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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Esterase, Verfahren zu deren
Verwendung und Herstellung und eine Nucleinsäuresequenz, die sie kodiert.
Die Esterase ist dazu in der Lage, chirale Ester und Ferulasäureester
stereoselektiv zu hydrolysieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt, chirale Ester von hoher optischer Reinheit durch asymmetrische
Hydrolyse mit Enzymen herzustellen. Somit offenbart die
US 4587462 die asymmetrische
Hydrolyse von Niederalkylestern von Naproxen mit einem mikrobiellen
Enzym, insbesondere einer speziellen Spaltesterase aus Aspergillus
oryzae 2808 DSM (ATCC 11492).
US
5155028 offenbart die enzymatische stereoselektive Esterspaltung
unter Verwendung von Lipasen, Esterasen oder Proteasen, z.B. Lipasen
oder Esterasen aus Aspergillus oder Proteasen aus Aspergillus oryzae.
JP 7-206756 A offenbart
die Verwendung eines Enzyms, um optisch aktive Verbindungen herzustellen.
Das Enzym kann eine Protease oder eine Esterase sein, die von Aspergillus
produziert wird, z.B. Aspergillus oryzae.
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Enzyme
mit Ferulasäureesteraseaktivität sind bekannt,
z.B. aus Aspergillus oryzae, M. Tenkanen, Biotechnology and Applied
Biochemistry, 27 (1), 19-24 (1998)), M. Tenkanen et al., J. Biotechnol.,
18(1-2), 69-84 (1991).
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US 5516679 offenbart eine
Penicillin-V-Amidohydrolase aus Fusarium oxysporum.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder habe eine Esterase aus Aspergillus oryzae isoliert, die
dazu in der Lage ist, chirale Ester stereoselektiv zu hydrolysieren
und auch eine Arylesteraseaktivität (EC 3.1.1.2) und Feruloylesteraseaktivität (EC 3.1.1.73)
besitzt. Die neue Esterase weist nur eine begrenzte Homologie mit
bekannten Aminosäuresequenzen
auf. Die Erfinder haben auch ein Gen isoliert, das die neue Esterase
kodiert und es in einen E.coli-Stamm kloniert.
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Dementsprechend
stellt die Erfindung eine Esterase bereit, die dazu in der Lage
ist, substituierte Ester der 3-Phenyl-propansäure stereoselektiv zu hydrolysieren.
Die Esterase kann ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz
wie das reife Peptid sein, das in SEQ ID NO: 2 dargestellt ist.
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Weiterhin
kann die Esterase der Erfindung ein Polypeptid sein, das durch den
Esterasekodierenden Teil der DNA-Sequenz kodiert wird, die in ein
Plasmid kloniert ist, das in E. coli vorliegt, das unter der Nummer DSM
13977 hinterlegt ist.
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Die
Esterase kann auch ein Analogon des vorstehend definierten Peptides
sein, das
- i) mindestens 50 % Identität mit dem
Polypeptid aufweist,
- ii) immunologisch mit einem Antikörper reaktiv ist, der gegen
das Polypeptid in gereinigter Form gebildet wird,
- iii) eine allelische Variante des Polypeptides.
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Schließlich kann
die Esterase der Erfindung ein Polypeptid sein, das von einer Nucleinsäuresequenz kodiert
wird, die bei 60 °C,
2 x SSC, 0,5 % SDS mit dem komplementären Strang der Nucleotide 572-911
und 971-2208 der SEQ ID NO: 1 oder einer Subsequenz davon mit mindestens
100 Nucleotiden hybridisiert.
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Die
Nucleinsäuresequenz
der Erfindung kann eine Nucleinsäuresequenz
umfassen, die die vorstehend beschriebene Esterase kodiert, oder
sie kann eine Esterase kodieren und umfassen:
- a)
den Esterase-kodierenden Teil der DNA-Sequenz, die in ein Plasmid
kloniert ist, das in Escherichia coli DSM 13977 vorliegt,
- b) Nucleotide 629-911 und 971-2208 der SEQ ID NO: 1 (die das
reife Polypeptid kodiert), oder
- c) ein Analogon der in a) oder b) definierten Sequenz, die eine
Esterase kodiert, die dazu in der Lage ist, stereoselektiv einen
substituierten Ester der 3-Phenyl-propansäure zu hydrolysieren und
- i) mindestens 60 % Identität
mit der DNA-Sequenz aufweist, oder
- ii) bei 60 °C,
2 x SSC, 0,5 % SDS mit der komplementären Sequenz der DNA-Sequenz hybridisiert.
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Andere
Aspekte der Erfindung stellen einen rekombinanten Expressionsvektor
bereit, der die DNA-Sequenz umfasst, und eine Zelle, die mit der
DNA-Sequenz oder dem rekombinanten Expressionsvektor transformiert
ist, bereit.
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Ein
Vergleich mit der Sequenz in voller Länge des Standes der Technik
zeigt, dass die nächste
bekannte Sequenz eine Penicillin-V-Amidohydrolyse aus Fusarium oxysporum
(
US 5516679 ) ist. Die
reife Aminosäuresequenz
der Erfindung weist 48 % Identität
mit der bekannten Sequenz auf, und die entsprechende DNA-Sequenz
weist 54 % Identität
auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR
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1 zeigt
eine Restriktionskarte des Esteraseexpressions-Plasmids pCaHj585.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Genomische DNA-Quelle
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Die
Esterase der Erfindung kann aus dem Stamm Aspergillus, insbesondere
den Stämmen
von A. oryzae, stammen, wobei Sonden verwendet werden, die auf der
Basis der DNA-Sequenz der Beschreibung konstruiert wurden.
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Ein
Stamm von Escherichia coli, der ein Gen enthält, das die Esterase kodiert,
wurde von den Erfindern unter den Bedingungen der Budapester Vertrages
bei der DSMZ – Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder
Weg 1b, D-38124 Braunschweig, DE am 11. Januar 2001 unter der Zugangsnummer
DSM 13977 hinterlegt.
