Kopplung an das Trägermaterial über kovalente oder nicht-kovalente Bin dungen erfolgen kann (für eine Übersicht siehe: Methods in Enzymology 135, 136, 137). Weite Verbreitung als Trägermaterial haben z. B. Agarose, Algenat, Cellulose, Polyacrylamid, Silica oder Nylon.A large number of carrier materials are available for the immobilization of proteins Available, the coupling to the carrier material via covalent or non-covalent bin can be done (for an overview see: Methods in Enzymology 135, 136, 137). Vastness Spread as a carrier material have z. B. agarose, algae, cellulose, polyacrylamide, Silica or nylon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein (partiell aufgereinigter) Enzymrohextrakt einer Amylosucrase und/oder eines Verzweigungsenzyms verwendet. Unter einem Rohextrakt wird in diesem Zusammenhang eine Amylosucrase- und/oder Verzweigungsenzympräparation mit einem im Gegensatz zu einem aufgereinigten Enzym (siehe beispielsweise Beispiele 5 und 6) verringerten Reinheitsgrad verstanden.In a further preferred embodiment of the method, a (partially purified) Enzyme raw extract of an amylosucrase and / or a branching enzyme is used. Under In this context, a crude extract is an amylosucrase and / or Branching enzyme preparation with an as opposed to a purified enzyme (see for example Examples 5 and 6) understood reduced degree of purity.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Veränderung des Verzweigungsgrades der α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane durch die Veränderung des Proteinaktivitätsverhältnisses von Verzweigungsenzym zu Amylosucrase erreicht. Unter dem Proteinaktivitätsverhältnis wird dabei das Verhältnis der eingesetzten Proteinaktivitäten (u) aus Amylosucrase zu Verzweigungsenzym verstanden. Die Bestimmung der Proteinaktivitäten kann dabei wie in den Beispielen 7 und 8 beschrieben erfolgen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (siehe Beispiel 9) kann ein Proteinaktivitätsverhältnis (Units Amylosucrase/Units Verzweigungsenzym) im Bereich von 1/4000 bis 2000/1 verwendet werden.In a preferred embodiment, the Change in the degree of branching of the α-1,6-branched α-1,4-glucans by the Change in protein activity ratio from branching enzyme to amylosucrase reached. Under the protein activity ratio, the ratio of those used Protein activities (u) understood from amylosucrase to branching enzyme. The determination the protein activities can be carried out as described in Examples 7 and 8. In the The process according to the invention (see Example 9) can be carried out Protein activity ratio (units amylosucrase / units branching enzyme) in the range of 1/4000 to 2000/1 can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Protein-Aktivitätsverhältnis in einem Bereich von 1/1500 bis 1500/1.In a preferred embodiment, the protein activity ratio is in a range from 1/1500 to 1500/1.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Protein-Aktivitätsverhältnis in einem Bereich von 1/800 bis 1300/1.In a further preferred embodiment, the protein activity ratio is in one Range from 1/800 to 1300/1.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liest das Protein-Aktivitätsverhältnis in einem Bereich von 1/400 bis 1200/1.In a particularly preferred embodiment, the protein activity ratio reads in one Range from 1/400 to 1200/1.
Über die Veränderung des Protein-Aktivitätsverhältnisses ist die Veränderung des Verzweigungsgrades der erhaltenen α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane von 0,05% bis 35% möglich.About the change in the protein-activity ratio is the change in Degree of branching of the α-1,6-branched α-1,4-glucans obtained from 0.05% to 35% possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Veränderung des Verzweigungsgrades der erhaltenen α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane in 6-Position von 0,15% bis 25% möglich, insbesondere von 0,20% bis 15% und ganz besonders bevorzugt von 0,25% bis 12%.In a preferred embodiment, the change in the degree of branching is α-1,6-branched α-1,4-glucans obtained in the 6-position from 0.15% to 25% possible, in particular from 0.20% to 15% and very particularly preferably from 0.25% to 12%.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere möglich, Produkte herzustellen, die einen höheren Verzweigungsgrad als Glycogen aufweisen. With the aid of the method according to the invention, it is in particular possible to produce products which have a higher degree of branching than glycogen.
Unter dem Verzweigungsgrad wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Anteil an Verzweigungen in O-6-Position im Vergleich zu allen andersartig verknüpften Glucoseeinheiten verstanden, der durch Methylierungsanalyse ermittelt werden kann (siehe Beispiel 10).Under the degree of branching in the context of the present invention average proportion of branches in O-6 position compared to all different linked glucose units understood, which are determined by methylation analysis can (see example 10).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Veränderung des Molekulargewichtes des Produktes durch die Veränderung des Proteinaktivitätsverhältnisses von Verzweigungsenzym zu Amylosucrase erreicht. Hierbei ist es insbesondere möglich, daß das Proteinaktivitätsverhältnis während der Reaktion, die zur Synthese der α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane führt, verändert wird.In a further preferred embodiment, the Change in the molecular weight of the product by changing the Protein activity ratio of branching enzyme to amylosucrase reached. Here it is especially possible that the protein activity ratio during the reaction leading to Synthesis of α-1,6-branched α-1,4-glucans leads, is changed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Verfahren bei unterschiedlichen Saccharosekonzentrationen durchgeführt wird. Möglich ist prinzipiell die Durchführung in einem Konzentrationsbereich von vorzugsweise 1% bis 80% Saccharose (Gew./Vol.), bevorzugt in einem Bereich von 5% bis 50% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 10% bis 40%.In a further preferred embodiment of the method according to the invention provided that the process be carried out at different sucrose concentrations becomes. In principle, it is possible to carry out in a concentration range of preferably 1% to 80% sucrose (w / v), preferably in a range from 5% to 50% and particularly preferably in a range from 10% to 40%.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird das Molekulargewicht durch Lichtstreuungsexperimente (Light Scattering from Polymer solutions, editor: Huglin, M. B., Academic Press, London, 1972) nach Berry (J. Chem. Phys. 44 (1966), 4550ff) bestimmt.In the context of the present invention, the molecular weight is determined by Light scattering experiments (Light Scattering from Polymer solutions, editor: Huglin, M. B., Academic Press, London, 1972) according to Berry (J. Chem. Phys. 44 (1966), 4550ff).
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere möglich, das Molekulargewicht der mittels des Verfahrens hergestellten α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane im Bereich von 1 000 bis 3000 × 106 einzustellen. Vorzugsweise haben die hergestellten α-1,6-verzweigten α-1,4- Glucane ein Molekulargewicht im Bereich von 100.000 bis 1500 × 106, insbesondere im Bereich von 100.000 bis 1000 × 106, bevorzugt im Bereich von 262.000 bis 1000 × 106 und besonders bevorzugt im Bereich von 262.000 bis 499 × 106.With the aid of the method according to the invention, it is in particular possible to adjust the molecular weight of the α-1,6-branched α-1,4-glucans produced by means of the method in the range from 1000 to 3000 × 10 6 . The α-1,6-branched α-1,4-glucans produced preferably have a molecular weight in the range from 100,000 to 1500 × 10 6 , in particular in the range from 100,000 to 1000 × 10 6 , preferably in the range from 262,000 to 1000 × 10 6 and particularly preferably in the range from 262,000 to 499 × 10 6 .
Ferner betrifft die Erfindung α-1,6-verzweigte α-1,4-Glucane, die durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind. Diese α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane weisen dabei einen Verzweigungsgrad auf, der über dem Verzweigungsgrad liegt, der erreicht wird, wenn nur die Aktivität einer Amylosucrase eingesetzt wird, und der maximal bei 25-Mol% liegt.The invention further relates to α-1,6-branched α-1,4-glucans, which are described by the above Methods of the invention are available. These α-1,6-branched α-1,4-glucans have a degree of branching that is above the degree of branching that is reached, if only the activity of an amylosucrase is used and which is at most 25 mol%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um α-1,6-verzweigten α- 1,4-Glucane mit einem Verzweigungsgrad von 0,05% bis 20%, vorzugweise im Bereich von 0,15% bis 17%, insbesondere im Bereich von 0,2% bis 15%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,25% bis 13%, und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,3% bis 12%. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Verzweigungsgrad im Bereich von 0,35% bis 11%, und insbesondere im Bereich von 0,4% bis 10,5%.In a preferred embodiment of the invention, α-1,6-branched α- 1,4-glucans with a degree of branching of 0.05% to 20%, preferably in the range of 0.15% to 17%, in particular in the range from 0.2% to 15%, particularly preferably in the range from 0.25% to 13%, and very particularly preferably in the range from 0.3% to 12%. In a In another preferred embodiment, the degree of branching is in the range from 0.35% to 11%, and particularly in the range of 0.4% to 10.5%.
Die erfindungsemäßen α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucane können z. B. im Bereich der Textil-, der Papier-, der Kosmetik-, der Nahrungsmittel- und der Pharmaindustrie benutzt werden. Ganz allgemein kann man die Verwendung der erfindungsgemäßen Glucane in zwei Einsatzgebiete gliedern:The α-1,6-branched α-1,4-glucans according to the invention can, for. B. in the field of textile, the paper, cosmetics, food and pharmaceutical industries. In general, the use of the glucans according to the invention can be carried out in two Structure areas of application:
Die erfindungsgemäßen Glucane können ähnlich wie Stärke im Bereich der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden.The glucans according to the invention can be similar to starch in the range of Food industry are used.
Stärke ist ein klassischer Zusatzstoff für viele Nahrungsmittel, bei denen sie im wesentlichen die Funktion des Bindens von wäßrigen Zusatzstoffen übernimmt bzw. eine Erhöhung der Viskosität oder aber eine erhöhte Gelbildung hervorruft. Wichtige Eigenschaftsmerkmale sind das Fließ- und Sorptionsverhalten, die Quell- und Ver kleisterungstemperatur, die Viskosität und Dickungsleistung, die Löslichkeit der Stärke, die Transparenz und Kleisterstruktur, die Hitze-, Scher- und Säurestabilität, die Neigung zur Retrogradation, die Fähigkeit zur Filmbildung, die Gefrier/Taustabilität, die Verdaulichkeit sowie die Fähigkeit zur Komplexbildung mit z. B. anorganischen oder organischen Ionen.Starch is a classic additive for many foods in which they are used takes on the essential function of binding aqueous additives or a Increasing the viscosity or an increased gel formation. Important Characteristic features are the flow and sorption behavior, the swelling and ver paste temperature, viscosity and thickening performance, solubility of starch, the transparency and paste structure, the heat, shear and acid stability, the inclination for retrogradation, the ability to form films, the freeze / thaw stability, the Digestibility and the ability to form complexes with e.g. B. inorganic or organic ions.
Auch im Nicht-Nahrungsmittelbereich können die erfindungsgemäßen Glucane ähnlich wie das klassische Polysaccharid Stärke Verwendung finden. D. h. in diesem großen Bereich können die Glucane beispielsweise als Hilfsstoff für unterschiedliche Herstellungsprozesse bzw. als Zusatzstoff in technischen Produkten eingesetzt. Bei der Verwendung der Glucane als Hilfsstoff ist hier insbesondere die Papier- und Pappeindustrie zu nennen. Stärke wird hier in erster Linie eingesetzt zur Retardation (Zurückhaltung von Feststoffen), der Abbindung von Füllstoff und Feinstoffteilchen, als Festigungsstoff und zur Entwässerung. Darüber hinaus werden günstige Eigenschaften der Stärke in bezug auf die Steifigkeit, die Härte, den Klang, den Griff, den Glanz, die Glätte, die Spaltfestigkeit sowie die Oberflächen ausgenutzt. Ebenso wie Stärke, können hier erfindungsgemäße Glucane eingesetzt werden.The glucans according to the invention can also be used in the non-food sector like the classic polysaccharide starch. That is, in this big For example, the glucans can be used as an auxiliary for different areas Manufacturing processes or used as an additive in technical products. In the The use of glucans as an auxiliary here is in particular paper and Cardboard industry to name. Starch is primarily used here for retardation (Retention of solids), the setting of filler and fine particles, as Firming substance and for drainage. It also has favorable properties the strength in terms of rigidity, hardness, sound, grip, gloss, the Smoothness, the splitting strength and the surfaces exploited. Just like strength, can glucans according to the invention are used here.
Innerhalb des Papierherstellungsprozesses sind vier Anwendungsbereiche, nämlich Oberfläche, Strich, Masse und Sprühen, zu unterscheiden.There are four areas of application within the paper making process, namely Differentiate between surface, line, mass and spray.
Die Anforderungen an die Glucane in bezug auf die Oberflächenbehandlung sind im wesentlichen ein hoher Weißegrad, eine angepaßte Viskosität, eine hohe Viskositätsstabilität, eine gute Filmbildung sowie eine geringe Staubbildung. Bei der Verwendung im Strich spielt der Feststoffgehalt, eine angepaßte Viskosität, ein hohes Bindevermögen sowie eine hohe Pigmentaffinität eine wichtige Rolle. Als Zusatz zur Masse ist eine rasche, gleichmäßige, verlustfreie Verteilung, eine hohe mechanische Stabilität und eine vollständige Zurückhaltung im Papierfließ von Bedeutung. Beim Einsatz der Glucane im Sprühbereich sind ebenfalls ein angepaßter Feststoffgehalt, hohe Viskosität sowie ein hohes Bindevermögen von Bedeutung.The requirements for the glucans in relation to the surface treatment are in the essentially a high degree of whiteness, an adapted viscosity, a high Viscosity stability, good film formation and low dust formation. In the Use in the stroke plays the solid content, an adjusted viscosity, a high Binding ability and high pigment affinity play an important role. As an addition to Mass is a quick, even, lossless distribution, high mechanical Stability and complete restraint in the paper flow are important. At the Use of the glucans in the spray area is also an adapted solids content, high Viscosity and a high binding capacity are important.
Auch in der Klebstoffindustrie können die erfindungsgemäßen Glucane gegebenenfalls anstatt Stärke ersetzen.The glucans according to the invention can optionally also be used in the adhesive industry instead of replacing strength.
Ein großer Einsatzbereich von Stärke besteht in der Klebstoffindustrie, wo man die Einsatzmöglichkeiten in vier Teilbereiche gliedert: die Verwendung als reinem Stärkeleim, die Verwendung bei mit speziellen Chemikalien aufbereiteten Stärkeleimen, die Verwendung von Stärke als Zusatz zu synthetischen Harzen und Polymerdispersionen sowie die Verwendung von Stärken als Streckmittel für synthetische Klebstoffe. 90% der Klebstoffe auf Stärkebasis werden in den Bereichen Wellpappenherstellung, Herstellung von Papiersäcken, Beuteln und Tüten, Herstellung von Verbundmaterialien für Papier und Aluminium, Herstellung von Kartonagen und Wiederbefeuchtungsleim für Brief umschläge, Briefmarken usw. eingesetzt.A large area of use of starch is in the adhesive industry, where the Possible uses are divided into four sections: use as a pure one Starch glue, the use in starch glues prepared with special chemicals, the use of starch as an additive to synthetic resins and polymer dispersions and the use of starches as extenders for synthetic adhesives. 90% of Starch-based adhesives are used in the fields of corrugated cardboard manufacture and manufacture of paper bags, pouches and bags, manufacture of composite materials for paper and aluminum, production of cardboard and rewetting glue for letters envelopes, stamps, etc. used.
Ein großes Einsatzfeld für Glucane anstatt von Stärke als Hilfsmittel und Zusatzstoff ist der Bereich Herstellung von Textilien und Textilpflegemitteln. Innerhalb der Textilindustrie sind die folgenden vier Einsatzbereiche zu unterscheiden: Der Einsatz als Schlichtmittel, d. h. als Hilfsstoff zur Glättung und Stärkung des Klettverhaltens zum Schutz gegen die beim Weben angreifenden Zugkräfte sowie zur Erhöhung der Abriebfestigkeit beim Weben, als Mittel zur Textilaufrüstung vor allem nach qualitätsverschlechternden Vorbehandlungen, wie Bleichen, Färben usw., als Verdickungsmittel bei der Herstellung von Farbpasten zur Verhinderung von Farbstoffdiffusionen sowie als Zusatz zu Kettungsmitteln für Nähgarne.A large field of application for glucans instead of starch is as an auxiliary and additive the production of textiles and textile care products. Within the The textile industry can be divided into the following four areas of application: The application as a sizing agent, d. H. as an auxiliary for smoothing and strengthening the Velcro behavior for Protection against the tensile forces attacking during weaving and to increase the Abrasion resistance when weaving, especially as a means of textile upgrading quality-impairing pretreatments, such as bleaching, dyeing, etc., as Thickeners in the manufacture of color pastes to prevent Dye diffusion and as an additive to chaining agents for sewing threads.
