EP1084258A1 - Industrial method for producing heterologous proteins in e.coli and strains useful for said method - Google Patents

Industrial method for producing heterologous proteins in e.coli and strains useful for said method

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EP1084258A1
EP1084258A1 EP99923688A EP99923688A EP1084258A1 EP 1084258 A1 EP1084258 A1 EP 1084258A1 EP 99923688 A EP99923688 A EP 99923688A EP 99923688 A EP99923688 A EP 99923688A EP 1084258 A1 EP1084258 A1 EP 1084258A1
Authority
EP
European Patent Office
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prpa
strain
coli
plasmid
culture medium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99923688A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jérome Pierrard
Carole Guitton
Olivier Favre-Bulle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adisseo France SAS
Original Assignee
Aventis Animal Nutrition SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aventis Animal Nutrition SA filed Critical Aventis Animal Nutrition SA
Publication of EP1084258A1 publication Critical patent/EP1084258A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/78Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5)
    • C12N9/80Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5) acting on amide bonds in linear amides (3.5.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/70Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
    • C12N15/71Expression systems using regulatory sequences derived from the trp-operon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12N9/14Hydrolases (3)
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione

Definitions

  • the present invention relates to a new industrial process for the production of heterologous proteins in E. coli. If for certain heterologous proteins with very high added value the cost price of their preparation process remains a negligible factor compared to the purpose of the heterologous protein (in the pharmaceutical field in particular), the development of the industrial production of heterologous proteins of lower added value in E. coli requires taking into account production factors such as the need to have a high biomass and a very high content of heterologous proteins produced at the lowest possible cost, which cost must take into account the nature of the media, the energy and reagent yields, and the operating conditions. For industrial productions with reaction volumes of up to several tens of m 3 , the simplest possible environments and operating conditions will be sought.
  • the present invention consists in the selection of an E. coli strain suitable for meeting the above conditions, essential for the economically satisfactory industrial production of heterologous proteins, independently of the value of the protein produced.
  • E. coli most commonly used for molecular biology work are derived from the strain Kl 2 (Swartz, 1996, In ⁇ scherichia coli and Salmonella, Cellular and Molecular Biology, 2 nd edition, ASM Press Washington, ppl693-1711).
  • a table of the strains most commonly used for the production of recombinant proteins is given by Wingfield, 1997 (Current Protocols in Protein Science, Coligan et al. ⁇ d, John Wiley & Sons, Inc, 5.0.1-5.0.3).
  • An expression system consists of a promoter, its regulator, a ribosome binding site followed by a restriction site allowing the insertion of the gene of interest, a structure which can serve as a terminator for transcription, possibly of genes whose coexpression increases the quality of the protein of overexpressed interest and of one or more vectors making it possible to introduce these combinations into the host.
  • the promoter must have at least three characteristics to be used in a protein production process (Makrides, 1996, supra):
  • promoters have been described for expression in E. coli (Makrides, 1996, supra; Weickert et al, 1996, Current Opinions in Biotechnology 7: 494-499).
  • homologous promoters used for the production of proteins in E. coli there may be mentioned the promoters lac, trp, lpp, phoA, recA, araBAD, proU, cst-1, tetA, cadA, nar, tac, trc, Ipp- lake, Ysyn, cspA.
  • heterologous promoters used for the production of proteins in E. coli mention may be made of the promoters PL, PL-9G-50,? R-?
  • RNAI and RNAII The most commonly used vectors for protein expression in E. coli are derived from the plasmid pBR322 (Swartz, 1996, supra; Makrides, 1996, supra). They are present in cells at a number of copies, determined by the interaction of two RNAs encoded by the plasmid, RNAI and RNAII (Polisky, 1988, Cell 55: 929-932). The interaction of RNAI with RNAII inhibits the maturation of AR II in a form necessary for the initiation of replication of the plasmid.
  • a high copy number expression plasmid resulted in high levels of messenger RNA of the desired protein, but may be detrimental to the metabolism of the host strain (Bailey, 1993, Adv. Biochem. Eng Biotechnol. 48: 29-52).
  • the stability of expression plasmids is an important criterion, especially since industrial fermentations tend not to use antibiotics in fermenters.
  • Several strategies have been developed to stabilize the expression plasmids, including the cloning of the cer locus of the natural plasmid ColEl.
  • heterologous proteins intended for pharmaceutical use such as, for example, human growth hormone, consensus human interferon alpha, human interleukins l ⁇ , ⁇ l, 2, l leukocyte interferon, human parathyroid hormone, human insulin, human serum albumin, human Proapolipoprotein Al (Lee, 1996, Trends in Biotechnol. 14: 98-105; Latta et ai, 1987, Bio / Technology 5: 1309-1313).
  • the present invention resides in the selection of a particular E. coli strain, suitable for the industrial production of heterologous proteins.
  • the strain useful for the process according to the invention is an E. coli W strain, more particularly the W strain referenced in the ATCC under the number 9637.
  • the strain W (ATCC9637) was thus used for the production of 3-polyhydroxybutyric acid (PHA) after introduction of a plasmid carrying the operon of Alcaligenes eutrophus coding for enzymes involved in the biosynthesis of PHA (Lee and Chang, 1993 , supra; Lee and Chang, 1995, supra; Lee et al., 1994).
  • the present invention therefore relates to an industrial process for the preparation of heterologous proteins in E coli, in which is seeded and cultivated in an appropriate culture medium, modified E coli bacteria with an appropriate heterologous protein expression system, characterized in that the E. coli strain is an E. coli W. strain More preferably, the W strain is the W strain deposited at the ATCC under the number 9637.
  • the strain W is a derivative of the strain deposited at the ATCC under number 9637 obtained by clonal selection or genetic manipulation.
  • industrial process is meant according to the invention any process in which the culture volume of bacteria is greater than the usual culture volume used in research laboratories. In general, by industrial process is meant any process for which the culture volume is greater than 2 liters, preferably greater than or equal to 10 liters, more preferably greater than or equal to 20 liters, even more preferably greater than or equal to 50 liters. .
  • the method according to the invention is particularly suitable for culture volumes of several ten m 3 , up to more than 100 m 3 .
  • the appropriate culture medium is a culture medium suitable for obtaining a high density of biomass and a high content of heterologous proteins produced.
  • Several types of media can be used for high cell density culture (Lee, 1996, cited above). If the media known from the state of the art and in particular semi-defined media make it possible to combine good reproducibility of the composition of the medium and good o
  • the culture medium contains sucrose as a main carbon source.
  • main source of carbon is meant according to the invention that the sucrose represents at least 50% by weight of the total weight of the carbon sources of the culture medium, more preferably at least 75% by weight, even more preferably at least 85% in weight.
  • the culture medium comprises substantially only sucrose as a carbon source. It is understood that for the method according to the invention, the culture medium can comprise appropriate additives so as to increase the overall yield of the invention. These additives can have the additional function of behaving as a carbon source to the culture of bacteria. However, these additives will not be considered as a carbon source within the meaning of the present invention if the E coli W bacteria used in the process according to the invention cannot grow on said additives as the only carbon source.
  • the amount of sucrose in the culture medium of the process according to the invention is between 0.1 and 300 g / 1 at the start of culture (before seeding), preferably between 0.5 and 200 g / 1. It is understood that the sucrose constituting the main source of carbon of the medium according to the invention, the amount of sucrose will decrease during the process. In general, at the end of the reaction, the amount of sucrose in the culture medium at the end of the reaction is between 0 and 10 g / l.
  • the appropriate culture medium also comprises a source of additional organic nitrogen.
  • This source of additional organic nitrogen can be constituted by all the sources of organic nitrogen known to those skilled in the art.
  • the source of additional organic nitrogen consists of protein extracts. These protein extracts more preferably have the following composition: (in g amino acids per 100g of product) Alanine between 10 and 4, Aspartic between 11 and 4, Glycine between 22 and 2.5 and Lysine between 7 and 4.
  • Peptones or proteins Meat or potato meet such a profile and are particularly preferred for the process according to the invention, more particularly the potato protein derivatives.
  • heterologous protein expression system is understood to mean, according to the invention, any expression system comprising regulatory elements suitable for the expression of heterologous proteins in E. coli W. These regulatory elements include in particular promoters, ribosome binding sites, transcription terminators.
  • the expression system comprises an R ⁇ - n promoter.
  • the promoter P ⁇ r p was used in several examples (Application ⁇ P 0 198 745; Application CIP N ° 08 / 194,588; Application WO 97/04083; Latta et ai, 1987, Bio / Technology 5: 1309-1314; Denèfle et ai , 1987, Gene 56: 61-70).
  • Latta et al (1990, DNA Cell. Biol. 9: 129-137) conducted a detailed study on the influence of regulatory sequences upstream of the promoter, of promoter sequences duplicated in tandem and on the influence of coexpression of the TrpR repressor.
  • the promoter P tr p comprises the nucleic acid sequence represented by the sequence identifier No. 1 (SEQ ID NO 1).
  • heterologous protein to improve the level of expression of the heterologous protein, coexpression of the molecular chaperones of E. coli Gro ⁇ SL (reviewed by Makrides, 1996, cited above). Increasing the intracellular concentration of Gro ⁇ SL proteins makes it possible to assist the folding of the recombinant protein and thus improves the level of active protein (Weicker et al., 1996, Curr. Opin. Biotechnol. 7: 494-499) .
  • the genes whose coexpression promotes the expression of the heterologous protein according to the invention, and its quality, are included in the expression system according to the invention.
  • heterologous protein is meant according to the invention any protein produced by the process according to the invention which is not naturally found in E.
  • coli W in the appropriate expression system according to the invention. It may be a protein of non-bacterial origin, for example of animal origin, in particular human or vegetable, or also a protein of bacterial origin not produced naturally by E. coli W, or alternatively a protein of bacterial origin produced naturally by another bacterium than E. coli W or alternatively a protein produced naturally by E. coli W, the expression of which is controlled by regulatory elements distinct from those of the expression system according to the invention, or finally of a protein derived from the preceding after modifications of certain elements of its primary structure.
  • the method according to the invention is applicable to any protein of interest whose production requires a high accumulation of proteins, before either the extract and purify the whole or in part or to use them mixed with the biomass that will have produced them.
  • This is the case for example of enzymes useful for biocatalysis of chemical reactions, which can be used without prior transaction isolation and purification or as enzymes that are used in the host bacterium during growth for the biotransformation of chemical compounds.
  • the heterologous protein is an enzyme, produced in industrial quantities for later use as a catalyst for chemical reactions.
  • the enzyme is nitrilase, preferably a nitrilase!
  • Alcaligenes faecalis (ATCC8750) described in patent application WO 98/18941 or a nitrilase from Comamonas testosteroni sp. described in application CIP n ° 08 / 194,588, or an amidase such as those described in applications WO 97/04083, EP 433 1 17, EP 488 916, or also a hydroxyphenylpyruvate dioxygenase described in application WO 96/38567.
  • the present invention also relates to an E. coli W strain as defined above, characterized in that it comprises a system for expression of heterologous proteins, the promoter of which is the Ptrp promoter defined above.
  • FIG. 1 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT41.
  • the sites in parenthesis are sites that were eliminated during cloning.
  • Ptrp tryptophan promoter
  • nitB nitrilase gene
  • TrrnB transcription terminators
  • end ROP end of the gene coding for the protein ROP (Chambers et al. 1988, Gene 68: 139-149);
  • ORI origin of replication;
  • RNAI / II AR involved in replication (Chambers et al., Cited above); Te: tetracycline resistance gene.
  • FIG. 2 represents 1 map of the plasmid pRPA-BCAT127. The sites in parenthesis were eliminated during the cloning.
  • Ptrp tryptophan promoter
  • nitB nitrilase gene
  • TrrnB transcription terminators
  • ORI origin of replication
  • RNAI * / II mutated RNAs involved in replication
  • Cm chloramphenicol resistance gene
  • cer locus cer.
  • FIG. 3 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT103. The sites in parenthesis were eliminated during the cloning.
  • Sm / Sp gene for resistance to streptomycin and spectinomycin
  • parABCDE locus by (Roberts and Helinski, 1992, J. Bacteriol. 174: 8119-8132); rep, mob, D20 and ori: regions involved in the replication and transfer of the plasmid (Scholtz et al., 1989, Gene 75: 271-288; Frey et al., 1992, Gene 113: 101-106).
  • FIG. 4 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT126.
  • Ptrp tryptophan promoter
  • nitB nitrilase gene
  • TrrnB transcription terminators
  • ORI origin of replication
  • RNAI * / II mutated RNAs involved in replication
  • Tc r tetracycline resistance gene
  • cer locus cer.
  • FIG. 5 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT143.
  • Sm / Sp gene for resistance to streptomycin and spectinomycin; rep, mob, and ori: regions involved in the replication and transfer of the plasmid (Scholtz et ai, 1989, Gene 75: 271-288;
  • delta refers to the name of the deletion described in the text.
  • Example 1 Construction of the expression plasmids pBCAT29 and pBCAT41.
  • the 1.27 kb fragment containing the promoter Ptrp, the binding site of the ribosome of the eyelash gene of phage ⁇ (RBScII) and the nitrilase & Alcaligenes faecalis ATCC8750 (nitB) gene was extracted from the plasmid pRPA6BCAT6 (Request FR 96/13077 ) using the restriction enzymes EcoRI and Xbal to be cloned into the vector pXL642 (described in application CIP N ° 08 / l 94.588) opened by the same restriction enzymes.
  • pRPA-BCAT15 was opened by the enzymes StuI and Bsml and the 4.3 kb fragment was ligated with the Stul-Bsml fragment of 136 bp purified from pRPA-BCAT4 (Application FR 96/13077) to yield the plasmid pRPA-BCAT19.
  • the partial sequencing of pRPA-BCAT19 confirmed the replacement of the codon of the residue Asp279 of nitrilase by the codon of a residue Asn279.
  • the vector pRPA-BCAT28 was obtained by ligating the 3.9 kb Sspl-Scal fragment of pXL642 (CIP application N ° 08 / 194.588) with the 2.1 kb Smal fragment of pHP45 ⁇ Tc (Fellay et ai, 1987, Gene 52: 147-154) to replace the ampicillin resistance marker with the tetracycline resistance marker.
  • the plasmid pRPA-BCAT41 was obtained, a map of which is shown in FIG. 1.
  • the sequence of the expression cassette is represented by the sequence identifier No. 2 (S ⁇ Q ID NO 2) .
  • Example 2 Expression of nitrilase from A. faecalis ATCC 8750 in E. coli K12, BL21, W in "batch".
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
  • the polyamide hydrolase gene from Comamonas acidovorans N12 described in application WO 97/04083 was cloned into the vector pBCAT41. By introducing into the PCR primers the EcoRI and Ncol restriction sites in position
  • the gene for this polyamide hydrolase was amplified by PCR in the form of a DNA fragment of 1.26 kb. This fragment was then treated successively with the EcoRI enzyme and the Mung Bean nuclease. After extraction of the proteins with phenol-chloroform-isoamilic alcohol, the treatment continued with Xbal digestion. Similarly, the vector pRPA-BCAT41 was opened with the enzyme NdeI and then treated with Mung Bean nuclease. After extraction of the proteins with phenol-chloroform-isoamilic alcohol, the treatment continued with Xbal digestion.
  • the plasmid pRPA-BCAT43 contains the Ptrp promoter, I e binding site RBScII separated from the translation initiation codon of the gene pamll by the sequence: AATACTTACACC.
  • Example 4 Expression of the Pamll polyamidase in E. coli DH5 ⁇ , BL21 and W in "batch".
  • the plasmid pRPA-BCAT43 was introduced into the strains of E. coli DH5 ⁇ ,
  • the pellets of permeabilized cells are taken up in a 100 mM phosphate buffer, pH7.
  • the hydrolysis activity was measured on the oligomer AB (a molecule of adipic acid condensed with a molecule of hexamethylene diamine) present at 2.5 g / 1 in the reaction medium containing potassium phosphate buffer 0, 1 M at pH 7 and incubated at 30 ° C with shaking; samples of 100 microliters are taken at regular intervals by adding to them the same volume of 0.2 N NaOH; the samples are analyzed by HPLC after dilution to the tenth in a 50 mM H 3 P0 4 solution.