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Rekombinanter Expressionsvektor
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Der
Expressionsvektor der Erfindung umfasst typischerweise Kontrollsequenzen,
die einen Promotor, einen Operator, eine Ribosomenbindungsstelle,
ein Translationsinitiationssignal und ggf. einen selektierbaren Marker,
einen Transkriptionsterminator, ein Regressorgen oder verschiedene
Aktivatorgene kodiert. Der Vektor kann ein autonom replizierender
Vektor sein, oder er kann in das Genom der Wirtszelle integriert
sein.
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Herstellung durch Kultivierung der Transformante
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Die
Esterase der Erfindung kann durch Transformieren einer geeigneten
Wirtszell mit einer DNA-Sequenz, die die Esterase kodiert, Kultivieren
des transformierten Organismus unter Bedingungen, die die Produktion
des Enzyms ermöglichen,
und Widergewinnen des Enzyms aus der Kultur, hergestellt werden.
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Der
Wirtsorganismus kann eine eukaryotische Zelle sein, insbesondere
eine Pilzzelle, wie eine Hefezelle, oder eine filamentöse Pilzzelle,
wie ein Stamm von Aspergillus, Fusarium, Trichodeerma oder Saccaromyces,
insbesondere A. niger, A. oryzae, F. graminearum, F. sambucinum,
F. cerealis oder S. cerevisae. Die Herstellung der Esterase in solchen
Wirtsorganismen kann durch allgemeine Verfahren erfolgen, die in
EP 238 023 (Novo Nordisk),
WO 96/00787 (Novo Nordisk)
oder
EP 244 234 beschrieben
sind
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Eigenschaften und Verwendung der Esterasen
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Die
Esterase der Erfindung ist dazu in der Lage, Ester stereoselektiv
zu hydrolysieren, einschließlich substituierte
Ester der 3-Phenyl-propansäure.
Sie hydrolysiert keinen Naproxen-Ethylester.
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Die
Esterase ist für
die Herstellung optisch angereicherter Ester oder Säuren geeignet,
z.B. die substituierten Ester der 3-Phenyl-propansäuren und
der substituierten 3-Phenyl-propansäuren für die pharmazeutische Verwendung.
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Die
Esterase weist auch eine Arylesterase-Aktivität (EC 3.1.1.2) und eine Feruloyl-Esterase-Aktivität (EC 3.1.1.73)
auf, und ist zum Hydrolysieren der Feruloyl-Ester in die Ferulasäure und
Alkohol geeignet. Sie ist geeignet für die Freisetzung von Ferulasäure, die
an Hemicellulose gebunden ist, beim Abbau von Pflanzenmaterial und
Pflanzenzellwänden
geeignet, wie z.B. in
GB 2301103 und
WO 200014234 beschrieben.
Sie kann auch für
die Herstellung von Vanillinsäure
analog der
US 5955137 verwendet
werden.
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Hybridisierung
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Die
Hybridisierung wird eingesetzt, um anzuzeigen, dass eine vorgegebene
DNA-Sequenz analog zu einer Nucleotid-Sonde ist, die einer DNA-Sequenz
der Erfindung entspricht. Die Hybridisierungsbedingungen sind im
Detail nachfolgend beschrieben.
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Geeignete
Bedingungen für
die Bestimmung der Hybridisierung zwischen einer Nucleotid-Sonde und einer homologen
DNA- oder RNA-Sequenz umfasst das Voreinweichen eines Filters, der
die DNA-Fragmente oder die RNA enthält, um in 5 x SSC (Standarskochsalzcitrat)
währen
10 Minuten zu hybridisieren, und Vorhybridisieren des Filters in
einer Lösung
von 5 x SSC (Sambrook et al. 1989), 5 x Denhardt's-Lösung
(Sambrook et al 1989), 0,5 % SDS und 100 μg/ml denaturierter beschallter
Lachsspermien-DNA
(Sambrook et al. 1989), gefolgt von der Hybridisierung in der gleichen
Lösung
mit einem zufällig
geprimten (Feinberg, A.P. und Vogelstein, B. (1983) Anal. Biochem.
132: 6-13) 32P-dCTP-markierter (spezifische Aktivität > 1 x 109 cpm/μg) Sonde für 12 Stunden
bei etwa 60 °C.
Der Filter wird dann zweimal während
30 Minuten in 2 x SSC, 0,5 % SDS bei einer Temperatur von 60 °C und bevorzugter
mindestens 65 °C
und noch bevorzugter mindestens 68 °C gewaschen.
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Moleküle, an die
die Oligonucleotid-Sonden unter diesen Bedingungen hybridisieren,
werden unter Verwendung eines Röntgenfilms
nachgewiesen.
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Anordnung und Homologie
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Die
Esterase und die Nucleotid-Sequnez der Erfindung weisen vorzugsweise
Homologien zu den offenbarten Sequenzen von mindestens 80 % Identität auf, insbesondere
mindestens 90 % Identität
oder mindestens 95 % Indentität,
z.B. mindestens 98 % Identität.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung werden die Anordnungen der Sequenzen
und die Berechnung der Identitätstreffer
unter Verwendung eines Clustal W (J.D. Thompson et al (1994) NAR
22 (22) S. 4673-4680)-Anordnung durchgeführt, die sowohl für die Protein-
als auch die DNA-Anordnung einsetzbar ist. Die Defaultscoringmatrices
Blosum62mt2and swgapdnamt werden für die Protein- bzw. DNA-Andordnung
verwendet. Die Gapopeningpenalty beträgt 10 und die Gapextensionpanalty
beträgt
0,1 für
Proteine. Die Gapopeningpenalty beträgt 15 und die Gapenxtensionpenalty
beträgt
6,66 für
die DNA. Die Anordnungen erfolgten unter Verwendung des Computerprogramms
allignX, die eine Komponente der Vector NTI Suite 6.0-Packetes von
Informax, Inc ist (www.informax.com).