Der vierte Einsatzbereich ist die Verwendung als Zusatz bei Baustoffen. Ein Beispiel ist die Herstellung von Gipskartonplatten, bei der die im Gipsbrei vermischten Glucane mit dem Wasser verkleistern, an die Oberfläche der Gipsplatte diffundiert und dort den Karton an die Platte binden können. Weitere Einsatzbereiche sind die Beimischung zu Putz- und Mineralfasern. Bei Transportbeton können erfindungsgemäße Glucane möglicherweise zur Verzögerung der Abbindung eingesetzt werden.The fourth area of application is the use as an additive in building materials. An example is the production of plasterboard, in which the glucans mixed in the gypsum pulp with gelatinize the water, diffuses to the surface of the plasterboard and there the Can bind cardboard to the plate. Mixing is another area of application Plaster and mineral fibers. In ready-mixed concrete, glucans according to the invention can may be used to delay the setting.
Ein weiterer Markt für die Glucane böte sich bei der Herstellung von Mitteln zur Bodenstabilisation an, die bei künstlichen Erdbewegungen zum temporären Schutz der Bodenpartikel gegenüber Wasser eingesetzt werden. Kombinationsprodukte aus den Glucanen und Polymeremulsionen könnten nach heutiger Kenntnis in ihrer Erosions- und verkrustungsmindernden Wirkung den bisher eingesetzten Produkten gleichzusetzen sein, liegen preislich aber deutlich unter diesen.Another market for glucans would be in the manufacture of agents for Soil stabilization, which is used for the temporary protection of artificial earth movements Soil particles are used against water. Combination products from the According to current knowledge, glucans and polymer emulsions could be used in their erosion and incrustation-reducing effect can be equated with the previously used products, are priced but significantly below these.
Ein weiterer Einsatzbereich liegt bei der möglichen Verwendung der Glucane in Pflanzenschutzmitteln zur Veränderung der spezifischen Eigenschaften der Präparate. So könnten die Glucane zur Verbesserung der Benetzung von Pflanzenschutz- und Düngemitteln, zur dosierten Freigabe der Wirkstoffe, zur Umwandlung flüssiger, flüchtiger und/oder übelriechender Wirkstoffe in mikrokristalline, stabile, formbare Substanzen, zur Mischung inkompatibler Verbindungen und zur Verlängerung der Wirkdauer durch Verminderung der Zersetzung eingesetzt werden. Another area of application is in the possible use of glucans in Plant protection products for changing the specific properties of the preparations. So could use the glucans to improve the wetting of crop protection and Fertilizers, for the dosed release of the active ingredients, for the conversion of liquid, volatile and / or malodorous agents in microcrystalline, stable, moldable Substances to mix incompatible compounds and to extend the Duration of action can be used by reducing the decomposition.
Ein weiteres Einsatzgebiet besteht im Bereich der Pharmaka, Medizin und Kosmetikindustrie. In der pharmazeutischen Industrie könnten die erfindungsgemäßen Glucan anstatt Stärke als Bindemittel für Tabletten oder zur Bindemittelverdünnung in Kapseln eingesetzt werden. Weiterhin könnten sie als Tablettensprengmittel dienen, da sie nach dem Schlucken Flüssigkeit absorbieren und nach kurzer Zeit soweit quellen sollten, daß der Wirkstoff freigesetzt wird. Medizinische Gleit- und Wundpuder basieren aus qualitativen Gründen auf Stärke. Im Bereich der Kosmetik werden Stärken beispielsweise als Träger von Puderzusatzstoffen, wie Düften und Salicylsäure eingesetzt. Ein relativ großer Anwendungsbereich für die Stärke liegt bei Zahnpasta. In diesem Bereich könnten die erfindungsgemäßen Glucane die Stärke ersetzen.Another area of application is in the field of pharmaceuticals, medicine and Cosmetics industry. In the pharmaceutical industry, the invention could Glucan instead of starch as a binder for tablets or for binder dilution in Capsules are used. Furthermore, they could serve as tablet disintegrants because they absorb liquid after swallowing and swell as soon as possible should that the active ingredient is released. Medical lubricants and wound powders are based for quality reasons on strength. In the field of cosmetics, strengths become for example as a carrier of powder additives such as fragrances and salicylic acid used. A relatively large area of application for starch is toothpaste. In In this area, the glucans according to the invention could replace the starch.
Ein Einsatzbereich ist auch der Zusatz der erfindungsgemäßen Glucane anstatt Stärke zu Kohle und Brikett. Kohle kann mit einem Stärkezusatz quantitativ hochwertig agglomeriert bzw. brikettiert werden, wodurch ein frühzeitiges Zerfallen der Briketts ver hindert wird. Der Stärkezusatz liegt bei Grillkohle zwischen 4 und 6%, bei kalorierter Kohle zwischen 0,1 und 0,5%. Des weiteren gewinnen Stärken als Bindemittel an Bedeutung, da durch ihren Zusatz zu Kohle und Brikett der Ausstoß schädlicher Stoffe deutlich vermindert werden kann.One area of use is also the addition of the glucans according to the invention instead of starch Coal and briquette. Coal can be quantitatively high-quality with an addition of starch be agglomerated or briquetted, whereby an early disintegration of the briquettes ver is prevented. The added starch is between 4 and 6% for charcoal, for calorified Coal between 0.1 and 0.5%. Starches are also gaining ground as binders Significance, since their addition to coal and briquette means that harmful substances are emitted can be significantly reduced.
Die Glucane können ferner anstatt Stärke bei der Erz- und Kohleschlammaufbereitung als Flockungsmittel eingesetzt werden.The glucans can also be used instead of starch in ore and coal sludge processing Flocculants are used.
Ein weiterer Einsatzbereich besteht als Zusatz zu Gießereihilfsstoffen. Bei verschiedenen Gußverfahren werden Kerne benötigt, die aus Bindemittel-versetzten Sänden hergestellt werden. Als Bindemittel wird heute überwiegend Bentonit eingesetzt, das mit modifizierten Stärken, meist Quellstärken, versetzt ist.Another area of application is as an additive to foundry additives. At different Casting processes require cores that are made from binder-mixed sands become. Bentonite is used predominantly as a binder today modified starches, mostly source starches, is offset.
Zweck des Stärkezusatzes ist die Erhöhung der Fließfestigkeit sowie die Verbesserung der Bindefestigkeit. Darüber hinaus können die Quellstärken weitere produk tionstechnische Anforderungen, wie im kalten Wasser dispergierbar, rehydratisierbar, gut in Sand mischbar und hohes Wasserbindungsvermögen, aufweisen. Auch hier könnten die erfindungsgemäßen Glucane Stärke ersetzen.The purpose of the starch addition is to increase the flow resistance and to improve it the binding strength. In addition, the source strengths can further produk technical requirements such as dispersible in cold water, rehydratable, good miscible in sand and have high water retention capacity. Also the glucans according to the invention could replace starch here.
In der Kautschukindustrie könnten die erfindungsgemäßen Glucane anstatt Stärke zur Verbesserung der technischen und optischen Qualität eingesetzt werden. Gründe sind dabei die Verbesserung des Oberflächenglanzes, die Verbesserung des Griffs und des Aussehens, dafür werden die Glucane vor der Kaltvulkanisation auf die klebrigen gummierten Flächen von Kautschukstoffen gestreut, sowie die Verbesserung der Bedruckbarkeit des Kautschuks.In the rubber industry, the glucans according to the invention could be used instead of starch Improvement of the technical and optical quality can be used. Reasons are thereby improving the surface gloss, improving the grip and Look, for that the glucans are sticky before cold vulcanization rubberized surfaces strewn by rubber materials, as well as improving the Printability of the rubber.
Eine weitere Absatzmöglichkeit der Glucan könnte bei der Herstellung von Lederersatzstoffen bestehen.Another sales opportunity for glucan could be in the manufacture of Leather substitutes exist.
Auf dem Kunststoffsektor zeichnen sich folgende Einsatzgebiete ab: die Einbindung in den Verarbeitungsprozeß (die Glucane sind nur Füllstoff, es besteht keine direkte Bindung zwischen synthetischem Polymer und Glucan) oder alternativ die Einbindung in die Herstellung von Polymeren (Glucan und Polymer gehen eine feste Bindung ein).The following areas of application are emerging in the plastics sector: integration into the processing process (the glucans are only filler, there is no direct one) Binding between synthetic polymer and glucan) or alternatively the integration in the production of polymers (glucan and polymer form a firm bond).
Die Verwendung der Glucane als reinem Füllstoff ist verglichen mit den anderen Stoffen wie Talkum wahrscheinlich nicht wettbewerbsfähig. Anders sieht es aus, wenn die spezifischen Eigenschaften de Glucane zum Tragen kommen und hierdurch das Eigenschaftsprofil der Endprodukte deutlich verändert wird. Ein Beispiel hierfür ist die Anwendung von Stärkeprodukten bei der Verarbeitung von Thermoplasten, wie Polyethylen. Hierbei werden die Stärke und das synthetische Polymer durch Koexpression im Verhältnis von 1 : 1 zu einem "master batch" kombiniert, aus dem mit granuliertem Polyethylen unter Anwendung herkömmlicher Verfahrenstechniken diverse Produkte hergestellt werden. Durch die Einbindung von Stärke in Polyethylenfolien kann eine erhöhte Stoffdurchlässigkeit bei Hohlkörpern, eine verbesserte Wasserdampfdurchlässigkeit, ein verbessertes Antistatikverhalten, ein verbessertes Antiblockverhalten sowie eine verbesserte Bedruckbarkeit mit wäßrigen Farben erreicht werden. Hier könnte die Stärke durch die erfindungsgemäßen Glucane ersetzt werden. The use of glucans as a pure filler is like compared to the other substances Talc is probably not competitive. It looks different if the specific Properties of Glucane come into play and thereby the property profile of End products is significantly changed. An example of this is the use of Starch products in the processing of thermoplastics, such as polyethylene. Here, the Starch and the synthetic polymer by co-expression in a ratio of 1: 1 to one "Master batch" combined from using granulated polyethylene using Various products can be manufactured using conventional process technologies. Through the integration of starch in polyethylene films can increase the permeability of hollow bodies to a improved water vapor permeability, an improved antistatic behavior, an improved Antiblock behavior and improved printability with aqueous inks can be achieved. Here the starch could be replaced by the glucans according to the invention.
Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung der Glucane anstatt Stärke in Po lyurethanschäumen. Mit der Adaption der Glucane sowie durch die verfahrenstechnische Optimierung ist es möglich, die Reaktion zwischen synthetischen Polymeren und den Hydroxygruppen des Glucans gezielt zu steuern. Das Ergebnis sind Polyurethanfolien, die durch die Anwendung der Glucane folgende Eigenschaftsprofile erhalten könnten: eine Verringerung des Wärmeausdehnungskoeffizienten, Verringerung des Schrumpfverhaltens, Verbesserung des Druck/Spannungsverhaltens, Zunahme der Wasserdampfdurchlässigkeit ohne Veränderung der Wasseraufnahme, Verringerung der Entflammbarkeit und der Aufrißdichte, kein Abtropfen brennbarer Teile, Halogenfreiheit und verminderte Alterung. Nachteile, die gegenwärtig noch vorhanden sind, sind verringerte Druckfestigkeit sowie eine verringerte Schlagfestigkeit. Die Produktentwicklung beschränkt sich dabei nicht nur auf Folien. Auch feste Kunststoffprodukte, wie Töpfe, Platten und Schalen, sind mit einem Glucangehalt von über 50% herstellbar. Des weiteren sollten Glucan/Polymermischungen günstig zu beurteilen sein, da sie eine sehr viel höhere biologische Abbaubarkeit aufweisen.Another option is to use glucans instead of starch in buttocks polyurethane foam. With the adaptation of the glucans as well as through the process engineering It is possible to optimize the reaction between synthetic polymers and the To specifically control the hydroxyl groups of the glucan. The result is polyurethane films that pass through the use of glucans could get the following property profiles: a reduction the coefficient of thermal expansion, reducing the shrinkage behavior, improving the Pressure / tension behavior, increase in water vapor permeability without changing the Water absorption, reduction of flammability and tear density, no dripping flammable parts, freedom from halogen and reduced aging. Disadvantages currently still there is reduced compressive strength and reduced impact resistance. The product development is not limited to foils. Even fixed Plastic products such as pots, plates and bowls are with a glucan content of over 50% producible. Furthermore, glucan / polymer mixtures should be judged favorably because they have a much higher biodegradability.
Außerordentliche Bedeutung könnten weiterhin auf Grund ihres extremen Wasserbindungsvermögen Pfropfpolymerisate haben, bei denen anstatt Stärke erfindungsgemäße Glucane verwendet werden. Stärkepfropfpolymerisate sind Produkte mit einem Rückgrat aus Stärke und einer nach dem Prinzip des Radikalkettenmechanismus aufgepfropften Seitengitters eines synthetischen Monomers. Die heute verfügbaren Stärkepfropfpolymerisate zeichnen sich durch ein besseres Binde- und Rückhaltevermögen von bis zu 1000 g Wasser pro g Stärke bei hoher Viskosität aus. Die Anwendungsbereiche für diese Superabsorber haben sich in den letzten Jahren stark ausgeweitet und liegen im Hygienebereich mit Produkten wie Windeln und Unterlagen sowie im landwirtschaftlichen Sektor, z. B. bei Saatgutpillierungen.Extraordinary importance could continue due to their extreme Have water-binding capacity graft polymers in which instead of starch according to the invention Glucans can be used. Starch graft polymers are products with a backbone Strength and a side rail grafted on according to the principle of the radical chain mechanism of a synthetic monomer. The starch graft polymers available today stand out with a better binding and retention capacity of up to 1000 g water per g starch high viscosity. The areas of application for these superabsorbents have changed in recent years Years have expanded significantly and are in the hygiene sector with products such as diapers and Documents as well as in the agricultural sector, e.g. B. seed pilling.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Nucleinsäuremoleküle codierend ein
Verzweigungsenzym (EC 2.4.1.18) aus Bakterien der Gattung Neisseria ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus
Furthermore, the present invention relates to nucleic acid molecules encoding a branching enzyme (EC 2.4.1.18) from bacteria of the genus Neisseria selected from the group consisting of
- a) Nucleinsäuremolekülen, die ein Protein codieren, das die in Seq ID No. 2 dargestellte Aminosäuresequenz umfaßt;a) Nucleic acid molecules that encode a protein that the in Seq ID No. 2 shown Includes amino acid sequence;
- b) Nucleinsäuremolekülen, die die in Seq ID No. 1 dargestellte Nucleotidsequenz der codierenden Region umfassen;b) Nucleic acid molecules that the in Seq ID No. 1 nucleotide sequence of the encoding region;
- c) Nucleinsäuremolekülen, die ein Protein codieren, das die Aminosäuresequenz umfaßt, die von der Insertion des Plasmids DSM 12425 codiert wird; c) nucleic acid molecules encoding a protein comprising the amino acid sequence which is encoded by the insertion of plasmid DSM 12425;
- d) Nucleinsäuremoleküle, die die ein Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans codierende Region der Insertion des Plasmids DSM 12425 umfassen;d) Nucleic acid molecules that are a branching enzyme from Neisseria denitrificans encoding region of the insertion of the plasmid DSM 12425;
- e) Nucleinsäuremoleküle, deren komplementärer Strang mit einem Nucleinsäuremolekül nach (a), (b), (c) und/oder (d) hybridisiert und die ein Verzweigungsenzym aus einem Bakterium der Gattung Neisseria codieren; unde) nucleic acid molecules, their complementary strand with a nucleic acid molecule hybridized according to (a), (b), (c) and / or (d) and which is a branching enzyme from a Encode bacterium of the genus Neisseria; and
- f) Nucleinsäuremolekülen, deren Nucleotidsequenz von der Sequenz eines Nucleinsäuremoleküls nach (e) aufgrund der Degeneration des genetischen Codes abweicht.f) nucleic acid molecules, the nucleotide sequence of the sequence of a Nucleic acid molecule according to (e) due to the degeneration of the genetic code deviates.