  • Table 2 contains the average of the data obtained for each strain.
  • ABBREVIATIONS NB: number; U: g of AB hydrolyzed per hour and per g of dry weight; P: g of AB hydrolyzed per hour and per liter of culture
  • the plasmid pRPA-BCAT41 underwent a mutagenesis step carried out with hydroxylamine as described in Miller 1992 (Mutagenesis. A short course in bacterial genetics. "A laboratory manual and handbook for E. coli and related bacteria", Cold Spring Harbor Laboratory Press, Unit 4, pp81-212) and Humphreys et al, 1976 (Mol. Gen. Genêt. 145: 101-108).
  • Five micrograms of plasmid DNA purified on a cesium chloride gradient were incubated for 20 minutes at 80 ° C. in a 50 mM sodium phosphate buffer pH6 containing 0.5 mM EDTA and 0.4 M NH 2 OH.
  • the reaction mixture was dialyzed against a large excess of 10 mM Tris-HCl buffer pH7.5 containing 1 mM EDTA and 100 mM NaCl .
  • the plasmid DNA was then recovered by precipitation and approximately 20 ng of DNA was introduced by electroporation into the strain DH5 harboring the plasmid pXL2035.
  • a clone was selected because of a productivity of the culture 3 times higher than that of a culture of the strain DH5 ⁇ (pRPA-BCAT41, pXL2035).
  • the plasmid pRPA-BCAT41-531 which it housed was extracted and reintroduced into a new DH5 ⁇ host hosting the plasmid pXL2035. Three clones were then analyzed under the conditions described in Example 2 by comparing them to 3 DH5 ⁇ clones (pRPA-BCAT41, pXL2035) and the results are presented in the table in Table 3.
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture.
  • the 1.27 kb EcoRI -Xbal fragment containing the fusion P f rp - '-nitB was extracted from the plasmid pRPA-BCAT41 to be cloned in place of that contained in pRPA-BCAT41-531.
  • the resulting plasmid, pRPA-BCAT86 was introduced into the strain DH5a (pXL2035) and 3 transformants were studied under conditions similar to those described above. The results are collated in Table 4.
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
  • Example 6 Characterization of a mutation carried by the plasmid pBCAT41-531 responsible for improving the productivity of cultures of strains expressing nitrilase. Analysis of the amount of protein produced by the strains of Example 5 by polyacrylamide gel electrophoresis in the presence of SDS showed that all these constructions lead to rates of synthesis of nitrilase polypeptide comparable between the strains described in this example . On the other hand, plasmid DNA preparations of pRPA-BCAT41 and pRPA-BCAT41-531 made from equivalent amounts of biomass have demonstrated that the plasmid pRPA-BCAT41-531 is present with a lower copy number than its parent pRPA-BCAT41.
  • the first difference is due to an error during the action of the Klenow polymerase which was used to destroy one of the NdeI sites of pRPA-BCAT29 and is located in a region which is not described as playing a role in the replication of pBR322 (Chambers et ai, 1988, Gene 68: 139-149).
  • the second error corresponds to a transition, a characteristic effect of hydroxyamine on DNA (Drake and Baltz, 1976, Annu. Rev. Biochem. 45: 11-37), and is located at the level of the second nucleotide of the region transcribed into RNA I involved in the replication of pBR322 (Chambers et al, cited above).
  • Example 7 Expression of A. faecalis ATCC 8750 nitrilase in E. coli BL21 and E. coli W in "fed-batch" (semi-continuous culture).
  • the plasmids pRPA-BCAT41-531 and pXL2035 were introduced by electroporation into the strains BL21 (reference cited above) and W (ATCC9637) to give respectively the strains RPA-BIOCAT594 [BL21 (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)] and RPA- BIOCAT714 [W (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)].
  • the E. coli BIOCAT 594 and E. coli BIOCAT 714 recombinants were cultivated in 3.5 liter fermenters containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
  • the pH is maintained at 7.0 by adding ammonia.
  • the oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring.
  • Glucose is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: glucose 700 g / 1; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1.
  • the addition rate is 2.2 g of glucose / h. 1 in the middle.
  • the medium is recovered, centrifuged and the dry weight is estimated in g / 1.
  • the enzymatic activity is measured according to a protocol given in patent WO96 / 09403. It is expressed in kilos of ammonium 3-hydroybutanoate formed per hour and per kilo of dry cells.
  • Example 8 Influence of the organic nitrogen source of animal origin.
  • the E. coli W BIOCAT 714 strain is cultivated in a 3.5 liter fermenter containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
  • the pH is maintained at 7.0 by adding ammonia.
  • the oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring.
  • Glucose is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: glucose 700 g / 1; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1.
  • the addition rate is 2.2 g of glucose / h. 1 in the middle.
  • the culture conditions are identical to those of Example 8. In this example, organic nitrogen of vegetable origin is added.
  • potato protein gives as good a result as organic nitrogen of animal origin.
  • Example 10 influence of the carbon source.
  • the E. coli W BIOCAT 714 strain is cultivated in a 3.5 liter fermenter containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
  • the pH is maintained at 7.0 by adding ammonia.
  • the oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring.
  • the carbon source is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: carbon source 700 g / 1 ; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1.
  • the rate of addition is 2.2 g of glucose or sucrose / h. 1 in the middle.
  • the carbon source is varied in this example.
  • sucrose zero syrup
  • a 434 bp DNA fragment carrying the trpR gene and its promoter was extracted from the plasmid pRPG9 (Gunsalus and Yanofsky, 1980, Proc. Natl. Aca. Sca. USA 77: 7117-7121) using the enzymes restriction Aatll and Stul. This fragment was cloned into the plasmid pSL301 (Brosius, 1989, DNA 8: 159-111) by ligating it to the approximately 3.1 kb AatlI-StuI fragment to give the plasmid pRPA-BCAT30.
  • the trpR gene and its promoter were then extracted from pRPA-BCAT30 in the form of a 475 bp dEcoRI-NotI fragment to be cloned in the plasmid pXL2035 instead of a 240 bp EcoRI-NotI fragment.
  • the resulting plasmid, pRPA-BCAT34 is therefore a derivative of pKT230 allowing the expression of the GroESL chaperones and of the TrpR regulator.
  • Example 12 Influence of the co-expression of GroESL and TrpR.
  • the plasmid pRPA-BCAT34 was introduced by electroporation into the strains DH5 ⁇ (pRPA-BCAT29), BL21 (pRPA-BCAT29) and W (pRPA-BCAT29). Expression cultures of different strains were carried out as described in Example 2 and the results are presented in Table 5.
  • DH5 ⁇ (pRPA-BCAT66, pRPA-BCAT34) 1, 10.0 18.0
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed by
  • the trpR gene was extracted from this latter plasmid in the form of a fragment of approximately 300 bp prepared by treatment with the enzyme Aatll followed by the action of polymerase I (Klenow fragment), then, after inactivation of the reaction mixture, by digestion with the enzyme SacII.
  • This fragment was cloned into the plasmid pRPA-BCAT66 after opening it with Tthl ll followed by treatment with polymerase I Fragment by Klenow) and, after inactivation, with SacII.
  • the plasmid pRPA-BCAT82 was thus obtained.
  • the plasmid pRPA-BCAT41-531 Its origin of replication has been replaced by that of the plasmid pRPA-BCAT41-531 by replacing the Bstl l07I-Eaml l05I fragment of approximately 1.12 kb.
  • the construction selected during this cloning, the plasmid pRPA-BCAT99 exhibits an artifact which manifests itself in the form of a deletion of a nucleotide at the Eaml 105I site, transforming this site into a single PshAI site.
  • the resistance marker of the plasmid pRPA-BCAT99 was then changed by cloning between the Aatll and PshAI sites an AatlI-PshAI fragment of approximately 1.07 kb prepared after PCR amplification of the gene coding for resistance to chloramphenicol from the template.
  • pACYC184 New England Biolabs # 401 -M using the primers Cml and Cm2 whose sequence is: Cml: 5'-CCCCCCGACAGCTGTCTTGCTTTCGAATTTCTGCC Cm2: 5'-TTGACGTCAGTAGCTGAACAGGAGGG
  • the plasmid thus obtained was called pRPA-BCAT123. It was then modified by eliminating the trpR gene in the form of a SacI-Bstl l07I fragment of approximately 0.525 kb, and reclosing of the plasmid after blunt ends formed with Pfu polymerase (15 minutes at 75 ° C. in the buffer recommended by the supplier Stratagene and in the presence of 0.2 mM deoxynucleotides).
  • the plasmid thus obtained is the plasmid pRPA-BCAT127, the map of which is shown diagrammatically in FIG. 2.
  • Example 15 Construction of the plasmids pRPA-BCAT98 and pRPA-BCAT103.
  • the plasmid pRPA-BCAT37 described in application FR 96/13077, was modified by replacing the Sfil-Scal fragment of approximately 3.2 kb with the Sfil-Scal fragment of approximately 2.42 kb of the plasmid RSF1010D20 (Frey et ai, 1992, Gene 113: 101-106).
  • This fragment contains a deletion in the 5 ′ part of the gene coding for the RepB primase and reduces the transfer frequency of the plasmid by 6 log (Frey et ai, cited above).
  • pRPA-BCAT98 has several advantages: the loss of its mobilization functions makes it conform to industrial biosecurity rules while retaining its replication characteristics in Gram-negative bacteria.
  • the locus by (Gerlitz et al, 1990, J. Bacteriol 172: 6194-6203) was then cloned on pRPA-BCAT98 as follows.
  • the approximately 2.3 kb Sphl-BamHI fragment of pGMA28 (Gerlitz et al, cited above) was first cloned into the vector pUC18, which made it possible to extract it in the form of a HindIII-EcoRI fragment.
  • the vector pXL2426 comes from the replacement of the 2.38 kb SfiI-EcoRV fragment of pXL2391 (application FR 96/13077) with the 1.47 kb SfiI-EcoRV fragment of RSF1010D20.
  • Example 16 Use of the plasmids pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103 and pRPA-BCAT127 for the expression of nitrilase in W.
  • the plasmids pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 and pXL2231 were introduced into the strain of E. coli W by electroporation and expression cultures were carried out under the conditions described in Example 2 using the following antibiotics: Tetracycline 12 ⁇ g / ml for pXL2231, kanamycin 50 ⁇ g / ml for pXL2035, Streptomycin 100 ⁇ g / ml for pRPA- BCAT98 and pRPA-BCAT103, Chloramphenicol 20 ⁇ g / ml for pRPA-BCAT127.
  • Table 7 Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 and pXL2231
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
  • BCAT103 allow at least equivalent productivity by using plasmids that meet European biosecurity criteria.
  • the resistance marker of the plasmid pRPA-BCAT99 described in Example 14 was changed as follows.
  • the vector was opened with the enzymes PshAI and Aatll and then treated with Pfu polymerase (5 min at 75 ° C. in the buffer recommended by the supplier Stratagene and in the presence of 0.2 mM deoxynucleotides) and the fragment of approximately 3.95 kb was extracted from an agarose gel using the Quiaex kit (Quiagen) [other DNA recovery systems can also be used, in particular those of the chromatographic type].
  • the plasmid obtained was named pRPA-BCATl 11. This plasmid was then opened by the enzymes Nsil and BstZ17I then treated with Pfu polymerase and religated in order to eliminate the 0.47 kb fragment carrying the trpR gene.
  • the plasmid obtained was named pRPA-BCAT126, a map of which is shown in FIG. 4.
  • Example 18 Construction of the Plasmid pRPA-BCAT143 The Plasmid pRPA-BCAT98 described in Example 15 was opened by the enzymes Sfil and Seal to replace the 2.42 kb fragment carrying the deletion in the 5 'part of the coding gene for the RepB primase by the 2.96 kb Sfil-Scal fragment extracted from the plasmid RSF1010 ⁇ 18 carrying a phase deletion of 267 bp in the 5 'part of the repB gene (Frey et ai, 1992, Gene 113: 101-106).
  • Example 19 Use of the plasmids pRPA-BCAT126 and pRPA-BCAT143 for the expression of nitrilase in W
  • BCAT143, pRPA-BCAT98, pXL2035 were introduced into the strain of E. coli W by electroporation and expression cultures were carried out under the conditions described in Example 2 using the following antibiotics: Tetracycline 12 ⁇ g / ml for pRPA-BCAT41-531 and pRPA-BCAT126, kanamycin 50 ⁇ g ml for pXL2035 , Streptomycin 100 ⁇ g / ml for pRPA-BCAT98 and pRPA-BCAT143, Chloramphenicol 20 ⁇ g / ml for pRPA-BCAT127. For each combination of plasmids, two to three clones were analyzed and the average results are presented in Table 8.
  • Table 8 Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT126, pRPA-BCAT127, pRPA-
  • ABBREVIATIONS g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
  • the combinations of the plasmid pRPA-BCAT143 with one of the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT127 or pRPA-BCAT126 make it possible to maintain the productivity of the cultures produced with the strains hosting the plasmid pXL2035.

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Abstract

The invention concerns an industrial method for preparing heterologous proteins in E.coli, which consists in seeding and cultivating in an appropriate culture medium E.coli bacteria modified with an appropriate system for expressing heterologous proteins, characterised in that the E.coli strain is an E.coli W strain.

Description

PROCEDE INDUSTRIEL DE PRODUCTION DE PROTEINES HETEROLOGUES CHEZ E. COLI ET SOUCHES UTILES POUR LE PROCEDE INDUSTRIAL PROCESS FOR PRODUCING HETEROLOGOUS PROTEINS IN E. COLI AND STRAINS USEFUL FOR THE PROCESS
La présente invention concerne un nouveau procédé industriel de production de protéines hétérologues chez E. coli. Si pour certaines protéines hétérologues à très haute valeur ajoutée le prix de revient de leur procédé de préparation reste un facteur négligeable par rapport à la finalité de la protéine hétérologue (dans le domaine pharmaceutique notamment), le développement de la production industrielle de protéines hétérologues de moindre valeur ajoutée dans E. coli passe par la prise en compte de facteurs de production tels que la nécessité d'avoir une biomasse élevée et une très forte teneur en protéines hétérologues produites pour un coût le plus bas possible, lequel coût doit tenir compte de la nature du milieux, du rendement énergétique et en réactifs, et des conditions opératoires. Pour des productions industrielles avec des volumes réactionnels pouvant atteindre plusieurs dizaines de m3, on cherchera les milieux et les conditions opératoires les plus simples possibles. La présente invention consiste en la sélection d'une souche de E. coli appropriée pour répondre aux conditions ci-dessus, essentielles à la production industrielle économiquement satisfaisante de protéines hétérologues, indépendamment de la valeur de la protéine produite.The present invention relates to a new industrial process for the production of heterologous proteins in E. coli. If for certain heterologous proteins with very high added value the cost price of their preparation process remains a negligible factor compared to the purpose of the heterologous protein (in the pharmaceutical field in particular), the development of the industrial production of heterologous proteins of lower added value in E. coli requires taking into account production factors such as the need to have a high biomass and a very high content of heterologous proteins produced at the lowest possible cost, which cost must take into account the nature of the media, the energy and reagent yields, and the operating conditions. For industrial productions with reaction volumes of up to several tens of m 3 , the simplest possible environments and operating conditions will be sought. The present invention consists in the selection of an E. coli strain suitable for meeting the above conditions, essential for the economically satisfactory industrial production of heterologous proteins, independently of the value of the protein produced.
