EP1297159A2 - Nukleotidsequenz kodierend für eine benzaldehyd-lyase und verfahren zur stereoselektiven synthese von 2-hydroxyketonen - Google Patents

Nukleotidsequenz kodierend für eine benzaldehyd-lyase und verfahren zur stereoselektiven synthese von 2-hydroxyketonen

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Publication number
EP1297159A2
EP1297159A2 EP01962797A EP01962797A EP1297159A2 EP 1297159 A2 EP1297159 A2 EP 1297159A2 EP 01962797 A EP01962797 A EP 01962797A EP 01962797 A EP01962797 A EP 01962797A EP 1297159 A2 EP1297159 A2 EP 1297159A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nucleotide sequence
compound
formula
benzaldehyde lyase
benzaldehyde
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01962797A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martina Pohl
Michael Müller
Ayhan S. Demir
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.)
Muller Michael
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Muller Michael
Forschungszentrum Juelich GmbH
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 Muller Michael, Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Muller Michael
Publication of EP1297159A2 publication Critical patent/EP1297159A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P41/00—Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88—Lyases (4.)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/16—Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms containing two or more hetero rings
    • C12P17/167—Heterorings having sulfur atoms as ring heteroatoms, e.g. vitamin B1, thiamine nucleus and open chain analogs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26—Ketones

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the stereoselective synthesis of 2-hydroxyketones using a benzaldehyde lyase.
  • a thiamine pyrophosphate (TPP) -dependent benzaldehyde lyase and genetic analyzes of the coding gene are described in Vicuna et al. (J. Bacteriol., 1989, 171: 2401-2405) and Hinrichsen, P. et al. (Gene, 1994, 144: 137-138).
  • a closer characterization of the enzyme showed that this benzaldehyde lyase has only an irreversible cleavage activity. For example, starting from benzoin, two molecules of benzaldehyde or anisoin are split into two molecules of anisaldehyde. The formation of C-C compounds catalyzed by a benzaldehyde lyase is explicitly excluded.
  • Decarboxylases or transketolases are particularly suitable for an enzyme-catalyzed synthesis of 2-hydroxyketones, which generally also have a dependency on thiamine pyrophosphate (TPP).
  • TPP thiamine pyrophosphate
  • a disadvantage of the described processes is that the pyruvate decarboxylase only accepts a very limited range of substrates.
  • a spontaneous racemization of the resulting products can occur due to an occurring keto-enol tautomerism with the consequence of a reduced enantioselectivity.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved enzymatic process for the preparation of 2-hydroxyketones which no longer has the disadvantages mentioned above.
  • This object is achieved by the process according to the invention for the stereoselective preparation of 2-hydroxyketones, a benzaldehyde lyase being used which, in the presence of at least one solubilizing compound, the reaction of two compounds containing aldehyde groups, at least one of which is not acetaldehyde, or of one Compound containing aldehyde groups with a compound containing 2-hydroxyketone groups while maintaining the stereochemical arrangement of the latter catalyzed another compound containing 2-hydroxyketone groups.
  • the aforementioned process is characterized in that a first compound of the general formula I containing aidehydro groups
  • R a component from the group of aliphatic, aromatic or heteroaromatic hydrocarbons, which can be mono- or polysubstituted in the ortho, meta or para position, the substituents being alkyl, aryl or aralkyl groups or heteroators, such as for example Cl, F, Br or S, P, N or combinations thereof and R ⁇ is -CH 3 ,
  • R 1 and R 2 may be the same or different and R 1 and R 2 have the same meaning as R in formula I.
  • a selection of examples of compounds of the formula I and thus of substrates of the benzaldehyde lyase used according to the invention are listed below:
  • R 2-F, 4-F, 2,4-F, 2-Br, 4-Br, 2-C1, 4-CI, 2-OCH 3l 3-OCH 3 , 4-OCH 3 , 2- OH, 2-CH's
  • benzaldehyde is used as the compound of the general formula I.
  • a preferred compound of the general formula II is the (R) -benzoin.
  • the present invention comprises a process in which compounds of the formula II in the presence of compounds of the general formula III containing aldehyde groups
  • R 3 -CH 3 or a component from the group of aliphatic, aromatic or heteroaromatic hydrocarbons which can be mono- or polysubstituted in the ortho, meta or para position, the substituents being alkyl, aryl or aralkyl- Can be groups or heteroatoms, such as Cl, F, Br or S, P, N or combinations thereof,
  • acetaldehyde is used as the compound of the general formula III.
  • a preferred compound of the general formula IV is (R) -2-hydroxy-1-phenyl-propanone ((R) -2-HPP).
  • the method according to the invention represents a combination of the two variants mentioned above, in a first Section the reaction of two compounds containing aldehyde groups to a compound containing 2-hydroxyketone groups takes place and as soon as the latter is present, the further conversion of these 2-hydroxyketones to a further compound containing 2-hydroxyketone groups takes place.
  • a summary of the course of the reaction is shown schematically below:
  • the present invention also encompasses a process in which, starting from a racemic mixture comprising compounds of the formula II, the enantiomer of the formula II is selectively reacted while maintaining the stereochemical arrangement to give a compound of the formula IV.
  • this variant is shown schematically below.
  • the arrangement of the OH group on the ⁇ -C atom to form the keto group via a serpentine line is intended to represent the presence of a racemic mixture of a compound of the formula II containing 2-hydroxyketone groups.
  • This can be, for example, a racemic mixture of (S) - and trade (R) -benoin.
  • the present invention is thus advantageously characterized in that a highly efficient enantioselective preparation of (R) -2-hydroxyketones is possible with one and the same catalyst, and also in the presence of a racemic mixture of compounds containing 2-hydroxyketone groups, for example the Formula II, a » highly efficient separation of the two enantiomers takes place.
  • the process according to the invention can be used to produce (R) -benzoin almost quantitatively from benzaldehyde on the one hand and, on the other hand, from a racemic mixture of (S) ⁇ and (R) -benzoin with a comparably high efficiency (S) -benzoin and (R) - 2-HPP can be obtained. Due to the different solubility behavior of the last two enantiomers containing 2-hydroxyketone groups, a quantitative separation of the (S) and (R) form of the racemic mixture originally used is possible.
  • Another variant of the method according to the invention is characterized in that an aldehyde group-containing compound of the general formula 1 is reacted as a first substrate with an acetaldehyde or substituted acetaldehyde as a second substrate via a compound of the formula II as an intermediate to a compound of the formula IV ,
  • the following schematic diagram should clarify this once again.
  • the term stereoscopic activity or enantioselectivity in the sense of the present invention is explained in more detail below.
  • the method according to the invention enables stereoselective Preparation of compounds containing 2-hydroxyketone groups.
  • the two possible stereoisomers (enantiomers) of the 2-hydroxyketones formed ie of the (S) - or (R) -enantiomer
  • only the (R) -enantiomer is formed according to the invention due to the benzaldehyde lyase used, ie with an enantioselectivity of almost 100%.
  • This (R) -enatiomer formed can then function in a further step of the process according to the invention as a further substrate of the benzaldehyde lyase and be converted into a further compound containing (R) -2-hydroxyketone groups.
  • an (R) -enantiomer is understood to mean a compound in which the OH group on the ⁇ -C atom to the keto group emerges from the paper plane, while the carbon atoms of the carbonyl backbone and the radicals R 1 and R 2 ( in formula II) or R 3 and R 4 (in formula IV) lie in the paper plane.
  • This definition of an (R) -enationmer according to the invention takes place without taking into account the priority of the radicals R 1 / R 2 or R 3 / R 4 , but only as a function of the position of the hydroxyl group on the ⁇ -C atom relative to the keto group. Consequently, it is possible that the (R) configuration according to the invention is not identical to the common nomenclature of the stereoisomeric compounds.
  • the term “maintaining the stereochemical arrangement” is to be understood to mean that the configuration of the OH group on the ⁇ -C atom to form the keto group emerges unchanged from the enzyme-catalyzed reaction, ie is retained.
  • the enzyme-catalyzed process according to the invention using a solvent-imparting compound starting from compounds of formula I containing aldehyde groups, proceeds almost quantitatively in the direction of a compound of formula II containing 2-hydroxyketone groups.
  • the foregoing also relates to the process variant in which those in a first Process section synthesized compounds of formula II are further converted to compounds of formula IV.
  • At least 0.5-40%, preferably 5-20%, particularly preferably 7-12% and most preferably 10% of at least one solution-mediating compound are added to the reaction mixture or the culture medium in one of the aforementioned processes according to the invention.
  • a water-miscible and / or water-soluble organic solvent and / or a solvent-free compound can be added as the solution-imparting compound.
  • water-miscible and / or water-soluble organic solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide or ethanol.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • ethanol dimethylformamide
  • Compound are cyclodextrins, for example ß-cyclodextrins (cycloheptaamylose).
  • the process according to the invention is characterized in that there is an enantiomeric excess (ee) of compound of the formula II in the range from> 96%, preferably from> 97%, particularly preferably from> 99% and in particular from 99.9%.
  • the present process is further characterized in that an enantiomeric excess (ee) of compound of the formula IV of at least 50 to 60%, preferably 60 to 90%, particularly preferably from 92 to 97% and most preferably 97 to> 99.9% is achieved.