Die in Seq ID No. 1 dargestellte Nucleinsäuresequenz ist eine genomische Sequenz, die eine codierende Region für ein Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans umfaßt. Ein Plasmid enthaltend diese DNA-Sequenz wurde hinterlegt als DSM 12425. Mit Hilfe dieser Sequenz bzw. dieses Moleküls ist es dem Fachmann nun möglich, homologe Sequenzen aus anderen Neisseria- Arten oder -Stämmen zu isolieren. Dies kann beispielsweise mit Hilfe konventioneller Methoden, wie dem Durchmustern von cDNA oder genomischen Banken mit geeigneten Hybridisierungsproben erfolgen. Die Isolierung homologer Seqeuenzen kann auch wie in Beispiel 1 beschrieben erfolgen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Nucleinsäuremoleküle zu identifizieren und isolieren, die mit der unter Seq ID No. 1 angegebenen Sequenz hybridisieren und die ein Verzweigungsenzym codieren.The in Seq ID No. 1 nucleic acid sequence shown is a genomic sequence that a coding region for a branching enzyme from Neisseria denitrificans. A plasmid containing this DNA sequence was stored as DSM 12425. With the help of this sequence or of this molecule, it is now possible for the person skilled in the art to generate homologous sequences from other Neisseria Isolate species or strains. This can be done, for example, with the help of conventional Methods such as screening cDNA or genomic libraries with suitable ones Hybridization tests are carried out. The isolation of homologous sequences can also be done as in Example 1 described. In this way it is possible, for example, Identify and isolate nucleic acid molecules that correspond to those listed under Seq ID No. 1 hybridize specified sequence and which encode a branching enzyme.
Die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle können prinzipiell ein Verzweigungsenzym aus jedem beliebigen Bakterium der Gattung Neisseria codieren, vorzugsweise codieren sie ein Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans.In principle, the nucleic acid molecules according to the invention can be a branching enzyme encode any bacterium of the genus Neisseria, preferably encode them Branching enzyme from Neisseria denitrificans.
Der Begriff "Hybridisierung" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
Hybridisierung unter konventionellen Hybridisierungsbedingungen, vorzugsweise unter
stringenten Bedingungen, wie sie beispielsweise in Sambrock et al., Molecular Cloning, A
Laboratory Manual, 2. Aufl. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor,
NY) beschrieben sind. Besonders bevorzugt bedeutet "Hybridisierung" eine Hybridisierung unter
den folgenden Bedingungen:
In the context of the present invention, the term “hybridization” means hybridization under conventional hybridization conditions, preferably under stringent conditions, as described, for example, in Sambrock et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press , Cold Spring Harbor, NY). "Hybridization" particularly preferably means hybridization under the following conditions:
Hybridisierungspuffer:
2xSSC; 10xDenhardt-Lösung (Fikoll 400+PEG+BSA; Verhältnis
1 : 1 : 1); 0,1% SDS; 5 mM EDTA; 50 mM Na2HPO4; 250 µg/ml
Heringssperma DNA; 50 µg/ml tRNA; oder
25 M Natriumphoshphatpuffer pH 7,2; 1 mM EDTA; 7% SDS
Hybridisierungstemperatur: T = 65 bis 68°C
Waschpuffer: 0,2xSSC; 0,1% SDS
Waschtemperatur: T = 65 bis 68°C.Hybridization buffer:
2xSSC; 10x Denhardt's solution (Fikoll 400 + PEG + BSA; ratio 1: 1: 1); 0.1% SDS; 5mM EDTA; 50 mM Na 2 HPO 4 ; 250 µg / ml herring sperm DNA; 50 µg / ml tRNA; or
25 M sodium phosphate buffer pH 7.2; 1mM EDTA; 7% SDS
Hybridization temperature: T = 65 to 68 ° C
Wash buffer: 0.2xSSC; 0.1% SDS
Washing temperature: T = 65 to 68 ° C.
Nucleinsäuremoleküle, die mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekülen hybridisieren, können prinzipiell aus jedem beliebigen Bakterium der Gattung Neisseria stammen, der ein ent sprechendes Protein exprimiert, vorzugsweise stammen sie aus Neisseria denitrificans. Nucleinsäuremoleküle, die mit den erfindungsgemäßen Molekülen hybridisieren, können z. B. aus genomischen oder aus cDNA-Bibliotheken isoliert werden. Die Identifizierung und Isolierung derartiger Nucleinsäuremoleküle kann dabei unter Verwendung der erfin dungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle oder Teile dieser Moleküle bzw. der reversen Komplemente dieser Moleküle erfolgen, z. B. mittels Hybridisierung nach Standardverfahren (siehe z. B. Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2. Aufl. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) oder durch Amplifikation mittels PCR.Nucleic acid molecules which hybridize with the nucleic acid molecules according to the invention, can in principle originate from any bacterium of the genus Neisseria that contains an ent expressing speaking protein, preferably they come from Neisseria denitrificans. Nucleic acid molecules that hybridize with the molecules of the invention can e.g. B. can be isolated from genomic or from cDNA libraries. Identification and Isolation of such nucleic acid molecules can be done using the inventions nucleic acid molecules according to the invention or parts of these molecules or the reverse Complements of these molecules are made, e.g. B. by means of hybridization according to standard methods (See, e.g., Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY) or by amplification using PCR.
Als Hybridisierungsprobe können z. B. Nucleinsäuremoleküle verwendet werden, die exakt die oder im wesentlichen die unter Seq ID No. 1 angegebene Nucleotidsequenz oder Teile dieser Sequenz aufweisen. Bei den als Hybridisierungsprobe verwendeten Fragmenten kann es sich auch um synthetische Fragmente handeln, die mit Hilfe der gängigen Synthesetechniken hergestellt wurden und deren Sequenz im wesentlichen mit der eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls übereinstimmt. Hat man Gene identifiziert und isoliert, die mit den erfin dungsgemäßen Nucleinsäuresequenzen hybridisieren, sollte eine Bestimmung der Sequenz und eine Analyse der Eigenschaften der von dieser Sequenz codierten Proteine erfolgen, um festzustellen, ob es sich um ein Verzweigungsenzym handelt. Hierzu eignen sich insbesondere Homologievergleiche auf der Ebene der Nucleinsäure- oder Aminosäuresequenz sowie die Bestimmung der enzymatischen Aktivität.As a hybridization sample, e.g. B. nucleic acid molecules can be used that exactly or essentially the one under Seq ID No. 1 specified nucleotide sequence or parts thereof Have sequence. The fragments used as a hybridization sample may differ also act on synthetic fragments that are made with the help of common synthetic techniques were prepared and their sequence essentially with that of an inventive Nucleic acid molecule matches. Has one identified and isolated genes that are related to the inventions? Hybridize nucleic acid sequences according to the invention, a determination of the sequence and the properties of the proteins encoded by this sequence are analyzed in order to determine whether it is a branching enzyme. Are particularly suitable for this Homology comparisons at the level of the nucleic acid or amino acid sequence as well as the Determination of the enzymatic activity.
Die mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekülen hybridisierenden Moleküle umfassen insbesondere Fragmente, Derivate und allelische Varianten der oben beschriebenen Nucleinsäu remoleküle, die ein Verzweigungsenzym aus Bakterien der Gattung Neisseria, vorzugsweise aus Neisseria denitrificans codieren. Der Ausdruck Derivat bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Sequenzen dieser Moleküle sich von den Sequenzen der oben beschriebenen Nucleinsäuremoleküle an einer oder mehreren Positionen unterscheiden und einen hohen Grad an Homologie zu diesen Sequenzen aufweisen. Homologie bedeutet dabei eine Sequenzidentität über die gesamte Länge von mindestens 60%, insbesondere eine Identität von mindestens 70%, vorzugsweise über 80%, besonders bevorzugt über 90% und insbesondere von mindestens 95%. Die Abweichungen zu den oben beschriebenen Nucleinsäuremolekülen können dabei z. B. durch Deletion, Addition, Substitution, Insertion oder Rekombination entstanden sein.The molecules hybridizing with the nucleic acid molecules according to the invention include in particular fragments, derivatives and allelic variants of the nucleic acid described above remolecules, which are preferably a branching enzyme from bacteria of the genus Neisseria Encode Neisseria denitrificans. The term derivative in this context means that the sequences of these molecules differ from the sequences described above Differentiate nucleic acid molecules at one or more positions and a high degree have homology to these sequences. Homology means a sequence identity over the entire length of at least 60%, in particular an identity of at least 70%, preferably over 80%, particularly preferably over 90% and in particular at least 95%. The deviations from the nucleic acid molecules described above can z. B. by deletion, addition, substitution, insertion or recombination.
Homologie bedeutet ferner, daß funktionelle und/oder strukturelle Äquivalenz zwischen den betreffenden Nucleinsäuremolekülen oder den durch sie codierten Proteinen, besteht. Bei den Nucleinsäuremolekülen, die homolog zu den oben beschriebenen Molekülen sind und Derivate dieser Moleküle darstellen, handelt es sich in der Regel um Variationen dieser Moleküle, die Modifikationen darstellen, die dieselbe biologische Funktion ausüben. Es kann sich dabei sowohl um natürlicherweise auftretende Variationen handeln, beispielsweise um Sequenzen aus anderen Neisseria-Arten oder -Stämmen oder um Mutationen, wobei diese Mutationen auf natürliche Weise aufgetreten sein können oder durch gezielte Mutagenese eingeführt wurden. Ferner kann es sich bei den Variationen um synthetisch hergestellte Sequenzen handeln. Bei den allelischen Varianten kann es sich sowohl um natürlich auftretende Varianten handeln, als auch um synthetisch hergestellte oder durch rekombinante DNA-Techniken erzeugte Varianten.Homology also means that functional and / or structural equivalence between the relevant nucleic acid molecules or the proteins encoded by them. Both Nucleic acid molecules homologous to the molecules described above and derivatives of these molecules, there are usually variations of these molecules that Represent modifications that perform the same biological function. It can be both are naturally occurring variations, for example sequences from others Neisseria species or strains or to mutations, these mutations being natural May have occurred or were introduced by targeted mutagenesis. Furthermore, the variations are synthetically produced sequences. With the allelic Variants can be naturally occurring variants as well variants produced synthetically or by recombinant DNA techniques.
Die von den verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codierten Proteine weisen bestimmte, gemeinsame Charakteristika auf. Dazu können z. B. biologische Aktivität, Molekulargewicht, immunologische Reaktivität, Konformation etc. gehören, sowie physikalische Eigenschaften wie z. B. das Laufverhalten in Gelelektrophoresen, chromato graphisches Verhalten, Sedimentationskoeffizienten, Löslichkeit, spektroskopische Eigenschaften, Stabilität; pH-Optimum, Temperatur-Optimum etc.Those encoded by the different variants of the nucleic acid molecules according to the invention Proteins have certain common characteristics. For this, e.g. B. biological Activity, molecular weight, immunological reactivity, conformation etc. include, as well physical properties such as B. the running behavior in gel electrophoresis, chromato graphic behavior, sedimentation coefficient, solubility, spectroscopic Properties, stability; pH optimum, temperature optimum etc.
Das von der Aminosäuresequenz abgeleitete Molekulargewicht des Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans beträgt 86,3 kDa. Das abgeleitete Molekulargewicht eines erfin dungsgemäßen Proteins liegt daher vorzugsweise im Bereich von 70 kDa bis 100 kDa, bevorzugt im Bereich von 77 kDa bis 95 kDa und besonders bevorzugt bei ca. 86 kDa.The molecular weight of the branching enzyme derived from the amino acid sequence Neisseria denitrificans is 86.3 kDa. The derived molecular weight of an invented Protein according to the invention is therefore preferably in the range from 70 kDa to 100 kDa in the range from 77 kDa to 95 kDa and particularly preferably around 86 kDa.
Die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle können beliebige Nucleinsäuremoleküle sein, insbesondere DNA- oder RNA-Moleküle, beispielsweise cDNA, genomische DNA, mRNA etc. Sie können natürlich vorkommende Moleküle sein, oder durch gentechnische oder chemische Syntheseverfahren hergestellte Moleküle. Sie können einzelsträngige Moleküle sein, die entwe der den codierenden oder den nicht codierenden Strang enthalten, oder doppelsträngige Moleküle.The nucleic acid molecules according to the invention can be any nucleic acid molecules in particular DNA or RNA molecules, for example cDNA, genomic DNA, mRNA etc. They can be naturally occurring molecules, or by genetic engineering or chemical ones Molecules produced by synthetic methods. They can be single-stranded molecules that either which contain the coding or the non-coding strand, or double-stranded Molecules.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Nucleinsäuremoleküle von mindestens 15, vorzugsweise mehr als 50 und besonders bevorzugt mehr als 200 Nucleotiden Länge, die spezifisch mit mindestens einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekül hybridisieren. Spezifisch hybridisieren bedeutet hierbei, daß diese Moleküle mit Nucleinsäuremolekülen hybridisieren, die ein erfindungsgemäßes Protein codieren, jedoch nicht mit Nucleinsäuremolekülen, die andere Proteine codieren. Hybridisieren bedeutet dabei vorzugs weise Hybridisieren unter stringenten Bedingungen (s.o.). Insbesondere betrifft die Erfindung solche Nucleinsäuremoleküle, die mit Transkripten von erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekülen hybridisieren und dadurch deren Translation verhindern können. Solche Nucleinsäuremoleküle, die spezifisch mit den erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekülen hybridisieren, können beispielsweise Bestandteile von antisense-Konstrukten oder Ribozymen sein oder können als Primer für die Amplifikation mittels PCR verwendet werden.The present invention further relates to nucleic acid molecules of at least 15, preferably more than 50 and particularly preferably more than 200 nucleotides in length hybridize specifically with at least one nucleic acid molecule according to the invention. To hybridize specifically here means that these molecules with nucleic acid molecules hybridize, which encode a protein according to the invention, but not with Nucleic acid molecules that encode other proteins. Hybridization means preference wise hybridization under stringent conditions (see above). In particular, the invention relates those nucleic acid molecules, which with transcripts of the invention Hybridize nucleic acid molecules and thereby prevent their translation. Such Nucleic acid molecules that are specific to the nucleic acid molecules of the invention can hybridize, for example components of antisense constructs or ribozymes or can be used as primers for amplification by means of PCR.
Weiterhin betrifft die Erfindung Vektoren, insbesondere Plasmide, Cosmide, Viren, Bacteriophagen und andere in der Gentechnik gängige Vektoren, die die oben beschriebenen er findungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle enthalten.The invention further relates to vectors, in particular plasmids, cosmids, viruses, Bacteriophages and other vectors common in genetic engineering that he described above contain nucleic acid molecules according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die in den Vektoren enthaltenen Nucleinsäuremoleküle in sense Orientierung verknüpft mit regulatorischen Elementen, die die Expression in prokaryontischen oder eukaryontischen Zellen gewährleisten. Der Begriff "Expression" kann dabei Transkription als auch Transkription und Translation bedeuten.In a preferred embodiment, those contained in the vectors Nucleic acid molecules linked in sense orientation to regulatory elements that make up the Ensure expression in prokaryotic or eukaryotic cells. The term "Expression" can mean transcription as well as transcription and translation.