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BEISPIELE
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Beispiel
1: Herstellung einer rohen Esterasepräparation aus Aspergillus oryzae
Aspergillus oryzae IFO4177 wurde unter Verwendung eines Fed-Batch-Prozesses
mit Maltose/Maltodextrin oder Glucose als Hauptkohlenstoff-Quellen
fermentiert. Das Chargenmedium enthielt: Maltose/Maltodextrin, Ammoniumsulfat, Kaliumdihydrogenphosphat,
Hefeextrakt, Buchenxylan, MgSO4, 7H2O, Zitronensäure, Kaliumsulfat, Spurenmetalllösung und
ein Antischaummittel. Alle diese Komponenten wurden in Konzentrationen
verwendet, die alle im Bereich von 1-18 g/l des Endmediums liegen.
Der Medium-pH wurde auf 4,5 während
der Fermentation gehalten. Die Einspeisung bestand aus Maltose/Maltodextrin
oder Glucose im Bereich von 280 g/l. 6,5 kg des Chargenmediums wurden
mit 500 ml der Keimkultur beimpft. Nach 15 – 25 Stunden der Chargenfermentation wurde
die Zugabe der Einspeisung initiiert, wobei eine Einspeisungs-Zuführ-Geschwindigkeit
von 15-25 g Einspeisung pro Stunde verwendet wurde. Der Einspeisungs-Chargen-Zustand
wurde für
100 bis 160 Stunden der Fermentation fortgesetzt. Aufgelöster Sauerstoff über 50 %
Sättigung
wurde mittels einer Kontrolle der Bewegungsgeschwindigkeit durch
eine geschlossene Schleife („closed-loop
control of the agitation")
aufrechterhalten. Die Belüftung
wurde auf 1 Volumen Luft pro Volumen des Chargenmediums pro Stunde
eingestellt. Ein Headspace-Druck von 0,5 bar Überdruck wurde über die
gesamte Fermentation aufrechterhalten. Nach dem Ernten wurde sowohl
die Biomasse als auch das nicht gelöste Material in einem Filtrationsschritt
entfernt. Der Überstand
wurde konzentriert, indem Wasser unter Verwendung von Ultrafiltration,
Verdampfung oder Gefriertrocknen entfernt wurde.
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Beispiel 2. Herstellung von (2S)-2-Ethoxy-3-(4-hydoxyphenyl)propansäure aus
Ethyl(2RS) (+/-)-2-ethyoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat
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Ethyl(2RS)
(+/-)-2-ethyoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat (0,5 g) wurde mit 60
mg lyophilisierter Esterase-Präparation
aus Aspergillus oryzae in 1 ml 1M Phosphatpuffer (pH = 7) mit eine
organischen Co-Lösungsmittel
(gemäß der nachfolgenden
Tabelle) bei 27 °C
geschüttelt.
Das Reaktionsgemisch wurde nach 4 Stunden in 20 ml MeOH, um die
enzymatische Reaktion zu stoppen, gefolgt von der Analyse durch
chirale Kapillarelektrophorese, um den Enantiomerenüberschuss
(ee) wie folgt zu bestimmen: HP 3D Kapillarelektrophorese und 80.5/72.0
cm, 50 mm HP-Glockenkapillare („bubble capillary") wurde verwendet.
Der Elektrolyt war HS-β-CD (Regies)
(2 % w/v) und TM-β-CD
(Sigma) (2 % w/v) in 25 mM Boratpuffer pH 9,3 (HP). Das Reaktionsgemisch wurde
etwa 25-fach in Boratpuffer 5 mM pH 9,3 verdünnt (oder Endkonzentration
von ca. 0,025 mg/ml bis 0,1 mg/ml) und injiziert (50 mbar in 4 Sekunden).
Die angewendete Spannung betrug 30 kV.
Co-Lösungsmittel | ProduktSäure (%) | (ee)Säure (%) |
Aceton/0,1
ml | 37 | 93 |
Aceton/0,3
ml | 31 | 94 |
THF/0,1
ml | 36 | 94 |
THF/0,2
ml | 31 | 93 |
THF/0,3
ml | 21 | 91 |
2-Propanol/0,1
ml | 36 | 97 |
2-Propanol/0,3
ml | 27 | 93 |
Ethanol/0,1
ml | 35 | 96 |
Ethanol/0,2
ml | 32 | 96 |
Ethanol/0,3
ml | 22 | 93 |
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Beispiel 3: Herstellung von (2S)-2-Ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propansäure und
Ethyl(2R)-2-ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat
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Ethyl(2R/S)
(+/-)2-ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat (5 g) wurde zu einem
wässrigen
0,1 M Phosphatpuffer pH 7 (10 ml) gegeben. 100 mg der lyophilisierten
Esterasepräparation
aus Aspergillus oryzae wurde zugegeben und das Gemisch wurde währen 18
Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Während
dieser Zeit wurde der pH des Reaktionsgemisches konstant auf pH
= 6 bis 8 durch Zugabe von NaOH gehalten. Das Meiste des Wassers
wurde im Vakuum verdampft. Methanol wurde zu der verbleibenden Aufschlämmung zugegeben,
um die Hydrolyse zu stoppen. Das Präzipitat, das gebildet wurde,
wurde abfiltriert, und das Methanol wurde im Vakuum verdampft. Das
verbleibende Öl
wurde in Wasser aufgelöst,
gefolgt von der Extraktion von nicht umgesetzten Ester mit tert.-Butylmethylether
(TBME) (eeester = 87 %, bestimmt wie in
Beispiel 2). Die Wasserphase wurde angesäuert auf pH = 3 und die Säure mit
TBME extrahiert. Nach dem Trocknen über Na2SO4 und Verdampfen des TBME wurden 1,8 g (2S)-2-Ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propansäure als Öl erhalten,
das beim Stehen kristallisierte (Smp. = 105 °C, eeSäure => 99 %, bestimmt wie
in Beispiel 2).