  • ee enantiomeric excess
  • the process according to the invention is distinguished by the fact that it is carried out in a so-called “fed batch” or else in a continuous reaction procedure.
  • suitable devices for this purpose are known from the literature.
  • a conventional reaction tank is suitable Stirred kettle (fermenter) which is loaded with a suitable medium for the cultivation of cells containing a benzaldehyde lyase according to the invention by the continuous inflow of compounds of the general formula I containing aldehyde groups and optionally continuous or discontinuous metering of a solubilizing compound, the enzymatically synthesized, stereospecific product of a (R) -2-hydroxyketone group-containing compound can be continuously prepared and removed from the fermenter.
  • product yields in the range from 96-100%, preferably from 97%, particularly preferably from 99% and in particular from more than 99% can be achieved.
  • the present invention also relates to a method which is characterized in that a benzaldehyde lysis or a biologically active part thereof is encoded by a nucleotide sequence according to SEQ ID No. 1 or an allele, homolog or derivative of this nucleotide sequence or a nucleotide sequence hybridizing with this is used.
  • the present invention also includes a method in which a benzaldehyde lyase with an amino acid sequence according to SEQ ID No. 2 or a biologically active part thereof, a modified form, isoenzymes or mixtures thereof.
  • alleles are to be understood as functionally equivalent, ie essentially equivalent nucleotide sequences.
  • Functionally equivalent sequences are those sequences which, despite a different nucleotide sequence, for example due to the degeneracy of the genetic code, still have the desired functions.
  • Functional equivalents thus include naturally occurring variants of the sequences described here, as well as artificial, e.g. B. nucleotide sequences obtained by chemical synthesis and possibly adapted to the codon usage of the host organism.
  • functionally equivalent sequences include those which have a modified nucleotide sequence which gives the enzyme, for example, a desensitivity or resistance to inhibitors.
  • Functional equivalents (alleles) are also those variants whose function is weakened or enhanced compared to the starting gene or gene fragment.
  • An allele is also understood to mean, in particular, natural or artificial mutations in an originally isolated sequence which continue to show the desired function. Mutations include substitutions, additions, deletions, exchanges or insertions of one or more nucleotide residues. Also included here are so-called sense mutations, which can lead to the exchange of conserved amino acids at the protein level, but which do not lead to a fundamental change in the activity of the protein and are therefore function-neutral. This also includes changes in the nucleotide sequence that affect the N- or C-terminus of a protein at the protein level, but without significantly impairing the function of the protein. These changes can even have a stabilizing influence on the protein structure. Also included are changes that, for example, facilitate later protein purification, e.g. a so-called "His tag" consisting of several successive histidine residues.
  • the present invention also encompasses, for example, nucleotide sequences which are obtained by modification of the nucleotide sequence, resulting in corresponding derivatives.
  • the aim of such a modification can e.g. B. the further limitation of the coding sequence contained therein or the insertion of further Detection interfaces for restriction enzymes or the incorporation of rare nucleotides.
  • Such artificial DNA sequences can be, for example, back-translated by means of computer-aided
  • Proteins (molecular modeling) or proteins determined by in vitro selection. Coding DNA sequences obtained by back-translating a polypeptide sequence according to the codon usage specific for the host organism are particularly suitable. The specific codon usage can be carried out by a person skilled in the art with molecular genetic methods
  • homologous sequences are to be understood as those which are complementary to and / or hybridize with the nucleotide sequences according to the invention.
  • hybridizing sequences includes, according to the invention, substantially similar nucleotide sequences from the group of DNA or RNA, which enter into a specific interaction (binding) with the aforementioned nucleotide sequences under known stringent conditions. This also includes short nucleotide sequences with a length of, for example, 10 to 30, preferably 12 to 15 nucleotides. This includes u. a. also so-called "primers" or probes.
  • sequence regions with a regulatory function included. You can influence the transcription, the RNA stability or the RNA processing as well as the translation. Examples of regulatory sequences include promoters, enhancers, operators, terminators or translation enhancers.
  • a biologically active part of the enzyme according to the invention is to be understood according to the invention as meaning any polypeptide sequence which has the essential and specific enzyme activity for the formation of C-C compounds.
  • the length of a biologically active part of a benzaldehyde lyase according to the invention can vary, for example, in the range from 560 ⁇ 10 amino acid residues to 560 + 250 amino acid residues, preferably from 560 ⁇ 50 to 560 + 100 and particularly preferably from 560 + 25 to 560 ⁇ 50 amino acid residues.
  • the “base number” of 560 amino acid residues according to the invention corresponds to a polypeptide sequence of a benzaldehyde lyase according to SEQ ID NO. 2 encoded by a nucleotide sequence according to SEQ ID NO. 1. Accordingly, the “base number” of the polypeptide can also vary depending on the nucleotide sequence encoding it ,
  • modified forms are understood to mean enzymes in which there are changes in the sequence, for example at the N- and / or C-terminus of the polypeptide or in the region of conserved amino acids, but without impairing the function of the enzyme. These changes can be made by exchanging one or more amino acids according to methods known per se.
  • a special embodiment variant of the present invention comprises variants of the polypeptides according to the invention, the activity and / or specificity of which is weakened or enhanced, for example by amino acid exchange, compared to the respective starting protein.
  • the present invention furthermore relates to polypeptides with the function of a benzaldehyde lyase, the amino acid sequence of which is changed in such a way that they are desensitive to regulatory compounds, for example end products of the metabolic pathway (feedback-desensitive).
  • Isoforms are to be understood as enzymes with the same or comparable substrate and activity specificity, but which have a different primary structure.
  • an isolated benzaldehyde lyase of the type described above or cell extracts or whole cells containing a benzaldehyde lyase are used in the present process.
  • an isolated benzaldehyde lyase and / or cell extract containing a benzaldehyde lyase according to the invention are used in an enzyme membrane reactor.
  • other in vitro systems for the stereoselective production of compounds containing 2-hydroxyketone groups are also included.
  • Suitable systems for the use of whole cells containing a benzaldehyde lyase according to the invention are, for example, common cultivation methods in batch mode, fed-batch mode or continuous fermentations.
  • the process according to the invention is further characterized in that a benzaldehyde lyase from microorganisms, preferably of the genus Pseudomonas or Acinetobacter is used.
  • a benzaldehyde lyase from Pseudomonas fluorescens and in particular from Pseudomonas fluorescens Biovar I is preferably used.
  • the present invention also includes a benzaldehyde lyase from so-called production strains. These can be obtained either naturally or artificially. The latter includes classic mutagenesis methods or, for example, genetic engineering methods.
  • the present invention further comprises a benzaldehyde lyase for use in a previously mentioned method, encoded by a nucleotide sequence according to SEQ ID NO. 1 or an allele, homologue or derivative of this nucleotide sequence or a nucleotide sequence hybridizing with this.
  • This also includes a benzaldehyde lyase with an amino acid sequence as shown in SEQ ID NO. 2 or a biologically active part or a modified form thereof or isoenzymes or mixtures thereof.
  • the benzaldehyde lyase according to the invention can be isolated from microorganisms, preferably of the genus Pseudomonas or Acinetobacter. According to the invention, it is preferably a benzaldehyde lyase isolated from the species Pseudomonas fluorescens, particularly preferably of the species Pseudomonas fluorescens Biovar I. These explanations are exemplary, but in no way limit the present invention.
  • the present invention also includes so-called production strains for the isolation of a corresponding benzaidehyde lyase.
  • the present invention also relates to a Nucleotide sequence coding for a benzaldehyde lyase isolated from organisms of the type described above.
  • a nucleotide sequence or a nucleic acid fragment is to be understood as a polymer made from RNA or DNA, which can be single or double-stranded and optionally contain natural, chemically synthesized, modified or artificial nucleotides.
  • DNA polymer also includes genomic DNA, cDNA or mixtures thereof.
  • the present invention furthermore relates to a gene structure comprising a previously described nucleotide sequence coding for a benzaldehyde lyase according to the invention, and to it operatively linked regulatory sequences which control the expression of the coding sequences in the host cell.
  • An operative link is understood to mean the sequential arrangement of, for example, the promoter, coding sequence, terminator and, if appropriate, further regulatory elements, in such a way that each of the regulatory elements can perform its function as intended in the expression of the coding sequence.
  • These regulatory nucleotide sequences can be of natural origin or can be obtained by chemical synthesis.
  • any promoter which can control gene expression in the corresponding host organism is suitable as the promoter. According to the invention, this can also be a chemically inducible promoter by means of which the expression of the genes underlying it in the host cell can be controlled at a specific point in time.
  • a promoter that can be induced by IPTG (isopropyl- ⁇ -thiogalactoside) is mentioned here as an example.
  • a gene structure is produced by fusing a suitable promoter with at least one nucleotide sequence according to the invention using common recombination and cloning techniques, as described, for example, in T. Maniatis, EF Fritsch and J. Sambrook, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratury, Cold Spring Harbor, NY (1994).
  • adapters or linkers can be attached to the fragments.