Die Expression der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle in prokaryontischen Zellen, beispielsweise in Escherichia coli, ermöglicht beispielsweise eine genauere Charakterisierung der enzymatischen Aktivitäten der codierten Proteine. Darüber hinaus ist es möglich, mittels gängiger molekularbiologischer Techniken (siehe z. B. Sambrook et al., a.a.O.) verschiedenartige Mutationen in die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle einzuführen, wodurch es zur Synthese von Proteinen mit eventuell veränderten biologischen Eigenschaften kommt. Möglich ist die Erzeugung von Deletionsmutanten, bei denen durch fortschreitende Deletionen vom 5'- oder vom 3'-Ende der codierenden DNA-Sequenz Nucleinsäuremoleküle erzeugt werden, die zur Synthese entsprechend verkürzter Proteine führen. Möglich ist auch die Einführung von Punktmutationen an Positionen, die einen Einfluß beispielsweise auf die Enzymaktivität oder die Regulierung des Enzyms haben. Auf diese Weise können z. B. Mutanten hergestellt werden, die einen veränderten Km-Wert besitzen oder nicht mehr den normalerweise in der Zelle vorliegenden Regulationsmechanismen über allosterische Regulation oder kovalente Modi fizierung unterliegen. Des weiteren können Mutanten hergestellt werden, die eine veränderte Substrat- oder Produktspezifität aufweisen. Weiterhin können Mutanten hergestellt werden, die ein verändertes Aktivitäts-Temperatur-Profil aufweisen. Die gentechnische Manipulation in prokaryontischen Zellen können nach dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen (vgl. Sambrook et al., a.a.O.).The expression of the nucleic acid molecules according to the invention in prokaryotic cells, for example in Escherichia coli, enables, for example, a more precise characterization of the enzymatic activities of the encoded proteins. In addition, it is possible to introduce various types of mutations into the nucleic acid molecules according to the invention by means of common molecular biological techniques (see, for example, Sambrook et al., Loc. Cit.), Which leads to the synthesis of proteins with possibly changed biological properties. It is possible to generate deletion mutants in which progressive deletions from the 5 'or from the 3' end of the coding DNA sequence produce nucleic acid molecules which lead to the synthesis of correspondingly shortened proteins. It is also possible to introduce point mutations at positions which have an influence, for example, on the enzyme activity or the regulation of the enzyme. In this way, e.g. B. mutants are produced which have a changed K m value or are no longer subject to the regulatory mechanisms normally present in the cell via allosteric regulation or covalent modifications. Furthermore, mutants can be produced which have an altered substrate or product specificity. Furthermore, mutants can be produced which have a changed activity-temperature profile. Genetic engineering manipulation in prokaryotic cells can be carried out according to methods known to the person skilled in the art (cf. Sambrook et al., Loc. Cit.).
Regulatorische Sequenzen zur Expression in prokaryontischen Organismen, z. B. E. coli, und in eukaryotischen Organismen sind ausreichend in der Literatur beschrieben, insbesondere solche zur Expression in Hefe, wie z. B. Saccharomyces cerevisiae. Eine Übersicht verschiedener Systeme zur Expression für Proteine in verschiedenen Wirtsorganismen findet man z. B. in Methods in Enzymology 153 (1987), 383-516 und in Bitter et al. (Methods in Enzymology 153 (1987), 516-544).Regulatory sequences for expression in prokaryotic organisms, e.g. B. E. coli, and in Eukaryotic organisms have been adequately described in the literature, especially those for expression in yeast, such as. B. Saccharomyces cerevisiae. An overview of different Systems for expression for proteins in various host organisms can be found e.g. B. in Methods in Enzymology 153: 383-516 (1987) and Bitter et al. (Methods in Enzymology 153 (1987), 516-544).
Vorzugsweise ist das in einem erfindungsgemäßen Vektor insertierte erfindungsgemäße Nucleinsäuremolekül derart, modifiziert, daß das codierte Protein nach Expression in einem geeigneten Wirtsorganismus leichter aus dem Kulturmedium isoliert werden kann. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, das codierte Verzweigungssystem als Fusionsprotein mit einer weiteren Polypeptidsequenz zu exprimieren, deren spezifische Bindungseigenschaften die Isolierung des Fusionsproteins über Affinitätschromatographie erlauben (siehe z. B. Chong et al., Gene 192 (1997), 271-281; Hopp et al., Bio/Technology 6 (1988), 1204-1210; Sassenfeld, Trends Biotechnol. 8 (1990), 88-93).Preferably, the one according to the invention inserted in a vector according to the invention is Nucleic acid molecule modified in such a way that the encoded protein after expression in a suitable host organism can be isolated more easily from the culture medium. So there is for example the possibility of using the coded branching system as a fusion protein to express another polypeptide sequence, the specific binding properties of which Allow isolation of the fusion protein via affinity chromatography (see e.g. Chong et al., Gene 192 (1997), 271-281; Hopp et al., 1988, Bio / Technology 6: 1204-1210; Sassenfeld, Trends in biotechnology. 8: 88-93 (1990).
Weiterhin ist bevorzugt, daß das in einem erfindungsgemäßen Vektor enthaltene Nucleinsäuremolekül Nucleotidsequenzen umfaßt, die die Sekretion des Verzweigungsenzyms in das Kulturmedium erlauben. Vorzugsweise wird eine Sequenz verwendet, die das Signalpeptid der α-CGTase aus Klebstella oxytoca M5A1 codiert (Fiedler et al., J. Mol. Biol. 256 (1996), 279-291; Genebank Acc. No. X86014, CDS 11529-11618). Durch die Sekretion des Enzyms in das Kulturmedium wird die Gewinnung und Aufreinigung vereinfacht. Es wird ein Aufschluß der Zellen vermieden und das Enzym kann aus dem Kulturmedium gewonnen werden, wobei zur Entfernung von Restbestandteilen des Kulturmediums gängige Methoden, wie. z. B. Dialyse, Osmose, chromatographische Methoden etc., eingesetzt werden können.It is further preferred that that contained in a vector according to the invention Nucleic acid molecule comprises nucleotide sequences which are responsible for the secretion of the branching enzyme allow the culture medium. Preferably a sequence is used which is the signal peptide encoded the α-CGTase from Klebstella oxytoca M5A1 (Fiedler et al., J. Mol. Biol. 256 (1996), 279-291; Genebank Acc. No. X86014, CDS 11529-11618). By the secretion of the enzyme in the culture medium simplifies the extraction and purification. It will be an information of the cells avoided and the enzyme can be obtained from the culture medium, with the Removal of residual components of the culture medium using common methods, such as. e.g. B. dialysis, Osmosis, chromatographic methods etc. can be used.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Vektoren weitere Funktionseinheiten umfassen, die eine Stabilisierung des Vektors in einem Wirtsorganismus bewirken, wie z. B. einen bakteriellen Replikationsursprung oder die 2µ-DNA zur Stabilisierung in S. cerevisiae.Furthermore, the vectors according to the invention can comprise further functional units which stabilize the vector in a host organism, such as. B. a bacterial Origin of replication or the 2µ DNA for stabilization in S. cerevisiae.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung Wirtszellen, insbesondere prokaryontische oder eukaryontische Zellen, die mit einem oben beschriebenen Nucleinsäure molekül oder einem Vektor transformiert wurden, sowie Zellen, die von derartigen Wirtszellen abstammen und die beschriebenen Nucleinsäuremoleküle oder Vektoren enthalten. Die Wirtszellen können Bakterien- (z. B. E. coli) oder Pilzzellen (z. B. Hefe, insbesondere S. cerevisiae), sowie pflanzliche oder tierische Zellen sein. Der Begriff "transformiert" bedeutet dabei, daß die erfindungsgemäßen Zellen mit einem erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekül genetisch modifiziert sind insofern, als sie zusätzlich zu ihrem natürlichen Genom mindestens ein erfindungsgemäßes Nucleinsäuremolekül enthalten. Dieses kann in der Zelle frei, gegebenen falls als selbstreplizierendes Molekül, vorliegen oder es kann stabil in das Genom der Wirtszelle integriert vorliegen.In a further embodiment, the invention relates to host cells, in particular prokaryotic or eukaryotic cells containing a nucleic acid described above Molecule or a vector were transformed, as well as cells derived from such host cells descend and contain the described nucleic acid molecules or vectors. The Host cells can be bacterial (e.g. E. coli) or fungal cells (e.g. yeast, especially S. cerevisiae), as well as plant or animal cells. The term "transformed" means thereby that the cells according to the invention with a nucleic acid molecule according to the invention are genetically modified in that they are at least in addition to their natural genome contain a nucleic acid molecule according to the invention. This can be freely given in the cell if present as a self-replicating molecule, or it can stably enter the genome of the host cell are integrated.
Vorzugsweise sind die Wirtszellen Mikroorganismen. Darunter werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung alle Bakterien und alle Protisten (z. B. Pilze, insbesondere Hefen und Algen) verstanden, so wie sie z. B. in Schlegel "Allgemeine Mikrobiologie" (Georg Thieme Verlag (1985), 1-2) definiert sind.The host cells are preferably microorganisms. Among them are the In the present application, all bacteria and all protists (e.g. fungi, especially yeast and Algae) understood, as they z. B. in Schlegel "General Microbiology" (Georg Thieme Verlag (1985), 1-2) are defined.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung eines Verzweigungsenzyms aus Bakterien der Gattung Neisseria, bei dem erfindungsgemäße Wirtszellen unter Bedingungen kultiviert werden, die die Expression des Proteins erlauben, und das Protein aus der Kultur, d. h. aus den Zellen und/oder dem Kulturmedium gewonnen wird. Vorzugsweise wird dabei ein Wirtsorganismus verwendet, der das Verzweigungsenzym sekretiert.The present invention further relates to methods for producing a branching enzyme from bacteria of the genus Neisseria, in the host cells according to the invention under conditions cultured which allow expression of the protein and the protein from the culture, i.e. H. is obtained from the cells and / or the culture medium. A is preferably used Host organism used that secretes the branching enzyme.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verzweigungsenzyms aus Bakterien der Gattung Neisseria, wobei das Protein in einem in-vitro- Transkriptions- und -Translationssystem unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls hergestellt wird. Solche Systeme sind dem Fachmann geläufig.The present invention further relates to a method for producing a Branching enzyme from bacteria of the genus Neisseria, the protein in an in vitro Transcription and translation system using an inventive Nucleic acid molecule is made. Such systems are familiar to the person skilled in the art.
Die Erfindung betrifft auch Proteine, die durch die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle codiert werden, oder die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich sind.The invention also relates to proteins by the nucleic acid molecules according to the invention are encoded, or which are obtainable by a method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Antikörper, die spezifisch ein erfindungsgemäßes Protein erkennen. Diese können z. B. monoclonale oder polyclonale Antikörper sein. Es können auch Fragmente von Antikörpern sein, die erfindungsgemäße Proteine erkennen. Methoden zur Herstellung derartiger Antikörper bzw. Fragmente sind dem Fachmann geläufig.The present invention further relates to antibodies which specifically contain an inventive Detect protein. These can e.g. B. be monoclonal or polyclonal antibodies. It can also be fragments of antibodies that recognize proteins according to the invention. Methods for producing such antibodies or fragments are known to the person skilled in the art.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verzweigungsenzyms zur Herstellung von α-1,6-verzweigten α-1,4-Glucanen in in-vitro Systemen.Furthermore, the present invention relates to the use of an inventive Branching enzyme for the production of α-1,6-branched α-1,4-glucans in in vitro Systems.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch transgene Pflanzenzellen, die die erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle oder Vektoren enthalten. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Zellen dadurch gekennzeichnet, daß das eingeführte erfindungsgemäße Nucleinsäuremolekül stabil in das Genom integriert ist und unter der Kontrolle eines in pflanzlichen Zellen aktiven Promotors steht.The present invention particularly relates to transgenic plant cells that contain nucleic acid molecules or vectors according to the invention. Preferably, the cells according to the invention characterized in that the introduced invention Nucleic acid molecule is stably integrated into the genome and under the control of an in plant cell active promoter.
Für die Expression eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls in pflanzlichen Zellen stehen eine Vielzahl von Promotoren zur Verfügung. Im Prinzip kann jeder in den für die Transformation gewählten Pflanzen funktionale Promotor verwendet werden. Der Promotor kann homolog oder heterolog in bezug auf die verwendete Pflanzenspezies sein. Geeignet ist beispielsweise der 355-Promotor des Cauliflower-Mosaik-Virus (Odell et al., Nature 313 (1985), 810-812), der eine konstitutive Expression in allen Geweben einer Pflanze gewährleistet und das in der WO/9401571 beschriebene Promotorkonstrukt. Ein anderes Beispiel sind die Promotoren der Polyubiquitingene aus Mais (Christensen et al., a.a.O.). Es können jedoch auch Promotoren verwendet werden, die nur zu einem durch äußere Einflüsse determinierten Zeitpunkt aktiviert werden (siehe beispielsweise WO/9307279). Von besonderem Interesse können hierbei Promotoren von heat-shock-Proteinen sein, die eine einfache Induktion erlauben. Ferner können die Promotoren verwendet werden, die in einem bestimmten Gewebe der Pflanze zu einer Expression nachgeschalteter Sequenzen führen (siehe z. B. Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989), 2245-2251), beispielsweise der ST-LS1-Promotor, der lediglich in photosynthetisch aktivem Gewebe aktiv ist (Stockhaus et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 (1987), 7943-7947). Zu erwähnen sind ferner Promotoren, die in den stärkespeichernden Organen von zu transformierenden Pflanzen aktiv sind. Dies sind z. B. bei Mais die Maiskörner, während es bei der Kartoffel die Knollen sind. Zur Überexpression der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle in der Kartoffel kann beispielsweise der knollenspezifische B33-Promotor (Rocha-Sosa et al., EMBO J. 8 (1989), 23-29) verwendet werden. Samenspezifische Promotoren sind bereits für verschiedene Pflanzenspezies beschrieben worden. So z. B. der USP- Promotor aus Vicia faba, der eine samenspezifische Expression in V. faba und anderen Pflanzen gewährleistet (Fiedler et al., Plant Mol. Biol. 22 (1993), 669-679; Bäumlein et al., Mol Gen. Genet. 225 (1991), 459-467). In Mais gewährleisten beispielsweise Promotoren der Zein-Gene eine spezifische Expression im Endosperm der Maiskörner (Pedersen et al., Cell 29 (1982), 1015-1026; Quattrocchio et al., Plant Mol. Biol. 15 (1990), 81-93).A large number of promoters are available for the expression of a nucleic acid molecule according to the invention in plant cells. In principle, any promoter that is functional in the plants selected for the transformation can be used. The promoter can be homologous or heterologous with respect to the plant species used. For example, the 355 promoter of the Cauliflower mosaic virus (Odell et al., Nature 313 (1985), 810-812) is suitable, which ensures constitutive expression in all tissues of a plant and the promoter construct described in WO / 9401571. Another example is the promoters of maize polyubiquitin genes (Christensen et al., Loc. Cit.). However, promoters can also be used which are only activated at a point in time determined by external influences (see for example WO / 9307279). Promoters of heat shock proteins that allow simple induction can be of particular interest. It is also possible to use the promoters which lead to expression of downstream sequences in a particular tissue of the plant (see, for example, Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989), 2245-2251), for example the ST-LS1 Promoter that is only active in photosynthetically active tissue (Stockhaus et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 (1987), 7943-7947). Also to be mentioned are promoters which are active in the starch-storing organs of plants to be transformed. These are e.g. B. in maize the corn kernels, while in the potato it is the tubers. The tuber-specific B33 promoter (Rocha-Sosa et al., EMBO J. 8 (1989), 23-29) can be used, for example, to overexpress the nucleic acid molecules according to the invention in the potato. Seed-specific promoters have already been described for various plant species. So z. B. the USP promoter from Vicia faba, which ensures seed-specific expression in V. faba and other plants (Fiedler et al., Plant Mol. Biol. 22 (1993), 669-679; Bäumlein et al., Mol Gen. Genet. 225: 459-467 (1991)). In maize, for example, promoters of the zein genes ensure specific expression in the endosperm of the maize kernel (Pedersen et al., Cell 29 ( 1982 ), 1015-1026; Quattrocchio et al., Plant Mol. Biol. 15 (1990), 81-93 ).
Möglich ist somit die Expression der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle in pflanzlichen Zellen.It is thus possible to express the nucleic acid molecules according to the invention in plants Cells.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung transgener Pflanzenzellen, umfassend die Einführung eines erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküls oder Vektors in Pflanzenzellen. Verschiedene Pflanzentransformationssysteme stehen dabei dem Fachmann zur Verfügung, z. B. ist die Verwendung von T-DNA für die Transformation von Pflanzenzellen intensiv untersucht und beschrieben in EP-A-120 S 16; Hoekema: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B. V., Alblasserdam (1985), Chapter V, Fraley, Crit. Rev. Plant. Sci., 4, 1-46 und An, EMBO J. 4 (1985), 277-287.The present invention thus also relates to a method for producing transgenic Plant cells, comprising the introduction of a nucleic acid molecule according to the invention or Vector in plant cells. Different plant transformation systems are available Expert available, e.g. B. is the use of T-DNA for the transformation of Plant cells intensively examined and described in EP-A-120 S 16; Hoekema: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), Chapter V, Fraley, Crit. Rev. Plant. Sci., 4, 1-46 and An, EMBO J. 4 (1985), 277-287.