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Beispiel 4: Reinigung der Esterase
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Fermentation von Aspergillus oryzae IFO4177
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Die
Fed-Batch-Fermentation eines Derivates von Aspergillus oryzae IFO4177
wurde in einem Medium durchgeführt,
das Maltodextrin als Kohelnstoffquelle, Harnstoff als Stickstoffquelle
und Hefeextrakt umfasst. Die Fed-Batch-Fermentation wurde durch
Beimpfen einer Schüttelkulturflasche
von A. oryzae in einem Medium durchgeführt, das 3,5 % der Kohlenstoffquelle
und 0,5 % der Stickstoffquelle umfasst. Nach 24 Stunden Kultivieren
bei pH 5,0 und 34 °C
wurde die kontinuierliche Zufuhr einer zusätzlichen Kohlenstoff- und Stickstoffquelle
initiiert. Die Kohlenstoffquelle wurde als limitierender Faktor
gehalten, und es wurde sichergestellt, dass Sauerstoff in Überschuss
vorliegt. Die Fed-Batch-Kultivierung wurde für 4 Tage fortgesetzt, nach
denen das Enzym durch Zentrifugation, Ultrafiltration, Filtration,
Keimfiltration („germ
filtration") und
Sprühtrocknen wieder
gewonnen wurde.
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Assay für die Esterhydrolyse
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Der
Assay ist ein auf einem pH-Indikator beruhender Assay, in dem die
Abnahme mit p-Nitrophenol gemessen
wird, wenn das Enzym den Ester (2RS) (+/-) 2-Ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat
spaltet. Die Pufferkapazität
der Enzymprobe, die in Rede steht, muss gering sein, da eine hohe
Puffer-Kapazität
in der Probe den pH-Rückgang
unterdrückt.
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50 μl Enzym (verdünnt in 5
mM BES (Sigma B-6420), pH 7,1) wurde mit 100 μl der Assay-Lösung
(eine Mischung von 400 μl
Ethyl (2RS) (+/-) 2-ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat (55 mM in
Acetonitril, 2000 μl
5 mM p-Nitrophenol in 5 mM BES, pH 7,1 und 7600 μl 5 mM BES pH 7,1) gemischt.
Nach einer Verzögerungsperiode
von 5 Minuten wurde die Abnahme der OD450 in
den nächsten
10 Minuten als Maß der
Enzymaktivität aufgezeichnet.
Wenn die Neigung der aufgezeichneten Kurve von der Linearen abweicht,
wurde der Assay mit einer höheren
Enzymverdünnung
wiederholt.
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Reinigung
der Esterase 24 g des sprühgetrockneten
Aspergillus oryzae-Überstandes
wurde in 375 ml 5 mM CH3COOH/NaOH, pH 4,0
aufgelöst,
und der pH wurde auf 4,0 eingestellt. Die Lösung wiese eine Leitfähigkeit
von 1 mS/cm auf. Die Lösung
wurde auf eine 100 ml S-Sepharose FF-Säule (Amersham Pharmacia Biotech)
aufgetragen, die mit 25 mM CH3COO/NaOH,
pH 4,0 äqulibiriert
wurde. Nach dem Waschen der Säule mit
dem gleichen Puffer wurde die Säule
mit einem linearen NaCl-Gradienten von 0 bis 0,5 M über 5 Säulenvolumen
eluiert.
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Fraktionen
(10 ml) von der Säule
wurden hinsichtlich der Esterase-Aktivität analysiert, und die Fraktionen
42 bis 46 wurden vereinigt. Der 42-46-Pool wurde über Nacht
gegen 10 mM KH2PO4(NaOH,
pH 7,0, in einem Dialyseröhrchen
dialysiert und dann auf eine 40 ml Q-Sepharose FF-Säule (Amersham Pharmacia Biothech)
aufgetragen, die mit 20 mM KH2PO4/NaOH, pH 7,0, äqulibriert wurde. Nach dem
Waschen der Säule mit
dem gleichen Puffer wurde die Säule
mit einem linearen NaCL-Gradienten von 0 bis 0,25 M über 5 Säulenvolumen
eluiert. Fraktionen von der Säule
wurden hinsichtlich der Aktivität
analysiert. Die Aktivität
nicht zurückgehaltener
Fraktionen wurde gefunden. Der pH der nicht zurückgehaltenen Fraktionen wurde
auf pH 8,0 eingestellt und auf die gleiche 40 ml Q-Sepharose FF-Säule aufgetragen,
aber dieses Mal mit 20 mM HEPES/NaOH, pH 8,0, aqulibriert. Nach
dem Waschen der Säule
mit dem HEPES-Puffer, wurde die Säule mit einem linearen NaCl-Gradienten
von 0 bis 0,25 M über
5 Säulenvolumen
eluiert. Fraktionen (4 ml) von der Säule wurden hinsichtlich der
Aktivität
analysiert, und Fraktionen 18 bis 22 wurden vereinigt. Der 18-22-Pool
wurde 10-fach mit entionisiertem Wasser verdünnt und auf eine 8 ml SOURCE
Q-Säule
(Amersham Pharmacia Biotech) aufgebracht, die mit 20 mM HEPES/NaOH,
pH 8,0, äquilibriert
war. Nach dem Waschen der Säule
mit dem gleichen Puffer wurde die Säule mit einem linearen NaCl-Gradienten
von 0 bis 150 mM über
30 Säulenvolumen äqulibiriert.
Fraktionen (3 ml) 28 und 29 wurden vereinigt und auf eine 300 ml
Superdex 75-Säule (Amersham
Pharmacia Biotech) aufgebracht, die mit 20 mM HEPES/NaOH, 200 mM
NaCl, pH 8,0 äqulibiriert war.
Die Superdex 75-Säule
wurde mit dem gleichen Puffer äqulibriert,
und Fraktionen (5 ml) wurde hinsichtlich der Aktivität getestet.