  • the present invention relates to a vector containing a nucleotide sequence of the type described above coding for a benzaldehyde lyase, with the regulatory nucleotide sequences operatively linked to it and additional nucleotide sequences for selecting transformed host cells, for replication within the host cell or for integration into the corresponding host cell. genome.
  • the vector according to the invention can contain a gene structure of the aforementioned type.
  • the present invention further relates to a transformed single or multicellular organism for use in a method of the aforementioned type, which a benzaldehyde lyase and / or
  • Nucleic acid sequences are transferred to a host cell using standard genetic engineering methods.
  • the preferred method here is the transformation and the transmission of
  • this transformed single or multi-cell is distinguished
  • Organism in that it is a microorganism, a yeast, a fungus, an animal or a plant cell.
  • the organism transformed according to the invention preferably belongs to the group of Enterobacteria. It is particularly preferably a transformed organism of the type Escherichia coli.
  • the present invention also includes so-called production strains which are suitable for producing the compounds according to the invention.
  • the present invention furthermore relates to the use of the compounds according to the invention containing 2-hydroxyketone groups for the preparation of compounds having an antiviral and / or antifungal action and / or having the action of enzyme inhibitors which are used in the fields of pharmacy and / or medicine, for example for the treatment of immune diseases (AIDS) or neurodegenerative diseases (epilepsy).
  • AIDS immune diseases
  • epilepsy neurodegenerative diseases
  • This can be, for example, (chiral) precursors or components of antibiotics, such as Act chloramphenicol.
  • antibiotics such as Act chloramphenicol.
  • compounds with an antifungal effect here z. B. Genaconazole called (Gala D. et al., 1996, Tetrahedron Letters, 37 (5): 611-614 or Leuenberger H. G. W. et al., 1999, Chimia, 53: 536-540).
  • the present invention is characterized in more detail by the following exemplary embodiments, which, however, are not limiting.
  • the gene coding for the benzaldehyde lyase was isolated by known methods from Pseudomonas fluorescens. The gene coding for the benzaldehyde lyase was then cloned into the inducible vector pKK322-2 (Pharmacia Biotech) and provided at its 3 'end with six triplets coding for histidine.
  • the resulting vector pkk322-2 was then transformed into the E. coli strain SG13009prep4 (Quiagen, Hilden).
  • IPTG isopropyl- ⁇ -D-thiogalactoside
  • the cell harvest was carried out after a further 16 h by centrifugation. Depending on the scale of the culture batch, the cells were disrupted mechanically with glass beads or in a ball mill.
  • the crude cell extract obtained was freed of cell debris by centrifugation and subsequent filtration and applied to a nickel chelate chromatography column (preferably: Ni-NTA agarose; Qiagen, Hilden).
  • the column was previously equilibrated with 50 mM potassium phosphate buffer, pH 7.0. Washing with the equilibration buffer rinses out non-binding components.
  • the same buffer with the addition of 50 mM imidazole was then used to elute weakly bound proteins.
  • the benzaldehyde lyase with its histidine end (BAL-His) selectively elutes in the presence of 200 mM imidazole.
  • the collected protein fractions were then by gel filtration in 50 mM potassium phosphate buffer, pH 6.5, with 1 mM MgSO 4 and 0.01 mM Buffered thiamine pyrophosphate (TPP). Finally, the benzaldehyde lyase was lyophilized and stored at -20 ° C.
  • 318 mg (3 mM) benzaldehyde are dissolved in a mixture of 20 ml DMSO and 100 ml phosphate buffer (50 mM, pH 7.0) containing 2.5 mM MgSO 4 and 0.15 mM TPP.
  • the reaction is started by adding 1 mg (20 U) of benzaldehyde lyase and the reaction mixture is incubated for 48 hours at room temperature. Then another 1 mg (20 U) of benzaldehyde lyase are added.
  • the course of the reaction is observed by means of combined gas chromatography / mass spectroscopy (GC-MS) or high pressure liquid chromatography (HPLC). After 62 hours, a 97% conversion to (R) -benzoin is achieved.
  • GC-MS gas chromatography / mass spectroscopy
  • HPLC high pressure liquid chromatography
  • reaction mixture is extracted with 250 ml dichloromethane, the organic phase with 25 ml dist. Washed water and 25 ml of saturated NaCl solution and dried over Na 2 S0 4 . The solvent is then removed in vacuo. By recrystallizing the crude product, 305 mg (96%) (R) - benzoin are obtained (melting point 134 ° C.). The enantiomeric excess is> 99%.
  • 318 mg (3 mM) benzaldehyde are dissolved in a mixture of 20 ml DMSO and 100 ml potassium phosphate buffer (50 mM, pH 7.0) containing 2.5 mM MgSO 4 and 0.15 mM TPP.
  • the reaction is started by adding 1 mg (20 U) of benzaldehyde lyase and incubated at room temperature. 88 mg (2 mM) acetaldehyde are added to this reaction mixture. After adding a further 1 mg (20 U) of benzaldehyde lyase, the reaction mixture is further incubated at room temperature.
  • Lyase from Pseudomonas fluorescens (SEQ ID NO. 1) and the amino acid sequence derived from it, as well as a separate representation of the amino acid sequence (SEQ ID NO. 2) of the benzaldehyde lysis from Pseudomonas fluorescens.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase sowie deren Einsatz in einem Verfahren zur stereoselektiven Herstellung von 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen.

Description

Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase und Verfahren zur stereoselektiven Synthese von 2-Hydroxyketonen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur stereoselektiven Synthese von 2-Hydroxyketonen unter Einsatz einer Benzaldehyd-Lyase.
Eine Thiaminpyrophosphat (TPP)-abhängige Benzaldehyd-Lyase sowie genetische Analysen des kodierenden Gens sind bei Vicuna et al. (J. Bacteriol., 1989, 171 : 2401-2405) und Hinrichsen, P. et al. (Gene, 1994, 144: 137-138) beschrieben. Eine nähere Charakterisierung des Enzyms zeigte, daß diese Benzaldehyd-Lyase ausschließlich eine irreversible Spaltungsaktivität aufweist. So entstehen beispielsweise ausgehend von Benzoin zwei Moleküle Benzaldehyd bzw. Anisoin wird zu zwei Molekülen Anisaldeyd gespalten. Eine Knüpfung von C-C-Verbindungen katalysiert durch eine Benzaldehyd-Lyase wird explizit ausgeschlossen.
Für eine enzymkatalysierte Synthese von 2-Hydroxyketonen kommen insbesondere Decarboxylasen oder Transketolasen in Betracht, die in der Regel ebenfalls eine Abhängigkeit zu Thiaminpyrophosphat (TPP) aufweisen.
Whitesides et al. (J. Org. Chem., 1992, 57:5889-5907) und Turner et al. (Tetrahedron Asymmetry, 1996, 7: 2185-2188) beschreiben Transketolasen, welche die Spaltung eines 2-Hydroxyketons unter gleichzeitiger Bildung eines anderen 2-Hydroxyketons katalysieren. Wirtschaftliche Produktionsverfahren zur Herstellung von 2- Hydroxyketonen mit Hilfe von Transketolasen sind hier jedoch nicht beschrieben. Ferner ist die enzymatische Synthese von 2-Hydroxyketonen in Gegenwart einer TPP-abhängigen Pyruvatdecarboxylase beschrieben (DE 195 23 269 und DE 197 36 104). Nachteilig bei den beschriebenen Verfahren ist jedoch, daß die Pyruvatdecarboxylase nur ein stark beschränktes Substratspektrum akzeptiert. Außerdem kann eine spontane Racemisierung der entstehenden Produkte bedingt durch eine auftretende Keto-Enol-Tautomerie mit der" Folge einer erniedrigten Enantioselektivität erfolgen.
Wilcocks et al. (Biotech. Bioeng., 1992, 39: 1058-1063 und Appl. Env. Microbiol., 1992, 58: 1699-1704) beschreiben die Synthese von (S)-2- Hydroxy-1 -phenyl-propanon ((S)-2-HPP) mit Hilfe einer
Thiaminpyrophosphat-abhängigen Benzoylformiatdecarboxylase ausgehend von Benzoylformiat und Acetaldehyd. Allerdings entsteht auch hier das 2-Hydroxyketon nicht enantiomerenrein, sondern lediglich mit einem Enantiomerenüberschuß von 92 %. Nachteilig ist außerdem die Bildung von Benzylalkohol als Nebenprodukt beim Einsatz ganzer Zellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein verbessertes enzymatisches Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxyketonen zur Verfügung zu stellen, das die zuvor genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur stereoselektiven Herstellung von 2-Hydroxyketonen gelöst, wobei eine Benzaldehyd-Lyase eingesetzt wird, die in Anwesenheit wenigstens einer lösungsvermittelnden Verbindung die Umsetzung von zwei Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen, von denen wenigstens eine kein Acetaldehyd ist, oder von einer Aldehydgruppen enthaltenden Verbindung mit einer 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung unter Beibehaltung der stereochemischen Anordnung der letzteren zu einer weiteren 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung katalysiert.
In einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das zuvor genannte Verfahren dadurch aus, daß eine erste Aidehydruppen enthaltende Verbindung der allgemeinen Formel I
wobei R = eine Komponente aus der Gruppe aliphatischer, aromatischer oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffe ist, die in ortho-, meta- oder para-Stellung einfach oder mehrfach substituiert sein kann, wobei die Substituenten Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Gruppen oder Heteroatorήe, wie z.B. Cl, F, Br oder S, P, N oder Kombinationen davon sein können und R ≠ -CH3 ist,
mit einer zweiten Verbindung der Formel I zu einer 2- Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung der allgemeinen Formel II umgesetzt wird,
O
I R2
HO' Ή
wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und R1 und R2 dieselbe Bedeutung haben wie R in Formel I. Eine Auswahl an Beispielen für Verbindungen der Formel I und damit für Substrate der erfindungsgemäß eingesetzten Benzaldehyd-Lyase sind nachfolgend aufgeführt:
R = 2-F, 4-F, 2,4-F, 2-Br, 4-Br, 2-C1, 4-CI, 2-OCH3l 3-OCH3, 4-OCH3, 2- OH, 2-CHs
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verbindung der ailgemeinen Formel I Benzaldehyd eingesetzt. Eine bevorzugte Verbindung der allgemeinen Formel II stellt das (R)-Benzoin dar.
In einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die Synthese von zyklischen Verbindungen möglich. Beispielsweise können durch intramolekulare Umsetzungen zweier Aldehydgruppen erfindungsgemäß z. B. steroidale Hydroxyketone entstehen. Zur näheren Erläuterung dieser zyklischen Verbindungen dient nachfolgende allgemeine Formel, wobei R1 und R2 die gleiche Bedeutung haben, wie in Formel II bzw. Formel I.
Als ein Beispie! für eine bevorzugte Verbindung dient die nachfolgende Formel, die jedoch lediglich zur Erläuterung dient und sich nicht limitierend auf die Erfindung auswirkt.
Ferner umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bei dem Verbindungen der Formel II in Gegenwart von Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen der allgemeinen Formel III
wobei R3 = -CH3 oder eine Komponente aus der Gruppe aliphatischer, aromatischer oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffe ist, die in ortho-, meta- oder para-Stellung einfach oder mehrfach substituiert sein kann, wobei die Substituenten Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Gruppen oder Heteroatome, wie z.B. Cl, F, Br oder S, P, N oder Kombinationen davon sein können,
zu Verbindungen der Formel IV weiter umgesetzt werden
wobei R3 ≠ R4 und R3 = R3 der Formel III und R4 = R der Formel I.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des vorliegenden Verfahrens wird als Verbindung der allgemeinen Formel III Acetaldehyd eingesetzt. Eine bevorzugte Verbindung der allgemeinen Formel IV stellt (R)-2- Hydroxy-1-phenyl-propanon ((R)-2-HPP) dar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Kombination aus den beiden zuvor genannten Varianten dar, wobei in einem ersten Abschnitt die Umsetzung von zwei Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen zu einer 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung erfolgt und sobald letztere vorliegt, auch die weitere Umsetzung dieser 2- Hydroxyketone zu einer weiteren 2-Hydroxyketongruppen enthaltenen Verbindung erfolgt. Eine Zusammenfassung des Reaktionsablaufs ist nachfolgend schemafisch dargestellt:
Femer umfaßt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, wobei ausgehend von einem racemischen Gemisch enthaltend Verbindungen der Formel II selektiv das Enantiomer der Formel II unter Beibehaltung der stereochemischen Anordnung zu einer Verbindung der Formel IV weiter umgesetzt wird. Zur Verdeutlichung , ist diese Variante nachfolgend schematisiert dargestellt.
(S)-Benzoin
Hierbei soll die Anordnung der OH-Gruppe am α-C-Atom zur Ketogruppe über eine geschlängelte Linie das Vorliegen eines racemischen Gemisches einer 2-Hydroxyketongruppen enthaltenen Verbindung der Formel II darstellen, Hierbei kann es sich beispielsweise um ein racemisches Gemisch aus (S)- und (R)-Benzoin handeln. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich somit in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß mit ein und demselben Katalysator sowohl eine hocheffiziente enantioselektive Herstellung von (R)-2-Hydroxyketonen möglich ist, als auch bei Vorliegen eines racemischen Gemisches von 2- Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen, z.B. der Formel II, eine», hocheffiziente Trennung der beiden Enantiomere erfolgt. Beispielsweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren einerseits aus Benzaldehyd nahezu quantitativ (R)-Benzoin hergestellt werden und andererseits aus einem racemischen Gemisch von (S)~ und (R)-Benzoin mit einer vergleichbar hohen Effizienz (S)-Benzoin und (R)-2-HPP gewonnen werden. Aufgrund des unterschiedlichen Lösiichkeitsverhaltens der beiden zuletzt genannten 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Enantiomere ist eine quantitative Trennung der (S)- und (R)-Form des ursprünglich eingesetzten racemischen Gemisches möglich.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß eine Aldehydgruppen enthaltende Verbindung der allgemeinen Formel 1 als ein erstes Substrat mit einem Acetaldehyd oder substituierten Acetaldehyd als ein zweites Substrat über eine Verbindung der Formel II als Zwischenstufe zu einer Verbindung der Formel IV umgesetzt wird. Die nachfolgende schematische Darstellung soll dies noch einmal verdeutlichen.
Der Begriff der Stereoseiektivität bzw. Enantioselektivität im Sinne der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend genauer erläutert. Generell ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die stereoselektive Herstellung von 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen. Von den beiden möglichen Stereoisomeren (Enantiomeren) der gebildeten 2- Hydroxyketone, d.h. von dem (S)- oder (R)-Enantiomer, wird erfindungsgemäß aufgrund der eingesetzten Benzaldehyd-Lyase ausschließlich das (R)-Enantiomer gebildet, d.h. mit einer Enantioselektivität von nahezu 100%. Dieses gebildete (R)-Enatiomer kann dann in einem weiteren Schritt des erfinduhgsgemäßen Verfahrens als ein weiteres Substrat der Benzaldehyd-Lyase fungieren und zu einer weiteren (R)-2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung umgesetzt werden.
Dabei ist unter einem (R)-Enantiomer erfindungsgemäß eine Verbindung zu verstehen, bei der die OH-Gruppe am α-C-Atom zur Ketogruppe aus der Papierebene hervortritt, während die Kohlenstoffatome des Carbonyl- Grundgerüsts und die Reste R1 und R2 (in Formel II) bzw. R3 und R4 (in Formel IV) in der Papierebene liegen. Diese erfindungsgemäße Definition eines (R)-Enationmers erfolgt dabei ohne Berücksichtigung der Priorität der Reste R1/R2 bzw. R3/R4, sondern ausschließlich in Abhängigkeit von der Positionierung der Hydroxylgruppe am α-C-Atom zur Ketogruppe. Folglich ist es möglich, daß die erfindungsgemäße (R)-Konfiguration nicht mit der gängigen Nomenklatur der stereoisomeren Verbindungen identisch ist.
Das zuvor gesagte ist im folgenden beispielhaft an einer Verbindung der Formel II erläutert:
Laut gängiger Nomenklatur handelt es sich um die Verbindung (S)-2- Hydroxy-1-phenyl-2-thiophen-2-yl-ethanon. Erfindungsgemäß liegt hier jedoch das (R)-Enantiomer vor, da die OH-Gruppe aus der Papierebene herausragt, während die beiden Kohlenstoffatome der Ketongruppe und die Reste R1 und R2 in der Papierebene liegen.
Unter dem Begriff „Beibehaltung der stereochemischen Anordnung" ist erfindungsgemäß zu verstehen, daß die Konfiguration der OH-Gruppe am α-C-Atom zur Ketogruppe unverändert aus der enzymkatalysierten Reaktion hervorgeht, also erhalten bleibt.
Überraschender Weise verläuft das Enzym-katalysierte erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz einer lösungsvermittelnden Verbindung ausgehend von Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen der Formel I nahezu quantitativ in Richtung einer 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung der Formel II. Das zuvor Gesagte betrifft auch die Verfahrensvariante, bei der die in einem ersten Verfahrensabschnitt synthetisierten Verbindungen der Formel II weiter zu Verbindungen der Formel IV umgesetzt werden.
Erfindungsgemäß werden in einem der zuvor genannten erfindungsgemäßen Verfahren dem Reaktionsansatz oder dem Kulturmedium wenigstens 0,5-40%, bevorzugt 5-20%, besonders bevorzugt 7-12% und höchst bevorzugt 10% wenigstens einer lösungsvermittelnden Verbindung zugesetzt. Hierbei kann erfindungsgemäß als lösungsvermittelnde Verbindung ein mit Wasser mischbares und/oder wasserlösliches organisches Lösungsmittel und/oder eine lösungsmittelfreie Verbindung zugesetzt werden. Beispielhaft für mit Wasser mischbare und/oder wasserlösliche organische Lösungsmittel sind hier Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylformamid oder Ethanol zu nennen. Als ein Beispiel für eine erfindungsgemäß einsetzbare lösungsmittelfreie Verbindung sind Cyclodextrine, beispielsweise ß-Cyclodextrine (Cycloheptaamylose) zu nennen.
Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß ein Enantiomerenüberschuß (ee) an Verbindung der Formel II im Bereich von > 96%, bevorzugt von > 97% besonders bevorzugt von > 99% und insbesondere von 99,9% vorliegt.