Les souches d'E. coli les plus couramment utilisées pour les travaux de biologie moléculaire dérivent de la souche Kl 2 (Swartz, 1996, In Εscherichia coli and Salmonella, Cellular and Molecular Biology, 2nd édition, ASM Press Washington, ppl693-1711). Des dérivés d'E. coli B, tels que BL21, sont également utilisés pour la production de protéines à cause de leur propriétés physiologiques. Un tableau des souches les plus couramment utilisées pour la production de protéines recombinantes est donné par Wingfield, 1997 (Current Protocols in Protein Science, Coligan et al. Εd, John Wiley & Sons, Inc, 5.0.1-5.0.3).The strains of E. coli most commonly used for molecular biology work are derived from the strain Kl 2 (Swartz, 1996, In Εscherichia coli and Salmonella, Cellular and Molecular Biology, 2 nd edition, ASM Press Washington, ppl693-1711). Derivatives of E. coli B, such as BL21, are also used for the production of proteins because of their physiological properties. A table of the strains most commonly used for the production of recombinant proteins is given by Wingfield, 1997 (Current Protocols in Protein Science, Coligan et al. Εd, John Wiley & Sons, Inc, 5.0.1-5.0.3).
De nombreux systèmes d'expression de protéines chez des hôtes bactériens ont été décrits (Makrides, 1996, Microbiol. Rev. 60:512-538; Current Opinions in Biotechnology, 1996, 7). Un système d'expression est constitué d'un promoteur, de son régulateur, d'un site de fixation du ribosome suivi d'un site de restriction permettant l'insertion du gène d'intérêt, d'une structure pouvant servir de terminateur de transcritption, éventuellement de gènes dont la coexpression augmentent la qualité de la protéine d'intérêt surexprimée et d'un ou plusieurs vecteurs permettant d'introduire dans l'hôte ces combinaisons.Numerous protein expression systems in bacterial hosts have been described (Makrides, 1996, Microbiol. Rev. 60: 512-538; Current Opinions in Biotechnology, 1996, 7). An expression system consists of a promoter, its regulator, a ribosome binding site followed by a restriction site allowing the insertion of the gene of interest, a structure which can serve as a terminator for transcription, possibly of genes whose coexpression increases the quality of the protein of overexpressed interest and of one or more vectors making it possible to introduce these combinations into the host.
Le promoteur doit présenter au moins trois caractéristiques pour être utilisé dans un procédé de production de protéines (Makrides, 1996, précité) :The promoter must have at least three characteristics to be used in a protein production process (Makrides, 1996, supra):
- il doit être fort et conduire à l'accumulation de la protéine d'intérêt qui peut représenter 10 à 50 % des protéines totales de la cellule hôte;- it must be strong and lead to the accumulation of the protein of interest which can represent 10 to 50% of the total proteins of the host cell;
- il doit pouvoir être régulé de façon pouvoir autant que possible découpler la phase de production de biomasse de la phase de production de la protéine; - il doit être inductible (passage d'un niveau de faible activité transcriptionnelle à un niveau maximal d'activité transcriptionnelle) avec des conditions de procédé simples et bon marché.- it must be able to be regulated so as to be able as far as possible to decouple the biomass production phase from the protein production phase; - it must be inducible (transition from a level of low transcriptional activity to a maximum level of transcriptional activity) with simple and inexpensive process conditions.
De nombreux promoteurs ont été décrits pour l'expression chez E. coli (Makrides, 1996, précité; Weickert et ai, 1996, Current Opinions in Biotechnology 7 : 494-499). Parmi les promoteurs homologues utilisés pour la production de protéines chez E. coli, on peut citer les promoteurs lac, trp, lpp,phoA, recA, araBAD, proU, cst-1, tetA, cadA, nar, tac, trc, Ipp-lac, Ysyn, cspA. Parmi les promoteurs hétérologues utilisés pour la production de protéines chez E. coli, on peut citer les promoteurs PL, PL-9G-50, ?R-?L, T7, XPL- PT7, T3-lac, T5-lac, T4 gène 32, nprM-lac, VHb, Protéine A. Un certain nombre d'inconvénients sont liés à ces promoteurs. On peut citer pour certains d'entre-eux l'utilisation de l'IPTG comme molécule inductrice, dont le prix peut représenter plus de 14 % du coût du milieu. D'autres utilisent une régulation par la température, difficile à mettre en œuvre à l'échelle d'un fermenteur industriel de 100 m3.Many promoters have been described for expression in E. coli (Makrides, 1996, supra; Weickert et al, 1996, Current Opinions in Biotechnology 7: 494-499). Among the homologous promoters used for the production of proteins in E. coli, there may be mentioned the promoters lac, trp, lpp, phoA, recA, araBAD, proU, cst-1, tetA, cadA, nar, tac, trc, Ipp- lake, Ysyn, cspA. Among the heterologous promoters used for the production of proteins in E. coli, mention may be made of the promoters PL, PL-9G-50,? R-? L, T7, XPL- PT7, T3-lac, T5-lac, T4 gene 32, nprM-lac, VHb, Protein A. A number of drawbacks are linked to these promoters. We can cite for some of them the use of IPTG as an inducing molecule, the price of which can represent more than 14% of the cost of the medium. Others use temperature regulation, which is difficult to implement on the scale of an industrial fermenter of 100 m 3 .
Les vecteurs les plus couramment utilisés pour l'expression de protéines chez E. coli dérivent du plasmide pBR322 (Swartz, 1996, précité; Makrides, 1996, précité). Ils sont présents dans les cellules à un certain nombre de copies, déterminé par l'interaction de deux ARN codés par le plasmide, RNAI et RNAII (Polisky, 1988, Cell 55 : 929-932). L'interaction de l'ARNI avec l'ARNII inhibe la maturation de l'AR II en une forme nécessaire à l'initiation de la réplication du plasmide. Cette interaction est modulée par la protéine ROP dont le gène est présent sur pBR322 mais pas sur certains dérivés tels que les plasmides de type pUC (Lin-Chao et Cohen, 1991, Cell 65 : 1233- 1242). En matière de régulation du nombre de copies du plasmide d'expression chez E. coli, plusieures stratégies sont citées (Swartz, 1996, précité; Makrides, 1996, précité). jThe most commonly used vectors for protein expression in E. coli are derived from the plasmid pBR322 (Swartz, 1996, supra; Makrides, 1996, supra). They are present in cells at a number of copies, determined by the interaction of two RNAs encoded by the plasmid, RNAI and RNAII (Polisky, 1988, Cell 55: 929-932). The interaction of RNAI with RNAII inhibits the maturation of AR II in a form necessary for the initiation of replication of the plasmid. This interaction is modulated by the ROP protein whose gene is present on pBR322 but not on certain derivatives such as plasmids of the pUC type (Lin-Chao and Cohen, 1991, Cell 65: 1233-1242). In terms of regulating the copy number of the expression plasmid in E. coli, several strategies are cited (Swartz, 1996, supra; Makrides, 1996, supra). j
On retiendra notamment qu'un fort nombre de copies de plasmide d'expression conduit à un niveau élevé d'ARN messagers de la protéine désirée, mais peut être pénalisant pour le métabolisme de la souche hôte (Bailey, 1993, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 48 : 29-52). La stabilité des plasmides d'expression est un critère important d'autant plus que les fermentations industrielles tendent à ne pas utiliser d'antibiotiques dans les fermenteurs. Plusieurs stratégies ont été développées pour stabiliser les plasmides d'expression dont le clonage du locus cer du plasmide naturel ColEl . Ce locus a été caractérisé (Leung et ai, 1985, DNA 4 : 351-355) et son insertion sur des plasmides multi-copies a été décrite comme ayant un effet bénéfique sur la stabilité de ces plasmides (Summers et Sherratt, 1984, Cell 36 : 1097-1103).In particular we note that a high copy number expression plasmid resulted in high levels of messenger RNA of the desired protein, but may be detrimental to the metabolism of the host strain (Bailey, 1993, Adv. Biochem. Eng Biotechnol. 48: 29-52). The stability of expression plasmids is an important criterion, especially since industrial fermentations tend not to use antibiotics in fermenters. Several strategies have been developed to stabilize the expression plasmids, including the cloning of the cer locus of the natural plasmid ColEl. This locus has been characterized (Leung et ai, 1985, DNA 4: 351-355) and its insertion on multi-copy plasmids has been described as having a beneficial effect on the stability of these plasmids (Summers and Sherratt, 1984, Cell 36: 1097-1103).
Si les souches et les systèmes d'expression ci-dessus permettent d'obtenir de bons rendements de production de protéines hétérologues, leur emploi reste limité à la production de protéines hétérologues à très haute valeur ajoutée pour lesquelles le prix de revient du système de production (souche bactérienne, milieu et conditions de culture, matières premières) est minime comparé à la valeur de la protéine produite. Comme exemples de telles protéines à très haute valeur ajoutée, on trouve plus particulièrement les protéines hétérologues destinées à un usage pharmaceutique comme par exemple l'hormone humaine de croissance, l'interféron humain consensus alpha, les interleukines humaines lβ, αl, 2, l'interféron leucocytaire humain, l'hormone parathyroïdique humaine, l'insuline humaine, l'albumine sérique humaine, la Proapolipoprotéine humaine A-l (Lee, 1996, Trends in Biotechnol. 14:98-105 ; Latta et ai, 1987, Bio/Technology 5 : 1309-1313).If the above strains and expression systems make it possible to obtain good yields of production of heterologous proteins, their use remains limited to the production of heterologous proteins with very high added value for which the cost price of the production system (bacterial strain, medium and culture conditions, raw materials) is minimal compared to the value of the protein produced. As examples of such proteins with very high added value, there are more particularly heterologous proteins intended for pharmaceutical use such as, for example, human growth hormone, consensus human interferon alpha, human interleukins lβ, αl, 2, l leukocyte interferon, human parathyroid hormone, human insulin, human serum albumin, human Proapolipoprotein Al (Lee, 1996, Trends in Biotechnol. 14: 98-105; Latta et ai, 1987, Bio / Technology 5: 1309-1313).
Toutefois, pour la production d'intermédiaire chimique de masse (Lee, 1997, Nature Biotech. 15 :17-18) ou pour la production d'enzymes à usage industriel, notamment des catalyseurs nécessaires à la production de composés chimiques, le prix de revient du système de production devient un facteur dominant à prendre en considération pour évaluer l'intérêt technique du dit système.However, for the production of mass chemical intermediates (Lee, 1997, Nature Biotech. 15: 17-18) or for the production of enzymes for industrial use, in particular the catalysts necessary for the production of chemical compounds, the price of returns from the production system becomes a dominant factor to be taken into account to assess the technical interest of said system.
Pour la production de protéines hétérologues dans des bactéries, la productivité du système de culture employé peut être significativement augmentée en utilisant des stratégies de culture à haute densité cellulaire (S. Makrides, 1996, précité; Wingfield, 1997, précité). Parmi celles-ci se trouve la stratégie de fed-batch (Jung et ai, 1988, Ann. Inst. Pasteur /Micrbiol. 139 : 129-146 ; Kleman et ai, 1996, Appl. Environ. Microbiol. 62 : 3502-3507 ; Lee, 1996, précité ; Bauer et White. 1976, Biotechnol. Bioeng. 18 : 839-846 ). Cette stratégie, combinée à l'utilisation d'un promoteur Ptrp, a permi d'atteindre des productivités importantes : 55 g de poids sec par litre et 2,2 g de protéine hétérologue par litre (Jung et ai, 1988, précité). Il est fait état de productions en routine de 35 à 50 g de poids sec par litre (Wingfield, 1997, précité).For the production of heterologous proteins in bacteria, the productivity of the culture system employed can be significantly increased using high cell density culture strategies (S. Makrides, 1996, supra; Wingfield, 1997, supra). Among these is the fed-batch strategy (Jung et ai, 1988, Ann. Inst. Pasteur / Micrbiol. 139: 129-146; Kleman et ai, 1996, Appl. Environ. Microbiol. 62: 3502-3507; Lee, 1996, supra; Bauer and White. 1976, Biotechnol. Bioeng. 18: 839-846). This strategy, combined with the use of a P tr p promoter, made it possible to achieve significant productivities: 55 g of dry weight per liter and 2.2 g of heterologous protein per liter (Jung et ai, 1988, cited above ). Routine production of 35 to 50 g dry weight per liter is reported (Wingfield, 1997, cited above).
Cependant, les souches et systèmes ci-dessus ne permettent pas d'obtenir des densités de culture suffisantes pour la production industrielle de protéines hétérologues dont la valeur (prix de revient) doit être négligeable au regard de leur finalité (notamment pour la préparation de catalyseurs biologiques). La présente invention réside dans la sélection d'une souche de E. coli particulière, appropriée pour la production industrielle de protéines hétérologues. La souche utile pour le procédé selon l'invention est une souche E. coli W, plus particulièrement la souche W référencée à l'ATCC sous le numéro 9637.However, the above strains and systems do not make it possible to obtain sufficient culture densities for the industrial production of heterologous proteins whose value (cost) must be negligible with regard to their purpose (in particular for the preparation of catalysts organic). The present invention resides in the selection of a particular E. coli strain, suitable for the industrial production of heterologous proteins. The strain useful for the process according to the invention is an E. coli W strain, more particularly the W strain referenced in the ATCC under the number 9637.
Cette souche W (ATCC 9637), est bien connue et décrite dans de nombreuses publications (Davies & Mingioli, 1950, J. Bact., 60: 17-28 ; Doy et Brown, 1965, Biochim. Biophys. Acta, 104: 377-389 ; Brown et Doy, 1966, Biochim. Biophys. Acta, 118: 157-172 ; Wilson & Holden, 1969, J. Biol. Chem., 244: 2737-2742 ; Wilson & Holden, 1969, J. Biol. Chem., 244: 2743-2749 ; White, 1976, J. Gen. Microbiol., 96: 51-62 ; Shaw & Duncombe, 1963, Ananlyst 88: 694-701 ; Br. Pharmacopoeia, 1993, 2: A164-A169 ; Huang et al, US 3,088,880; Hamsher et al, US 3,905,868; Takahashi et a , US 3,945,888; Huang et al, US 3,239,427; Burkholder, 1951, Science, 114: 459- 460 ; Prieto et al, 1996, J. Bact, 178: 11-120 ; Lee 1996, précité; Lee & Chang, 1995, Can. J. Microbiol. 41: 207-215; Lee et al., 1994, Biotechnol. Bioeng., 44: 1337-1347 ; Lee & Chang, 1993, Biotechnology Letters, 15: 971-974; Bauer et White, 1976, précité; Bauer et Shiloach, 1974, Biotechnol. Bioeng 16: 933-941 ; Gleiser et Bauer, 1981, Biotechnol. Bioeng., 23: 1015-1021 ; Lee et Chang, 1995, Advances in Biochem. Εngine./Biotech. 52 : 27-58). La souche W (ATCC9637) a ainsi été utilisée pour la production d'acide 3-polyhydroxybutyrique (PHA) après introduction d'un plasmide portant l'opéron dAlcaligenes eutrophus codant pour des enzymes impliquées dans la biosynthèse du PHA (Lee et Chang, 1993, précité; Lee et Chang, 1995, précité ; Lee et al., 1994).This strain W (ATCC 9637) is well known and described in numerous publications (Davies & Mingioli, 1950, J. Bact., 60: 17-28; Doy and Brown, 1965, Biochim. Biophys. Acta, 104: 377 -389; Brown and Doy, 1966, Biochim. Biophys. Acta, 118: 157-172; Wilson & Holden, 1969, J. Biol. Chem., 244: 2737-2742; Wilson & Holden, 1969, J. Biol. Chem., 244: 2743-2749; White, 1976, J. Gen. Microbiol., 96: 51-62; Shaw & Duncombe, 1963, Ananlyst 88: 694-701; Br. Pharmacopoeia, 1993, 2: A164-A169 ; Huang et al, US 3,088,880; Hamsher et al, US 3,905,868; Takahashi et a, US 3,945,888; Huang et al, US 3,239,427; Burkholder, 1951, Science, 114: 459-460; Prieto et al, 1996, J. Bact , 178: 11-120; Lee 1996, supra; Lee & Chang, 1995, Can. J. Microbiol. 41: 207-215; Lee et al., 1994, Biotechnol. Bioeng., 44: 1337-1347; Lee & Chang, 1993, Biotechnology Letters, 15: 971-974; Bauer and White, 1976, supra; Bauer and Shiloach, 1974, Biotechnol. Bioeng 16: 933-941; Gleiser and Bauer, 1981, Biotec hnol. Bioeng., 23: 1015-1021; Lee and Chang, 1995, Advances in Biochem. Εngine. / Biotech. 52: 27-58). The strain W (ATCC9637) was thus used for the production of 3-polyhydroxybutyric acid (PHA) after introduction of a plasmid carrying the operon of Alcaligenes eutrophus coding for enzymes involved in the biosynthesis of PHA (Lee and Chang, 1993 , supra; Lee and Chang, 1995, supra; Lee et al., 1994).
