ES2242963T5 - Mutantes de subtilisina. - Google Patents

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Abstract

SE DESCRIBEN NUEVOS MUTANTES DE CARBONIL HIDROLASA DERIVADOS DE LAS SECUENCIAS DE ADN DE CARBONIL HIDROLASAS NO HUMANAS, EXISTENTES EN LA NATURALEZA O RECOMBINANTES. LAS CARBONIL HIDROLASAS MUTANTES, EN GENERAL, SE OBTIENEN POR MODIFICACION IN VITRO, DE UNA SECUENCIA PRECURSORA DE ADN, QUE CODIFICA PARA LA CARBONIL HIDROLASA SILVESTRE O RECOMBINANTE, PRODUCIENDO LA SUSTITUCION DE UNO O MAS RESIDUOS AMINOACIDOS EN LA SECUENCIA AMINOACIDA DE LA CARBONIL HIDROLASA. DICHAS CARBONIL HIDROLASAS MUTANTES, TIENEN PROPIEDADES DISTINTAS DE LAS DEL PRECURSOR DE HIDROLASA, Y SON ESPECIALMENTE UTILES EN FORMULACIONES DETERGENTES. LOS AMINOACIDOS SUSTITUIDOS CORRESPONDEN A LA POSICION +123 Y/O +274, EN LA SUBTILISINA DE BACILLUS AMYLOLIQUEFACIENS.

Description

Mutantes de subtilisina.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la producción de nuevos mutantes de carbonil hidrolasa que tienen una secuencia de aminoácidos en la que uno o más restos de aminoácidos de una carbonil hidrolasa precursora, concretamente los que están en una posición correspondiente al resto +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, ha sido sustituido con un aminoácido diferente. Tales carbonil hidrolasas mutantes se obtienen por modificación in vitro de una secuencia de DNA precursora que codifica una carbonil hidrolasa de origen natural o recombinante para codificar la sustitución de este resto de aminoácido en una secuencia de aminoácidos precursora, sola o en combinación con otra sustitución, inserción o deleción en la secuencia de aminoácidos precursora.
Fundamento de la invención
Las proteasas de serina son un subgrupo de carbonil hidrolasas. Comprenden una clase diversa de enzimas que tienen una amplia gama de especificidades y funciones biológicas. Stroud, R. M. (1974), Sci. Amer., 131, 74-88. A pesar de su diversidad funcional, se ha hecho una aproximación de la maquinaria catalítica de proteasas de serina mediante al menos dos familias de enzimas genéticamente distintas: las subtilisinas y las proteasas de serina relacionadas con la quimiotripsina de mamíferos y bacterianas homólogas (p. ej. tripsina y tripsina de S. gresius). Estas dos familias de proteasas de serina muestran mecanismos de catálisis notablemente similares. Kraut, J. (1977), Ann. Rev. Biochem., 46, 331-358. Además, aunque la estructura primaria es no relacionada, la estructura terciaria de estas dos familias de enzimas reúne una triada catalítica de aminoácidos conservada consistente en serina, histidina y aspartato.
La subtilisina es una endoproteasa de serina (PM 27.500) que es segregada en grandes cantidades por una amplia variedad de especies Bacillus y otros microorganismos. La secuencia de proteína de la subtilisina ha sido determinada a partir de al menos cuatro especies diferentes de Bacillus. Markland, F.S. et al. (1983), Honne-Seyler's Z. Physiol. Chem., 364, 1537-1540. También se ha publicado la estructura cristalográfica tridimensional de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens a una resolución de 2,5A. Wright, C.S. et al. (1969), Nature, 221, 235-242; Drenth, J. et al. (1972), Eur. J. Biochem., 26, 177-181. Estos estudios indican que, aunque la subtilisina es genéticamente no relacionada con las proteasas de serina de mamíferos, tiene una estructura de sitios activos similar. Las estructuras cristalinas de rayos X de la subtilisina que contiene inhibidores peptídicos unidos covalentemente (Robertus, J.D. et al. (1972), Biochemistry, 11, 2439-2449) o complejos producto (Robertus, J.D. et al. (1976), J. Biol. Chem., 251, 1097-1103), han proporcionado también información relativa al sitio activo y la hendidura de unión de sustrato putativa de la subtilisina. Además, se han publicado numerosos estudios cinéticos y de modificación química para la subtilisina (Philipp, M. et al. (1983), Mol. Cell. Biochem., 51, 5-32; Svendsen, B. (1976), Carlsbera Res. Comm., 41, 237-291; Markland, F. S. Id.) así como al menos una publicación en la que la cadena lateral de metionina en el resto 222 de la subtilisina se convirtió en metionina-sulfóxido mediante peróxido de hidrógeno (Stauffer, D.C. et al. (1965), J. Biol. Chem., 244, 5333-5338) y la cadena lateral de serina en el resto 221 se convirtió en cisteína por modificación química (Polgar et al. (1981), Biochimica et Biophysica Acta, 667, 351-354).