Erfindungsgemäß ist das vorliegende Verfahren ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine Enantiomerenüberschuß (ee) an Verbindung der Formel IV von wenigstens 50 bis 60%, bevorzugt 60 bis 90%, besonders bevorzugt von 92 bis 97% und höchst bevorzugt 97 bis > 99,9% erreicht wird.
Der Enantiomerenüberschuß (ee) ist das Maß für die Selektivität eines stereospezifischen Herstellungsverfahrens und kann durch folgende Formel dargestellt werden: ee = Betrag (%S - %R) = (S-R) / (S+R). Hierunter ist der Betrag der Differenz der prozentualen Ausbeuten der beiden vorkommenden Isomere ((S)- und (R)-Enantiomer) im Produkt zu verstehen. Liegt z. B. das eine Isomer zu 20% vor und das andere Isomer zu 80%, so ergibt sich ein Enantiomerenüberschuß von 60%.
In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß es in einer sogenannten „fed-batch" oder auch in kontinuierlicher Reaktionsführung durchgeführt wird. Geeignete Vorrichtungen hierzu sind zahlreich aus der Literatur bekannt. Beispielsweise eignet sich als Reaktionsbehälter ein klassischer Rührkessel (Fermenter), welcher mit einem geeigneten Medium zur Kultivierung von Zellen enthaltend eine erfindungsgemäße Benzaldehyd- Lyase beschickt ist. Durch den kontinuierlichen Zufluß von Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen der allgemeinen Formel I und gegebenenfalls kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Zudosierung einer lösungvermittelnden Verbindung kann das enzymatisch synthetisierte, stereospezifische Produkt einer (R)-2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung kontinuierlich hergestellt und aus dem Fermenter abgeführt werden.
In einer weiteren Verfahrensvariante der vorliegenden Erfindung erfolgt die Synthese von 2-Hxdroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen in einem Enzym-Membran-Reaktor, wie er beispielsweise bei Kula et al. (J. Biotechnol., 1981 , 23: 2789-2802) beschrieben ist.
Erfindungsgemäß können Produktausbeuten im Bereich von 96-100%, bevorzugt von 97%, besonders bevorzugt von 99% und insbesondere von mehr als 99% erreicht werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyse oder ein biologisch aktiver Teil davon kodiert durch eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung umfaßt dabei auch ein Verfahren, bei dem eine Benzaldehyd-Lyase mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID No. 2 oder ein biologisch aktiver Teil davon, eine modifizierte Form, Isoenzyme oder Mischungen davon eingesetzt werden.
Unter Allelen sind erfindungsgemäß funktioneil äquivalente, d. h. im wesentlichen gleichwirkende Nukleotidsequenzen zu verstehen. Funktioneil äquivalente Sequenzen sind solche Sequenzen, welche trotz abweichender Nukleotidsequenz, beispielsweise durch die Degeneriertheit des genetischen Codes noch die gewünschten Funktionen besitzen. Funktionelle Äquivalente umfassen somit natürlich vorkommende Varianten der hierin beschriebenen Sequenzen sowie künstliche, z. B. durch chemische Synthese erhaltene und gegebenenfalls an den Kodon- Gebrauch des Wirtsorganismus angepaßte Nukleotid-Sequenzen. Darüber hinaus umfassen funktionell äquivalente Sequenzen solche, die eine veränderte Nukleotidsequenz aufweisen, welche dem Enzym beispielsweise eine Desensitivität oder Resistenz gegenüber Inhibitoren verleiht. Funktionelle Äquivalente (Allele) sind auch solche Varianten, deren Funktion, verglichen mit dem Ausgangsgen bzw. Genfragment, abgeschwächt oder verstärkt ist.
Unter einem Allel versteht man insbesondere auch natürliche oder künstliche Mutationen einer ursprünglich isolierten Sequenz, welche weiterhin die gewünschte Funktion zeigen. Mutationen umfassen Substitutionen, Additionen, Deletionen, Vertauschungen oder Insertionen eines oder mehrerer Nukleotidreste. Inbegriffen sind hier auch sogenannte Sinnmutationen (sense mutations), die auf Proteinebene beispielsweise zum Austausch konservierter Aminosäuren führen können, welche aber zu keiner grundsätzlichen Veränderung der Aktivität des Proteins führen und somit funktionsneutral sind. Dies beinhaltet auch Veränderungen der Nukleotidsequenz, die auf Proteinebene den N- oder C-Terminus eines Proteins betreffen, ohne jedoch die Funktion des Proteins wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Veränderungen können sogar stabilisierenden Einfluß auf die Proteinstruktur ausüben. Inbegriffen sind ferner Veränderungen, die beispielsweise eine spätere Proteinaufreinigung erleichtem, wie z.B. ein sogenannter aus mehreren aufeinander folgenden Histidin-Resten bestehender „His-tag".
Ferner werden beispielsweise auch solche Nukleotidsequenzen durch die vorliegende Erfindung mit umfaßt, welche man durch Modifikation der Nukleotidsequenz, resultierend in entsprechenden Derivaten, erhält. Ziel einer solchen Modifikation kann z. B. die weitere Eingrenzung der darin enthaltenen kodierenden Sequenz oder auch die Einfügung weiterer Erkennungsschnittstellen für Restriktionsenzyme oder der Einbau seltener Nukleotide sein.
Außerdem sind artifizielle DNA-Sequenzen Gegenstand der vorliegenden Erfindung, solange sie, wie oben beschrieben, die gewünschten
Eigenschaften vermitteln. Solche artifiziellen DNA-Sequenzen können beispielsweise durch Rückübersetzung von mittels computergestützten
Programmen (molecular modelling) erstellten Proteinen oder durch in- vitro-Selektion ermittelt werden. Besonders geeignet sind kodierende DNA-Sequenzen, die durch Rückübersetzung einer Polypeptidsequenz gemäß der für den Wirtsorganismus spezifischen Kodon-Nutzung erhalten wurden. Die spezifische Kodon-Nutzung kann ein mit molekulargenetischen Methoden vertrauter Fachmann durch
Cömputerauswertungen anderer, bereits bekannter Gene des zu transformierenden Organismus leicht ermitteln.
Unter homologen Sequenzen sind erfindungsgemäß solche zu verstehen, die zu den erfindungsgemäßen Nukleotidsequenzen komplementär sind und/oder mit diesen hybridisieren. Der Begriff hybridisierende Sequenzen schließt erfindungsgemäß substanziell ähnliche Nukleotidsequenzen aus der Gruppe von DNA oder RNA ein, die unter an sich bekannten stringenten Bedingungen eine spezifische Wechselwirkung (Bindung) mit den zuvor genannten Nukleotidsequenzen eingehen. Hierzu zählen auch kurze Nukleotidsequenzen mit einer Länge von beispielsweise 10 bis 30, bevorzugt 12 bis 15 Nukleotiden. Dies umfaßt erfindungsgemäß u. a. auch sogenannte „Primer" oder Sonden.
Erfindungsgemäß sind auch die den kodierenden Bereichen
(Strukturgenen) vorausgehenden (5'- oder upstream) und/oder nachfolgenden (3'- oder downstream) Sequenzbereiche eingeschlossen.
Insbesondere sind hierin Sequenzbereiche mit regulatorischer Funktion inbegriffen. Sie können die Transkription, die RNA-Stabilität oder das RNA processing sowie die Translation beeinflussen. Beispiele für regulatorische Sequenzen sind u. a. Promotoren, Enhancer, Operatoren, Terminatoren oder Translationsverstärker.
Unter einem biologisch aktiven Teil des erfindungsgemäßen Enzyms ist erfindungsgemäß jede Polypeptidsequenz zu verstehen, die über die erfindungswesentliche und spezifische Enzymaktivität zur Knüpfung von C-C-Verbindungen verfügt. Die Länge eines biologisch aktiven Teils einer erfindungsgemäßen Benzaldehyd-Lyase kann zum Beispiel im Bereich von 560 ± 10 Aminosäurereste bis 560 + 250 Aminosäurereste, bevorzugt von 560 ± 50 bis 560 + 100 und besonders bevorzugt von 560 + 25 bis 560 ± 50 Aminosäurereste variieren. Dabei entspricht die „Basiszahl" von 560 Aminosäureresten erfindungsgemäß einer Polypeptidsequenz einer Benzaldehyd-Lyase gemäß SEQ ID NO. 2 kodiert durch eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID NO. 1. Folglich kann die „Basiszahl" des Polypeptids in Abhängigkeit von der sie kodierenden Nukleotidsequenz ebenfalls variieren.
Unter modifizierten Formen sind erfindungsgemäß Enzyme zu verstehen, bei denen Änderungen in der Sequenz, beispielsweise am N- und/oder C- Teminus des Polypeptids oder im Bereich konservierter Aminosäuren vorliegen, ohne jedoch die Funktion des Enzyms zu beeinträchtigen. Diese Veränderungen können durch den Austausch einer oder mehrerer Aminosäuren nach an sich bekannten Methoden vorgenommen werden.