La souche W a aussi été utilisée en cultures à haute densité cellulaire (Bauer et White, 1976, précité; Bauer et Shiloach, 1974, précité ; Gleiser et Bauer, 1981, précité ; Lee et Chang, 1993, précité ; Lee et al., 1997, Biotechnology Techniques 11 : 59-62 ). Des biomasses de 125 g de poids sec par litre ont ainsi pu être obtenues (Lee et Chang, 1993, précité) en utilisant du saccharose comme source carbonée.The W strain has also been used in high cell density cultures (Bauer and White, 1976, supra; Bauer and Shiloach, 1974, supra; Gleiser and Bauer, 1981, supra; Lee and Chang, 1993, supra; Lee et al., 1997, Biotechnology Techniques 11: 59-62). Biomasses of 125 g dry weight per liter have thus been obtained (Lee and Chang, 1993, cited above) using sucrose as the carbon source.
Toutefois, cette souche n'a jamais été décrite pour la production de protéines recombinantes. En outre, en combinant un plasmide portant l'opéron dAlcaligenes eutrophus codant pour des enzymes impliquées dans la biosynthèse du PHA et une stratégie de culture à haute densité cellulaire de la souche W recombinante correspondante, Lee et Chang (1993, précité) ont obtenu de moins bonnes productivité de PHA qu'avec une souche XLl-Blue dérivée de la souche Kl 2 (Lee et Chang, 1995, précité ; Lee, 1996, précité).However, this strain has never been described for the production of recombinant proteins. In addition, by combining a plasmid carrying the operon of Alcaligenes eutrophus encoding enzymes involved in the biosynthesis of PHA and a strategy of high cell density culture of the corresponding recombinant W strain, Lee and Chang (1993, cited above) obtained poorer PHA productivity than with an XL1-Blue strain derived from the Kl 2 strain (Lee and Chang, 1995, cited above; Lee, 1996, cited above).
La présente invention concerne donc un procédé industriel de préparation de protéines hétérologues dans E coli, dans lequel on ensemence et on cultive dans un milieu de culture approprié des bactéries E coli modifiées avec un système d'expression de protéines hétérologues approprié, caractérisé en ce que la souche de E. coli est une souche E. coli W. Plus préférentiellement la souche W est la souche W déposée à l 'ATCC sous le numéro 9637.The present invention therefore relates to an industrial process for the preparation of heterologous proteins in E coli, in which is seeded and cultivated in an appropriate culture medium, modified E coli bacteria with an appropriate heterologous protein expression system, characterized in that the E. coli strain is an E. coli W. strain More preferably, the W strain is the W strain deposited at the ATCC under the number 9637.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la souche W est un dérivé de la souche déposée à l 'ATCC sous le numéro 9637 obtenu par sélection clonale ou manipulation génétique. Par procédé industriel, on entend selon l'invention tout procédé dont le volume de culture des bactéries est supérieur au volume de culture usuel employé dans les laboratoires de recherche. De manière générale, on entend par procédé industriel tout procédé pour lequel le volume de culture est supérieur à 2 litres, de préférence supérieur ou égal à 10 litres, plus préférentiellement supérieur ou égal à 20 litres, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 50 litres. Le procédé selon l'invention est particulièrement approprié pour des volumes de culture de plusieurs dizaine de m3, jusqu'à plus de 100 m3.According to a particular embodiment of the invention, the strain W is a derivative of the strain deposited at the ATCC under number 9637 obtained by clonal selection or genetic manipulation. By industrial process is meant according to the invention any process in which the culture volume of bacteria is greater than the usual culture volume used in research laboratories. In general, by industrial process is meant any process for which the culture volume is greater than 2 liters, preferably greater than or equal to 10 liters, more preferably greater than or equal to 20 liters, even more preferably greater than or equal to 50 liters. . The method according to the invention is particularly suitable for culture volumes of several ten m 3 , up to more than 100 m 3 .
Le milieu de culture approprié est un milieu de culture approprié pour l'obtention d'une forte densité de biomasse et une forte teneur en protéines hétérologues produites. Plusieurs types de milieux (définis, complexes et semi-définis) peuvent être utilisés pour la culture à haute densité cellulaire (Lee, 1996, précité). Si les milieux connus de l'état de la technique et en particulier les milieux semi-définis permettent de cumuler une bonne reproductibilité de la composition du milieu et une bonne oThe appropriate culture medium is a culture medium suitable for obtaining a high density of biomass and a high content of heterologous proteins produced. Several types of media (defined, complex and semi-defined) can be used for high cell density culture (Lee, 1996, cited above). If the media known from the state of the art and in particular semi-defined media make it possible to combine good reproducibility of the composition of the medium and good o
productivité de la culture (Lee, 1996, précité) le développement d'un tel milieu requiert toutefois une optimisation empirique pour la prise en compte des contraintes économiques énoncées auparavant (Lee, 1996, précité).productivity of culture (Lee, 1996, supra) the development of such an environment, however, requires empirical optimization to take into account the economic constraints previously stated (Lee, 1996, supra).
Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le milieu de culture comprend du saccharose comme principale source de carbone. Par principale source de carbone, on entend selon l'invention que le saccharose représente au moins 50 % en poids du poids total des sources de carbone du milieu de culture, plus préférentiellement au moins 75 % en poids, encore plus préférentiellement au moins 85 % en poids. Selon un mode plus préférentiel de réalisation de l'invention, le milieu de culture ne comprend substantiellement que du saccharose comme source de carbone. Il est entendu que pour le procédé selon l'invention, le milieu de culture peut comprendre des additifs appropriés de manière à augmenter le rendement global de l'invention. Ces additifs peuvent avoir comme fonction annexe de se comporter comme source de carbone à la culture des bactéries. Toutefois, ces additifs ne seront pas considérés comme source de carbone au sens de la présente invention si les bactéries E coli W employées dans le procédé selon l'invention ne peuvent croître sur lesdits additifs comme seule source de carbone.According to a preferred embodiment of the invention, the culture medium contains sucrose as a main carbon source. By main source of carbon is meant according to the invention that the sucrose represents at least 50% by weight of the total weight of the carbon sources of the culture medium, more preferably at least 75% by weight, even more preferably at least 85% in weight. According to a more preferential embodiment of the invention, the culture medium comprises substantially only sucrose as a carbon source. It is understood that for the method according to the invention, the culture medium can comprise appropriate additives so as to increase the overall yield of the invention. These additives can have the additional function of behaving as a carbon source to the culture of bacteria. However, these additives will not be considered as a carbon source within the meaning of the present invention if the E coli W bacteria used in the process according to the invention cannot grow on said additives as the only carbon source.
De manière avantageuse, la quantité de saccharose dans le milieu de culture du procédé selon l'invention est comprise entre 0,1 et 300 g/1 en début de culture (avant l'ensemencement), de préférence entre 0,5 et 200 g/1. Il est entendu que le saccharose constituant la principale source de carbone du milieu selon l'invention, la quantité de saccharose ira diminuant au cours du procédé. En général, en fin de réaction la quantité de saccharose dans le milieu de culture en fin de réaction est comprise entre 0 et 10 g/1.Advantageously, the amount of sucrose in the culture medium of the process according to the invention is between 0.1 and 300 g / 1 at the start of culture (before seeding), preferably between 0.5 and 200 g / 1. It is understood that the sucrose constituting the main source of carbon of the medium according to the invention, the amount of sucrose will decrease during the process. In general, at the end of the reaction, the amount of sucrose in the culture medium at the end of the reaction is between 0 and 10 g / l.
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, le milieu de culture approprié comprend en outre une source d'azote organique complémentaire. Cette source d'azote organique complémentaire peut être constituée par toutes les sources d'azote organique connues de l'homme du métier. De préférence, la source d'azote organique complémentaire est constituée par des extraits protéiques. Ces extraits protéiques ont plus préférentiellement la composition suivante : (en g acides aminés pour 100g de produit) Alanine entre 10 et 4, Aspartique entre 11 et 4, Glycine entre 22 et 2,5 et Lysine entre 7 et 4. Les peptones ou protéines de viande ou de pomme de terre répondent à un tel profil est sont particulièrement préférées pour le procédé selon l'invention, plus particulièrement les dérivés de protéines de pomme de terre. Par système d'expression de protéines hétérologues approprié, on entend selon l'invention tout système d'expression comprenant des éléments de régulation appropriés pour l'expression de protéines hétérologues dans E. coli W. Ces éléments de régulation comprennent notamment les promoteurs, les sites de fixation aux ribosomes, les terminateurs de transcription.According to an advantageous embodiment of the invention, the appropriate culture medium also comprises a source of additional organic nitrogen. This source of additional organic nitrogen can be constituted by all the sources of organic nitrogen known to those skilled in the art. Preferably, the source of additional organic nitrogen consists of protein extracts. These protein extracts more preferably have the following composition: (in g amino acids per 100g of product) Alanine between 10 and 4, Aspartic between 11 and 4, Glycine between 22 and 2.5 and Lysine between 7 and 4. Peptones or proteins Meat or potato meet such a profile and are particularly preferred for the process according to the invention, more particularly the potato protein derivatives. The expression “appropriate heterologous protein expression system” is understood to mean, according to the invention, any expression system comprising regulatory elements suitable for the expression of heterologous proteins in E. coli W. These regulatory elements include in particular promoters, ribosome binding sites, transcription terminators.
De manière avantageuse, le système d'expression comprend un promoteur R^-n. Le promoteur P{rp a été utilisé dans plusieurs exemples (Demande ΕP 0 198 745 ; Demande CIP N° 08/194,588 ; Demande WO 97/04083 ; Latta et ai, 1987, Bio/Technology 5 : 1309-1314 ; Denèfle et ai, 1987, Gène 56 : 61-70). En particulier, Latta et ai (1990, DNA Cell. Biol. 9 : 129-137) ont conduit une étude détaillée sur l'influence de séquences régulatrices en amont du promoteur, de séquences promotrices dupliquées en tandem et sur l'influence de la coexpression du represseur TrpR. Leur construction de référence, pXL534, a servi de base à la construction de pXL642 (Demande CIP N° 08/194,588 ) utilisée dans les exemples qui illustrent la présente invention. De manière préférentielle, le promoteur Ptrp comprend la séquence d'acides nucléiques représentée par l'identificateur de séquence n° 1 (SEQ ID NO 1).Advantageously, the expression system comprises an R ^ - n promoter. The promoter P { r p was used in several examples (Application ΕP 0 198 745; Application CIP N ° 08 / 194,588; Application WO 97/04083; Latta et ai, 1987, Bio / Technology 5: 1309-1314; Denèfle et ai , 1987, Gene 56: 61-70). In particular, Latta et al (1990, DNA Cell. Biol. 9: 129-137) conducted a detailed study on the influence of regulatory sequences upstream of the promoter, of promoter sequences duplicated in tandem and on the influence of coexpression of the TrpR repressor. Their reference construction, pXL534, served as the basis for the construction of pXL642 (CIP Application No. 08 / 194,588) used in the examples which illustrate the present invention. Preferably, the promoter P tr p comprises the nucleic acid sequence represented by the sequence identifier No. 1 (SEQ ID NO 1).
Selon un mode de réalisation de l'invention, pour améliorer le niveau d'expression de la protéine hétérologue, on effectue une coexpression des chaperons moléculaires d'E. coli GroΕSL (revue par Makrides, 1996, précité). L'augmentation de la concentration intracellulaire des protéines GroΕSL permet en effet d'assister le repliement de la protéine recombinante et améliore ainsi le taux de protéine active (Weicker et al., 1996, Curr. Opin. Biotechnol. 7 : 494-499). Les gènes dont la coexpression favorise l'expression de la protéine hétérologue selon l'invention, et sa qualité , sont compris dans le système d'expression selon l'invention. Par protéine hétérologue, on entend selon l'invention toute protéine produite par le procédé selon l'invention qui ne se trouve pas naturellement dans E. coli W, dans le système d'expression approprié selon l'invention. Il peut s'agir d'une protéine d'origine non bactérienne, par exemple d'origine animale, notamment humaine ou végétale, ou encore d'une protéine d'origine bactérienne non produite naturellement par E. coli W, ou encore d'une protéine d'origine bactérienne produite naturellement par une autre bactérie que E. coli W ou bien encore d'une protéine produite naturellement par E. coli W, dont l'expression est contrôlée par des éléments de régulation distincts de ceux du système d'expression selon l'invention, ou enfin d'une protéine dérivant des précédentes après modifications de certains éléments de sa structure primaire.According to one embodiment of the invention, to improve the level of expression of the heterologous protein, coexpression of the molecular chaperones of E. coli GroΕSL (reviewed by Makrides, 1996, cited above). Increasing the intracellular concentration of GroΕSL proteins makes it possible to assist the folding of the recombinant protein and thus improves the level of active protein (Weicker et al., 1996, Curr. Opin. Biotechnol. 7: 494-499) . The genes whose coexpression promotes the expression of the heterologous protein according to the invention, and its quality, are included in the expression system according to the invention. By heterologous protein is meant according to the invention any protein produced by the process according to the invention which is not naturally found in E. coli W, in the appropriate expression system according to the invention. It may be a protein of non-bacterial origin, for example of animal origin, in particular human or vegetable, or also a protein of bacterial origin not produced naturally by E. coli W, or alternatively a protein of bacterial origin produced naturally by another bacterium than E. coli W or alternatively a protein produced naturally by E. coli W, the expression of which is controlled by regulatory elements distinct from those of the expression system according to the invention, or finally of a protein derived from the preceding after modifications of certain elements of its primary structure.
Bien entendu, le procédé selon l'invention s'applique à toute protéine d'intérêt dont la production nécessite une forte accumulation de protéines, avant soit de les extraire et de les purifier, totalement ou en partie, soit de les employer en mélange avec la biomasse qui aura permis de les produire. C'est le cas par exemple d'enzymes utiles pour la biocatalyse de réactions chimiques, qui peuvent être employés sans opération préalable d'isolement et de purification ou aussi d'enzymes qui sont utilisées dans la bactérie hôte en cours de croissance pour la biotransformation de composés chimiques. De manière avantageuse, la protéine hétérologue est une enzyme, produite en quantités industrielles pour un usage ultérieur comme catalyseur de réactions chimiques. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'enzyme est une nitrilase, avantageusement une nitrilase d! Alcaligenes faecalis (ATCC8750) décrite dans la demande de brevet WO 98/18941 ou une nitrilase de Comamonas testosteroni sp. décrite dans la demande CIP n°08/194,588 , ou une amidase telle que celles décrites dans les demandes WO 97/04083, EP 433 1 17, EP 488 916, ou encore une hydroxyphenylpyruvate dioxygénase décrite dans la demande WO 96/38567.Of course, the method according to the invention is applicable to any protein of interest whose production requires a high accumulation of proteins, before either the extract and purify the whole or in part or to use them mixed with the biomass that will have produced them. This is the case for example of enzymes useful for biocatalysis of chemical reactions, which can be used without prior transaction isolation and purification or as enzymes that are used in the host bacterium during growth for the biotransformation of chemical compounds. Advantageously, the heterologous protein is an enzyme, produced in industrial quantities for later use as a catalyst for chemical reactions. According to a particular embodiment of the invention, the enzyme is nitrilase, preferably a nitrilase! Alcaligenes faecalis (ATCC8750) described in patent application WO 98/18941 or a nitrilase from Comamonas testosteroni sp. described in application CIP n ° 08 / 194,588, or an amidase such as those described in applications WO 97/04083, EP 433 1 17, EP 488 916, or also a hydroxyphenylpyruvate dioxygenase described in application WO 96/38567.