La patente de EE.UU. nº 4.760.025 y la Publicación EPO Nº 0 130 756 publicada el 9 de enero de 1985 describen cada una de ellas la modificación de restos de aminoácidos de subtilisina correspondientes a posiciones en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens tirosina -1, aspartato +32, asparagina +155, tirosina +104, metionina +222, glicina +166, histidina +64, glicina +169, fenilalanina +189, serina + 33, serina +221, tirosina +217, glutamato +156 y alanina + 152. La Publicación EPO Nº 0 251 446 publicada el 7 de enero de 1988 describe otros restos de aminoácidos en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens y sus equivalentes que pueden ser modificados por medio de sustitución, inserción o deleción y que pueden combinarse con modificaciones a los restos identificados en la patente de EE.UU. nº 4.760.025 para formar mutantes de subtilisina útiles. Sin embargo, los restos identificados en el presente texto en particular no son identificados en estas referencias.
Del mismo modo, la Publicación PCT Nº WO 89/09819 y la WO 89/09830, publicadas cada una de ellas el 19 de octubre de 1989, describen enzimas de subtilisina hechas mutando una secuencia de nucleótidos que codifica una subtilisina. En cada una de estas publicaciones se identifican numerosos restos de aminoácidos que pueden ser modificados así. Sin embargo, como ocurre con las referencias anteriormente identificadas, ninguna identifica los restos de la presente invención.
Además, el documento WO 89/06279 describe mutantes de la subtilisina que poseen propiedades modificadas tales como mayor estabilidad a la oxidación, actividad y capacidad de lavado. Se describen mutantes específicos de la subtilisina de B. lentus. Como antes, los restos de la presente invención no son identificados en esta referencia.
Sumario de la invención
La invención proporciona un método de alterar la estabilidad de una carbonil hidrolasa que comprende:
proporcionar una secuencia de DNA precursora que codifica una carbonil hidrolasa precursora;
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modificar dicha secuencia de DNA precursora para que proporcione una secuencia de DNA mutante que codifica una carbonil hidrolasa mutante que tiene una secuencia de aminoácidos que no se encuentra en la naturaleza y que difiere de dicha carbonil hidrolasa precursora en la sustitución de un aminoácido diferente por el resto de aminoácido en una posición en dicho precursor equivalente a la posición +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, en donde el mutante tiene una estabilidad alterada en comparación con la carbonil hidrolasa precursora, y
expresar dicha carbonil hidrolasa mutante a partir de dicha secuencia de DNA mutante.
Así, estas secuencias de DNA mutantes son derivadas de una secuencia de DNA precursora que codifica una enzima precursora de origen natural o recombinante. Las secuencias de DNA mutantes se derivan modificando la secuencia de DNA precursora para que codifique la sustitución de un resto específico de aminoácido codificado por la secuencia de DNA precursora correspondiente a la posición +274 en Bacillus amyloliquefaciens.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 representa la secuencia de DNA y de aminoácidos para la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens y un mapa de restricción parcial de este gen.
La Fig. 2 representa los restos de aminoácidos conservados entre subtilisinas de Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis varI168 y Bacillus licheniformis (carlsbergensis).
Las Figuras 3A y 3B representan la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de Bacillus amyliquefaciens, Bacillus subtilis varI168 y Bacillus licheniformis.