Der Spitzenwert der Enzymaktivität
war in den Fraktionen 6 und 7. Fraktionen 5, 6, 7 und 8 wurden auf
etwa 70 μl
in einer Polysulfone-Ultrafuge-Einheit mit einem Ausschluss von
10 kDa (Ultrafiltration durch Zentrifugation) konzentriert. Von
jeder Fraktion wurden 10 μl
auf ein SDS-PAGE-Gel aufgetragen, und es wurde gesehen, dass die
Intensität
einer ~70 kDa-Bande der Aktivität
folgt. Fraktion 6 und 7 wurde für
die Spaltung und die Edman-Protein-Sequenzierung
verwendet.
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Beispiel 5: Spaltung der Esterase in Fragmente
und Sequenzierung der Fragmente Reduktion und Alkylierung
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75
ml der gereinigten Enzymprobe wurden mit 75 ml SDS PAGE-Probenpuffer
mit DTT gemischt und bei 37 °C
während
20 Minuten inkubiert. Die Probe wurde auf 95 °C während 3 Minuten erwärmt, gekühlt, und nachfolgend
wurden 20 μl
1 M Iodacetamid (in 0,5 M Tris pH 9,2) zugegeben. Die Inkubation
erfolgte während 20
Minuten bei Raumtemperatur.
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In-Gel-Verdauung
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Bahnen in einem Novex-SDS PAGE-Gel wurden mit der Probe (alle) beladen.
Nach dem Laufen des Gels wurde es nach Standardverfahren von Novex
gefärbt.
Stücke
des Gels, die die ~70 kDa-Bande enthielten, wurden nachfolgend heraus
geschnitten und mit einem Messer zerkleinert. Die Gelstücke wurden
zweimal mit 0,5 M Tris pH 9,2/Acetonitril (ACN) (1:1) während 45
Minuten bei 37 °C
gewaschen. Die Gelstücke
wurden mit 100 % ACN während
10 Minuten behandelt, um das Schrumpfen der Stücke zu initieren. Das ACN wurde entfernt
und die Stücke
in einem Speed-Vac getrocknet. 200 μl 0,1 M (NH4)HCO3 wurden zugegeben und für 15 Minuten inkubiert. Das
(NH4)HCO3 wurde
entfernt und 100 ml ACN wurden zugegeben. Wieder wurde die Inkubation
für 10
Minuten gefolgt von der Entfernung von ACN und dem Trocknen in einem
Speed-Vac durchgeführt.
Der Zyklus von alternierender (NH4)HCO3- und ACN-Zugabe/Entfernung wurde 2x wiederholt.
Nach dem letzten Trockenschritt wurden 25 μl 0,1 μg/μl Acromobacter-Lysylendopeptidase
in 0,1 M Tris pH 9,2, 10 % ACN zugegeben. Die Inkubation erfolgte über 20 Minuten.
Dann wurden 250 μl
0,1 M Tris pH 9,2, 10 % ACN zugegeben. Die Inkubation wurde über Nacht
bei 37 °C
fortgesetzt.
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Dann
wurden 40 μl
10 % Trifluoressigsäure
(TFA) zugegeben, und nach einer Inkubation während 10 Minuten wurde der Überstand
entfernt (aufgespart für
die Kontrolle). Die Extraktion der Peptide erfolgte 2x durch Zugabe
von 200 μl
0,1 % TFA, 60 % ACN zu den Gelstücken
und Inkubation während
45 Minuten bei 37 °C.
Alle Extrakte wurden gesammelt (65 μl + 200 μl + 200 μl) und in einem Speed-Vac auf
50 ml konzentriert. 50 μl
0,1 % TFA wurden zugegeben und die Probe auf 50 μl wieder getrocknet.
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Trennung der Peptide
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Die
wurde auf einer RP-HPLC an einer 2 x 50 mm Vydac C-18-Säule unter
Verwendung eines TFA/ACN-Lösungsmittel-Systems
(Gradient von 0 % bis 64 % ACN in 0,1 % TFA über 31 Minuten, 150 μl, Detektion
bei 214 nm) laufen gelassen. Kontrollen mit leeren Gelstücken wurden
parallel laufen gelassen. Die ausgewählten Peptide von der Trennung
wurden einer Sequenzanalyse durch Edman-Abbau unterzogen.
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Peptidsequenzen
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Die
Sequenzanalyse der Peptide zeigte, dass drei verschiedene Sequenzen
erhalten wurden. Die bestimmten Sequenzen wurden als 161299Afr15
(SEQ ID NO: 3), 161299Afr17 (SEQ ID NO: 4) und 161299Afr23 (SEQ
ID NO: 5) bezeichnet.
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Beispiel 6: Klonieren der Esterasegene
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Partielles Klonieren der Esterasegene
durch PCR
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Es
wurde gefunden, dass die drei Peptidsequenzen, die in Beispiel 5
bestimmt wurden, etwas Homologie zur Penicillin-V-Amidohydrolase
aus Fusarium oxysporum (GenSeqP: W00290) zeigte. Somit konnten 161299Afr15
(SEQ ID NO: 3), 161299Afr17 (SEQ ID NO: 4) und 161299Afr23 (SEQ
ID NO: 5) mit den Aminosäuren
381-398, 349-366 bzw. 181-201 der GeneSeqP: W00290 zugeordnet werden.
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Basierend
auf dieser Anordnung, wurden zwei PCR-Primer konstruiert, um einen
Teil des A. oryzae-Esterase-Gens zu amplifizieren.
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Ein
Primer (B2716F09, SEQ ID NO: 6), der der Sens-Richtung der Proteinsequenz
des Peptides 161299Afr23 (Aminosäuren
13-21 der SEQ ID NO: 5) entspricht wurde synthetisiert.
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Ein
Primer (B2716F11, SEQ ID NO: 7), der der Antisens-Richtung der Proteinsequenz
des Peptides 161299Afr15 (Aminosäuren
4-12 der SEQ ID NO: 3) entspricht, wurde synthetisiert.