Für den Transfer der DNA in die Pflanzenzelle können Pflanzen-Explantate zweckmäßigerweise mit Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes kokultiviert werden. Aus dem infizierten Pflanzenmaterial (z. B. Blattstücke, Stengelsegmente, Wurzeln, aber auch Protoplasten oder Suspensions-kultivierte Pflanzenzellen) können dann in einem geeigneten Medium, welches Antibiotika oder Biozide zur Selektion transformierter Zellen enthalten kann, wieder ganze Pflanzen regeneriert werden. Die so erhaltenen Pflanzen können dann auf Anwesenheit der eingeführten DNA untersucht werden. Andere Möglichkeiten der Einführung fremder DNA unter Verwendung des biolistischen Verfahrens oder durch Protoplastentransformation sind bekannt (vgl. z. B. Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants. In: Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (H. J. Rehm, G. Reed, A. Pühler, P. Stadler, eds.), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge).Plant explants can expediently be used for the transfer of the DNA into the plant cell can be cocultured with Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes. From the infected plant material (e.g. leaf pieces, stem segments, roots, but also protoplasts or suspension-cultivated plant cells) can then in a suitable medium, which Antibiotics or biocides for the selection of transformed cells can contain whole Plants are regenerated. The plants thus obtained can then on the presence of imported DNA are examined. Other ways of introducing foreign DNA using the biolistic method or by protoplast transformation known (see e.g. Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants. In: Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (H. J. Rehm, G. Reed, A. Pühler, P. Stadler, eds.), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge).
Alternative Systeme zur Transformation von monokotylen Pflanzen sind die Transformation mittels des biolistischen Ansatzes, die elektrisch oder chemisch induzierte DNA-Aufnahme in Protoplasten, die Elektroporation von partiell permeabilisierten Zellen, die Makroinjektion von DNA in Blütenstände, die Mikroinjektion von DNA in Mikrosporen und Pro-Embryonen, die DNA-Aufnahme durch keimenden Pollen und die DNA-Aufnahme in Embryonen durch Quellung (siehe z. B. Lusardi, Plant J. 5 (1994), 571-582; Paszkowski, Biotechnology 24 (1992), 387-392).Alternative systems for the transformation of monocotyledonous plants are transformation by means of the biolistic approach, the electrically or chemically induced DNA uptake in Protoplasts, the electroporation of partially permeabilized cells, the macro injection of DNA in inflorescences, the microinjection of DNA in microspores and pro-embryos that DNA uptake by germinating pollen and DNA uptake in embryos Swelling (see e.g. Lusardi, Plant J. 5 (1994), 571-582; Paszkowski, Biotechnology 24: 387-392 (1992)).
Während die Transformation dikotyler Pflanzen über Ti-Plasmid-Vektorsysteme mit Hilfe von Agrobacterium tumefaciens wohl etabliert ist, weisen neuere Arbeiten darauf hin, daß auch monokotyle Pflanzen der Transformation mittels auf Agrobacterium basierender Vektoren sehr wohl zugänglich sind (Chan, Plant Mol. Biol. 22 (1993), 491-506; Hiei, Plant J. 6 (1994), 271- 282; Bytebier, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 (1987), 5345-5349; Raineri, Bio/Technology 8 (1990), 33-38; Gould, Plant Physiol. 95 (1991), 426-434; Mooney, Plant, Cell Tiss. & Org. Cult. 25 (1991), 209-218; Li, Plant Mol. Biol. 20 (1992), 1037-1048).During the transformation of dicotyledonous plants via Ti plasmid vector systems with the help of Agrobacterium tumefaciens is well established, recent work suggests that too monocot plants of transformation by means of vectors based on Agrobacterium are well accessible (Chan, Plant Mol. Biol. 22 (1993), 491-506; Hiei, Plant J. 6 (1994), 271- 282; Bytebier, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 5345-5349 (1987); Raineri, Bio / Technology 8 (1990), 33-38; Gould, Plant Physiol. 95: 426-434 (1991); Mooney, Plant, Cell Tiss. & Org. Cult. 25: 209-218 (1991); Li, Plant Mol. Biol. 20: 1037-1048 (1992).
Drei der oben genannten Transformationssysteme konnten in der Vergangenheit für verschiedene Getreide etabliert werden: die Elektroporation von Gewebe, die Transformation von Protoplasten und der DNA-Transfer durch Partikel-Beschuß in regenerierbare Gewebe und Zellen (zur Übersicht: Jähne, Euphytica 85 (1995), 35-44). Die Transformation von Weizen wird in der Literatur verschiedentlich beschrieben (zur Übersicht: Maheshwari, Critical Reviews in Plant Science 14 (2) (1995), 149-178).In the past, three of the above-mentioned transformation systems could be established for different cereals: the electroporation of tissue, the transformation of protoplasts and the DNA transfer by particle bombardment into regenerable tissue and cells (for an overview: Jähne, Euphytica 85 (1995), 35-44). The transformation of wheat is described in various ways in the literature (for an overview: Maheshwari, Critical Reviews in Plant Science 14 ( 2 ) (1995), 149-178).
Bei der Expression der erfindungsgemäßen Nucleinsäuremoleküle in Pflanzen besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß das synthetisierte Protein in jedem beliebigen Kompartiment der pflanzlichen Zelle lokalisiert sein kann. Um die Lokalisation in einem bestimmten Kompartiment zu erreichen, muß die codierende Region gegebenenfalls mit DNA-Sequenzen verknüpft werden, die die Lokalisierung in dem jeweiligen Kompartiment gewährleisten. Derartige Sequenzen sind bekannt (siehe beispielsweise Braun, EMBO J. 11 (1992), 3219-3227; Wolter, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 (1988), 846-850; Sonnewald, Plant J. 1 (1991), 95-106; Rocha-Sosa, EMBO J. 8 (1989), 23-29).In the expression of the nucleic acid molecules according to the invention in plants basically the possibility that the synthesized protein in any compartment the plant cell can be localized. To localize in a particular To reach the compartment, the coding region may have to contain DNA sequences linked to ensure localization in the respective compartment. Such sequences are known (see for example Braun, EMBO J. 11 (1992), 3219-3227; Wolter, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 846-850 (1988); Sonnewald, Plant J. 1 (1991), 95-106; Rocha-Sosa, EMBO J. 8 (1989) 23-29).
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch transgene Pflanzenzellen, die mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Nucleinsäuremolekül(en) transformiert wurden, sowie transgene Pflanzenzellen, die von derartig transformierten Zellen abstammen. Derartige Zellen enthalten ein oder mehrere erfindungsgemäße(s) Nucleinsäuremolekül(e), wobei diese(s) vorzugsweise mit regulatorischen DNA-Elementen verknüpft ist/sind, die die Transkription in pflanzlichen Zellen gewährleisten, insbesondere mit einem Promotor. Derartige Zellen lassen sich von na türlicherweise vorkommenden Pflanzenzellen dadurch unterscheiden, daß sie mindestens ein erfindungsgemäßes Nucleinsäuremolekül enthalten.The present invention thus also relates to transgenic plant cells which have one or several nucleic acid molecule (s) according to the invention have been transformed, and transgenic Plant cells derived from cells transformed in this way. Such cells contain one or more nucleic acid molecule (s) according to the invention, these (s) preferably with regulatory DNA elements that are linked to transcription in plant cells ensure, especially with a promoter. Such cells can be obtained from na differentiate naturally occurring plant cells in that they have at least one contain nucleic acid molecule according to the invention.
Die transgenen Pflanzenzellen können nach dem Fachmann bekannten Techniken zu ganzen Pflanzen regeneriert werden. Die durch Regeneration der erfindungsgemäßen transgenen Pflanzenzellen erhältlichen Pflanzen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ferner sind Gegenstand der Erfindung Pflanzen, die die oben beschriebenen transgenen Pflanzenzellen enthalten. Bei den transgenen Pflanzen kann es sich prinzipiell um Pflanzen jeder beliebigen Pflanzenspezies handeln, d. h. sowohl monokotyle als auch dikotyle Pflanzen. Bevorzugt handelt es sich um Nutzpflanzen, insbesondere um stärkespeichernde Pflanzen, wie z. B. Getreide, Reis, Mais, Maniok oder Kartoffel.The transgenic plant cells can be whole according to techniques known to those skilled in the art Plants are regenerated. The regeneration of the invention Plants obtainable from transgenic plant cells are also the subject of the present invention Invention. The invention further relates to plants which are those described above contain transgenic plant cells. In principle, the transgenic plants can be Trade plants of any plant species, d. H. both monocot and dicot Plants. They are preferably useful plants, in particular starch-storing plants Plants such as B. grain, rice, corn, cassava or potato.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Vermehrungsmaterial und Ernteprodukte der erfindungsgemäßen Pflanzen, beispielsweise Früchte, Samen, Knollen, Wurzelstöcke, Sämlinge, Stecklinge etc.The invention also relates to propagation material and crop products of the invention Plants, for example fruits, seeds, tubers, rhizomes, seedlings, cuttings etc.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine regulatorische Region, die natürlicherweise die Transkription eines erfindungsgemäßen oben beschriebenen Nucleinsäuremoleküls, das ein Verzweigungsenzym aus Bakterien der Gattung Neisseria codiert, in bakteriellen Zellen kontrolliert.In another aspect, the present invention relates to a regulatory region that naturally the transcription of an invention described above Nucleic acid molecule which encodes a branching enzyme from bacteria of the genus Neisseria, controlled in bacterial cells.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "regulatorische Region" eine Region verstanden, die die Spezifität und/oder das Ausmaß der Expression einer Gensequenz beeinflußt, beispielsweise derart, daß die Expression in Antwort auf bestimmte äußere Reize oder zu einem bestimmten Zeitpunkt auftritt. Derartige regulatorische Regionen liegen in der Regel in einem Bereich, der als Promotor bezeichnet wird. Der Begriff "Promotor" umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung Nucleotidsequenzen, die für die Initiation der Transkription notwendig sind, d. h. für die Bindung der RNA-Polymerase, und kann z. B. auch die TATA- Box(en) umfassen.In the context of the present invention, the term "regulatory region" includes a Region understood that the specificity and / or the extent of expression of a gene sequence influenced, for example in such a way that expression in response to certain external stimuli or occurs at a specific time. Such regulatory regions are in the Usually in an area called a promoter. The term "promoter" includes in Within the scope of the present invention nucleotide sequences necessary for the initiation of transcription are necessary, d. H. for the binding of the RNA polymerase, and can e.g. B. also the TATA Include box (s).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße regulatorische Region eine
Nucleotidsequenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
In a preferred embodiment, the regulatory region according to the invention comprises a nucleotide sequence selected from the group consisting of:
- a) Nucleotidsequenzen, die die Nucleotide 1 bis 169, der in Seq ID No. 1 dargestellten Nucleotidsequenz umfassen;a) Nucleotide sequences which contain nucleotides 1 to 169, which are described in Seq ID No. 1 shown Include nucleotide sequence;
- b) der Nucleotidsequenz der regulatorischen Region, die in der Insertion des Plasmids DSM 12425 enthalten ist, oder Teilen davon; undb) the nucleotide sequence of the regulatory region involved in the insertion of the plasmid DSM 12425 is included, or parts thereof; and
- c) Nucleotidsequenzen, die mit den unter (a) oder (b) genannten Sequenzen unter stringenten Bedingungen hybridisieren.c) nucleotide sequences which are identical to the sequences mentioned under (a) or (b) hybridize stringent conditions.
Die Nucleotide 1 bis 169 der in Seq ID No. 1 dargestellten Sequenz gehören zu der regulatorischen Region des Verzweigungsenzym-Gens aus Neisseria denitrificans. Putative Promotorsequenzen befinden sich an den Positionen 36 bis 44, 51 bis 55 und 157 bis 162, wobei es sich bei der Sequenz "GGGAGA" möglicherweise um eine Shine- Dalgarno-Sequenz handelt.Nucleotides 1 to 169 of the in Seq ID No. 1 sequence belong to the regulatory region of the branching enzyme gene from Neisseria denitrificans. Putative promoter sequences are located at positions 36 to 44, 51 to 55 and 157 to 162, where the sequence "GGGAGA" may be a shine Dalgarno sequence.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch solche regulatorischen Regionen, die eine derart hohe Homologie zu den obengenannten regulatorischen Regionen aufweisen, daß sie mit mindestens einer dieser Regionen hybridisieren, bevorzugt unter stringenten Bedingungen. Besonders bevorzugt sind dabei regulatorische Regionen, die mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% Sequenzidentität zu einer der obengenannten regulatorischen Regionen aufweisen, insbesondere zu der in Seq ID No. 1 dargestellten.The present invention also relates to those regulatory regions that have such a high Homology to the above-mentioned regulatory regions shows that they have at least hybridize one of these regions, preferably under stringent conditions. Especially preferred are regulatory regions that are at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 95% sequence identity to one of the above regulatory regions, in particular to that in Seq ID No. 1 shown.
Diese umfassen auch solche regulatorischen Regionen, die z. B. aufgrund von Deletion(en), Insertion(en), Substitution(en), Addition(en) und/oder Rekombination(en) und/oder Modifikation(en) gegenüber den obengenannten regulatorischen Regionen verändert sind.These also include those regulatory regions that e.g. B. due to deletion (s), Insertion (s), substitution (s), addition (s) and / or recombination (s) and / or Modification (s) compared to the above-mentioned regulatory regions have been changed.
Verfahren, um derartige Veränderungen in regulatorische Regionen einzuführen, sind dem Fachmann geläufig. Es ist für den Fachmann weiterhin geläufig, daß die erfindungsgemäßen regulatorischen Regionen mit weiteren Elementen, die die Transkription in bakteriellen Zellen beeinflussen, verbunden werden können, z. B. mit Enhancer-Elementen.Procedures to introduce such changes in regulatory regions are the Expert familiar. It is also known to those skilled in the art that the inventive regulatory regions with additional elements that support transcription in bacterial cells influence, can be connected, e.g. B. with enhancer elements.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls rekombinante DNA-Moleküle, die eine erfindungsgemäße regulatorische Region umfassen.The present invention also relates to recombinant DNA molecules that have a include regulatory region of the invention.
Vorzugsweise ist in einem solchen rekombinanten DNA-Molekül die regulatorische Region mit einer heterologen DNA-Sequenz verknüpft. Dabei bedeutet der Ausdruck "heterolog", daß eine derartige Sequenz natürlicherweise nicht mit der regulatorischen Region verknüpft ist. Ferner kann ein erfindungsgemäßes rekombinantes DNA-Molekül weitere regulatorische Elemente enthalten, die für die Transkription und/oder Translation in bakteriellen Zellen von Bedeutung sind, z. B. Transkriptions- oder Translations-Enhancer.The regulatory region is preferably included in such a recombinant DNA molecule linked to a heterologous DNA sequence. The expression "heterologous" means that a such sequence is naturally not linked to the regulatory region. Further can a recombinant DNA molecule according to the invention further regulatory elements contain that are of importance for transcription and / or translation in bacterial cells are, e.g. B. transcription or translation enhancers.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Wirtszellen, die mit einer erfindungsgemäßen regulatorischen Region, einem rekombinanten DNA-Molekül oder einem Vektor transformiert sind.Furthermore, the present invention relates to host cells with an inventive regulatory region, a recombinant DNA molecule or a vector are.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Vektoren, die eine erfindungsgemäße regulatorische Region oder ein erfindungsgemäßes rekombinantes DNA-Molekül enthalten. Solche Vektoren umfassen z. B. auch Plasmide, Cosmide, Bakteriophagen, Viren usw., die herkömmlicherweise für molekulargenetische Methoden verwendet werden.The present invention further relates to vectors that are regulatory according to the invention Region or contain a recombinant DNA molecule according to the invention. Such vectors include e.g. B. also plasmids, cosmids, bacteriophages, viruses, etc., the conventionally used for molecular genetic methods.
Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellte Plasmid pBB48 wurde bei der als internationale Hinterlegungsstelle anerkannten Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) in Braunschweig, Bundesrepublik Deutschland, entsprechend den Anforderungen des Budapester Vertrages am 25. September 1998, unter der Hinterlegungsnummer DSM 12425 hinterlegt.The plasmid pBB48 produced in the context of the present invention was used in the as international depository recognized German collection of microorganisms and Cell cultures (DSMZ) in Braunschweig, Federal Republic of Germany, according to the Requirements of the Budapest Treaty on September 25, 1998, under the Filing number DSM 12425.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Plasmids pBB48 (DSM 12425) Fig. 1 shows schematically the construction of plasmid pBB48 (DSM 12425)
Fig. 2 zeigt eine Reihe verschieden stark α-1,6 verzweigter α-1,4-Glucane, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt wurden und die anschließend mit Lugolscher Lösung angefärbt wurden. Fig. 2 shows a number of different highly branched α-1,6 α-1,4-glucans produced by the novel process and that were subsequently stained with Lugol's solution.
Von links nach rechts: Amylosucrase (links), Amylosucrase + fallende Mengen an Verzweigungsenzymaktivität. Die Absorptionsmaxima der entsprechenden Proben lagen bei: 615 nm, 483 nm 500 nm, 526 nm, 534 nm, 560 nm, 577 nm.From left to right: Amylosucrase (left), Amylosucrase + falling amounts Branching enzyme activity. The absorption maxima of the corresponding samples were: 615 nm, 483 nm, 500 nm, 526 nm, 534 nm, 560 nm, 577 nm.
Fig. 3 zeigt ein HPLC-Chromatogramm eines mit Isoamylase entzweigten hochverzweigten Verfahrensproduktes (A) und einer mit Isoamylase entzweigten Rattenleberglycogenprobe (B). FIG. 3 shows an HPLC chromatogram of a highly branched process product (A) branched with isoamylase and a rat liver glycogen sample (B) branched with isoamylase.
Fig. 4 zeigt das Schema der Methylierungsanalyse. Fig. 4 shows the scheme of the methylation analysis.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Analyseergebnisse der in Beispiel 9 und 10 beschriebenen Probe 7 nach einem und nach zwei Methylierungsschritten. Die Werte für die 2, 3, 6- Methylierung betragen 96,12% bzw. 96,36%. Fig. 5 shows a graph of the analysis results of the sample 7 as described in Example 9 and 10 after one and after two methylation steps. The values for the 2, 3, 6-methylation are 96.12% and 96.36%, respectively.
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung der Anteile terminaler ("2346 Me") und 6- verknüpfter ("23 Me") Glucoseeinheiten der untersuchten Glucanproben. Fig. 6 shows a graphical representation of units of terminal ( "2346 Me") and 6- linked ( "23 Me") of glucose units of the glucan samples examined.
Fig. 7 und 8 zeigen Gaschromatogramme der in den Beispielen beschriebenen Proben 3 und 7. FIGS. 7 and 8 show gas chromatograms of the samples described in Examples 3 and 7.
Die folgenden Beispiele erläutern die ErfindungThe following examples illustrate the invention
Aufschlußpuffer: 100 mM Tris/HCl pH 8,5; 5 mM Na2 Digestion buffer: 100 mM Tris / HCl pH 8.5; 5 mM Na 2
EDTA; 2 mM DTT; 1 mM Pefabloc®
Waschpuffer: 50 mM Tris/HCl pH 8,5; 5 mM Na2 EDTA; 2mM DTT; 1 mM Pefabloc®
Wash buffer: 50 mM Tris / HCl pH 8.5; 5 mM Na 2
EDTA; 10% Glycerol)
HIC-Puffer: 50 mM Kaliumphosphat- Puffer pH 7,0; 5 mM EDTA; 2 mM DTT; 10%
Glycerol
Austern-Glycogen Type II from Oyster (Sigma G8751)EDTA; 10% glycerol)
HIC buffer: 50 mM potassium phosphate buffer pH 7.0; 5mM EDTA; 2mM DTT; 10% glycerol
Oyster Glycogen Type II from Oyster (Sigma G8751)
Für die Isolierung des Verzweigungsenzyms aus Neisseria denitrificans wurde zunächst eine genomische DNA-Bibliothek angelegt. Hierzu wurden Neisseria denitrificans-Zellen des Stammes, der als ATCC 14686 bei der ATCC hinterlegt ist, auf Columbia blood agar-Platten kultiviert und anschließend geerntet. Die genomische DNA wurde nach der Methode von Ausubel et al. (in: Current Protocolls in Molecular Biology (1987); J. Wiley & Sons, NY) isoliert und gereinigt. Nach einem partiellen Restriktionsverdau mit der Restriktionsendonuclease Sau3A erfolgte eine Ligation mit BamH I geschnittener Phagen-Vektor-DNA (lamdaZAPExpress von Stratagene). Nach der in-vivo-Excision der Phagen-Bibliothek wurden die erhaltenen Plasmide in die E. coli Mutante (PGM-) (Adhya and Schwartz, J. Bacteriol. 108 (1971), 621-626) transformiert. Diese Mutante bildet beim Wachstum auf Maltose lineare Polysaccharide, die nach dem Anfärben mit Iod blau erscheinen. Es wurden 60 000 Transformanden auf YT-Agar- Platten mit IPTG (1 mM), Kanamycin (12,5 mg/l) und Maltose (1%) ausplattiert und nach 16- stündiger Inkubation bei 37°C mit Jod bedampft. 60 Bakterienkolonien, die nach Jod- Bedampfung eine rote, eine braune oder eine gelbe Farbe aufwiesen, wurden selektiert und aus ihnen Plasmid-DNA isoliert (Birmboim-Doly, Nucleic Acid Res. 7, 1513-1523). Die isolierten Plasmide wurden anschließend zur Retransformation der gleichen E. coli- (PGM-) Mutante verwendet (Adhya and Schwartz, J. Bacteriol. 108 (1971), 621-626). Nach wiederholtem Ausplattieren und Jodbedampfen konnten die Clone von 60 auf vier Isolate reduziert werden. Von diesen vier Plasmiden wurde eine Restriktionsanalyse durchgeführt, die in allen vier Plasmiden ein gleichgroßes EcoR I -Fragment (1,6 kb) zeigte (Fig. 1).A genomic DNA library was first created to isolate the branching enzyme from Neisseria denitrificans. For this purpose, Neisseria denitrificans cells of the strain which is deposited with ATCC as ATCC 14686 were cultivated on Columbia blood agar plates and then harvested. The genomic DNA was extracted using the method of Ausubel et al. (in: Current Protocolls in Molecular Biology (1987); J. Wiley & Sons, NY) isolated and purified. After a partial restriction digest with the restriction endonuclease Sau3A, ligation with BamH I cut phage vector DNA (lamdaZAPExpress from Stratagene) was carried out. After the in vivo excision of the phage library, the plasmids obtained were transformed into the E. coli mutant (PGM-) (Adhya and Schwartz, J. Bacteriol. 108 (1971), 621-626). This mutant forms linear polysaccharides when grown on maltose, which appear blue after staining with iodine. 60,000 transformants were plated on YT agar plates with IPTG (1 mM), kanamycin (12.5 mg / l) and maltose (1%) and, after 16 hours of incubation at 37 ° C., evaporated with iodine. 60 bacterial colonies, which were red, brown or yellow in color after iodine evaporation, were selected and plasmid DNA was isolated from them (Birmboim-Doly, Nucleic Acid Res. 7, 1513-1523). The isolated plasmids were then used to retransform the same E. coli (PGM) mutant (Adhya and Schwartz, J. Bacteriol. 108 (1971), 621-626). After repeated plating and iodine evaporation, the clones were reduced from 60 to four isolates. A restriction analysis of these four plasmids was carried out, which showed an equally large EcoRI fragment (1.6 kb) in all four plasmids ( FIG. 1).
Aus einem entsprechend Beispiel 1 erhaltenen Clon (pBB48), der eine ca. 3,9 kb große Insertion im Vektor pBK-CMV (Stratgene) aufwies, wurde das 1,6 kb EcoR I Fragment isoliert (Geneclean, Bio101) und zum Zwecke der DNA-Sequenzierung in den mit EcoR I geschnittenen Vektor pBluescript cloniert. Das so erhaltene Plasmid wurde sequenziert. Mit Hilfe des Ausgangsplasmides pBB48 wurde danach die vollständige Verzweigungsenzym-codierende DNA-Sequenz sowie die Sequenz flankierender Regionen ermittelt (Seq ID No. 1). Das Plasmid pBB48 ist in der Fig. 1 dargestellt. Das Plasmid ist hinterlegt unter der Nummer DSM 12425.The 1.6 kb EcoR I fragment was isolated (Geneclean, Bio101) from a clone (pBB48) obtained according to Example 1, which had an approximately 3.9 kb insertion in the vector pBK-CMV (Stratgene), and for the purpose of DNA sequencing cloned into the vector pBluescript cut with EcoR I. The plasmid thus obtained was sequenced. The complete branching enzyme-coding DNA sequence and the sequence of flanking regions were then determined with the aid of the starting plasmid pBB48 (Seq ID No. 1). The plasmid pBB48 is shown in FIG. 1. The plasmid is deposited under the number DSM 12425.
In den E. coli Laborstämmen ist im allgemeinen ein endogenes Verzweigungsenzym (glgB) exprimiert. Aus diesem Grunde wurde für den Nachweis der Verzweigungsenzymaktivität die G6MD2-Mutante von E. coli benutzt. Der Stamm E. coli Hfr G6MD2 (E. coli Genetic Stock Center, Yale University, CGSC#5080) trägt eine ausgedehnte Deletion im Bereich der Glucansynthese-Gene (glgA, glgB, glgC). Zum Nachweis der Verzweigungsenzymaktivität wurde diese Mutante mit dem Plasmid pBB48 transformiert und von den vermehrten Zellen ein Rohextrakt bereitet. Die Proteine dieses Rohextrakts wurden in einem Polyacrylamidgel elektrophoretisch getrennt und zum Nachweis der Verzweigungsenzymaktivität nachfolgend mit und ohne Rabbit-Phosphorylase b inkubiert (100 mM Na-Citrat pH 7,0; AMP, Glucose-1- Phosphat). Nur in dem Phosphorylase stimulierten Gel traten violette Banden auf, was auf eine starke Verzeigungsenzymaktivität hindeutet.In the E. coli laboratory strains there is generally an endogenous branching enzyme (glgB) expressed. For this reason, the E. coli G6MD2 mutant used. The strain E. coli Hfr G6MD2 (E. coli Genetic Stock Center, Yale University, CGSC # 5080) carries an extensive deletion in the field of Glucan synthesis genes (glgA, glgB, glgC). For the detection of branching enzyme activity this mutant was transformed with the plasmid pBB48 and one of the multiplied cells Prepares raw extract. The proteins of this crude extract were in a polyacrylamide gel electrophoretically separated and subsequently to demonstrate the branching enzyme activity and incubated without rabbit phosphorylase b (100 mM Na citrate pH 7.0; AMP, glucose-1 Phosphate). Only in the gel stimulated by phosphorylase did violet bands appear, indicating a indicates strong vigorous enzyme activity.
Für die Expression des Verzeigungsenzyms wurde die Mutante E. coli G6MD2 mit dem Plasmid pBB48 transformiert. Die Zellen wurden mit YT-Medium mit Kanamycin (12,5 mg/l) 16 h unter Schütteln im Erlenmeyerkolben angezogen. Nach einer Zentrifugation (5000xg) wurde das erhaltene Pellet mit 100 mM Tris/HCl pH 7,5, 1 mM DTT gewaschen und nach Suspension im gleichen Puffer die Zellen mit einer Ultraschallsonde aufgeschlossen. Eine weitere Zentrifugation (10000xg) trennte die Zelltrümmer von den löslichen Proteinen ab und ergab einen gelblichen Überstand mit einer Proteinkonzentration von ca. 10 mg/ml. The mutant E. coli G6MD2 with the plasmid was used for the expression of the branching enzyme pBB48 transformed. The cells were washed with YT medium with kanamycin (12.5 mg / l) for 16 hours Shake attracted in the Erlenmeyer flask. After centrifugation (5000xg) the obtained pellet washed with 100 mM Tris / HCl pH 7.5, 1 mM DTT and after suspension in same cells, the cells are disrupted with an ultrasound probe. Another Centrifugation (10000xg) separated the cell debris from the soluble proteins and gave a yellowish supernatant with a protein concentration of approx. 10 mg / ml.
Von diesem so gewonnenen Protein- Rohextrakt wurde dann verschiedene Mengen (100 µl, 10 µl, 1 µl, 0,1 µl, 0,01 µl, 0,001 µl) zusammen mit jeweils gleichbleibender Menge einer Amylosucrase in 50 ml 100 mM Na-citrat pH 7,0 mit 20% Saccharose und 0,02% Na-Azid gegeben. Nach wenigen Stunden konnten die ersten Trübungen im Reaktionsgemisch beobachtet werden. Nach drei Tagen wurde zentrifugiert und die entstandenen Produkte mit deionisiertem Wasser gewaschen.Various amounts were then obtained from this crude protein extract obtained in this way (100 µl, 10 µl, 1 µl, 0.1 µl, 0.01 µl, 0.001 µl) together with a constant amount an amylosucrase in 50 ml 100 mM Na citrate pH 7.0 with 20% sucrose and 0.02% Na azide given. The first turbidities in the reaction mixture were observed after a few hours become. After three days, centrifugation was carried out and the resulting products were deionized Washed water.
Die Produkte sind in DMSO löslich und können durch die Messung eines Absorptionsspektrums mit Lugolscher Lösung charakterisiert werden. Hierüber ist eine Abschätzung des Verzweigungsgrades der erzeugten Produkte möglich. Dazu wurde die DMSO-Lösung stark mit Wasser verdünnt, mit Lugolscher Lösung versetzt und sofort das Spektrum von 400 nm bis 700 nm in einem Beckmann-Spektrophotometer gemessen (s. Fig. 2).The products are soluble in DMSO and can be characterized by measuring an absorption spectrum with Lugol's solution. This makes it possible to estimate the degree of branching of the products produced. For this purpose, the DMSO solution was strongly diluted with water, Lugol's solution was added and the spectrum from 400 nm to 700 nm was immediately measured in a Beckmann spectrophotometer (see FIG. 2).
Eine Auftrennung der mit Isoamylase abgespaltenen Seitenketten auf einer Carbopak PA100- Säule mittels einer HPLC (DIONEX; Laufmittel: 150 mM NaOH mit 1M Na-acetat-Gradient) zeigt für ein stark verzweigtes Produkt das gleiche Muster wie für ein mit Isoamylase entzweigtes Rattenleberglycogen (Fig. 3).Separation of the side chains cleaved with isoamylase on a Carbopak PA100 column using HPLC (DIONEX; eluent: 150 mM NaOH with 1M Na acetate gradient) shows the same pattern for a highly branched product as for a rat liver glycogen debranched with isoamylase ( Fig . 3).
Eine Abspaltung von Seitenketten nach Inkubation mit einer Pullulanase trat nur in sehr geringen Maße auf.Cleavage of side chains after incubation with a pullulanase occurred only to a very small extent Measurements on.