La Fig. 4 representa la secuencia de aminoácidos de tres subtilisinas. El renglón superior representa la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens (también llamada a veces subtilisina BPN'). El segundo renglón representa la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de Bacillus lentus (subtilisina 309 en la Publicación PCT Nº WO 89/06279). El renglón de abajo representa la secuencia de aminoácidos de una enzima denominada GG-RYSA. El símbolo * denota la ausencia de restos de aminoácidos específicos en comparación con la subtilisina BPN'.
La Fig. 5 representa la construcción del plásmido pGG A274.
La Fig. 6 representa la construcción de pGG-KVNA, que es un intermedio para el plásmido pGG-RYSA.
La Fig. 7 representa el método de oligonucleótido-duplex usado para construir un gen sintético de la subtilisina de Bacillus lentus.
La Fig. 8 representa la estrategia para construir un gen sintético que codifica la subtilisina de Bacillus lentus.
La Fig. 9 representa la casete usada para hacer sustituciones en el DNA en el codón de posición +123 por mutagénesis de casete. XXX representa el codón modificado para codificar las sustituciones de aminoácidos en posición +123.
La Fig. 10 representa el DNA y la secuencia de aminoácidos de una enzima, en la que la secuencia de DNA es un DNA sintético. El DNA de esta Figura ha sido modificado para que codifique arginina en la posición 27, serina en la posición 78, tirosina en la posición 104, serina en la posición 123 y alanina en la posición 274.
Descripción detallada de la invención
Se ha descubierto que mutaciones in vitro en la carbonil hidrolasa subtilisina en un resto de aminoácido equivalente a +123 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens producen mutantes de subtilisina que muestran actividad proteolítica alterada sobre las subtilisinas precursoras.
También se ha descubierto que la mutación in vitro en restos equivalentes a +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens produce mutantes de subtilisina que muestran una estabilidad alterada, p. ej. actividad autoproteolítica modificada. En algunos casos, estos últimos mutantes muestran también un rendimiento mejorado cuando se usan en composiciones detergentes.
Las carbonil hidrolasas son enzimas que hidrolizan compuestos que contienen uniones
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en las que X es oxígeno o nitrógeno. Incluyen carbonil hidrolasas de origen natural y carbonil hidrolasas recombinantes. Las carbonil hidrolasas de origen natural incluyen principalmente hidrolasas, p. ej. péptido hidrolasas, tales como subtilisinas, o metaloproteasas. Las péptido hidrolasas incluyen \alpha-aminoacilpéptido hidrolasa, peptidilaminoácido hidrolasa, acilamino hidrolasa, serina carboxipeptidasa, metalocarboxipeptidasa, tiol proteinasa, carboxilproteinasa y metaloproteinasa.
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Se incluyen serina, metalo, tiol y ácido proteasas, así como endo- y exo-proteasas.
"Carbonil hidrolasa recombinante" se refiere a una carbonil hidrolasa en la cual la secuencia de DNA que codifica la carbonil hidrolasa de origen natural está modificada para producir una secuencia de DNA mutante que codifica la sustitución, la inserción o la deleción de uno o más aminoácidos en la secuencia de aminoácidos de la carbonil hidrolasa. Los métodos de modificación adecuados se describen en el presente texto, en la Publicación EPO Nº 0 130 756 publicada el 9 de enero de 1985 y en la Publicación EPO Nº 0 251 446 publicada el 7 de enero de 1988.