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Diese
beiden PCR-Primer wurden für
die Amplifikation eines Esterasegenfragmentes in der folgenden Weise
verwendet: Genomische DNA wurde aus Aspergillus oryzae IFO 4177
wie von Yelton et al. (M.M:Yelton, J.E. Mamer und W.E. Timberlake
(1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 1470-1474) beschrieben hergestellt.
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Das
Expand-PCR-System (Roche Molecular Biochemicals, Basel, Schweiz)
wurde für
die Amplifikation nach den Anweisungen des Herstellers für diese
und die nachfolgenden PCR-Amplifikationen
verwendet. Die Magnesium-Konzentration wurde in allen PCR-Reaktionen
bei 2,5 mM gehalten.
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Das
folgende thermische Cycling-Programm wurde auf einem MJ Research
PCT 150-Thermocycler betrieben.
94 °C für 1 Minute | 1
Zyklus |
94 °C für 10 Sekunden | |
Temperaturanstieg
bei –0,5 °C/Sek. | |
50 °C für 10 Sekunden | 40
Zyklen |
72 °C für 30 Sekunden | |
72 °C für 1 Minute | 1
Zyklus. |
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Ein
PCR-Produkt von etwa 550 Basenpaaren wurde an einem 1 % Agarose-Gel
nachgewiesen. Dieses Fragment wurde wieder gewonnen und in den pCR4-TOPO-Vektor
nach den Anweisungen des Herstellers (Invitrogen BV, Groning, Niederlande)
kloniert.
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Ein
Plasmid mit einem Insert der angenommenen Größe, pCaHj571 wurde für die Sequenzierung
ausgewählt
und es wurde unter Verwendung der folgenden Primer sequenziert: –48 Revers
(SEQ ID NO: 8) und –40
Universal (SEQ ID NO: 9).
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Alle
Sequenzierungsreaktionen wurden unter Verwendung des BigDyeTM Terminator Cylce Sequencing Kits von Perkin-Elmer
Corporation (USA) durchgeführt,
und die Reaktionen liefen an einem ABI 3700 Kapillarsequenzer von
Perkin-Elmer nach den Anweisungen des Herstellers.
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Die
Sequenz kodiert eine Proteinsequenz, die zur F. oxysporum-Amidohydrolase
homolog ist und ebenso die Peptidsequenz 161299Afr17 kodiert, und
es wurde somit gefolgert, dass das amplifizierte Fragment Teil des
Esterase-Gens ist. Die Sequenz des PCR-Fragments ist als SEQ ID
NO: 27 dargestellt.
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Genomisches Klonieren des Esterasegens
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Eine
Cosmid-Bibliothek von A. oryzae IFO4177 wurde früher wie in der
WO 9801470 beschrieben hergestellt.
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Das
Insert pCaHj571 wurde mit DIG unter Verwendung des Plasmids als
Templat in einer PCR-Reaktion zusammen mit den Primern B2716F09
und B2716F11 und dem PCR DIG Probensynthese-Kit von Roche Molecular
Biochemicals nach den Anweisungen des Herstellers markiert.
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Das
mit DIG-markierte Fragment wurde verwendet, um die Cosmidbibliothek
unter Verwendung der Empfehlungen der Roche Molecular Biochemicals
zu untersuchen, und die Hybridisierungssignale wurden unter Verwendung
der CSPD-Detektion nach den Anweisungen der Roche Molecular Biochemicals
und unter Verwendung einer LAS 1000 plus CDC-Kamera, die von Fujifilm
hergestellt wurde, visualisiert.
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Ein
Cosmid mit einem klaren Hybridisierungssignal wurde isoliert und
als pCaHj577 bezeichnet.
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Ein
Southern-Blot unter Verwendung der genomischen DNA von A. oryzae
IFO4177 wurde durchgeführt,
wobei die gleiche Sonde, Hybridisierungsbedingungen und Nachweis-Verfahren wie für die Cosmid-Isolierung
eingesetzt wurden. Die DNA wurde mit den Restriktionsenzymen BamH
I, Bgl II, EcoR I, Hind III, Mlu I, Mun I, Sac I, SaL I oder Xho
I verdaut. Zusätzlich
wurde eine Asp 718-Verdauung durchgeführt, und doppelte Verdauungen
von Asp 718 und der Liste der gerade oben aufgeführten Enzyme wurden gemacht.
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Der
Southern-Blot zeigte, dass das 5'-Ende
des Esterase-Gens auf einem etwa 1,4 Kilobasen Asp718-Fragment vorlag.
Das 3'-Ende des
Gens schien auf einem etwa 2 Kilobasenpaar Mun I – EcoR I-Fragment
vorzuliegen.
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Das
5'- und das 3'-Ende des Gens wurde
durch inverse PCR in der folgenden Weise kloniert: Von der in SEQ
ID NO: 27 gegebenen Sequenz, wurden die folgenden Primer konstruiert:
B2998F06 (SEQ ID NO: 10), B3591G12 (SEQ ID NO: 11) und B2998F07
(SEQ ID NO: 12).
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Für die inverse
5'-PCR wurden 500
ng von pCaHj577 mit Asp 781 verdaut, und die gebildeten Fragmente
wurden an einem 1 % Agarose-Gel getrennt. Fragmente von etwa 1,4
Kilobasen wurden aus dem Gel wieder gewonnen und in einem Gesamtvolumen
von 0,5 ml aufgelöst.