La présente invention concerne également une souche E. coli W telle que définie ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend un système d'expression de protéines hétérologues dont le promoteur est le promoteur Ptrp défini ci-dessus.The present invention also relates to an E. coli W strain as defined above, characterized in that it comprises a system for expression of heterologous proteins, the promoter of which is the Ptrp promoter defined above.
Les exemples ci-dessous permettent d'illustrer la présente invention, sans toutefois chercher à en limiter la portée.The examples below illustrate the present invention, without however seeking to limit its scope.
Les figures 1 à 3 en annexe représentent des cartes de plasmides employés dans les différents exemples. La figure 1 représente la carte du plasmide pRPA-BCAT41. Les sites entre parenthèse sont des sites qui ont été éliminés lors des clonages. Ptrp : promoteur tryptophane ; nitB : gène de la nitrilase ; TrrnB : terminateurs de transcription ; fin ROP : fin du gène codant pour la protéine ROP (Chambers et al.. 1988, Gène 68 : 139-149) ; ORI : origine de réplication ; RNAI/II : AR impliqués dans la réplication ( Chambers et al., précité); Te : gène de résistance à la tétracycline.Figures 1 to 3 in the appendix represent maps of plasmids used in the various examples. FIG. 1 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT41. The sites in parenthesis are sites that were eliminated during cloning. Ptrp: tryptophan promoter; nitB: nitrilase gene; TrrnB: transcription terminators; end ROP: end of the gene coding for the protein ROP (Chambers et al. 1988, Gene 68: 139-149); ORI: origin of replication; RNAI / II: AR involved in replication (Chambers et al., Cited above); Te: tetracycline resistance gene.
La figure 2 reorésente 1 carte du plasmide pRPA-BCAT127. Les sites entre parenthèse ont été éliminés lors des clonages. Ptrp : promoteur tryptophane ; nitB : gène de la nitrilase ; TrrnB : terminateurs de transcription; ORI : origine de réplication ; RNAI*/II : ARN mutés impliqués dans la réplication; Cm : gène de résistance au chloramphenicol ; cer : locus cer .FIG. 2 represents 1 map of the plasmid pRPA-BCAT127. The sites in parenthesis were eliminated during the cloning. Ptrp: tryptophan promoter; nitB: nitrilase gene; TrrnB: transcription terminators; ORI: origin of replication; RNAI * / II: mutated RNAs involved in replication; Cm: chloramphenicol resistance gene; cer: locus cer.
La figure 3 représente la carte du plasmide pRPA-BCAT103. Les sites entre parenthèse ont été éliminés lors des clonages. Sm/Sp : gène de résistance à la streptomycine et spectinomycine, parABCDE : locus par (Roberts et Helinski, 1992, J. Bacteriol. 174 : 8119-8132) ; rep, mob, D20 et ori : régions intervenant dans la réplication et le transfert du plasmide (Scholtz et al., 1989, Gène 75 : 271-288 ; Frey et al., 1992, Gène 113 : 101-106).FIG. 3 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT103. The sites in parenthesis were eliminated during the cloning. Sm / Sp: gene for resistance to streptomycin and spectinomycin, parABCDE: locus by (Roberts and Helinski, 1992, J. Bacteriol. 174: 8119-8132); rep, mob, D20 and ori: regions involved in the replication and transfer of the plasmid (Scholtz et al., 1989, Gene 75: 271-288; Frey et al., 1992, Gene 113: 101-106).
La figure 4 représente la carte du plasmide pRPA-BCAT126. Ptrp : promoteur tryptophane ; nitB : gène de la nitrilase ; TrrnB : terminateurs de transcription; ORI : origine de réplication ; RNAI*/II : ARN mutés impliqués dans la réplication; Tcr : gène de résistance à la tétracycline; cer : locus cer .FIG. 4 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT126. Ptrp: tryptophan promoter; nitB: nitrilase gene; TrrnB: transcription terminators; ORI: origin of replication; RNAI * / II: mutated RNAs involved in replication; Tc r : tetracycline resistance gene; cer: locus cer.
La figure 5 représente la carte du plasmide pRPA-BCAT143. Sm/Sp : gène de résistance à la streptomycine et spectinomycine; rep, mob, et ori : régions intervenant dans la réplication et le transfert du plasmide (Scholtz et ai, 1989, Gène 75 : 271-288 ;FIG. 5 represents the map of the plasmid pRPA-BCAT143. Sm / Sp: gene for resistance to streptomycin and spectinomycin; rep, mob, and ori: regions involved in the replication and transfer of the plasmid (Scholtz et ai, 1989, Gene 75: 271-288;
Frey et ai, 1992, Gène 113 : 101-106) ; delta se rapporte au nom de la délétion décrite dans le texte.Frey et al, 1992, Gene 113: 101-106); delta refers to the name of the deletion described in the text.
Les techniques mises en oeuvre sont des techniques classiques de biologie moléculaire et de microbiologie, connues de l'homme de l'art et décrites par exemple par Ausubel et ai, 1987 (Current Protocols in Molecular Biology, John Willey and Sons, New York), Maniatis et ai, 1982, (Molecular Cloning : a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Sring Harbor, New York), Coligan et ai, 1997 (Current Protocols in Protein Science, John Wiley & Sons, Inc).The techniques used are conventional techniques of molecular biology and microbiology, known to those skilled in the art and described for example by Ausubel et ai, 1987 (Current Protocols in Molecular Biology, John Willey and Sons, New York) , Maniatis et ai, 1982, (Molecular Cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Sring Harbor, New York), Coligan et ai, 1997 (Current Protocols in Protein Science, John Wiley & Sons, Inc).
Exemple 1 : Construction des plasmides d'expression pBCAT29 et pBCAT41.Example 1: Construction of the expression plasmids pBCAT29 and pBCAT41.
Le fragment de 1.27 kb contant le promoteur Ptrp, le site de fixation du ribosome du gène cil du phage λ (RBScII) et le gène de la nitrilase & Alcaligenes faecalis ATCC8750 (nitB) a été extrait du plasmide pRPA6BCAT6 (Demande FR 96/13077) à l'aide des enzymes de restriction EcoRI et Xbal pour être clone dans le vecteur pXL642 (décrit dans la demande CIP N°08/l 94,588) ouvert par les mêmes enzymes de restriction. Le plasmide résultant, pRPA-BCAT15 a été ouvert par les enzymes StuI et Bsml et le fragment de 4,3 kb a été ligaturé avec le fragment Stul-Bsml de 136 bp purifié de pRPA-BCAT4 (Demande FR 96/13077) pour conduire au plasmide pRPA-BCAT19. Le séquençage partiel de pRPA-BCAT19 a confirmé le remplacement du codon du résidu Asp279 de la nitrilase par le codon d'un résidu Asn279. Le fragment de 1,2 kb EcoRI-Xbal de pRPA-BCAT19 contenant la fusion P^p - :RBScII : :nitB a été ensuite clone dans le vecteur pRPA-BCAT28 ouvert par les mêmes enzymes pour conduire au plasmide pRPA-BCAT29 de 6.2 kb. Le vecteur pRPA-BCAT28 a été obtenu en ligaturant le fragment de 3,9 kb Sspl-Scal de pXL642 (demande CIP N°08/194.588) avec le fragment de 2,1 kb Smal de pHP45ΩTc (Fellay et ai, 1987, Gène 52 : 147-154) afin de remplacer le marqueur de résistance à l'ampicilline par le marqueur de résistance à la tétracycline. En détruisant le site Ndel proche de l'origine de réplication du plasmide pRPA-BCAT29 par digestion partielle Ndel et action de la Polymérase I d'E. coli (Fragment de Klenow), le plasmide pRPA- BCAT41 a été obtenu dont une carte est représentée sur la figure 1. La séquence de la cassette d'expression est représentée par l'identificateur de séquence n° 2 (SΕQ ID NO 2).The 1.27 kb fragment containing the promoter Ptrp, the binding site of the ribosome of the eyelash gene of phage λ (RBScII) and the nitrilase & Alcaligenes faecalis ATCC8750 (nitB) gene was extracted from the plasmid pRPA6BCAT6 (Request FR 96/13077 ) using the restriction enzymes EcoRI and Xbal to be cloned into the vector pXL642 (described in application CIP N ° 08 / l 94.588) opened by the same restriction enzymes. The resulting plasmid, pRPA-BCAT15 was opened by the enzymes StuI and Bsml and the 4.3 kb fragment was ligated with the Stul-Bsml fragment of 136 bp purified from pRPA-BCAT4 (Application FR 96/13077) to yield the plasmid pRPA-BCAT19. The partial sequencing of pRPA-BCAT19 confirmed the replacement of the codon of the residue Asp279 of nitrilase by the codon of a residue Asn279. The 1.2 kb EcoRI-Xbal fragment from pRPA-BCAT19 containing the P ^ p -: RBScII:: nitB fusion was then cloned into the vector pRPA-BCAT28 opened by the same enzymes to yield the plasmid pRPA-BCAT29 of 6.2 kb. The vector pRPA-BCAT28 was obtained by ligating the 3.9 kb Sspl-Scal fragment of pXL642 (CIP application N ° 08 / 194.588) with the 2.1 kb Smal fragment of pHP45ΩTc (Fellay et ai, 1987, Gene 52: 147-154) to replace the ampicillin resistance marker with the tetracycline resistance marker. By destroying the Ndel site close to the origin of replication of the plasmid pRPA-BCAT29 by partial digestion Ndel and action of Polymerase I of E. coli (Klenow fragment), the plasmid pRPA-BCAT41 was obtained, a map of which is shown in FIG. 1. The sequence of the expression cassette is represented by the sequence identifier No. 2 (SΕQ ID NO 2) .
Exemple 2 : Expression de la nitrilase d' A. faecalis ATCC 8750 chez E. coli K12, BL21, W en « batch ».Example 2: Expression of nitrilase from A. faecalis ATCC 8750 in E. coli K12, BL21, W in "batch".
Les plasmides pRPA-BCAT29 et pXL2035 (Levy-Schill et ai, 1995, Gène 161 : 15-20) ont été introduits dans les souches d'E. coli DH5α (CLONΕCH, Référence produit C1021-1), BL21 (Novagen. référence produit 69386-1) et W (ATCC9637) par électroporation classique. Des cultures d'expression ont été réalisées comme décrit dans l'exemple 5 de la demande FR 96/13077 en réduisant le temps de préculture à 8 heures et en fixant le temps d'expression à 16 heures. Les biomasses après expression ont été estimées d'après la densité optique des cultures lue à 660 nm (DO660) en utilisant la relation suivante : biomasse en gramme de poids sec par litre de culture = DO660 xThe plasmids pRPA-BCAT29 and pXL2035 (Levy-Schill et ai, 1995, Gene 161: 15-20) were introduced into the strains of E. coli DH5α (CLONΕCH, Product reference C1021-1), BL21 (Novagen. product reference 69386-1) and W (ATCC9637) by conventional electroporation. Expression cultures were carried out as described in Example 5 of application FR 96/13077 by reducing the preculture time to 8 hours and by setting the expression time to 16 hours. The biomasses after expression were estimated from the optical density of the cultures read at 660 nm (DO660) using the following relationship: biomass in grams of dry weight per liter of culture = DO660 x
0,35. Les mesures d'activité nitrilasique des cultures ont été réalisées comme décrit dans la demande FR 96/13077. Pour chaque souche, deux clones ont été analysés et pour chaque clone, l'expérience a été répétée. Le tableau 1 contient pour chaque souche la moyenne des données obtenues dans les quatre expériences.0.35. The nitrilase activity measurements of the cultures were carried out as described in application FR 96/13077. For each strain, two clones were analyzed and for each clone, the experiment was repeated. Table 1 contains for each strain the average of the data obtained in the four experiments.
Tableau 1 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA-BCAT29 etpXL2035 Table 1: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT29 and pXL2035
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé par heure et par litre de culture Ces données montrent que la souche d'E. coli W (ATCC9637) est plus performante pour exprimer la nitrilase NitB.ABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture These data show that the strain of E. coli W (ATCC9637) is more efficient at expressing nitrilase NitB.
Exemple 3 : Construction de pBCAT43.Example 3: Construction of pBCAT43.
Le gène de la polyamide hydrolase de Comamonas acidovorans N12 décrit dans la demande WO 97/04083 (pamll) a été clone dans le vecteur pBCAT41. En introduisant dans les amorces de PCR les sites de resriction EcoRI et Ncol en positionThe polyamide hydrolase gene from Comamonas acidovorans N12 described in application WO 97/04083 (pamll) was cloned into the vector pBCAT41. By introducing into the PCR primers the EcoRI and Ncol restriction sites in position
5' du gène et Xbal en position 3', le gène de cette polyamide hydrolase a été amplifié par PCR sous la forme d'un fragment d'ADN de 1,26 kb. Ce fragment a ensuite été traité successivement par l'enzyme EcoRI et la nucléase Mung Bean. Après extraction des protéines au phenol-chloroforme-alcool isoamilique, le traitement s'est poursuivi avec une digestion Xbal. De façon similaire, le vecteur pRPA-BCAT41 a été ouvert avec l'enzyme Ndel puis traité à la nucléase Mung Bean. Après extraction des protéines au phenol-chloroforme-alcool isoamilique, le traitement s'est poursuivi avec une digestion Xbal. Après ligature des ces deux échantillons, le plasmide pRPA-BCAT43 a été obtenu : il contient le promoteur Ptrp, Ie site de fixation RBScII, séparé du codon d'initiation de la traduction du gène pamll par la séquence : AATACTTACACC.5 ′ of the gene and Xbal in position 3 ′, the gene for this polyamide hydrolase was amplified by PCR in the form of a DNA fragment of 1.26 kb. This fragment was then treated successively with the EcoRI enzyme and the Mung Bean nuclease. After extraction of the proteins with phenol-chloroform-isoamilic alcohol, the treatment continued with Xbal digestion. Similarly, the vector pRPA-BCAT41 was opened with the enzyme NdeI and then treated with Mung Bean nuclease. After extraction of the proteins with phenol-chloroform-isoamilic alcohol, the treatment continued with Xbal digestion. After ligation of these two samples, the plasmid pRPA-BCAT43 was obtained: it contains the Ptrp promoter, I e binding site RBScII separated from the translation initiation codon of the gene pamll by the sequence: AATACTTACACC.
Exemple 4 : Expression de la polyamidase Pamll chez E. coli DH5α, BL21 et W en « batch ». Le plasmide pRPA-BCAT43 a été introduit dans les souches d'E. coli DH5α,Example 4: Expression of the Pamll polyamidase in E. coli DH5α, BL21 and W in "batch". The plasmid pRPA-BCAT43 was introduced into the strains of E. coli DH5α,
L21 et W par électroporation classique. Des cultures d'expression ont été réalisées comme décrit dans l'exemple 2 ci-dessus et en variant le temps d'expression de 14 à 24 heures. Les biomasses après expression ont été estimées comme dans l'exemple 2 ci- dessus. Les mesures d'activité polyamide hydrolase des cultures ont été réalisées comme décrit dans la demande WO 97/04083 avec les modifications suivantes : les cellules ont été perméabilisées avec du toluène en resuspendant les culots cellulaire dans un tampon lOOmMtrs-HCl, 5 mM EDTA pH8, toluène 1% de façon à avoir une concentration en cellules sèches d'environ 5 g/1 ; après une vigoureuse agitation, la suspension est incubée une heure à 4°C puis centrifugée et enfin les culots de cellules perméabilisées sont repris dans un tampon phosphate 100 mM , pH7. l'activité d'hydrolyse a été mesurée sur l'oligomère AB (une molécule d'acide adipique condensée à une molécule d'hexaméthylène diamine) présent à 2,5 g/1 dans le milieu réactiormel contenant du tampon phosphate de potassium 0,1 M à pH7 et incubé à 30°C sous agitation ; des prélèvements de 100 microlitres sont faits à intervalles réguliers en leur ajoutant le même volume de NaOH 0,2 N ; les échantillons sont analysés par HPLC après dilution au dixième dans une solution d'H3P04 à 50 mM.L21 and W by conventional electroporation. Expression cultures were carried out as described in Example 2 above and varying the expression time from 14 to 24 hours. The biomasses after expression were estimated as in Example 2 above. The polyamide hydrolase activity measurements of the cultures were carried out as described in application WO 97/04083 with the following modifications: the cells were permeabilized with toluene by resuspending the cell pellets in a lOOmMtrs-HCl buffer, 5 mM EDTA pH8 , toluene 1% so as to have a dry cell concentration of approximately 5 g / 1; after vigorous stirring, the suspension is incubated for one hour at 4 ° C. then centrifuged and finally the pellets of permeabilized cells are taken up in a 100 mM phosphate buffer, pH7. the hydrolysis activity was measured on the oligomer AB (a molecule of adipic acid condensed with a molecule of hexamethylene diamine) present at 2.5 g / 1 in the reaction medium containing potassium phosphate buffer 0, 1 M at pH 7 and incubated at 30 ° C with shaking; samples of 100 microliters are taken at regular intervals by adding to them the same volume of 0.2 N NaOH; the samples are analyzed by HPLC after dilution to the tenth in a 50 mM H 3 P0 4 solution.