Las susbtilisinas son carbonil hidrolasas bacterianas o fúngicas que actúan generalmente rompiendo uniones peptídicas de proteínas o péptidos. Como se usa en el presente texto, "subtilisina" significa una subtilisina de origen natural o una subtilisina recombinante. Se conoce una serie de subtilisinas de origen natural que son producidas y muchas veces segregadas por varias especies microbianas. Las secuencias de aminoácidos de los miembros de esta serie no son totalmente homólogas. Sin embargo, las subtilisinas de esta serie muestran la misma actividad proteolítica o un tipo de actividad similar. Esta clase de proteasas de serina comparte una secuencia de aminoácidos común que define una triada catalítica que la distingue de la clase de proteasas de serina relacionadas con la quimiotripsina. Las subtilisinas y proteasas de serina relacionadas con la quimiotripsina tienen ambas una triada catalítica que comprende aspartato, histidina y serina. En las proteasas relacionadas con la subtilisina el orden relativo de estos aminoácidos, leyendo desde el término amino al carboxi, es aspartato-histidina-serina. En las proteasas relacionadas con la quimiotripsina el orden relativo, sin embargo, es histidina-aspartato-serina. Así, la subtilisina en el presente texto se refiere a una proteasa de serina que tiene la triada catalítica de proteasas relacionadas con subtilisina. Los ejemplos incluyen las subtilisinas identificadas en la Fig. 3 del presente texto y como se describen en la Publicación PCT WO 89/06279 y en la Publicación EPO Nº 0 283 075.
"Subtilisina recombinante" se refiere a una subtilisina en la cual la secuencia de DNA que codifica la subtilisina está modificada para producir una secuencia de DNA mutante que codifica la sustitución, la deleción o la inserción de uno o más aminoácidos en la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de origen natural. Los métodos adecuados para producir tal modificación y que pueden combinarse con los que se describen en el presente texto, incluyen los descritos en la Publicación EPO números 0 130 756 y Nº 0 251 446 y en la Publicación PCT números WO 89/06279, WO 89/09630 y WO 89/09819.
Las "carbonil hidrolasas no humanas" y el DNA que las codifica pueden obtenerse a partir de muchos organismos procariotas y eucariotas. Los ejemplos adecuados de organismos procariotas incluyen organismos gram-negativos tales como E. coli o Pseudomonas y bacterias gram-positivas tales como Micrococcus o Bacillus. Los ejemplos de organismos eucariotas a partir de los cuales pueden obtenerse carbonil hidrolasa y sus genes incluyen levaduras tales como Saccaromyces cerevisiae, hongos como Aspergillus sp., y fuentes constituidas por mamíferos no humanos como, por ejemplo, especie bovina, a partir de las cuales pueden obtenerse los genes que codifican la carbonil hidrolasa quimosina. Como con las subtilisinas, puede obtenerse una serie de carbonil hidrolasas a partir de varias especies relacionadas que tienen secuencias de aminoácidos que no son enteramente homólogas entre los miembros de esa serie pero que, no obstante, muestran la misma actividad biológica o una de tipo similar. Así, la carbonil hidrolasa no humana como se usa en el presente texto tiene una definición funcional que se refiere a carbonil hidrolasas que están asociadas directa o indirectamente, con fuentes procariotas y eucariotas.
Un "mutante de carbonil hidrolasa" tiene una secuencia de aminoácidos que se deriva de la secuencia de aminoácidos de una "carbonil hidrolasa precursora". Las carbonil hidrolasas precursoras incluyen carbonil hidrolasas de origen natural y carbonil hidrolasas recombinantes. La secuencia de aminoácidos del mutante de carbonil hidrolasa se "deriva" de la secuencia de aminoácidos de la hidrolasa precursora mediante la sustitución, la deleción o la inserción de uno o más aminoácidos de la secuencia de aminoácidos precursora. Tal modificación es de la "secuencia de DNA precursora" que codifica la secuencia de aminoácidos de la carbonil hidrolasa precursora, en vez de la manipulación de la enzima carbonil hidrolasa precursora per se. Los métodos adecuados para tal manipulación de la secuencia de DNA precursora incluyen métodos descritos en el presente texto y en las Publicaciones EPO números 0 130 756 y 0 251 446.
Los restos específicos correspondientes a las posiciones +123 y +274 de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens se identifican en el presente texto para sustitución. Estos números de posición de aminoácidos se refieren a los asignados a la secuencia de la subtilisina del Bacillus amyloliquefaciens madura presentada en la Fig. 1. Sin embargo, la invención no está limitada a la mutación de esta subtilisina concreta sino que se extiende a carbonil hidrolasas precursoras que contienen restos de aminoácidos en posiciones que son "equivalentes" a los restos concretos identificados en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens.