Der Ligationspuffer und die T4 DNA-Ligase (Roche Molecular Biochemical)
wurden zugegeben und die Lösung
wurde bei 16 °C
für etwa
18 Stunden inkubiert. Das Gemisch wurde durch Ethanol-Präzipitation
konzentriert, und das Ligations-Produkt wurde als Templat in einer
PCR-Reaktion unter Verwendung der Primer B2998F06 und B3591G12 und
den PCR-Bedingungen, die in dem vorangehenden Abschnitt beschrieben
wurden, eingesetzt. Ein PCR-Produkt von etwa 1 Kilobase wurde in
einem 1 % Agarose-Gel nachgewiesen. Das Fragment wurde wieder gewonnen
und in den pCR4-TOPO-Vektor kloniert. Die Sequenzierung eines der
gebildeten Plasmids zeigte, dass das Insert das 5'-Ende der Esterase
ist. Das Plasmid wurde als pCaHj578 bezeichnet.
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Für die 3'-inverse-PCR wurden
500 ng pCaHj577 mit Mun I und EcoR I verdaut, und die gebildeten Fragmente
wurden an einem 1 % Agarose-Gel getrennt. Fragmente von etwa 2 Kilobasen
wurden wieder aus dem Gel gewonnen und in einem Gesamtvolumen von
0,5 ml aufgelöst.
Die Ligation und die Konzentrierung erfolgte wie mit dem 5'-Ende. Das Ligations-Produkt wurde als
Templat in einer PCR-Reaktion unter Verwendung der Primer B2998F06
und B2998F07 verwendet. Ein PCR-Produkt von etwa 1,1 Kilobasen wurde
an einem 1 % Agarose-Gel nachgewiesen. Dieses Fragment wurde wieder
gewonnen und in den pCR4-TOPO-Vektor
kloniert. Das Sequenzieren von einem der gebildeten Plasmide zeigte,
dass das Insert das 3'-Ende
der Esterase ist. Das Plasmid wurde als pCaHj579 bezeichnet.
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Sequenzieren des Esterase-Gens
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Das
Esterase-Gen wurde unter Verwendung des Plasmids pCaHj571, pCaHj577,
pCaHj578 und pCaHj579 als Templat und den folgenden Primern sequenziert:
–48 Revers
(SEQ ID NO: 8), –40
Universal (SEQ ID NO: 9), B2998F06 (SEQ ID NO: 10), B3591G12 (SEQ
ID NO: 11), B2998F07 (SEQ ID NO: 12), B3864E07 (SEQ ID NO: 13),
B3864E08 (SEQ ID NO: 14), B3998D09 (SEQ ID NO: 15), B3998D10 (SEQ
ID NO: 16), B3998D11 (SEQ ID NO: 17) und B3591G11 (SEQ ID NO: 18).
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Alle
Sequenzierungsreaktionen wurden unter Verwendung des BigDyeTM Terminator Cycle sequencing Kits von Perkin-Elmer
Corporation (USA) durchgeführt,
und die Reaktionen liefen an einem ABI 3700 Kapillar-Sequenzer der
Perkin-Elmer Corporation nach den Anweisungen des Herstellers.
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Die
Sequenz ist zusammen mit der Translation in der SEQ ID NO: 1 gezeigt.
Ein einzelnes Intron wurde von dem Computerprogramm NetGene2 (P.G.
Korning et al (1996) Nucl. Acids. Res. 24: 3439-3452) vorausgesagt.
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Durch
die Analyse der Poteinsequenz wurde eine sekretorische Signalsequenz
unter Verwendung des Computerprogramms Signale (H. Nielsen et al
(1997) Potein Eng. 10: 1-6) vorausgesagt.
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Beispiel 7: Expression des Esterasegens
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Das
Aspergillus-expressions-Plamid pCaHj527 (
WO 0070064 ) besteht aus einer Expressionscassette,
die auf dem neutralen Amylase II-Promotor von Aspergillus niger
basiert, der an die nicht tranlatierte Leader-Sequenz der Triose-Phosphat-Isomerase
von Aspergillus nidulans (Pna2/tpi) und den Amyloglycosidase-Terminator
von Aspergillus niger (Tamg) fusioniert ist. Auch liegt auf dem
Plasmid der Aspergillus-selektive Marker amdS aus Aspergillus nidulans
vor, der das Wachstum auf Acetamid als einzige Stickstoff-Quelle
ermöglicht,
und den URA3-Marker aus Saccharomyces cerevisiae, der das Wachstum
des pyrF-defizienten Escherichia coli-Stamms DB6507 (ATCC 35673)
ermöglicht.
Die Transformation in E. coli DB 6507 unter Verwendung des URA3-Gens
als selektiver Marker von S. cerevisiae wurde in der folgenden Weise
durchgeführt:
E.
coli DB6507 wurde durch das Verfahren von Mandel und Higa (Mandel,
M. und A. Higa (1970) J. Mol. Biol. 45, 154) kompetent gemacht.
Die Transfomanten wurden auf festem M9 Medium (Sambrook et al (1989)
Molecular cloning, a laboratory manual, 2. Auflage, Cold Spring
Harbor Laboratory Press), ergänzt
mit 1 g/l Casaminosäuren,
500 μg/l
Thiamin und 10 mg/l Kanamycin, selektiert.
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PCaHj527
wurde in der folgenden Weise modifiziert:
Der Pna2/tpi-Promoter,
der auf pCaHj527 vorliegt, wurde einer ortsspezifischen Mutagenese
durch einen einfachen PCR-Ansatz unterzogen.
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Nucleotide
134-144 wurden von SEQ ID NO: 19 geändert in SEQ ID NO: 20, wobei
der mutagene Primer 141223 (SEQ ID NO: 21) verwendet wurde.
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Nucleotide
423-436 wurden von SEQ ID NO: 22 geändert in SEQ ID NO: 23, wobei
der mutagene Primer 141222 (SEQ ID NO: 24) verwendet wurde.
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Das
resultierende Plasmid wurde als pMT 2188 bezeichnet.
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Das
Esterase-Gen wurde in pMT 2188 in der folgenden Weise kloniert:
Das Esterase-Gen wurde aus pCaHj577 amplifiziert, wobei die in Beispiel
6 beschriebenen PCR-Bedingungen eingesetzt wurden, mit der Ausnahme,
dass nur 20 Zyklen benutzt wurden. Die Primer waren die folgenden:
B6093H05 (SEQ ID NO: 25) und B6093H03 (SEQ ID NO: 26).