Pour chaque souche, de 1 à 24 clones ont été analysés et pour chaque clone, une à sept expériences indépendantes ont été conduites. Le tableau 2 contient pour chaque souche la moyenne des données obtenues.For each strain, from 1 to 24 clones were analyzed and for each clone, one to seven independent experiments were carried out. Table 2 contains the average of the data obtained for each strain.
Tableau 2 : Biomasse et activités des souches hébergeant le plasmide pRPA-BCAT43Table 2: Biomass and activities of the strains hosting the plasmid pRPA-BCAT43
ABREVIATIONS : NB : nombre ; U : g d'AB hydrolyse par heure et par g de poids sec ; P : g d'AB hydrolyse par heure et par litre de cultureABBREVIATIONS: NB: number; U: g of AB hydrolyzed per hour and per g of dry weight; P: g of AB hydrolyzed per hour and per liter of culture
Ces données montrent que la souche d'E. coli W (ATCC9637) est plus performante pour exprimer la polyamidase Pamll. Exemple 5 : Construction et caractérisation du plasmide pBCAT41-531.These data show that the strain of E. coli W (ATCC9637) is more efficient in expressing Pamll polyamidase. Example 5: Construction and characterization of the plasmid pBCAT41-531.
Le plasmide pRPA-BCAT41 a subi une étape de mutagenèse réalisée avec de l'hydroxylamine comme décrit dans Miller 1992 (Mutagenesis. A short course in bacterial genetics. « A laboratory manual and handbook for E. coli and related bacteria », Cold Spring Harbour Laboratory Press, Unit 4, pp81-212) et Humphreys et ai, 1976 (Mol. Gen. Genêt. 145 : 101-108). Cinq microgrammes d'ADN plasmidique purifié sur gradient de chlorure de Césium ont été incubés 20 minutes à 80°C dans un tampon phosphate de sodium 50 mM pH6 contenant 0,5 mM EDTA et 0,4 M NH2OH. Après ajout d'un volume identique de tampon phosphate de sodium 50 mM pH6 contenant 0,5 mM EDTA, le mélange réactionnel a été dialyse contre un large excès de tampon Tris-HCl 10 mM pH7,5 contenant 1 mM EDTA et 100 mM NaCl. L'ADN plasmidique a ensuite été récupéré par précipitation et environ 20 ng d'ADN a été introduit par électroporation dans la souche DH5 hébergeant le plasmide pXL2035. Parmi les transformants obtenus, un clone a été sélectionné à cause d'une productivité de la culture 3 fois supérieure à celle d'une culture de la souche DH5α (pRPA- BCAT41, pXL2035). Le plasmide pRPA-BCAT41-531 qu'il hébergeait a été extrait et réintroduit dans un nouvel hôte DH5α hébergeant le plasmide pXL2035. Trois clones ont alors été analysés dans les conditions décrites dans l'exemple 2 en les comparant à 3 clones DH5α (pRPA-BCAT41, pXL2035) et les résultats sont présentés dans le tableau dans le tableau 3.The plasmid pRPA-BCAT41 underwent a mutagenesis step carried out with hydroxylamine as described in Miller 1992 (Mutagenesis. A short course in bacterial genetics. "A laboratory manual and handbook for E. coli and related bacteria", Cold Spring Harbor Laboratory Press, Unit 4, pp81-212) and Humphreys et al, 1976 (Mol. Gen. Genêt. 145: 101-108). Five micrograms of plasmid DNA purified on a cesium chloride gradient were incubated for 20 minutes at 80 ° C. in a 50 mM sodium phosphate buffer pH6 containing 0.5 mM EDTA and 0.4 M NH 2 OH. After adding an identical volume of 50 mM sodium phosphate buffer pH6 containing 0.5 mM EDTA, the reaction mixture was dialyzed against a large excess of 10 mM Tris-HCl buffer pH7.5 containing 1 mM EDTA and 100 mM NaCl . The plasmid DNA was then recovered by precipitation and approximately 20 ng of DNA was introduced by electroporation into the strain DH5 harboring the plasmid pXL2035. Among the transformants obtained, a clone was selected because of a productivity of the culture 3 times higher than that of a culture of the strain DH5α (pRPA-BCAT41, pXL2035). The plasmid pRPA-BCAT41-531 which it housed was extracted and reintroduced into a new DH5α host hosting the plasmid pXL2035. Three clones were then analyzed under the conditions described in Example 2 by comparing them to 3 DH5α clones (pRPA-BCAT41, pXL2035) and the results are presented in the table in Table 3.
Tableau 3 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA- BCAT41, pRPA-BCAT41-531 etpXL2035Table 3: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41, pRPA-BCAT41-531 and pXL2035
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé par heure et par litre de culture. ABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture.
Ces résultats indiquent que l'amélioration de la productivité des cultures est corrélée à la présence du plasmide pRPA-BCAT41-531.These results indicate that the improvement in the productivity of the cultures is correlated with the presence of the plasmid pRPA-BCAT41-531.
Le fragment de 1,27 kb EcoRI -Xbal contenant la fusion Pfrp - '-nitB a été extrait du plasmide pRPA-BCAT41 pour être clone à la place de celui contenu dans pRPA- BCAT41-531. Le plasmide résultant, pRPA-BCAT86 a été introduit dans la souche DH5a (pXL2035) et 3 transformants ont été étudiés dans des conditions similaires à celles décrites ci-dessus. Les résultats sont regroupés dans le tableau 4.The 1.27 kb EcoRI -Xbal fragment containing the fusion P f rp - '-nitB was extracted from the plasmid pRPA-BCAT41 to be cloned in place of that contained in pRPA-BCAT41-531. The resulting plasmid, pRPA-BCAT86 was introduced into the strain DH5a (pXL2035) and 3 transformants were studied under conditions similar to those described above. The results are collated in Table 4.
Tableau 4 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA- BCAT41, pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT86 etpXL2035Table 4: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41, pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT86 and pXL2035
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé par heure et par litre de culture ABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
Les résultats montrent que l'amélioration de la productivité des cultures hébergeant pRPA-BCAT41-531 n'est pas due à une amélioration de l'activité spécifique de la souche et que cette amélioration n'est pas causée par une mutation dans le fragment portant le promoteur Ptrp et le gène nitB.The results show that the improvement in the productivity of the cultures harboring pRPA-BCAT41-531 is not due to an improvement in the specific activity of the strain and that this improvement is not caused by a mutation in the fragment carrying the Ptrp promoter and the nitB gene.
Exemple 6 : Caractérisation d'une mutation portée par le plasmide pBCAT41-531 responsable de l'amélioration de la productivité des cultures de souches exprimant la nitrilase. L'analyse de la quantité de protéine produite par les souches de l'exemple 5 par électrophorèse en gel de polyacrylamide en présence de SDS a montré que toutes ces constructions conduisaient à des taux de synthèse de polypeptide nitrilasique comparables entre les souches décrites dans cet exemple. En revanche, des préparations d'ADN plasmidique de pRPA-BCAT41 et pRPA-BCAT41-531 réalisées à partir de quantités de biomasse équivalentes ont mis en évidence que le plasmide pRPA- BCAT41-531 est présent à plus faible nombre de copie que son parent pRPA-BCAT41. Le séquençage de la région de 994 bp de pRPA-BCAT41-531 qui s'étend depuis le site Tthl l ll et qui couvre l'origine de réplication du plasmide a mis en évidence deux différences par rapport à la séquence de la région correspondante de pBR322 (GeneBank #J01749, nom : SYNPBR322). En se référant à la numérotation donnée dans la séquence J01749 (0 est le milieu de l'unique site EcoRI), nous avons trouvé qu'une insertion d'un A avait eu lieu après la base 2319 et que le C de la position 3039 est remplacé par un T chez pRPA-BCAT41-531. La première différence est imputable à une erreur lors de l'action de la polymerase Klenow qui a servi à détruire un des sites Ndel de pRPA-BCAT29 et se situe dans une région qui n'est pas décrite comme jouant un rôle dans la réplication de pBR322 (Chambers et ai, 1988, Gène 68 : 139-149). La deuxième erreur correspond à une transition, effet caractéristique de l'hydroxy lamine sur l'ADN (Drake et Baltz, 1976, Annu. Rev. Biochem. 45 : 11-37), et se situe au niveau du deuxième nucléotide de la région transcrite en ARN I impliquée dans la réplication de pBR322 (Chambers et ai, précité). C'est cette dernière mutation qui est responsable du plus faible nombre de copies de pRPA-BCAT41-531 dans DH5 et qui est responsable de la meilleure productivité nitrilasique des cultures de la souche DH5α (pRPA-BCAT41-531, pXL2035).Example 6: Characterization of a mutation carried by the plasmid pBCAT41-531 responsible for improving the productivity of cultures of strains expressing nitrilase. Analysis of the amount of protein produced by the strains of Example 5 by polyacrylamide gel electrophoresis in the presence of SDS showed that all these constructions lead to rates of synthesis of nitrilase polypeptide comparable between the strains described in this example . On the other hand, plasmid DNA preparations of pRPA-BCAT41 and pRPA-BCAT41-531 made from equivalent amounts of biomass have demonstrated that the plasmid pRPA-BCAT41-531 is present with a lower copy number than its parent pRPA-BCAT41. The sequencing of the 994 bp region of pRPA-BCAT41-531 which extends from the Tthl ll site and which covers the origin of replication of the plasmid revealed two differences with respect to the sequence of the corresponding region of pBR322 (GeneBank # J01749, name: SYNPBR322). Referring to the numbering given in the sequence J01749 (0 is the middle of the single EcoRI site), we found that an insertion of an A had taken place after the base 2319 and that the C of position 3039 is replaced by a T at pRPA-BCAT41-531. The first difference is due to an error during the action of the Klenow polymerase which was used to destroy one of the NdeI sites of pRPA-BCAT29 and is located in a region which is not described as playing a role in the replication of pBR322 (Chambers et ai, 1988, Gene 68: 139-149). The second error corresponds to a transition, a characteristic effect of hydroxyamine on DNA (Drake and Baltz, 1976, Annu. Rev. Biochem. 45: 11-37), and is located at the level of the second nucleotide of the region transcribed into RNA I involved in the replication of pBR322 (Chambers et al, cited above). It is this latter mutation which is responsible for the lower number of copies of pRPA-BCAT41-531 in DH5 and which is responsible for the better nitrilase productivity of the cultures of the strain DH5α (pRPA-BCAT41-531, pXL2035).
Exemple 7 : Expression de la nitrilase de A. faecalis ATCC 8750 chez E. coli BL21 et E. coli W en « fed-batch » (culture semi-continue).Example 7: Expression of A. faecalis ATCC 8750 nitrilase in E. coli BL21 and E. coli W in "fed-batch" (semi-continuous culture).
Les plasmides pRPA-BCAT41-531 et pXL2035 ont été introduits par électroporation dans les souches BL21 (référence précitée) et W (ATCC9637) pour donner respectivement les souches RPA-BIOCAT594 [BL21 (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)] et RPA-BIOCAT714 [W (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)]. Les recombinants E. coli BIOCAT 594 et E. coli BIOCAT 714 ont été cultivés dans des fermenteurs de 3.5 litres contenant 2 litres de milieu dont la composition est la suivante :The plasmids pRPA-BCAT41-531 and pXL2035 were introduced by electroporation into the strains BL21 (reference cited above) and W (ATCC9637) to give respectively the strains RPA-BIOCAT594 [BL21 (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)] and RPA- BIOCAT714 [W (pRPA-BCAT41-531, pXL2035)]. The E. coli BIOCAT 594 and E. coli BIOCAT 714 recombinants were cultivated in 3.5 liter fermenters containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
Le pH est maintenu à 7,0 par ajout d'ammoniaque. La saturation en oxygène est maintenue à 20% par ajout d'air à raison de 1 volume/ volume de milieu/ minute et par agitation. Le glucose est introduit au début à une concentration finale de 2 g/ 1. Après être totalement consommé, il est introduit de manière continu à partir d'une solution mère dont la composition est la suivante : glucose 700 g/ 1 ; MgSO4.7H2O 19,6 g/ 1. La vitesse d'addition est de 2,2 g de glucose/h. 1 de milieu.The pH is maintained at 7.0 by adding ammonia. The oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring. Glucose is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: glucose 700 g / 1; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1. The addition rate is 2.2 g of glucose / h. 1 in the middle.
Après 24 heures de fermentation, le milieu est récupéré, centrifugé et le poids sec est estimé en g/ 1. L'activité enzymatique est mesurée suivant un protocole donné dans le brevet WO96/09403. Elle est exprimée en kilos de 3-hydroybutanoate d'ammonium formées par heure et par kilo de cellules sèches. After 24 hours of fermentation, the medium is recovered, centrifuged and the dry weight is estimated in g / 1. The enzymatic activity is measured according to a protocol given in patent WO96 / 09403. It is expressed in kilos of ammonium 3-hydroybutanoate formed per hour and per kilo of dry cells.
Il apparaît clairement dans cet exemple, que la nitrilase s'exprime beaucoup mieux dans E. coli W que dans E. coli BL21 et que le recombinant E. coli W BIOCAT 714 pousse beaucoup mieux que le recombinant E. coli BL21 BIOCAT 594. It is clear in this example that nitrilase is expressed much better in E. coli W than in E. coli BL21 and that the recombinant E. coli W BIOCAT 714 grows much better than the recombinant E. coli BL21 BIOCAT 594.
Exemple 8 : Influence de la source d'azote organique d'origine animale.Example 8 Influence of the organic nitrogen source of animal origin.
La souche E. coli W BIOCAT 714 est cultivée dans un fermenteur de 3,5 litres contenant 2 litres de milieu dont la composition est la suivante :The E. coli W BIOCAT 714 strain is cultivated in a 3.5 liter fermenter containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
Le pH est maintenu à 7,0 par ajout d'ammoniaque. La saturation en oxygène est maintenue à 20% par ajout d'air à raison de 1 volume/ volume de milieu/ minute et par agitation. Le glucose est introduit au début à une concentration finale de 2 g/ 1. Après être totalement consommé, il est introduit de manière continu à partir d'une solution mère dont la composition est la suivante : glucose 700 g/ 1 ; MgSO4.7H2O 19,6 g/ 1. La vitesse d'addition est de 2,2 g de glucose/h. 1 de milieu.The pH is maintained at 7.0 by adding ammonia. The oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring. Glucose is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: glucose 700 g / 1; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1. The addition rate is 2.2 g of glucose / h. 1 in the middle.
A ce milieu, on ajoute une source d'azote organique d'origine animale. To this medium, an organic nitrogen source of animal origin is added.
L'utilisation de concentration croissante en azote organique d'origine animale augmente de manière significative l'activité spécifique des cellules.The use of increasing concentration of organic nitrogen of animal origin significantly increases the specific activity of cells.
Exemple 9 : Influence de l'azote organique d'origine végétale.Example 9 Influence of organic nitrogen of vegetable origin.
Les conditions de culture sont identiques à celles de l'exemple 8. Dans cet exemple, on ajoute de l'azote organique d'origine végétal.The culture conditions are identical to those of Example 8. In this example, organic nitrogen of vegetable origin is added.