Un resto (aminoácido) de una carbonil hidrolasa precursora es equivalente a un resto de subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens si es homólogo (es decir, correspondiente en posición en la estructura primaria o en la terciaria) o bien si es análogo a un resto específico o porción de ese resto en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens (es decir, que tiene la misma capacidad funcional, o una similar, para combinarse, reaccionar o interaccionar químicamente).
Para establecer homología respecto a la estructura primaria, la secuencia de aminoácidos de una carbonil hidrolasa precursora se compara directamente con la secuencia primaria de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens y en particular con un conjunto de restos que se sabe que son invariables en todas las subtilisinas para las que se conoce la secuencia (Fig. 2). Después de alinear los restos conservados, permitiendo las inserciones y deleciones necesarias con el fin de mantener la alineación (es decir, evitando la eliminación de restos conservados por deleción e inserción arbitrarias), se definen los restos equivalentes a aminoácidos particulares en la secuencia primaria de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. La alineación de restos conservados debe de conservar preferentemente el 100% de tales restos. Sin embargo, la alineación de más del 75% o de una porción tan baja como el 50% de los restos conservados es también adecuada para definir restos equivalentes. La conservación de la triada catalítica Asp32/His64/Ser221 debe mantenerse.
Por ejemplo, en la Fig. 3 la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus subtilis var. I168 y Bacillus lichenformis (carlsbergensis) están alineadas para proporcionar la máxima cuantía de homología entre secuencias de aminoácidos. Una comparación de estas secuencias muestra que hay cierto número de restos conservados contenidos en cada secuencia. Estos son los restos identificados en la Fig. 2.
Estos restos conservados pueden ser usados entonces para definir los correspondientes restos de aminoácidos equivalentes de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens en otras carbonil hidrolasas tales como la subtilisina de Bacillus lentus (Publicación PCT Nº WO 89/06279 publicada el 13 de julio de 1989) y el mutante de subtilisana preferido del presente texto. Estas secuencias particulares de aminoácidos están alineadas en la Fig. 4 con la secuencia de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens para producir la máxima homología de restos conservados. Como puede observarse, hay cierto número de deleciones en la secuencia de Bacillus lentus y en el mutante de subtilisina preferido de la invención, en comparación con la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Así, el aminoácido equivalente para Val-165 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, en las otras subtilisinas es la isoleucina particular indicada debajo de Val-165.
En la Fig. 4, el aminoácido de la posición 123 es asparagina en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. En la subtilisina de Bacillus lentus, el resto equivalente es la asparagina particular indicada. Sin embargo en un mutante de subtilisina, el aminoácido equivalente a +123 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens es un aminoácido distinto de la asparagina y es preferentemente la serina indicada en la Fig. 4. Del mismo modo, en la Fig. 4, el aminoácido en posición +274 de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens es alanina. Como puede observarse, el aminoácido equivalente en la subtilisina de Bacillus lentus es la treonina particular indicada en la Fig. 4. En un mutante de subtilisina particular, la posición 274 de aminoácido equivalente está ocupada por la alanina indicada en la Fig. 4.
Así, las posiciones +123 y +274 están identificadas por secuencias de aminoácidos primarias en la Fig. 4 para la subtilisina de Bacillus lentus y una enzima mutante preparada según la invención. Sin embargo, pueden ser modificados otros varios restos de aminoácidos que son equivalentes a aminoácidos específicos en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Así, el aminoácido lisina en posición 27 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens tiene una lisina equivalente en posición 27 en la subtilisina de Bacillus lentus. Como se indica en los Ejemplos, la subtilisina fue derivada modificando una secuencia de DNA que codifica subtilisina de Bacillus lentus. Tales modificaciones al DNA incluían la modificación de codones equivalentes a las posiciones 123 y 274 de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Sin embargo, se hicieron otras dos modificaciones a la secuencia de aminoácidos de Bacillus lentus en posiciones equivalentes a los restos 27 y 104 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Así, como puede observarse en la Fig. 4, la lisina en el resto 27 equivalente en la subtilisina de Bacillus lentus fue modificada para codificar arginina. Del mismo modo, el resto de valina en posición 104 de Bacillus lentus, que es equivalente a tirosina 104 en subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, fue también modificado para codificar tirosina. Así, la enzima mostrada en la Fig. 4 contiene una secuencia de aminoácidos derivada de la subtilisina de Bacillus lentus modificando restos de esa subtilisina equivalentes a las posiciones 27, 104, 123 y 274 de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens.