Eine besondere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung umfaßt Varianten der erfindungsgemäßen Polypeptide, deren Aktivität und/oder Spezifität beispielsweise durch Aminosäureaustausch, verglichen mit dem jeweiligen Ausgangsprotein, abgeschwächt oder verstärkt ist. Gleiches gilt für die Stabilität der erfindungsgemäßen Enzyme in den Zellen, die beispielsweise gegenüber dem Abbau durch Proteasen verstärkt oder vermindert anfällig sind.
Ferner sind Polypeptide mit der Funktion einer Benzaldehyd-Lyase Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die in ihrer Aminosäuresequenz derart verändert sind, daß sie gegenüber regulatorisch wirkenden Verbindungen, beispielsweise Endprodukte des Stoffwechselweges, desensitiv sind (feedback-desensitiv). .
Unter Isoformen sind Enzyme mit gleicher oder vergleichbarer Substrat- und Wirkungsspezifität zu verstehen, die jedoch eine unterschiedliche Primärstruktur aufweisen.
Erfindungsgemäß werden in dem vorliegenden Verfahren eine isolierte Benzaldehyd-Lyase der zuvor beschriebenen Art oder Zellextrakte oder ganze Zellen enthaltend eine Benzaldehyd-Lyase eingesetzt.
Erfindungsgemäß kann eine isolierte Benzaldehyd-Lyase und/oder Zellextrakt enthaltend eine erfindungsgemäße Benzaldehyd-Lyase z. B. in einem Enzym-Membran-Reaktor zum Einsatz kommen. Darüber hinaus sind auch andere in-vitro Systeme zur erfindungsgemäß stereoselektiven Herstellung von 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen umfaßt.
Als geeignete Systeme für den Einsatz von ganzen Zellen enthaltend eine erfindungsgemäße Benzaldehyd-Lyase sind an dieser Stelle beispielhaft gängige Kultivierungsverfahren im batch-Betrieb, fed-batch-Betrieb oder kontinuierliche Fermentationen zu nennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß eine Benzaldehyd-Lyase aus Mikroorganismen, bevorzugt der Gattung Pseudomonas oder Acinetobacter eingesetzt wird. Bevorzugt wird eine Benzaldehyd-Lyase aus Pseudomonas fluorescens und insbesondere aus Pseudomonas fluorescens Biovar I eingesetzt. Hierbei umfaßt die vorliegende Erfindung auch eine Benzaldehyd-Lyase aus sogenannten Produktionsstämmen. Diese können entweder auf natürliche oder künstliche Weise erhalten werden. Letztere schließt klassische Mutageneseverfahren oder beispielsweise gentechnische Methoden ein.
Ebenfalls sind die 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen (kurz: 2-Hydroxyketone), hergestellt nach einem Verfahren der zuvor beschriebenen Art, Gegenstand der vorliegenden Erfindung .
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner eine Benzaldehyd-Lyase zum Einsatz in ein zuvor genanntes Verfahren, kodiert durch eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID NO. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz. Dies schließt ebenfalls eine Benzaldehyd-Lyase mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO. 2 oder ein biologisch aktiver Teil oder eine modifizierte Form davon oder Isoenzyme oder Mischungen daraus ein.
Die erfindungsgemäße Benzaldehyd-Lyase kann aus Mikroorganismen, bevorzugt der Gattung Pseudomonas oder Acinetobacter isoliert werden. Bevorzugt handelt es sich erfindungsgemäß um eine Benzaldehyd-Lyase isoliert aus der Spezies Pseudomonas fluorescens, besonders bevorzugt der Art Pseudomonas fluorescens Biovar I. Diese Ausführungen sind exemplarisch, jedoch keinesfalls limitierend für die vorliegende Erfindung. Ebenso sind durch die vorliegende Erfindung sogenannte Produktionsstämme für die Isolierung einer entsprechenden Benzaidehyd- Lyase umfaßt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase isoliert aus Organismen der zuvor beschriebenen Art.
Unter einer Nukleotidsequenz oder einem Nukleinsäurefragment ist erfindungsgemäß ein Polymer aus RNA oder DNA zu verstehen, das einzel- oder doppelsträngig sein kann und optional natürliche, chemisch synthetisierte, modifizierte oder artifizielle Nukleotide enthalten kann. Der Begriff DNA-Polymer schließt hierbei auch genomische DNA, cDNA oder Mischungen davon ein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Genstruktur enthaltend eine zuvor beschriebene Nukleotidsequenz kodierend für eine erfindungsgemäße Benzaldehyd-Lyase sowie mit dieser operativ verknüpfte regulatorische Sequenzen, welche die Expression der kodierenden Sequenzen in der Wirtszelle steuern.
Unter einer operativen Verknüpfung versteht man die sequenzielle Anordnung beispielsweise von Promotor, kodierender Sequenz, Terminator und ggf. weiterer regulatorischer Elemente, derart, daß jedes der regulatorischen Elemente seine Funktion bei der Expression der kodierenden Sequenz bestimmungsgemäß erfüllen kann. Diese regulatorischen Nukleotidsequenzen können natürlichen Ursprungs sein oder durch chemische Synthese erhalten werden. Als Promotor ist grundsätzlich jeder Promotor geeignet, der die Genexpression in dem entsprechenden Wirtsorganismus steuern kann. Hierbei kann es sich erfindungsgemäß auch um einen chemisch induzierbaren Promotor handeln, durch den die Expression der ihm unterliegenden Gene in der Wirtszelle zu einem bestimmten Zeitpunkt gesteuert werden kann. Beispielhaft sei hier ein durch IPTG (Isopropyl-ß-thiogalactosid) induzierbarer Promotor genannt. Die Herstellung einer Genstruktur erfolgt durch Fusion eines geeigneten Promotors mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Nukleotidsequenz nach gängigen Rekombinations- und Klonierungstechniken, wie sie beispielsweise in T. Maniatis, E.F. Fritsch und J. Sambrook, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratury, Cold Spring Harbor, NY (1994) beschrieben sind.
Für die Verbindung der DNA-Fragmente miteinander können an die Fragmente Adaptoren oder Linker angesetzt werden.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Vektor enthaltend eine Nukleotidsequenz der zuvor beschriebenen Art kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase, mit diesen operativ verknüpfte regulative Nukleotidsequenzen sowie zusätzliche Nukleotidsequenzen zur Selektion transformierter Wirtszellen, für die Replikation innerhalb der Wirtszelle oder zur Integration in das entsprechende Wirtszell-Genom. Ferner kann der erfindungsgemäße Vektor eine Genstruktur der vorgenannten Art enthalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen transformierten ein- oder mehrzelligen Organismus zum Einsatz in ein Verfahren der zuvor genannten Art, welcher eine Benzaldehyd-Lyase und/oder eine
Nukleotidsequenz der zuvor genannten Art enthält.
Die Übertragung von Nukleinsäuresequenzen in eine Wirtszelle erfolgt nach gängigen gentechnischen Methoden. Als bevorzugtes Verfahren sei hier die Transformation und besonders bevorzugt die Übertragung von
DNA durch Elektroporation genannt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich dieser transformierte ein- oder mehrzellige
Organismus dadurch aus, daß er ein Mikroorganismus, eine Hefe, ein Pilz, eine tierische oder eine pflanzliche Zelle ist. Bevorzugt gehört der erfindungsgemäß transformierte Organismus zu der Gruppe der Enterobacterien. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen transformierten Organismus der Art Escherichia coli. In der vorliegenden Erfindung inbegriffen sind ferner auch sogenannte Produktionsstämme, die sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen eignen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen 2-Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindungen zur Herstellung von Verbindungen mit antiviraler und/oder antifungaler Wirkung und/oder mit der Wirkung von Enzyminhibitoren, die in Bereichen der Pharmazie und/oder Medizin, beispielsweise zur Behandlung von Immunkrankheiten (AIDS) oder neurodegenerativen Erkrankungen (Epilepsie), eingesetzt werden können.
Hierbei kann es sich beispielsweise um (chirale) Vorstufen oder Bestandteile von Antibiotika, wie z.B. Chloramphenicol handeln. Als Beispiele für Verbindungen mit antifungaler Wirkung seien hier z. B. Genaconazole genannt (Gala D. et al., 1996, Tetrahedron Letters, 37 (5): 611-614 oder Leuenberger H. G. W. et al., 1999, Chimia, 53: 536-540). Diese Aufzählungen sind nur zur Erläuterung der Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten 2-Hxdroxyketone zu verstehen, die sich jedoch keinesfalls limitierend auf die vorliegende Erfindung auswirkt.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher charakterisiert, die jedoch nicht limitierend sind.
Allgemeine genetische Methoden:
Die Isolierung von gemomischer DNA und Plasmid-DNA sowie alle
Techniken zur Restriktion, Klenow- und alkalische Phosphatasebehandlung, ferner Methoden zur Klonierung und
Sequenzierung von DNA sowie die Transformation, Kultivierung und Selektion von Wirtszellen wurden nach T. Maniatis, E.F. Fritsch und J. Sambrook (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratury, Cold Spring Harbor, NY (1994)) durchgeführt.