Zur Isolierung des Neisseria denitrificans-Verzweigungsenzyms aus rekombinanten Hfr G6MD2- E. coli-Zellen (s.o.), die mit dem pBB48 transformiert worden waren, wurde zunächst eine Übernacht-Kultur dieser Zellen zentrifugiert. Der Zellniederschlag wurde anschließend in 3 Volumen Aufschlußpuffer suspendiert und bei einem Druck von ca. 16.000-17.000 psi in der French press aufgeschlossen. Nach einer einstündigen Zentrifugation bei 10000 g wurde der Überstand durch Zugabe von Waschpuffer auf das 4fache Volumen verdünnt, im batch- Verfahren an DEAE Cellulose DE52 gebunden und in eine Chromatographiesäule gefüllt, die mit 2 bis 3 Säulenvolumina Waschpuffer gewaschen wurde. Danach wurde zur Elution ein linearer 1M NaCl-Gradient angelegt. Die Fraktionen mit Verzweigungsenzymaktivität (siehe Beispiel 8) wurden vereinigt, mit (NH4)2 SO4 versetzt (Endkonzentration 20% (w/v)) und auf eine TSK Butyl-Toyopearl 650M Säule aufgetragen. Nach Waschen mit 2 bis 3 Säulenvolumina an HIC-Puffer, der vorher zusätzlich mit einer Ammoniumsulfatlösung mit einem Sättigungsgrad von 20% (114 g Ammoniumsulfat pro Liter) versetzt worden war, wurde das Verzweigungsenzym unter Einsatz eines von 20% auf 0% linear fallenden Ammoniumsulfatgradienten im HIC-Puffer eluiert. Fraktionen mit Verzweigungsenzymaktivität wurden vereinigt. Zur Aufkonzentrierung des Proteins wurde anschließend der Reinigungsschritt mit den vereinten Fraktionen unter Verwendung einer kleinen TSK Butyl-Toyopearl 650M Säule (Tose Haas (Montgomery Ville, Pensylvania)) wiederholt. Das aufgereinigte Protein wurde anschließend auf ein Polyacrylamidgel aufgetragen, auf PVDF-Membran geblottet, dann wieder in Lösung gebracht und von der Firma WITA GmbH, Teltow, Deutschland, N-terminal nach der Edman-Methode sequenziert. Die erhaltene Sequenz lautete: MNRNXH (Seq ID No. 3).To isolate the Neisseria denitrificans branching enzyme from recombinant Hfr G6MD2-E. coli cells (see above) which had been transformed with the pBB48, an overnight culture of these cells was first centrifuged. The cell precipitate was then suspended in 3 volumes of digestion buffer and digested in the French press at a pressure of approximately 16,000-17,000 psi. After centrifugation at 10,000 g for one hour, the supernatant was diluted to 4 times the volume by adding wash buffer, bound to DEAE cellulose DE52 in a batch process and poured into a chromatography column which was washed with 2 to 3 column volumes of wash buffer. A linear 1M NaCl gradient was then applied for elution. The fractions with branching enzyme activity (see Example 8) were combined, mixed with (NH 4 ) 2 SO 4 (final concentration 20% (w / v)) and applied to a TSK Butyl-Toyopearl 650M column. After washing with 2 to 3 column volumes of HIC buffer, which had previously been additionally mixed with an ammonium sulfate solution with a degree of saturation of 20% (114 g ammonium sulfate per liter), the branching enzyme was used using an ammonium sulfate gradient falling linearly from 20% to 0% eluted in the HIC buffer. Fractions with branching enzyme activity were pooled. To concentrate the protein, the purification step was then repeated with the combined fractions using a small TSK Butyl-Toyopearl 650M column (Tose Haas (Montgomery Ville, Pensylvania)). The purified protein was then applied to a polyacrylamide gel, blotted on a PVDF membrane, then brought back into solution and sequenced by the company WITA GmbH, Teltow, Germany, N-terminally using the Edman method. The sequence obtained was: MNRNXH (Seq ID No. 3).
Zur Herstellung einer Amylosucrase wurden E. coli-Zellen verwendet, die mit einer DNA, codierend eine Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea, transformiert waren. Die DNA hat die unter Seq ID No. 4 dargestellte Nucleotidsequenz und stammt aus einer genomischen Bibliothek von N. polysaccharea.For the production of an amylosucrase, E. coli cells were used which were equipped with a DNA, coding an amylosucrase from Neisseria polysaccharea. The DNA has those under Seq ID No. 4 nucleotide sequence shown and comes from a genomic N. polysaccharea library.
Eine Über-Nacht-Kultur dieser E. coli-Zellen, die die Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea sekretieren, wurde abzentrifugiert und in ca. 1/20 Volumen 50 mM Natriumcitratpuffer (pH 6,S), 10 mM DTT (Dithiothreitol), 1 mM PMSF (Phenylmethylsulfonylfluorid) resuspendiert. Anschließend wurden die Zellen mit einer French-Press bei 16.000 p.s.i. zweimal aufgeschlossen. Danach wurde dem Zell-Extrakt 1 mM MgCl2 zugegeben sowie Benzonase (von Merck; 100,000 Units; 250 Units µl-1) in einer Endkonzentration von 12,5 Units ml-1. An schließend wurde der Ansatz bei 37°C unter leichtem Rühren mindestens 30 min inkubiert. Der Extrakt wurde mindestens 1,5 Stunden auf Eis stehen gelassen. Anschließend wurde 30 min bei 4°C bei ca. 40 000 g zentrifugiert, bis der Überstand relativ klar war.An overnight culture of these E. coli cells which secrete the amylosucrase from Neisseria polysaccharea was centrifuged and in about 1 / 20th volume of 50 mM sodium citrate buffer (pH 6, S), 10 mM DTT (dithiothreitol), 1 mM PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride) resuspended. The cells were then disrupted twice with a French press at 16,000 psi. Thereafter, 1 mM MgCl 2 was added to the cell extract and benzonase (from Merck; 100,000 units; 250 units µl -1 ) in a final concentration of 12.5 units ml -1 . The mixture was then incubated at 37 ° C. with gentle stirring for at least 30 min. The extract was left on ice for at least 1.5 hours. The mixture was then centrifuged at 4 ° C. at 40,000 g for 30 min until the supernatant was relatively clear.
Es wurde eine Vorfiltration mit einer PVDF Membrane (Millipore "Durapore", o. ä.) durchgeführt, die einen Porendurchmesser von 0,45 µm besaß. Der Extrakt wurde über Nacht bei 4°C stehen gelassen. Vor Durchführung der HI-(hydrophobic interaction)-Chromatographie wurde der Extrakt mit festem NaCl versetzt, und auf eine Konzentration von 2 M NaCl ein gestellt. Anschließend wurde wiederum für 30 min bei 4°C und ca. 40 000 mg zentrifugiert. Danach wurde der Extrakt von letzten Resten an E. coli befreit, indem er mit einer PVDF Membrane (Millipore "Durapore", o. ä.) filtriert wurde, die einen Porendurchmesser von 0,22 µm aufwies. Der filtrierte Extrakt wurde über eine Butylsepharose-4B-Säule (Pharmacia) aufgetrennt (Volumen der Säule: 93 ml, Länge: 17,5 cm). Ca. 50 ml Extrakt mit einer Amylosucrase-Aktivität von 1 bis 5 Units µl-1 wurden auf die Säule gegeben. Anschließend wurden mit 150 ml Puffer B nicht-bindende Proteine von der Säule (Puffer B: 50 mM Natriumcitrat pH 6,5, 2 M NaCl) gewaschen. Die Amylosucrase wurde schließlich mit Hilfe eines fallenden, linearen NaCl-Gradient eluiert (von 2 M bis zu 0 M NaCl in 50 mM Natriumcitrat in einem Volumen von 433 ml bei einer Zuflußrate von 1,5 ml min-1), welcher mit Hilfe eines automatischen Pumpsystems (FPLC, Pharmacia) generiert wurde. Die Elution der Amylosucrase erfolgte zwischen 0,7 M und 0,1 M NaCl. Die Fraktionen wurden gesammelt, über eine PD10 Sephadex Säule (Pharmacia) entsalzen, mit 8,7% Glycerol stabilisiert, auf Amylosucrase-Aktivität überprüft und schließlich in Lagerpuffer (8,7% Glycerol, 50 mM Citrat) eingefroren.A prefiltration was carried out with a PVDF membrane (Millipore "Durapore", or the like) which had a pore diameter of 0.45 μm. The extract was left at 4 ° C overnight. Before performing the HI (hydrophobic interaction) chromatography, the extract was mixed with solid NaCl and adjusted to a concentration of 2 M NaCl. The mixture was then centrifuged again at 4 ° C. and about 40,000 mg for 30 min. The extract was then freed of the last residues of E. coli by filtering with a PVDF membrane (Millipore "Durapore", or the like) which had a pore diameter of 0.22 μm. The filtered extract was separated on a Butyl Sepharose 4B column (Pharmacia) (volume of the column: 93 ml, length: 17.5 cm). Approx. 50 ml of extract with an amylosucrase activity of 1 to 5 units µl -1 were added to the column. Subsequently, non-binding proteins from the column (buffer B: 50 mM sodium citrate pH 6.5, 2 M NaCl) were washed with 150 ml of buffer B. The amylosucrase was finally eluted using a falling linear NaCl gradient (from 2 M to 0 M NaCl in 50 mM sodium citrate in a volume of 433 ml at an inflow rate of 1.5 ml min-1), which was carried out using a automatic pumping system (FPLC, Pharmacia) was generated. The amylosucrase was eluted between 0.7 M and 0.1 M NaCl. The fractions were collected, desalted on a PD10 Sephadex column (Pharmacia), stabilized with 8.7% glycerol, checked for amylosucrase activity and finally frozen in storage buffer (8.7% glycerol, 50 mM citrate).
Die Bestimmung der Amylosucrase-Aktivität erfolgt dadurch, daß aufgereinigtes Protein oder Proteinrohextrakt in unterschiedlichen Verdünnungen in 1 ml Ansätzen enthaltend 5% Saccharose, 0,1% Dextrin und 100 mM Citrat pH 6,5 gegeben und bei 37°C inkubiert wird. Nach 0 min. 30 min. 60 min. 120 min. 180 min. 240 min. 300 min und 360 min werden diesem Ansatz je 10 µl entnommen und durch sofortiges Erhitzen auf 95°C wird die enzymatische Aktivität der Amylosucrase beendet. Im gekoppelten photometrischen Test wird anschließend der Anteil der durch die Amylosucrase freigesetzten Fructose bestimmt. Dazu werden 1 µl bis 10 µl der inaktivierten Probe in 1 ml 50 mM Imidazolpuffer pH 6,9, 2 mM MgCl2, 1 mM ATP, 0,4 mM NAD+ und 0,5 U/ml Hexokinase gegeben. Nach sequentieller Zugabe von Glucose-6- phosphat-Dehydrogenase (aus Leuconostoc mesenteroides) und Phosphoglucose-Isomerase wird die Absorptionsänderung bei 340 nm gemessen. Anschließend wird mit Hilfe des Lambert- Beerschen-Gesetzes die Menge an freigesetzter Fructose berechnet.The amylosucrase activity is determined by adding purified protein or crude protein extract in different dilutions to 1 ml batches containing 5% sucrose, 0.1% dextrin and 100 mM citrate pH 6.5 and incubating at 37 ° C. After 0 min. 30 min. 60 min. 120 min. 180 min. 240 min. 300 .mu.l and 300 .mu.l are removed from this batch in each case and the enzymatic activity of the amylosucrase is ended by immediate heating to 95.degree. The proportion of fructose released by the amylosucrase is then determined in the coupled photometric test. For this purpose, 1 ul to 10 ul of the inactivated sample in 1 ml 50 mM imidazole buffer pH 6.9, 2 mM MgCl 2 , 1 mM ATP, 0.4 mM NAD + and 0.5 U / ml hexokinase are added. After sequential addition of glucose-6-phosphate dehydrogenase (from Leuconostoc mesenteroides) and phosphoglucose isomerase, the change in absorption is measured at 340 nm. The amount of fructose released is then calculated using the Lambert-Beerschen law.
Setzt man den erhaltenen Wert mit dem Zeitpunkt der Probennahme in Beziehung, so läßt sich die Zahl der Units (1U = µmol Fructose/min) (pro µl Proteinextrakt bzw. µg aufgereinigtes Protein) bestimmen. If one relates the value obtained to the time of sampling, then the number of units (1U = µmol fructose / min) (per µl protein extract or µg purified Protein).
Die Bestimmung der enzymatischen Aktivitat des Verzweigungsenzyms wurde in Anlehnung an eine in der Literatur beschriebenen Methode (Krisman et al., Analytical Biochemistry 147 (1985), 491-496; Brown and Brown, Meth. Enzymol. 8 (1966), 395-403) durchgeführt. Die Methode beruht auf dem Prinzip der verringerten Iod-Bindungsaffinität von verzweigten Glucanen im Vergleich zu unverzweigten α-1,4-Glucanen.The determination of the enzymatic activity of the branching enzyme was based on a method described in the literature (Krisman et al., Analytical Biochemistry 147 (1985), 491-496; Brown and Brown, Meth. Enzymol. 8 (1966), 395-403). The The method is based on the principle of reduced iodine binding affinity of branched Glucans compared to unbranched α-1,4-glucans.
Zur Bestimmung der enzymatischen Aktivitat des Verzweigungsenzyms wurde in eine gekühlte Mikrotiterplatte eine Probenserie von verschiedenen Verdünnungen des Verzweigungsenzyms gegeben. Anschließend wurde die Reaktion durch Zugabe von je 190 µ1 Amylose- Reaktionsmischung (Zubereitung s.u.) gestartet und bei 37°C im Brutschrank inkubiert. Nach genau 30 min wurde die Reaktion durch Zugabe von 100 µl Lugolscher Lösung (0,5 mM) gestoppt und die Proben im Mikrotiterplattenlesegerat (Molecular Devices) bei 650 nm gemessen. Als Kontrolle diente ein Ansatz ohne Amylose. Die Referenzprobe mit dem Maximalextinktionswert, die Amylose aber kein Verzweigungsenzym enthielt, wies eine OD650 = 1,2 auf.In order to determine the enzymatic activity of the branching enzyme, a series of samples of various dilutions of the branching enzyme were placed in a cooled microtiter plate. The reaction was then started by adding 190 μl of amylose reaction mixture (preparation see below) and incubated at 37 ° C. in the incubator. After exactly 30 minutes, the reaction was stopped by adding 100 μl of Lugol's solution (0.5 mM) and the samples were measured in a microtiter plate reader (Molecular Devices) at 650 nm. A batch without amylose served as a control. The reference sample with the maximum extinction value, but which contained no branching enzyme in amylose, had an OD 650 = 1.2.
Zur besseren Vergleichbarkeit unabhängiger Assays wird zur Auswertung nur die Probenverdünnung verwendet, die während der Inkubationszeit von 30 min zu einer Abnahme der OD650 um 0,5 Einheiten führt.For better comparability of independent assays, only the sample dilution is used for the evaluation, which leads to a decrease of the OD 650 by 0.5 units during the incubation period of 30 min.
Eine halbe Unit des Verzweigungsenzyms ist die Enzymmenge, die in dem beschriebenen Test eine Abnahme der OD650 um 0,5 Einheiten von 1,2 auf 0,7 in 30 min bewirkt.Half a unit of the branching enzyme is the amount of enzyme which, in the test described, causes the OD 650 to decrease by 0.5 unit from 1.2 to 0.7 in 30 minutes.
1 ml 0,5%ige Amyloselösung (Hersteller:Fluka; Amylose aus Kartoffel) w/v in DMSO werden unter Rühren in 10 ml Na-Citratpuffer (100 mM, pH 6,5, 0,02% w/v NaN3) gegeben. Die klare Stammlösung wird für die Messung nochmals 1 : 4 bis 1 : 8 mit Na-Citratpuffer verdünnt. Die Absorption mit Lugolscher Lösung sollte im Test bei der eingesetzten Referenzprobe (Maximum) bei 1,2 liegen. 1 ml 0.5% amylose solution (manufacturer: Fluka; amylose from potato) w / v in DMSO are stirred in 10 ml Na citrate buffer (100 mM, pH 6.5, 0.02% w / v NaN 3 ) given. The clear stock solution is again diluted 1: 4 to 1: 8 with Na citrate buffer for the measurement. The absorption with Lugol's solution should be 1.2 in the test with the reference sample used (maximum).
Zur Herstellung α-1,6-verzweigter α-1,4-Glucane unterschiedlichen Verzweigungsgrades wurde
eine 20%ige Saccharoselösung (w/v) in einem Reaktionsvolumen von 10,86 ml mit einer
gereinigten Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea (siehe Beispiel 6) und einem gereinigten
Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans (siehe Beispiel 5) versetzt. Je nach
Versuchsansatz wurden diese beiden Enzyme in unterschiedlichen Proteinaktivitätsverhältnissen
(Bestimmung Amylosucrase: siehe Beispiel 7; Bestimmung Verzweigungsenzym: siehe Beispiel
8) zueinander eingesetzt (siehe Tabelle 1):
Amylosucrasepräparation: 6,2 U/mg; 1,8 mg/ml
Verzweigungsenzympräparation: 75 U/mg; 6,9 mg/mlFor the production of α-1,6-branched α-1,4-glucans with different degrees of branching, a 20% sucrose solution (w / v) in a reaction volume of 10.86 ml with a purified amylosucrase from Neisseria polysaccharea (see Example 6) and a purified branching enzyme from Neisseria denitrificans (see Example 5). Depending on the experimental approach, these two enzymes were used in different protein activity ratios (determination of amylosucrase: see example 7; determination of branching enzyme: see example 8) to one another (see table 1):
Amylosucrase preparation: 6.2 U / mg; 1.8 mg / ml
Branching enzyme preparation: 75 U / mg; 6.9 mg / ml
Der Verzweigungsgrad der erhaltenen Glucane wurde anschließend über eine Methylierungsanalyse bestimmt.The degree of branching of the glucans obtained was then determined using a Methylation analysis determined.