También pueden definirse restos equivalentes determinando homología a nivel de la estructura terciaria para una carbonil hidrolasa precursora cuya estructura terciaria ha sido determinada por cristalografía de rayos X. Los restos equivalentes se definen como aquellos para los cuales las coordenadas atómicas de dos o más de los átomos de la cadena principal de un resto de aminoácido particular de la carbonil hidrolasa precursora y la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens (N sobre N, CA sobre CA, C sobre C y O sobre O) están dentro de los 0,13 nm y preferentemente 0,1 nm después de la alineación. La alineación se consigue después de que el mejor modelo ha sido orientado y situado para dar el máximo solapamiento de coordenadas atómicas de átomos que no sean de hidrógeno de la proteína de la carbonil hidrolasa en cuestión respecto de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. El mejor modelo es el modelo cristalográfico que da el factor R más bajo para los datos experimentales de difracción a la resolución más alta disponible.
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Los restos equivalentes que son funcionalmente análogos a un resto específico de subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens se definen como aquellos aminoácidos de las carbonil hidrolasas precursoras, que pueden adoptar una conformación tal que alteran, modifican o contribuyen a la estructura de la proteína, la unión de sustrato o la catálisis en una manera definida y atribuida a un resto específico de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Además, están aquellos restos de la carbonil hidrolasa precursora (para los que se ha obtenido una estructura terciaria mediante cristalografía de rayos X), que ocupan una posición análoga hasta el punto de que aunque los átomos de la cadena principal del resto dado pueden no satisfacer los criterios de equivalencia sobre la base de ocupar una posición homóloga, las coordenadas atómicas de al menos dos de los átomos de la cadena lateral del resto están a 0,13 nm de los correspondientes átomos de la cadena lateral de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens. Las coordenadas de la estructura tridimensional de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens se exponen en la Publicación EPO Nº 0 251 446 y pueden ser usadas como se indicó antes para determinar restos equivalentes a nivel de la estructura terciaria.
Algunos de los restos identificados para sustitución, inserción o deleción, son restos conservados mientras que otros no lo son. En el caso de restos que no son conservados, la sustitución de uno o más aminoácidos está limitada a sustituciones que producen un mutante que tiene una secuencia de aminoácidos que no corresponde a una que se encuentre en la naturaleza. En el caso de restos conservados, tales sustituciones no deben dar por resultado una secuencia existente en la naturaleza. Los mutantes de la carbonil hidrolasa de la presente invención incluyen las formas maduras de mutantes de carbonil hidrolasa así como las pro- y prepro-formas de tales mutantes de hidrolasa. Las prepro-formas son la construcción preferida ya que ésta facilita la expresión, la secreción y la maduración de los mutantes de carbonil hidrolasa.
"Prosecuencia" se refiere a una secuencia de aminoácidos unida a la porción N-terminal de la forma madura de una carbonil hidrolasa que, cuando se elimina, tiene por resultado la aparición de la forma "madura" de la carbonil hidrolasa. Muchas enzimas proteolíticas se encuentran en la naturaleza como productos de proenzima traduccionales y, en ausencia de tratamiento post-traduccional, se expresan de esta manera. Una prosecuencia preferida para producir mutantes de carbonil hidrolasa, concretamente mutantes de subtilisina, es la prosecuencia putativa de la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, aunque pueden usarse otras prosecuencias de subtilisina. En estos Ejemplos, se usó la secuencia pro putativa de la subtilisina de Bacillus lentus (ATCC 21536).