L'ajout d'azote organique végétal ne donne pas des résultats identiques suivant l'origine.The addition of vegetable organic nitrogen does not give identical results depending on the origin.
De manière surprenante, l'ajout de protéine de pomme de terre, donne d'aussi bon résultat que l'azote organique d'origine animale.Surprisingly, the addition of potato protein gives as good a result as organic nitrogen of animal origin.
Exemple 10 : influence de la source de carbone.Example 10: influence of the carbon source.
La souche E. coli W BIOCAT 714 est cultivée dans un fermenteur de 3,5 litres contenant 2 litres de milieu dont la composition est la suivante : The E. coli W BIOCAT 714 strain is cultivated in a 3.5 liter fermenter containing 2 liters of medium, the composition of which is as follows:
Le pH est maintenu à 7,0 par ajout d'ammoniaque. La saturation en oxygène est maintenue à 20% par ajout d'air à raison de 1 volume/ volume de milieu/ minute et par agitation. La source de carbone est introduite au début à une concentration finale de 2 g/ 1. Après être totalement consommée, elle est introduite de manière continu à partir d'une solution mère dont la composition est la suivante : source de carbone 700 g/ 1 ; MgSO4.7H2O 19,6 g/ 1. La vitesse d'addition est de 2,2 g de glucose ou de saccharose/h. 1 de milieu.The pH is maintained at 7.0 by adding ammonia. The oxygen saturation is maintained at 20% by adding air at the rate of 1 volume / volume of medium / minute and by stirring. The carbon source is introduced at the start at a final concentration of 2 g / 1. After being completely consumed, it is introduced continuously from a stock solution whose composition is as follows: carbon source 700 g / 1 ; MgSO 4 .7H 2 O 19.6 g / 1. The rate of addition is 2.2 g of glucose or sucrose / h. 1 in the middle.
La source de carbone est variée dans cet exemple.The carbon source is varied in this example.
Dans cet exemple, on observe que l'emploi de saccharose (sirop zéro) comme source de carbone augmente de manière significative l'activité spécifique des cellules.In this example, it is observed that the use of sucrose (zero syrup) as a carbon source significantly increases the specific activity of the cells.
Exemple 11 : Construction d'un plasmide de co-expression du régulateur TrpRExample 11 Construction of a TrpR Regulator Co-Expression Plasmid
Un fragment d'ADN de 434 bp porteur du gène trpR et de son promoteur a été extrait du plasmide pRPG9 (Gunsalus et Yanofsky, 1980, Proc. Natl. Aca. Sci. USA 77 : 7117-7121) à l'aide des enzymes de restriction Aatll et Stul. Ce fragment a été clone dans le plasmide pSL301 (Brosius, 1989, DNA 8 : 159-111) en le ligaturant au fragment d'environ 3,1 kb AatlI-StuI pour donner le plasmide pRPA-BCAT30. Le gène trpR et son promoteur ont alors été extraits de pRPA-BCAT30 sous la forme d'un fragment dEcoRI-Notl de 475 bp pour être clone dans le plasmide pXL2035 à la place d'un fragment de 240 bp EcoRI-Notl. Le plasmide résultant,pRPA-BCAT34, est donc un dérivé de pKT230 permettant l 'expression des chaperons GroESL et du régulateur TrpR.A 434 bp DNA fragment carrying the trpR gene and its promoter was extracted from the plasmid pRPG9 (Gunsalus and Yanofsky, 1980, Proc. Natl. Aca. Sca. USA 77: 7117-7121) using the enzymes restriction Aatll and Stul. This fragment was cloned into the plasmid pSL301 (Brosius, 1989, DNA 8: 159-111) by ligating it to the approximately 3.1 kb AatlI-StuI fragment to give the plasmid pRPA-BCAT30. The trpR gene and its promoter were then extracted from pRPA-BCAT30 in the form of a 475 bp dEcoRI-NotI fragment to be cloned in the plasmid pXL2035 instead of a 240 bp EcoRI-NotI fragment. The resulting plasmid, pRPA-BCAT34, is therefore a derivative of pKT230 allowing the expression of the GroESL chaperones and of the TrpR regulator.
Exemple 12 : Influence de la co-expression de GroESL et de TrpR .Example 12: Influence of the co-expression of GroESL and TrpR.
Le plasmide pRPA-BCAT34 a été introduit par électroporation dans les souche DH5α (pRPA-BCAT29), BL21 (pRPA-BCAT29) et W (pRPA-BCAT29). Des cultures d'expression de différentes souches ont été menées comme décrit dans l'exemple 2 et les résultats sont présentés dans le tableau 5.The plasmid pRPA-BCAT34 was introduced by electroporation into the strains DH5α (pRPA-BCAT29), BL21 (pRPA-BCAT29) and W (pRPA-BCAT29). Expression cultures of different strains were carried out as described in Example 2 and the results are presented in Table 5.
Tableau S : Biomasse et activités des souches hébergeant des combinaisons les plasmides pRPA-BCAT29, pXL2035 et pRPA-BCAT34Table S: Biomass and activities of the strains hosting combinations of the plasmids pRPA-BCAT29, pXL2035 and pRPA-BCAT34
ABREVIATIONS : U : Activité, kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : Productivité, kg d'HMTBA formé par heure et par litre de cultureABBREVIATIONS: U: Activity, kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: Productivity, kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
Les résultats montrent que la coexpression de GroESL permet d'augmenter la productivité des cultures quelle que soit la souche considérée en améliorant l'activité spécifique des cultures. Cet effet est corrélé avec une augmentation de la solubilité du polypeptide nitrilasique comme le montre une analyse des protéines par électrophorèse telle que décrite dans la demande FR 96/13077. L'effet de la coexpression du régulateur TrpR est variable selon les souches mais permet chez W d'améliorer la productivité des cultures. Exemple 13 : Influence de la présence d'un locus cer sur pRPA-BCAT41The results show that the coexpression of GroESL makes it possible to increase the productivity of the cultures whatever the strain considered by improving the specific activity of the cultures. This effect is correlated with an increase in the solubility of the nitrilase polypeptide, as shown by an analysis of the proteins by electrophoresis as described in application FR 96/13077. The effect of the coexpression of the TrpR regulator is variable according to the strains but allows W to improve the productivity of the cultures. Example 13 Influence of the presence of a cer locus on pRPA-BCAT41
Le fragment de 382 bp Hpall contenant le locus cer du plasmide ColEl (Leung et ai, 1985, DNA 4 : 351-355) a été clone dans la forme replicative du phage M13mp7 au niveau d'un des 2 sites Accl. La construction obtenue a alors permis d'extraire avec l'enzyme EcoRI un fragment d'environ 430 bp contenant le locus cer qui a été clone dans pRPA-BCAT41 au site EcoRI, ce qui a conduit au plasmide pRPA-BCAT66. Ce plasmide a été introduit par électroporation dans la souche W hébergeant le plasmide pRPA-BCAT34. Des cultures d'expression de différentes souches ont été menées comme décrit dans l'exemple 2 en allongeant la durée des cultures d'expression à 24 heures et en étudiant trois clones de chaque souche dans une unique expérience. Les résultats moyennes sont présentés dans le tableau 6.The 382 bp Hpall fragment containing the cer locus of the plasmid ColEl (Leung et ai, 1985, DNA 4: 351-355) was cloned in the replicative form of phage M13mp7 at one of the 2 Accl sites. The construction obtained then made it possible to extract with the enzyme EcoRI a fragment of approximately 430 bp containing the cer locus which was cloned in pRPA-BCAT41 at the EcoRI site, which led to the plasmid pRPA-BCAT66. This plasmid was introduced by electroporation into the strain W hosting the plasmid pRPA-BCAT34. Expression cultures of different strains were carried out as described in Example 2 by extending the duration of the expression cultures to 24 hours and by studying three clones of each strain in a single experiment. The average results are presented in Table 6.
Tableau 6 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA- BCAT41, pRPA-BCAT66 et pRPA-BCAT34Table 6: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41, pRPA-BCAT66 and pRPA-BCAT34
Souches Biomasse Activité ProductivitéBiomass strains Productivity Activity
(g/1) (U) (P)(g / 1) (U) (P)
W (pRPA-BCAT41, pRPA-BCAT 34) 2,1 6,9 14,5W (pRPA-BCAT41, pRPA-BCAT 34) 2.1 6.9 14.5
DH5α (pRPA-BCAT66, pRPA-BCAT34) 1, 10,0 18,0DH5α (pRPA-BCAT66, pRPA-BCAT34) 1, 10.0 18.0
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé parABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed by
Ces résultats montrent que l'ajout du locus cer sur le plasmide d'expression de la nitrilase conduit à améliorer la productivité des cultures.These results show that the addition of the cer locus to the nitrilase expression plasmid leads to improving the productivity of the cultures.
Exemple 14 : Construction du plasmide pRPA-BCAT127Example 14 Construction of the Plasmid pRPA-BCAT127
Après élimination du site unique Ndel du plasmide pRPA-BCAT30 par digestion et formation d'extrémités franches avec de la polymerase I (Fragment de Klenow), le gène trpR a été extrait de ce dernier plasmide sous la forme d'un fragment d'environ 300 bp préparé par un traitement avec l'enzyme Aatll suivi de l'action de la polymerase I (Fragment de Klenow), puis, après inactivation du mélange réactiormel, par une digestion avec l'enzyme SacII. Ce fragment a été clone dans le plasmide pRPA-BCAT66 après ouverture de celui-ci avec Tthl l l suivi d'un traitement à la polymerase I Fragment de Klenow) et, après inactivation, avec SacII. Le plasmide pRPA-BCAT82 a ainsi été obtenu. Son origine de réplication a été remplacée par celle du plasmide pRPA-BCAT41-531 en remplaçant le fragment Bstl l07I-Eaml l05I d'environ 1,12 kb. La construction sélectionnée lors de ce clonage, le plasmide pRPA- BCAT99, présente un artefact qui se manifeste sous la forme d'une délétion d'un, nucléotide au niveau du site Eaml l05I, transformant ce site en un site unique PshAI. Le marqueur de résistance du plasmide pRPA-BCAT99 a alors été changé en clonant entre les sites Aatll et PshAI un fragment AatlI-PshAI d'environ 1,07 kb préparé après amplificiation PCR du gène codant pour la résistance au chloramphenicol à partir de la matrice pACYC184 (New England Biolabs #401 -M) en utilisant les amorces Cml et Cm2 dont la séquence est : Cml : 5'-CCCCCCGACAGCTGTCTTGCTTTCGAATTTCTGCC Cm2 : 5'-TTGACGTCAGTAGCTGAACAGGAGGGAfter elimination of the unique NdeI site from the plasmid pRPA-BCAT30 by digestion and blunt ends with polymerase I (Klenow fragment), the trpR gene was extracted from this latter plasmid in the form of a fragment of approximately 300 bp prepared by treatment with the enzyme Aatll followed by the action of polymerase I (Klenow fragment), then, after inactivation of the reaction mixture, by digestion with the enzyme SacII. This fragment was cloned into the plasmid pRPA-BCAT66 after opening it with Tthl ll followed by treatment with polymerase I Fragment by Klenow) and, after inactivation, with SacII. The plasmid pRPA-BCAT82 was thus obtained. Its origin of replication has been replaced by that of the plasmid pRPA-BCAT41-531 by replacing the Bstl l07I-Eaml l05I fragment of approximately 1.12 kb. The construction selected during this cloning, the plasmid pRPA-BCAT99, exhibits an artifact which manifests itself in the form of a deletion of a nucleotide at the Eaml 105I site, transforming this site into a single PshAI site. The resistance marker of the plasmid pRPA-BCAT99 was then changed by cloning between the Aatll and PshAI sites an AatlI-PshAI fragment of approximately 1.07 kb prepared after PCR amplification of the gene coding for resistance to chloramphenicol from the template. pACYC184 (New England Biolabs # 401 -M) using the primers Cml and Cm2 whose sequence is: Cml: 5'-CCCCCCGACAGCTGTCTTGCTTTCGAATTTCTGCC Cm2: 5'-TTGACGTCAGTAGCTGAACAGGAGGG
Le plasmide ainsi obtenu a été appelé pRPA-BCAT123. Il a été ensuite modifié en éliminant le gène trpR sous la forme d'un fragment SacI-Bstl l07I d'environ 0,525 kb, et refermeture du plasmide après formation d'extrémités franches avec de la polymerase Pfu (15 minutes à 75°C dans le tampon recommandé par le fournisseur Stratagène et en présence de 0,2 mM de deoxynucléotides). Le plasmide ainsi obtenu est le plasmide pRPA-BCAT127 dont la carte est schématisée sur la figure 2.The plasmid thus obtained was called pRPA-BCAT123. It was then modified by eliminating the trpR gene in the form of a SacI-Bstl l07I fragment of approximately 0.525 kb, and reclosing of the plasmid after blunt ends formed with Pfu polymerase (15 minutes at 75 ° C. in the buffer recommended by the supplier Stratagene and in the presence of 0.2 mM deoxynucleotides). The plasmid thus obtained is the plasmid pRPA-BCAT127, the map of which is shown diagrammatically in FIG. 2.
Exemple 15 : Construction des plasmides pRPA-BCAT98 et pRPA- BCAT103 . Le plasmide pRPA-BCAT37, décrit dans la demande FR 96/13077, a été modifié en remplaçant le fragment Sfil-Scal d'environ 3,2 kb par le fragment Sfil-Scal d'environ 2,42 kb du plasmide RSF1010D20 (Frey et ai, 1992, Gène 113 : 101-106). Ce fragment contient une délétion dans la partie 5' du gène codant pour la primase RepB et réduit de 6 log la fréquence de transfert du plasmide (Frey et ai, précité). Le plasmide ainsi obtenu, pRPA-BCAT98, possède plusieurs avantages : la perte de ses fonctions de mobilisation le rend conforme aux règles de biosécurité industrielle tout en lui gardant ses caractéristiques de réplication chez les bactéries Gram-négatives. Le locus par (Gerlitz et ai, 1990, J. Bacteriol 172 : 6194-6203) a ensuite été clone sur pRPA-BCAT98 comme suit. Le fragment Sphl-BamHI d'environ 2,3 kb de pGMA28 (Gerlitz et ai, précité) a d'abord été clone dans le vecteur pUC18, ce qui a permis de l'extraire sous la forme d'un fragment HindIII-EcoRI pour le cloner dans le vecteur pMTL22 (Chambers et ai, 1988, Gène 68:139-49). Le site HindIII a ensuite été détruit par digestion HindIII et traitement à la Klenow. Un fragment d'environ 2,38 kb a alors été extrait avec les enzymes PstI et BglII pour être clone dans le vecteur pXL2426 aux sites PstI et BamHI et conduire au vecteur pXL2572. Le vecteur pXL2426 provient du remplacement du fragment de 2,38 kb SfiI-EcoRV de pXL2391 (demande FR 96/13077) par le fragment SfiI-EcoRV de 1.47 kb de RSF1010D20. Le clonage sur le plasmide pXL2572 aux sites Ndel et BamHI d'un fragment d'environ 0,960 bp Ndel-BamHI de pRR71 (Weinstein et ai. 1992, J. Bacteriol. 174 : 7486-7489) a permis de reconstituer le locus par en entier sur le plasmide pXL2573. Ce locus a alors été extrait de pXL2573 sous la forme d'un fragment de 2,6 kb EcoRI-extremité franche (après traitement par PstI et Klenow) afin d'être clone sur le plasmide pRPA- BCAT98 ouvert par EcoRI et Sacl, cette dernière extrémité ayant été traitée par la polymerase Pfu. Le plasmide résultant a été appelé pRPA-BCAT103 et sa carte est schématisée sur la figure 3.Example 15: Construction of the plasmids pRPA-BCAT98 and pRPA-BCAT103. The plasmid pRPA-BCAT37, described in application FR 96/13077, was modified by replacing the Sfil-Scal fragment of approximately 3.2 kb with the Sfil-Scal fragment of approximately 2.42 kb of the plasmid RSF1010D20 (Frey et ai, 1992, Gene 113: 101-106). This fragment contains a deletion in the 5 ′ part of the gene coding for the RepB primase and reduces the transfer frequency of the plasmid by 6 log (Frey et ai, cited above). The plasmid thus obtained, pRPA-BCAT98, has several advantages: the loss of its mobilization functions makes it conform to industrial biosecurity rules while retaining its replication characteristics in Gram-negative bacteria. The locus by (Gerlitz et al, 1990, J. Bacteriol 172: 6194-6203) was then cloned on pRPA-BCAT98 as follows. The approximately 2.3 kb Sphl-BamHI fragment of pGMA28 (Gerlitz et al, cited above) was first cloned into the vector pUC18, which made it possible to extract it in the form of a HindIII-EcoRI fragment. to clone it into the vector pMTL22 (Chambers et ai, 1988, Gene 68: 139-49). The HindIII site was then destroyed by HindIII digestion and Klenow treatment. A fragment of about 2.38 kb was then extracted with the enzymes PstI and BglII to be cloned in the vector pXL2426 at the PstI and BamHI sites and lead to the vector pXL2572. The vector pXL2426 comes from the replacement of the 2.38 kb SfiI-EcoRV fragment of pXL2391 (application FR 96/13077) with the 1.47 kb SfiI-EcoRV fragment of RSF1010D20. The cloning on the plasmid pXL2572 at the Ndel and BamHI sites of a fragment of approximately 0.960 bp Ndel-BamHI from pRR71 (Weinstein et al. 1992, J. Bacteriol. 174: 7486-7489) made it possible to reconstitute the locus by whole on plasmid pXL2573. This locus was then extracted from pXL2573 in the form of a 2.6 kb EcoRI-blunt end fragment (after treatment with PstI and Klenow) in order to be cloned on the plasmid pRPA-BCAT98 opened by EcoRI and Sacl, this last end having been treated with Pfu polymerase. The resulting plasmid was called pRPA-BCAT103 and its map is shown schematically in Figure 3.