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Das
frühere
PCR-Fragment wurde mit BamH I und Xho I verdaut, und das große Fragment
wurde in pMT2188 ligiert, das mit dem gleichen Enzym verdaut wurde.
Das Ligationsgemisch wurde in E. coli DB6507 transformiert. Von
einem Plasmid, das aus einem der Kolonien gebildet wurde, wurde
durch Restriktionsanalyse und DNA-Sequenzierung besttigt, dass es
das erwartete Insert aufwies. Dieses Plasmid wurde als pCaHj585
bezeichnet. Eine Restriktionskarte von pCaHj585 ist in 1 gezeigt.
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PCaHj585
wurde in Aspergillus oryzae BECh2 (
WO
0039322 ) transformiert, fermentiert und wie in der
WO 95/00636 wieder gewonnen.
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Beispiel 8: Verwendung der Esterase für die stereoselektive
Hydrolyse chiraler Ester
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Ethyl
(2RS) (+/-) 2-ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat (0,5 g) wurde
mit 60 mg des lyophilisierten hydrolytischen Enzymgemisches aus
Aspergillus oryzae in 1 ml 1 M Phosphat-Puffer (pH = 7) mit einem organischen
Co-Lösungmittel
(gemäß der nachfolgenden
Tabelle) bei 27 °C
geschüttelt.
Das Reaktionsgemisch wurde in 20 ml MeOH nach 4 Stunden gegossen,
um die enzymatische Reaktion zu stoppen, gefolgt von der Analyse
durch das chirale CCE-Verfahren 2.
Co-Lösungsmittel | ProduktSäure (%) | (ee)Säure (%) |
Aceton/0,1
ml | 37 | 93 |
Aceton/0,3
ml | 31 | 94 |
THF/0,1
ml | 36 | 94 |
THF/0,2
ml | 31 | 93 |
THF/0,3
ml | 21 | 91 |
2-Propanol/0,1
ml | 36 | 97 |
2-Propanol/0,3
ml | 27 | 93 |
Ethanol/0,1
ml | 35 | 96 |
Ethanol/0,2
ml | 32 | 96 |
Ethanol/0,3
ml | 22 | 93 |
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In
einem anderen Experiment wurde Ethyl (2R/S) (+/-) 2-ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propanoat
(5 g) zu einem wässrigen
0,1 M Phosphatpuffer pH 7 (10 ml) gegeben. 100 mg des lyophilisierten
hydrolytischen Enzymsgemisches aus Aspergillus oryzae wurde zugegeben
und das Gemisch wurde während
18 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
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Während dieser
Zeit wurde der pH des Reaktionsgemisches konstant bei pH = 6 – 8 durch
Zugabe von NaOH gehalten. Das Meiste des Wassers wurde im Vakuum
verdampft.
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Methanol
wurde zu der verbleibenden Aufschlämmung zugegeben, um die Hydrolyse
zu stoppen. Das Präzipitat,
das gebildet wurde, wurde abfiltriert und das Methanol wurde im
Vakuum verdampft. Das zurückbleibende Öl wurde
in Wasser aufgelöst,
gefolgt von der Extraktion von nicht umgesetzten Ester mit TBME (CEE-Verfahren
2: eeEster = 87 %). Die Wasserphase wurde
auf pH = 3 angesäuert
und die Säure
mit TBME extrahiert. Nach dem Trocknen über Na2SO4 und Verdampfen des TBME wurden 1,8 g (2S)-2-Ethoxy-3-(4-hydroxyphenyl)propansäure als Öl erhalten,
das beim Stehen kristallisierte (Smp. 105 °C, CCE-Verfahren 2: eeEster => 99
%).
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Original
(für die
Einreichung) – gedruckt
am 19.07.2001 09:56:53
0-1 | Form-
PCT/RO/134 (EASY) Angaben bezüglich
hinterlegter Mikroorganismen oder anderen biologischen | PCT-Easy-Version 2.92 |
0-1-1 | Materials
(PCT Regel 13bis) Hergestellt unter Verwendung von | (Update
01.03.2001 |
0-2 | Internationale
Anmeldung Nr. | PCT/DK01/00508 |
0-3 | Aktenzeichen
des Anmelders oder Vertreters | 10141-WO |
1 | Die
nachfolgenden Angaben beziehen sich auf die hinterlegten Mikroorganisem
oder des biologischen Materials, auf das in der | 2-3 |
1-1 | Beschreibung
Bezug genommen wird auf | 34-3 |
1-2 | Seite
Zeile | |
1-3 | Angaben
zur Hinterlegung | |
1-3-1 | Name
der Hinterlegungsstelle | DSMZ-Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH |
1-3-2 | Adresse
der Hinterlegungsstelle | Mascheroder
Weg 1b, D38124 Braunschweig, Deutschland |
1-3-3 | Datum
der Hinterlegung | 11. Januar 2001 (11.01.2001) DSMZ
13977 |
1-3-4 | Zugangsnummer | |
1-4 | Weitere
Angaben | KEINE |
1-5 | Benannte
Staaten, für
die die Angaben gemacht werden | Alle
benannten Staaten |
| | |
1-6 | Getrennte
Angaben Diese Angaben werden später
an das Internationale Büro
geschickt | KEINE |
| Nur
für das
Anmeldeamt | |
0-4 | Dieses
Formblatt wurde mit der internationalen Anmeldung erhalten (ja oder
nein) | JA |
0-4-1 | Bevollmächtigter
Sachbearbeiter | Unterschrift
Marie Louise Rosendal Bürovorsteher |
| Nur
zur Verwendung für
das Internationale Büro | |
0-5 | Dieses
Formblatt wurde vom internationalen Büro erhalten am: | |
0-5-1 | Bevollmächtigter
Sachbearbeiter | |
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