Proteinexpression und Reinigung
Die Isolierung des für die Benzaldehyd-Lyase kodierenden Gens erfolgte nach bekannten Methoden aus Pseudomonas fluorescens. Anschließend wurde das für die Benzaldehyd-Lyase kodierende Gen in den induzierbaren Vektor pKK322-2 (Pharmacia Biotech) kloniert und an seinem 3'-Ende mit sechs für Histidin kodierenden Tripletts versehen.
Der resultierende Vektor pkk322-2::BAL-His wurde dann in den E. coli Stamm SG13009prep4 (Quiagen, Hilden) transformiert. Die transformierten Zellen wurden in LB-Medium in Gegenwart von Ampicillin (100 mg/ml) bei 37°C vermehrt. Die Induktion der Proteinexpression erfolgt bei einer erreichten optischen Dichte der Zellen von ODeoo = 0.7 mit 1 mM Isopropyl-ß-D-thiogalactosid (IPTG). Die Zellernte wurde nach weiteren 16 h mittels Zentrifugation durchgeführt. Der Zellaufschluss erfolgte je nach Maßstab des Kulturansatzes mechanisch mit Glasperlen oder in einer Kugelmühle. Der erhaltene Zell-Rohextrakt wurde durch Zentrifugation und anschließende Filtration von Zelltrümmern befreit und auf eine Nickelchelatchromatographiesäule (bevorzugt: Ni-NTA-Agarose; Qiagen, Hilden) aufgegeben. Die Säule wurde zuvor mit 50 mM Kaliumphosphatpuffer, pH 7.0, equilibriert. Durch Waschen mit dem Equilibrierungspuffer werden nichtbindende Bestandteile ausgespült. Anschließend wurde derselbe Puffer mit einem Zusatz von 50 mM Imidazol verwendet, um schwäch gebundene Proteine zu eluieren. Die Benzaldehyd-Lyase mit ihrem Histidin-Ende (BAL-His) eluiert selektiv in Gegenwart von 200 mM Imidazol. Die gesammelten Proteinfraktionen wurden anschließend durch eine Gelfiltration in 50 mM Kaliumphosphatpuffer, pH 6.5, mit 1 mM MgS04 und 0.01 mM Thiaminpyrophosphat (TPP) umgepuffert. Abschließend erfolgte eine Lyophilisation der Benzaldehyd-Lyase und Lagerung bei -20°C.
Synthese von (R)-Benzoin ausgehend von Benzaldehvd
318 mg (3 mM) Benzaldehyd werden in einer Mischung von 20 ml DMSO und 100 ml Phosphatpuffer (50 mM, pH 7,0) enthaltend 2,5 mM MgS04 und 0,15 mM TPP gelöst. Durch Zugabe von 1 mg (20 U) Benzaldehyd- Lyase wird die Umsetzung gestartet und der Reaktionsansatz für 48 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend werden nochmals 1 mg (20 U) Benzaldehyd-Lyase zugegeben. Die Beobachtung des Reaktionsverlaufs erfolgt mittels kombinierter Gaschromatographie/ Massenspektroskopie (GC-MS) oder Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC). Nach 62 Stunden wird eine 97%ige Umsetzung zu (R)-Benzoin erreicht. Der Reaktionsansatz wird mit 250 ml Dichlormethan extrahiert, die organische Phase mit 25 ml dest. Wasser und 25 ml gesättigter NaCI-Lösung gewaschen und über Na2S04 getrocknet. Anschließend wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Durch ein Umkristallisieren des Rohprodukts werden 305 mg (96%) (R)- Benzoin erhalten (Schmelzpunkt 134°C). Der Enantiomerenüberschuß liegt bei einem Wert von ee > 99%.
[αß2 = -115 (c = 1.5, CH3COCH3). HPLC (Chiralpac AD, /so-Hexan//so- Propanol 90:10; 0.75 ml/min, 20°C, 21 bar) Rt: 26.95 min.
Werden unter vergleichbaren Bedingungen dem Reaktionsansatz statt 20 ml nur 10 ml DMSO zugesetzt, fällt ein Teil des Produkts (R)-Benzoin kristallin aus und kann durch Filtration separiert werden.
Gewinnung von (S)-Benzoin und (R)-2-HPP ausgehend von einem racemischen Benzoin-Gemisch 414 mg (2 mM) eines racemischen Benzoin-Gemisches werden in einer Mischung von 20 ml DMSO und 100 ml Phosphatpuffer (50 mM, pH7,0) enthaltend 2,5 mM MgS04 und 0,15 mM TPP gelöst. Diesem Ansatz werden 88 mg (2 mM) Acetaldehyd zugesetzt. Durch Zugabe von 1 mg (20 U) Benzaldehyd-Lyase wird die Reaktion gestartet und bei Raumtemperatur inkubiert. Nach 24 Stunden werden nochmals 1 mg (20 U) Benzaldehyd-Lyase und weitere 176 mg (4 mM) Acetaldehyd zugefügt. Die Beobachtung . des Reaktionsverlaufs erfolgt mittels kombinierter Gaschromatographie/ Massenspektroskopie (GC-MS) oder Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC). Diese Vorgehensweise wird alle 24 Stunden wiederholt bis das vorhandene (R)-Benzoin vollständig umgesetzt ist. HPLC-Analysen ergeben, daß nach 4 Tagen ausschließlich die Produkte (S)-Benzoin und (R)-2-HPP in der Lösung vorliegen. Der Reaktionsansatz wird mit 250 ml Dichlormethan extrahiert, die organische Phase mit 25 ml dest. Wasser und 25 ml gesättigter NaCI- Lösung gewaschen und über Na2S04 getrocknet. Anschließend wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Aufreinigung des Rohprodukts erfolgt mittels Säulenchromatographie an Kieselgel (CH2Cb). Es resultieren 279 mg (93%) (R)-2-HPP, wobei der Enantiomerenüberschuß ee > 99% beträgt ([α]D 2 = -123 (c = 2, CHCI3)) und 201 mg (95%) (S)- Benzoin, mit einem Wert für den Enantiomerenüberschuß von ebenfalls > 99% ([α]22 = 114 (c = 1.5, CH3COCH3)); (Schmelzpunkt = 134 °C).
(fl)-2-HPP:1H NMR (300 MHz, CDCI3, 20°C): δ = 1.47 (d, 3H, 3J(H,H) = 7.0 Hz; CH3), 3.81 (br, 1 H; OH), 5.19 (q, 1H, 3J(H,H) = 7.0 Hz; CHOH), 7.52 (T, 2H, 3J(H,H) = 7.5 Hz; ar-H), 7.64 (tt, 1 H, 3J(H,H) = 7.5 Hz, 4J(H,H) = 1.3 Hz; ar-H), 7.95 (dd, 2H, 3J(H,H) = 7.5 Hz, 4J(H,H) = 1.3 Hz; ar-H); 13C NMR (75.5 MHz, CDCI3, 20°C): δ = 22.74 (CH3), 69.73 (CHOH), 129.09, 129.31 (CH), 133.71 (Cq), 134.44 (CH), 202.82 (CO); GCMS: Rr = 7.70 min; m/z (%) = 150 (0.2) [/Vf], 135 (1.3) [Λ -CH3], 105 (100) [C7H50+], 77 (57) [C6H5 +], 51 (17) [C5H3 +]; HPLC: (Chiralpac AD, isoHexan/ iso-Propano\ 90:10; 0.75 ml/min, 20°C, 21 bar) Rt: 15.78 min.
(S)-Benzoin: 1H-NMR (300 MHz, CDCI3, 20°C, TMS): δ = 4.56 (br, 1H; OH), 5.95 (s, 1 H; CHOH), 7.5 (m, 6H; ar-H), 7.9 (m, 4H; ar-H); GCMS: Rr = 11.29 min; m/z (%) = 212 (0.5) [Λf], 105 (100) [C7H50+], 77 (40) [C6H5 +], 51 (9.8) [C4H3 +]; HPLC(Chiralpac AD, /so-Hexan//so-Propanol 90:10; 0.75 ml/min, 20°C, 21 bar) Rt: 33.36 min.
Synthese von (RV2-HPP ausgehend von Benzaldehvd
318 mg (3 mM) Benzaldehyd werden in einer Mischung von 20 ml DMSO und 100 ml Kaliumphosphatpuffer (50 mM, pH7,0) enthaltend 2,5 mM MgS04 und 0,15 mM TPP gelöst. Durch Zugabe von 1 mg (20 U) Benzaldehyd-Lyase wird die Umsetzung gestartet und bei Raumtemperatur inkubiert. Diesem Reaktionsansatz werden 88 mg (2 mM) Acetaldehyd zugegeben. Nach Zugabe von weiteren 1 mg (20 U) Benzaldehyd-Lyase wird der Reaktionsansatz weiter bei Raumtemperatur inkubiert. Nach 24 Stunden werden weitere 1 mg Benzaldehyd-Lyase und 88 mg Acetaldehyd zugegeben. Die Beobachtung des Reaktionsverlaufs erfolgt mittels kombinierter Gaschromatographie/ Massenspektroskopie (GC-MS) oder Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC). Diese Vorgehensweise wird alle 24 Stunden wiederholt, bis das vorhandene (R)- Benzoin vollständig umgesetzt ist. HPLC-Analysen ergeben, daß nach insgesamt 62 Stunden ausschließlich das Produkt (R)-2-HPP vorliegt, wobei eine 97%ige Umsetzung erfolgt ist. Der Reaktionsansatz wird mit 250 ml Dichlormethan extrahiert, die organische Phase mit 25 ml dest. Wasser und 25 ml gesättigter NaCI-Lösung gewaschen und über Na2S04 getrocknet. Anschließend wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Aufreinigung des Rohprodukts erfolgt mittels Säulenchromatographie an Kiesigel (CH2CI2). Es resultieren 214 mg (95%) (R)-2-HPP, wobei der Enantiomerenüberschuß ee > 99% beträgt ([α]22 = -122 (c = 2, CHCI3)).