Exemple 16 : Utilisation des plasmides pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103 et pRPA-BCAT127 pour l'expression de la nitrilase chez W.Example 16: Use of the plasmids pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103 and pRPA-BCAT127 for the expression of nitrilase in W.
Les plasmides pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 et pXL2231 (demande FR 96/13077) ont été introduits dans la souche d'E. coli W par électroporation et des cultures d'expression ont été menées dans les conditions décrites dans l'exemple 2 en utilisant les antibiotiques suivants : Tétracycline 12 μg/ml pour pXL2231, kanamycine 50 μg/ml pour pXL2035, Streptomycine 100 μg/ml pour pRPA- BCAT98 et pRPA-BCAT103, Chloramphenicol 20 μg/ml pour pRPA-BCAT127. Pour chaque combinaison de plasmides, deux à trois clones ont été analysés et les résultats moyens sont présentés dans le tableau 7. Tableau 7 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA-BCAT41- 531, pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 et pXL2231The plasmids pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 and pXL2231 (application FR 96/13077) were introduced into the strain of E. coli W by electroporation and expression cultures were carried out under the conditions described in Example 2 using the following antibiotics: Tetracycline 12 μg / ml for pXL2231, kanamycin 50 μg / ml for pXL2035, Streptomycin 100 μg / ml for pRPA- BCAT98 and pRPA-BCAT103, Chloramphenicol 20 μg / ml for pRPA-BCAT127. For each combination of plasmids, two to three clones were analyzed and the average results are presented in Table 7. Table 7: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT127, pRPA-BCAT98, pRPA-BCAT103, pXL2035 and pXL2231
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé par heure et par litre de cultureABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
Les combinaisons pRPA-BCAT127/pRPA-BCAT98 et pRPA-BCAT127/pRPA-The combinations pRPA-BCAT127 / pRPA-BCAT98 and pRPA-BCAT127 / pRPA-
BCAT103 permettent une productivité au moins équivalente en utilisant des plasmides conformes aux critères de biosécurité européens.BCAT103 allow at least equivalent productivity by using plasmids that meet European biosecurity criteria.
Exemple 17 : Construction du plasmide pRPA-BCAT126Example 17 Construction of the Plasmid pRPA-BCAT126
Le marqueur de résistance du plasmide pRPA-BCAT99 décrit dans l'exemple 14 a été changé comme suit. Le vecteur a été ouvert par les enzymes PshAI et Aatll puis traité avec de la polymerase Pfu (5 min à 75°C dans le tampon recommandé par le fournisseur Stratagene et en présence de 0,2 mM de deoxynucléotides) et le fragment d'environ 3,95 kb a été extrait d'un gel d'agarose à l'aide du kit Quiaex (Quiagen) [d'autres systèmes de récupération d'ADN peuvent aussi être utilisés, notamment ceux de type chromatographique]. Il a été mis en ligation selon une méthode classique avec le fragment de 1,32 kb HindIII-Bsml extrait du plasmide pBR322 (New England Biolabs, ref 303-3S) puis traité comme ci-dessus avec la polymerase Pfu. Parmi les plasmides obtenus, le plasmide contenant l' insert porteur du gène de résistance à la tétracycline orienté dans le même sens de transcription que la cassette d'expression de la nitrilase a été nommé pRPA-BCATl 11. Ce plasmide a alors été ouvert par les enzymes Nsil et BstZ17I puis traité à la polymerase Pfu et religué afin d'éliminer le fragment de 0,47 kb porteur du gène trpR. Le plasmide obtenu a été nommé pRPA-BCAT126 dont une carte est représentée sur la figure 4.The resistance marker of the plasmid pRPA-BCAT99 described in Example 14 was changed as follows. The vector was opened with the enzymes PshAI and Aatll and then treated with Pfu polymerase (5 min at 75 ° C. in the buffer recommended by the supplier Stratagene and in the presence of 0.2 mM deoxynucleotides) and the fragment of approximately 3.95 kb was extracted from an agarose gel using the Quiaex kit (Quiagen) [other DNA recovery systems can also be used, in particular those of the chromatographic type]. It was ligated according to a conventional method with the 1.32 kb HindIII-Bsml fragment extracted from the plasmid pBR322 (New England Biolabs, ref 303-3S) and then treated as above with the Pfu polymerase. Among the plasmids obtained, the plasmid containing the insert carrying the tetracycline resistance gene oriented in the same direction of transcription as the expression cassette of the nitrilase was named pRPA-BCATl 11. This plasmid was then opened by the enzymes Nsil and BstZ17I then treated with Pfu polymerase and religated in order to eliminate the 0.47 kb fragment carrying the trpR gene. The plasmid obtained was named pRPA-BCAT126, a map of which is shown in FIG. 4.
Exemple 18 : Construction du plasmide pRPA-BCAT143 Le plasmide pRPA-BCAT98 décrit dans l'exemple 15 a été ouvert par les enzymes Sfil et Seal pour remplacer le fragment de 2,42 kb porteur de la délétion dans la partie 5' du gène codant pour la primase RepB par le fragment de 2,96 kb Sfil-Scal extrait du plasmide RSF1010Δ18 portant une délétion en phase de 267 bp dans la partie 5' du gène repB ( Frey et ai, 1992, Gène 113 : 101-106). La délétion introduite sur pRPA-BCAT143 réduit la fréquence de transfert du plasmide à 10"6 ( Frey et ai, 1992, Gène 113 : 101-106) et le rend conforme aux exigences des règles de biosécurité. Contrairement au plasmide pRPA6BCAT98 décrit précédemment, ce nouveau plasmide conserve un nombre de copies voisin du plasmide non modifié pXL2035 (Lévy-Schill et al., 1995, Gène 161 : 15-20). IL est représenté sur la figure 2.Example 18 Construction of the Plasmid pRPA-BCAT143 The Plasmid pRPA-BCAT98 described in Example 15 was opened by the enzymes Sfil and Seal to replace the 2.42 kb fragment carrying the deletion in the 5 'part of the coding gene for the RepB primase by the 2.96 kb Sfil-Scal fragment extracted from the plasmid RSF1010Δ18 carrying a phase deletion of 267 bp in the 5 'part of the repB gene (Frey et ai, 1992, Gene 113: 101-106). The deletion introduced on pRPA-BCAT143 reduces the frequency of transfer of the plasmid to 10 "6 (Frey et ai, 1992, Gene 113: 101-106) and makes it comply with the requirements of the biosafety rules. Unlike the plasmid pRPA6BCAT98 described above, this new plasmid retains a copy number close to the unmodified plasmid pXL2035 (Lévy-Schill et al., 1995, Gene 161: 15-20), and is shown in FIG. 2.
Exemple 19 : Utilisation des plasmides pRPA-BCAT126 et pRPA-BCAT143 pour l'expression de la nitrilase chez W Les plasmides pRPA-BCAT126, pRPA-BCAT127 (décrits ci-dessus), pRPA-Example 19: Use of the plasmids pRPA-BCAT126 and pRPA-BCAT143 for the expression of nitrilase in W The plasmids pRPA-BCAT126, pRPA-BCAT127 (described above), pRPA-
BCAT143, pRPA-BCAT98, pXL2035 ont été introduits dans la souche d'E. coli W par électroporation et des cultures d'expression ont été menées dans les conditions décrites dans l'exemple 2 en utilisant les antibiotiques suivants : Tétracycline 12 μg/ml pour pRPA-BCAT41-531 et pRPA-BCAT126, kanamycine 50 μg ml pour pXL2035, Streptomycine 100 μg/ml pour pRPA-BCAT98 et pRPA-BCAT143, Chloramphenicol 20 μg/ml pour pRPA-BCAT127. Pour chaque combinaison de plasmides, deux à trois clones ont été analysés et les résultats moyens sont présentés dans le tableau 8.BCAT143, pRPA-BCAT98, pXL2035 were introduced into the strain of E. coli W by electroporation and expression cultures were carried out under the conditions described in Example 2 using the following antibiotics: Tetracycline 12 μg / ml for pRPA-BCAT41-531 and pRPA-BCAT126, kanamycin 50 μg ml for pXL2035 , Streptomycin 100 μg / ml for pRPA-BCAT98 and pRPA-BCAT143, Chloramphenicol 20 μg / ml for pRPA-BCAT127. For each combination of plasmids, two to three clones were analyzed and the average results are presented in Table 8.
Tableau 8 : Biomasse et activités des souches hébergeant les plasmides pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT126, pRPA-BCAT127, pRPA-Table 8: Biomass and activities of the strains hosting the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT126, pRPA-BCAT127, pRPA-
BCAT98, pRPA-BCAT143, pXL2035. BCAT98, pRPA-BCAT143, pXL2035.
ABREVIATIONS : g/1 : gramme de poids sec par litre de culture ; U : kg d'HMTBA formé par heure et par kg de poids sec ; P : kg d'HMTBA formé par heure et par litre de cultureABBREVIATIONS: g / 1: gram of dry weight per liter of culture; U: kg of HMTBA formed per hour and per kg of dry weight; P: kg of HMTBA formed per hour and per liter of culture
Contrairement au plasmide pBCAT98, les combinaisons du plasmide pRPA- BCAT143 avec l'un des plasmides pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT127 ou pRPA- BCAT126 permettent de conserver la productivité des cultures réalisées avec les souches hébergeant le plasmide pXL2035. Unlike the plasmid pBCAT98, the combinations of the plasmid pRPA-BCAT143 with one of the plasmids pRPA-BCAT41-531, pRPA-BCAT127 or pRPA-BCAT126 make it possible to maintain the productivity of the cultures produced with the strains hosting the plasmid pXL2035.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé industriel de préparation de protéines hétérologues dans E coli, dans lequel on ensemence et on cultive dans un milieu de culture approprié des bactéries E coli modifiées avec un système d'expression de protéines hétérologues approprié, caractérisé en ce que la souche de E. coli est une souche E. coli W.1. Industrial process for the preparation of heterologous proteins in E coli, in which seeds and cultivated in an appropriate culture medium are cultivated E coli bacteria modified with an appropriate heterologous protein expression system, characterized in that the strain of E . coli is an E. coli W. strain.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la souche W est la souche W déposée à l 'ATCC sous le numéro 9637. 2. Method according to claim 1, characterized in that the strain W is the strain W deposited at the ATCC under the number 9637.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la souche W est un dérivé de la souche déposée à l 'ATCC sous le numéro 9637 obtenu par sélection clonale ou manipulation génétique.3. Method according to claim 1, characterized in that the strain W is a derivative of the strain deposited at the ATCC under the number 9637 obtained by clonal selection or genetic manipulation.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu de culture approprié est un milieu de culture approprié pour l'obtention d'une forte densité de biomasse et une forte teneur en protéines hétérologues produites.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the suitable culture medium is a culture medium suitable for obtaining a high density of biomass and a high content produced heterologous proteins.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le milieu de culture comprend du L-tryptophane.5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the culture medium comprises L-tryptophan.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la quantité de L- tryptophane dans le milieu de culture est comprise entre 0,05 et 0,5 g/1, de préférence entre 0,1 et 0,3 g/16. Method according to claim 5 characterized in that the amount of L-tryptophan in the culture medium is between 0.05 and 0.5 g / 1, preferably between 0.1 and 0.3 g / 1
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu de culture comprend du saccharose comme principale source de carbone.7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the culture medium comprises sucrose as the main source of carbon.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le milieu de culture ne comprend substantiellement que du saccharose comme source de carbone.8. Method according to claim 7, characterized in that the culture medium comprises substantially only sucrose as carbon source.
9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la quantité de saccharose dans le milieu de culture est comprise entre 0,1 et 300 g/1 en début de culture, de préférence entre 0,5 et 200 g/1.9. Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the amount of sucrose in the culture medium is between 0.1 and 300 g / 1 at the start of culture, preferably between 0.5 and 200 g / 1.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le milieu de culture approprié comprend en outre une source d'azote organique complémentaire.10. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the appropriate culture medium further comprises a source of additional organic nitrogen.
1 1. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source d'azote organique complémentaire est constituée par des extraits protéiques. 1 1. Method according to claim 10, characterized in that the source of additional organic nitrogen consists of protein extracts.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'extrait protéique a la composition suivante : (en g acides aminés pour 100g de produit) Alanine entre 10 et 4, Aspartique entre 1 1 et 4, Glycine entre 22 et 2,5 et Lysine entre 7 et 412. Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the protein extract has the following composition: (in g amino acids per 100g of product) Alanine between 10 and 4, Aspartic between 1 1 and 4, Glycine between 22 and 2.5 and Lysine between 7 and 4
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la source d'azote organique complémentaire est constituée par les peptones ou protéines de viande ou de pomme de terre, plus particulièrement les dérivés de protéines de pomme, de terre.13. Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the source of complementary organic nitrogen consists of peptones or proteins of meat or potato, more particularly derivatives of protein from apple, potato .
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le système d'expression de protéines hétérologues approprié comprend un promoteur tr -14. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the appropriate heterologous protein expression system comprises a promoter tr -
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le promoteur trp comprend la séquence d'acides nucléiques représentée par l'identificateur de séquence n° 1 (SEQ ID NO 1).15. The method of claim 14, characterized in that the trp promoter comprises the nucleic acid sequence represented by the sequence identifier No. 1 (SEQ ID NO 1).
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la protéine hétérologue est une enzyme.16. Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the heterologous protein is an enzyme.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'enzyme est utile pour la biocatalyse de réactions chimiques.17. The method of claim 16, characterized in that the enzyme is useful for the biocatalysis of chemical reactions.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'enzyme est une nitrilase. 18. The method of claim 17, characterized in that the enzyme is a nitrilase.
19. Souche E. coli W, caractérisée en ce qu'elle comprend un système d'expression de protéines hétérologues dont le promoteur est le promoteur19. E. coli W strain, characterized in that it comprises a system of expression of heterologous proteins whose promoter is the promoter
Ptrp- 20. Souche selon la revendication 19, caractérisée ne ce que le promoteur tr comprend la séquence d'acides nucléiques représentée par l'identificateur de séquence n° 1 (SEQ ID NO 1). Ptrp- 20. A strain according to claim 19, characterized in that the tr promoter comprises the nucleic acid sequence represented by the sequence identifier No. 1 (SEQ ID NO 1).
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