- - Methylierung aller freien OH-Gruppen der Glucanproben, jeweils Doppelbestimmungen- Methylation of all free OH groups of the glucan samples, double determinations in each case
- - Hydrolyse der permethylierten Polymere, gefolgt von Reduktion an C-1 und Acetylierung der MonomermischungHydrolysis of the permethylated polymers, followed by reduction at C-1 and Acetylation of the monomer mixture
- - Gaschromatographische Analyse und Quantifizierung der Reaktionsprodukte- Gas chromatographic analysis and quantification of the reaction products
Die Aufklärung des Verzweigungsgrades der Glucanproben erfolgte über eine Methylierungsanalyse (s. Fig. 4). Die freien OH-Gruppen des Polymers werden durch Überführu 08748 00070 552 001000280000000200012000285910863700040 0002019846635 00004 08629ng in Methylether markiert.The degree of branching of the glucan samples was clarified by means of a methylation analysis (see FIG. 4). The free OH groups of the polymer are marked by conversion to methyl ether in 08748 00070 552 001000280000000200012000285910863700040 0002019846635 00004 08629ng.
Der Abbau zu den Monomeren erfolgt säurehydrolytisch und führt zu partiell methylierten Glucosemolekülen, die in pyranosider/furanosider Form sowie als α- und β-Glucoside vorliegen. Diese Varianten werden durch Reduktion mit NaBH4 im jeweiligen partiell methylierten Sorbitderivat fokussiert. Durch die abschließende Acetylierung freier OH-Gruppen lassen sich die Reaktionsprodukte gaschromatographisch untersuchen.The degradation to the monomers takes place under acid hydrolysis and leads to partially methylated glucose molecules which are present in pyranosider / furanoside form and as α- and β-glucosides. These variants are focused by reduction with NaBH 4 in the respective partially methylated sorbitol derivative. The reaction products can be examined by gas chromatography through the final acetylation of free OH groups.
Die folgende Tabelle zeigt die Konsistenz sowie die DMSO-Löslichkeit der erhaltenen Glucane.The following table shows the consistency and the DMSO solubility of the glucans obtained.
Es wurden 1%ige Lösungen (w/v) in DMSO hergestellt. Die Proben waren nicht alle bei Raumtemperatur gut löslich: 1, 3 und 13 mußten für 30 Minuten auf 110°C erhitzt werden. Bis auf die Lösungen 1 und 3, die leicht trübe waren, ergaben sich optisch klare Lösungen (siehe Tabelle 2).1% (w / v) solutions were prepared in DMSO. The samples weren't all at Well soluble at room temperature: 1, 3 and 13 had to be heated to 110 ° C for 30 minutes. Except for solutions 1 and 3, which were slightly cloudy, there were optically clear solutions (see table 2).
2 ml der DMSO-Lösung (d.h 20 mg Polymer) wurden in einen 50 ml Stickstoffkolben überführt, im N2-Strom mit 5 Äquivalenten/OH (eq/OH) frisch hergestellter Dimsyllösung versetzt und für 30 Minuten gerührt. Die Lösungen wurden dabei trübe und viskos. Der Kolbeninhalt wurde in einem Eisbad eingefroren, mit 10 eq/OH Methyliodid versetzt und nach dem Auftauen für mindestens 2 h gerührt. Vor dem zweiten Deprotonierungs- und Methylierungsschritt wurde überschüssiges Methyliodid im Vakuum entfernt.2 ml of the DMSO solution (ie 20 mg of polymer) were transferred to a 50 ml nitrogen flask, 5 equivalents / OH (eq / OH) of freshly prepared dimsyl solution were added in a stream of N 2 and the mixture was stirred for 30 minutes. The solutions became cloudy and viscous. The contents of the flask were frozen in an ice bath, 10 eq / OH methyl iodide were added and, after thawing, the mixture was stirred for at least 2 h. Excess methyl iodide was removed in vacuo before the second deprotonation and methylation step.
Die Aufarbeitung erfolgte nach Entfernen des überschüssigen Methyliodids durch Zugabe von 50 ml Wasser und Smaliger Extraktion mit je 10 ml Dichlormethan. Die organische Phase wurde anschließend durch 3-malige Extraktion mit Wasser von DMSO-Spuren befreit, mit CaCl2 getrocknet, filtriert und eingeengt. Die Produkte lagen als klare, leicht gelbliche Filme vor.Working up was carried out after removing the excess methyl iodide by adding 50 ml of water and extracting once with 10 ml of dichloromethane. The organic phase was then freed from traces of DMSO by extraction three times with water, dried with CaCl 2 , filtered and concentrated. The products were in the form of clear, slightly yellowish films.
Anhand der Probe 7 wurde zunächst geprüft, wieviele Methylierungsschritte zur Permethylierung der Hydroxylgruppen notwendig sind. Nach der ersten Methylierung wurde die Hälfte des Ansatzes aufgearbeitet, die andere Hälfte nochmals methyliert. Nach dem Abbau beider Proben wurden die Ergebnisse der GC-Analysen verglichen. Es zeigte sich, daß die Reaktion bereits nach einem Methylierungsschritt fast quantitativ war (siehe Fig. 5). Um eine eventuelle Verzweigung an C-3 zu verifizieren, die auch durch eine Untermethylierung an dieser Position vorgetäuscht werden kann, wurde in jedem Fall eine zweite Methylierung angeschlossen.On the basis of sample 7, it was first checked how many methylation steps are necessary for permethylation of the hydroxyl groups. After the first methylation, half of the mixture was worked up and the other half was methylated again. After both samples had been broken down, the results of the GC analyzes were compared. It was found that the reaction was almost quantitative after only one methylation step (see FIG. 5). In order to verify any branching at C-3, which can also be simulated by undermethylation at this position, a second methylation was connected in each case.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Analysenergebnisse von Probe 7 nach einem und nach zwei Methylierungsschritten; die Werte für 2,3,6-Methylierung sind 96.12% bzw. 96.36% Fig. 5 shows a graph of the analysis results of the sample 7 after one and after two methylation steps; the values for 2,3,6-methylation are 96.12% and 96.36%
2 mg der methylierten Probe wurden in ein 1 ml Druckglas eingewogen, mit 0,9 ml 2 M Trifluoressigsäure versetzt und für 2.5 h bei 120°C gerührt. Nach dem Abkühlen des Glases wurde im N2-Strom eingeengt. Zur Entfernung von Säurespuren wurde dreimal Toluol zugegeben und abgeblasen.2 mg of the methylated sample were weighed into a 1 ml pressure glass, 0.9 ml of 2 M trifluoroacetic acid were added and the mixture was stirred at 120 ° C. for 2.5 h. After the glass had cooled, the mixture was concentrated in a stream of N 2 . To remove traces of acid, toluene was added three times and blown off.
Der Rückstand aus dem vorigen Reaktionsschritt wurde mit 0,5 ml einer 0,5 M ammoniakalischen NaBD4-Lösung versetzt und für 1 h bei 60°C gerührt. Das Reagenz wurde vorsichtig mit einigen Tropfen Eisessig zerstört, das entstandene Borat durch fünfmalige Zugabe von 15%iger methanolischer Essigsäure und nachfolgendem Abblasen als Borsäuretrimethylester entfernt.The residue from the previous reaction step was treated with 0.5 ml of a 0.5 M ammoniacal NaBD4 solution added and stirred for 1 h at 60 ° C. The reagent was carefully destroyed with a few drops of glacial acetic acid, the borate formed five times Add 15% methanolic acetic acid and then blow off as Removed boric acid trimethyl ester.
Der Rückstand aus dem vorigen Reaktionsschritt wurde mit 50 µl Pyridin und 250 µl Essigsäureanhydrid versetzt und für 2 h bei 95°C gerührt. Nach dem Abkühlen wurde das Reaktionsgemisch in 10 ml gesättigte NaHCO3-Lösung getropft und fünfmal mit Dichlormethan extrahiert. Die Reaktionsprodukte in der organischen Phase wurden gaschromatographisch untersucht (Produkte siehe Fig. 4)The residue from the previous reaction step was mixed with 50 ul pyridine and 250 ul acetic anhydride and stirred at 95 ° C for 2 h. After cooling, the reaction mixture was dropped into 10 ml of saturated NaHCO 3 solution and extracted five times with dichloromethane. The reaction products in the organic phase were examined by gas chromatography (for products see FIG. 4)
Die gaschromatographischen Untersuchungen wurden an einem Gerät der Firma Carlo Erbä GC 6000 Vega Series 2 mit on-column-Einlaß und FID-Detektor vorgenommen. Die Trennungen erfolgten an einer fused-silica-Kapillarsäule Supelco SPB5 (Innendurchmesser 0,2 mm, Länge 30 m) mit Wasserstoff als Trägergas und einem Druck von 80 kPa. Es wurde folgendes Temperaturprogramm verwendet: 60°C (1 min) -25°C/min → 130°C-4°C/min → 280°C.The gas chromatographic investigations were carried out on a device from Carlo Erba GC 6000 Vega Series 2 with on-column inlet and FID detector. The Separations took place on a fused silica capillary column Supelco SPB5 (inner diameter 0.2 mm, length 30 m) with hydrogen as a carrier gas and a pressure of 80 kPa. It was The following temperature program is used: 60 ° C (1 min) -25 ° C / min → 130 ° C-4 ° C / min → 280 ° C.
Die Auswertung der Gaschromatogramme erfolgte durch Identifikation der Peaks, Integration der Peakflächen und Korrektur der Daten mit Hilfe des ECR-Konzeptes von Sweet et all. (Sweet et al., Carbohydr. Res. 40 (1975), 217).The gas chromatograms were evaluated by identifying the peaks and integrating them peak areas and data correction using Sweet et all's ECR concept. (Sweet et al., Carbohydr. Res. 40 (1975), 217).
Die bei den Proben 1 und 3 zu beobachtenden 1,6-Anhydroverbindungen sind auf den hohen Verzweigungsgrad an C-6 zurückzuführen. Dieser führt während der Hydrolyse zu Monomeren mit einer freien OH-Gruppe an C-6, die unter den Reaktionsbedingungen zu diesen Derivaten weiterreagieren kann. Die Anteile müssen bei der Berrechnung des Verzweigungsgrades zum "2,3-Me"-Wert addiert werden.The 1,6-anhydro compounds observed in samples 1 and 3 are high Degree of branching at C-6. This leads to monomers during the hydrolysis with a free OH group at C-6, which under the reaction conditions to these derivatives can continue to react. The shares must be used in calculating the degree of branching "2.3-Me" value can be added.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Anteile terminaler ("2346Me") und 6-verknüpfter ("23"Me) Glucoseeinheiten der untersuchten Glucanproben gezeigt. Fig. 6 is a graphical representation of the proportions of terminal ("2346Me") and 6-linked ("23" Me) glucose units of the examined glucan samples.
Zur Herstellung α-1,6-verzweigter α-1,4-Glucane unterschiedlichen Molekulargewichts wurde eine 20%ige Saccharoselösung (w/v) in einem Reaktionsvolumen von 10,86 ml mit einer gereinigten Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea (siehe Beispiel 6) und einem gereinigten Verzweigungsenzym aus Neisseria denitrificans (siehe Beispiel 5) versetzt. Je nach Versuchsansatz wurden diese beiden Enzyme in unterschiedlichen Proteinaktivitätsverhältnissen (Bestimmung Amylosucraseaktivität; siehe Beispiel 7; Verzweigungsenzym: siehe Beispiel 8) zueinander eingesetzt (siehe Tabelle 1). Die Bestimmung der Molekulargewichte und des Trägheitsradius Rg erfolgte durch Laser-Streuung (Light Scattering from Polymer solutions, editor: Huglin, M. B., Academic Press, London, 1972). Dazu wurden die getrockneten Proben 1- 11 in DMSO. H2O (im Verhältnis 90 : 10) gelöst und verschiedene Verdünnungen (ca. 2,5 g/l bis 025 g/l) in einem Lichtstreuungsmeßgerät (SOFICA, Societe francaise d'instruments de controle et dänalyses. Le Mesnil Saint-Denis, Frankreich) anaylsiert. Die so erhaltenen Daten wurden nach Berry (J. Chem. Phys. 44 (1966), 4550ff.).To prepare α-1,6-branched α-1,4-glucans of different molecular weights, a 20% sucrose solution (w / v) in a reaction volume of 10.86 ml with a purified amylosucrase from Neisseria polysaccharea (see Example 6) and a purified branching enzyme from Neisseria denitrificans (see Example 5). Depending on the experimental approach, these two enzymes were used in different protein activity ratios (determination of amylosucrase activity; see Example 7; branching enzyme: see Example 8) to one another (see Table 1). The molecular weights and the radius of inertia Rg were determined by laser scattering (Light Scattering from Polymer solutions, editor: Huglin, MB, Academic Press, London, 1972). For this purpose, the dried samples 1-11 in DMSO. H 2 O (in a 90:10 ratio) and various dilutions (approx. 2.5 g / l to 025 g / l) in a light scattering meter (SOFICA, Societe francaise d'instruments de controle et dänalyses. Le Mesnil Saint-Denis , France). The data thus obtained were according to Berry (J. Chem. Phys. 44 (1966), 4550ff.).
Claims (25)
- a) Nucleinsäuremolekülen, die ein Protein codieren, das die unter Seq ID No. 2 angegebene Aminosäuresequenz umfaßt;
- b) Nucleinsäuremolekülen, die die unter Seq ID No. 1 angegebene codierende Region umfaßt;
- c) Nucleinsäuremolekülen, die ein Protein codieren, das die Aminosäuresequenz umfaßt, die von der Insertion in Plasmid DSM 12425 codiert wird;
- d) Nucleinsäuremoleküle, die die in der Insertion des Plasmids DSM 12425 enthaltene codierende Region für ein Verzweigungsenzym umfassen;
- e) Nucleinsäuremolekülen, deren komplementärer Strang mit einem Nucleinsäuremolekül nach (a), (b), (c) und/oder (d) hybridisiert und die ein Verzweigungsenzym aus einem Bakterium der Gattung Neisseria codieren; und
- f) Nucleinsäuremolekülen, deren Sequenz aufgrund der Degeneration des genetischen Codes von der Sequenz eines Nucleinsäuremoleküls nach (e) abweicht.
- a) Nucleic acid molecules which encode a protein which has the properties listed under Seq ID No. 2 includes amino acid sequence indicated;
- b) Nucleic acid molecules which are listed under Seq ID No. 1 encoding region specified;
- c) nucleic acid molecules encoding a protein comprising the amino acid sequence encoded by the insertion in plasmid DSM 12425;
- d) nucleic acid molecules comprising the coding region for a branching enzyme contained in the insertion of the plasmid DSM 12425;
- e) nucleic acid molecules, the complementary strand of which hybridizes with a nucleic acid molecule according to (a), (b), (c) and / or (d) and which encode a branching enzyme from a bacterium of the genus Neisseria; and
- f) nucleic acid molecules whose sequence deviates from the sequence of a nucleic acid molecule according to (e) due to the degeneration of the genetic code.
- a) Nucleotidsequenzen, die die Nucleotide 1 bis 169 der in Seq ID No. 1 dargestellten Nucleotidsequenz umfassen;
- b) der Nucleotidsequenz der regulatorischen Region, die in der Insertion des Plasmids DSM 12425 enthalten ist, oder Teilen davon;
- c) Nucleotidsequenzen, die mit den unter (a) oder (b) genannten Sequenzen unter stringenten Bedingungen hybridisieren.
- a) Nucleotide sequences which contain the nucleotides 1 to 169 of the in Seq ID No. 1 nucleotide sequence shown;
- b) the nucleotide sequence of the regulatory region contained in the insertion of the plasmid DSM 12425 or parts thereof;
- c) Nucleotide sequences which hybridize with the sequences mentioned under (a) or (b) under stringent conditions.
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