Legende zu den Figuren:
Fig. 1 : Sequenzliste enthaltend die Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-
Lyase aus Pseudomonas fluorescens (SEQ ID NO. 1) und die davon abgeleitete Aminosäuresequenz sowie eine separate Darstellung der Aminosäuresequenz (SEQ ID NO. 2) der Benzaldehyd-Lyse aus Pseudomonas fluorescens.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur stereoselektiven Herstellung " von 2-Hydroxyketonen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyase eingesetzt wird, die in Anwesenheit wenigstens einer lösungsvermittelnden
Verbindung die Umsetzung von zwei Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen, von denen wenigstens eine kein Acetaldehyd ist, oder von einer Aldehydgruppen . enthaltenden Verbindung mit einer 2- Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung unter Beibehaltung der stereochemischen Anordnung der letzteren zu einer weiteren 2-
Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung katalysiert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Aldehydgruppen enthaltende Verbindung der allgemeinen Formel I
wobei R = eine Komponente aus der Gruppe aliphatischer, aromatischer oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffe ist, die in ortho-, meta- oder para-Stellung einfach oder mehrfach substituiert sein kann, wobei die Substituenten Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Gruppen oder Heteroatome, wie z.B. Cl, F, Br oder S, N, P oder Kombinationen davon sein können und R ≠ -CH3 ist
mit einer zweiten Verbindung der Formel I zu einer 2- Hydroxyketongruppen enthaltenden Verbindung der allgemeinen
Formel II umgesetzt wird,
wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und R1 und R2 die dieselbe Bedeutung haben wie R in Formel I.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem Verbindungen der Formel II in Gegenwart von Aldehydgruppen enthaltenden Verbindungen der allgemeinen Formel III
O
R3^H
wobei R3 = -CH3 oder eine Komponente aus der Gruppe aliphatischer, aromatischer oder heteroaromatischer Kohlenwasserstoffe ist, die in ortho-, meta- oder para-Stellung einfach oder mehrfach substituiert sein kann, wobei die Substituenten Alkyl-, Aryl- oder Aralkyl-Gruppen oder Heteroatome, wie z.B. Cl, F, Br oder S, N, P oder Kombinationen davon sein können
zu Verbindungen der Formel IV weiter umgesetzt werden
wobei R3 ≠ R4 und R3 = R3 der Formel III und R4 = R der Formel I.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem racemischen Gemisch enthaltend Verbindungen der Formel II selektiv das Enantiomer der Formel II unter Beibehaltung der stereochemischen Anordnung zu einer Verbindung der Formel IV weiter umgesetzt wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aldehydgruppen enthaltende Verbindung der allgemeinen Formel I als ein erstes Substrat mit einem Acetaldehyd oder substituierten Acetaldehyd als ein zweites Substrat über eine Verbindung der Formel II als Zwischenstufe zu einer Verbindung der Formel IV umgesetzt wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsansatz oder dem Kulturmedium wenigstens 0,5-40%, bevorzugt 5-20%, besonders bevorzugt 7-12% und höchst bevorzugt 10% wenigstens einer lösungsvermittelnden Verbindung zugesetzt werden.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungsvermittelnde Verbindung ein mit Wasser mischbares und/oder wasserlösliches organisches Lösungsmittel und/oder eine lösungsmittelfreie Verbindung zugesetzt wird.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungsvermittelnde Verbindung Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Ethanol und/oder ein Cyclodextrin zugesetzt wird.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Enantiomerenüberschuß an Verbindung der Formel II von wenigstens 96%, bevorzugt von > 97%, besonders bevorzugt von > 99% und insbesondere von 99,9% erreicht wird.
10.Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Enantiomerenüberschuß an Verbindung der
Formel IV von wenigstens 50 bis 60%, bevorzugt 60 bis 90%, besonders bevorzugt von 92 bis 97% und höchst bevorzugt 97 bis >
99,9% erreicht wird.
11.Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer kontinuierlichen Reaktionsführung durchgeführt wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyase oder ein biologisch aktiver Teil davon kodiert durch eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz eingesetzt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyase mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID No. 2 oder ein biologisch aktiver
Teil davon, eine modifizierte Form, Isoenzyme oder Mischungen davon eingesetzt werden.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierte Benzaldehyd-Lyase oder
Zellextrakte oder ganze Zellen enthaltend eine Benzaldehyd-Lyase eingesetzt werden.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyase aus Mikroorganismen, bevorzugt der Gattung Pseudomonas oder Acinetobacter eingesetzt wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Benzaldehyd-Lyase aus Pseudomonas fluorescens eingesetzt wird.
17.2-Hydroxyketone hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Benzaldehyd-Lyase zum Einsatz in ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 kodiert durch eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz.
19. Benzaldehyd-Lyase gemäß Anspruch 18 mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID No. 2 oder ein biologisch aktiver Teil oder eine modifizierte Form davon oder Isoenzyme oder Mischungen daraus.
20. Benzaldehyd-Lyase gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19 isoliert aus Mikroorgansimen, bevorzugt der Gattung Pseudomonas oder Acinetobacter.
21. Benzaldehyd-Lyase gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20 isoliert aus der Spezies Pseudomonas fluorescens.
22. Nukleotidsequenz kodierend für eine Benzaldehyd-Lyase gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21.
23. Genstruktur enthaltend eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz kodierend für eine erfindungsgemäße Benzaldehyd-Lyase sowie mit dieser operativ verknüpfte regulatorische Sequenzen, welche die Expression der kodierenden Sequenz in der Wirtszelle steuern.
24. Vektor enthaltend eine Nukleotidsequenz gemäß SEQ ID No. 1 oder ein Allel, Homolog oder Derivat dieser Nukleotidsequenz oder eine mit dieser hybridisierende Nukleotidsequenz oder eine Genstruktur gemäß
Anspruch 23, mit diesen Nukleotidsequenzen operativ verknüpfte regulative Nukleotidsequenzen sowie zusätzliche Nukleotidsequenzen zur Selektion von Wirtszellen, für die Replikation in Wirtszellen und/oder zur Integration in das Genom von Wirtszellen.
25. Transformierter ein- oder mehrzelliger Organismus zum Einsatz in ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 enthaltend eine Benzaldehyd-Lyase gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21 und/oder eine Nukleotidsequenz gemäß Anspruch 22 und/oder ein Genkonstrukt gemäß Anspruch 23 und/oder einen Vektor gemäß Anspruch 24.
26. Transformierter ein- oder mehrzelliger Organismus gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Mikroorganismus, eine Hefe, ein Pilz, eine tierische oder eine pflanzliche Zelle ist.
27. Transformierter ein- oder mehrzelliger Organismus gemäß einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß er zu der Gruppe der Enterobacterien gehört.
28. Transformierter ein- oder mehrzelliger Organismus gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß er zu der Gattung Escherichia, bevorzugt der Art Escherichia coli gehört.
29. Verwendung von 2-Hydroxyketonen gemäß Anspruch 17 zur Herstellung von Verbindungen mit antiviraler und/oder antifungaler Wirkung und/oder mit der Wirkung von Enzyminhibitoren, die in Bereichen der Pharmazie und/oder Medizin, beispielsweise zur Behandlung von Immunkrankheiten oder neurodegenerativen Erkrankungen verwendet werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE102005007499A1 (de) * 2005-02-17 2006-08-31 Degussa Ag Verfahren zur Herstellung von enantiomer angereicherten alpha-Hydroxyketonen
WO2012037413A2 (en) 2010-09-15 2012-03-22 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Systems and methods for biotransformation of carbon dioxide into higher carbon compounds
DE102013009631A1 (de) 2013-06-10 2014-12-11 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung von Cathin
CN108558628B (zh) * 2018-04-03 2021-06-25 宁夏医科大学 安息香的制备方法
KR20230137996A (ko) * 2021-02-05 2023-10-05 제지앙 아펠로아 강유 파마슈티칼 씨오.,엘티디. 고 입체 선택성 r트랜스케톨라제 돌연변이체와 그 코딩 유전자 및 응용
CN115109770B (zh) * 2022-06-30 2023-09-05 中国科学院天津工业生物技术研究所 苯甲醛裂解酶突变体及在制备1，4-二羟基-2-丁酮中的应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19736104A1 (de) * 1997-08-20 1999-02-25 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von enantiomerenreinen Phenylacetylcarbinolen aus Acetaldchyd und Benzaldehyd in Gegenwart von Pyruvatdecarboxylase aus Zymomonas
DE19918935A1 (de) * 1999-04-27 2000-11-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stereoselektive Synthese von 2-Hydroxyketonen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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