Una "secuencia señal" o "presecuencia" se refiere a cualquier secuencia de aminoácidos unida a la porción N-terminal de una carbonil hidrolasa o a la porción N-terminal de una prohidrolasa que puede participar en la secreción de la hidrolasa madura o formas pro de la hidrolasa. Esta definición de secuencia señal es una definición funcional, pensada para incluir todas esas secuencias de aminoácidos codificadas por la porción N-terminal del gen de la subtilisina o de otras carbonil hidrolasas segregables, que participan en la realización de la secreción de la subtilisina o de otras carbonil hidrolasas bajo condiciones originales. La presente invención utiliza tales secuencias para realizar la secreción de los mutantes de carbonil hidrolasa como se definen en el presente texto. Una secuencia señal preferida usada en los Ejemplos comprende los siete primeros restos de aminoácidos de la secuencia original de subtilisina de Bacillus subtilis fusionados al resto de la secuencia señal de la subtilisina de Bacillus lentus (ATCC 21536).
Una forma "prepro" de un mutante de carbonil hidrolasa consiste en la forma madura de la hidrolasa que tiene una prosecuencia unida operativamente al término amino de la hidrolasa y una secuencia "pre" o "señal" unida operativamente al término amino de la prosecuencia.
"Vector de expresión" se refiere a una construcción de DNA que contiene una secuencia de DNA que está operativamente unida a una secuencia de control adecuada capaz de efectuar la expresión de dicho DNA en un hospedador adecuado. Tales secuencias de control incluyen un promotor para efectuar la transcripción, una secuencia operadora opcional para controlar tal transcripción, una secuencia que codifica los sitios de unión al ribosoma del mRNA adecuados, y secuencias que controlan la terminación de la transcripción y de la traducción. El vector puede ser un plásmido, una partícula de fago, o simplemente un inserto (fragmento insertado) genómico potencial. Una vez transformado en un hospedador adecuado, el vector puede replicar y funcionar independientemente del genoma hospedador o, en algunos casos, puede integrarse en el propio genoma. En la presente memoria, "plásmido" y "vector" se usan a veces indistintamente ya que el plásmido es la forma de vector más comúnmente usada en la actualidad. Sin embargo, se pretende que la invención incluya otras formas de vectores de expresión que sirven funciones equivalentes y que son o lleguen a ser conocidas en la técnica.
Las "células hospedadoras" usadas en la presente invención son generalmente hospedadores procariotas o eucariotas que preferentemente han sido manipulados por los métodos descritos en la Publicación EPO Nº 130 756 para hacerlos incapaces de segregar endoproteasa activa enzimáticamente. Una célula hospedadora preferida para expresar subtilisina es la cepa BG2036 de Bacillus que es deficitaria en proteasa neutra enzimáticamente activa y proteasa alcalina (subtilisina). La construcción de la cepa BG2036 se describe con detalle en la Publicación EPO Nº 0 130 756 y se describe además en Yang, M. Y. et al. (1984), J. Bacteriol., 160, 15-21. Otras células hospedadoras para expresar subtilisina incluyen Bacillus subtilis I168 (Publicación EPO Nº 0 130 756).
Las células hospedadoras son transformadas o transfectadas con vectores construidos usando técnicas de DNA recombinante. Tales células hospedadoras transformadas son capaces de replicar vectores que codifican los mutantes de carbonil hidrolasa o bien de expresar el mutante de carbonil hidrolasa deseado. En el caso de vectores que codifican la forma pre o prepro del mutante de carbonil hidrolasa, tales mutantes, cuando se expresan, son típicamente segregados de la célula hospedadora al medio de la célula hospedadora.
"Operativamente unido", cuando describe la relación entre dos regiones de DNA, significa simplemente que están funcionalmente relacionadas entre sí. Por ejemplo, una presecuencia está operativamente unida a un péptido si funciona como secuencia señal, participando en la secreción de la forma madura de la proteína lo más probablemente implicando la segmentación de la secuencia señal. Un promotor está operativamente unido a una secuencia codificadora si controla la transcripción de la secuencia; un sitio de unión al ribosoma está operativamente unido a una secuencia codificadora si está situado de forma que permita la traducción.
Los genes que codifican la carbonil hidrolasa precursora de origen natural pueden obtenerse de acuerdo con los métodos generales descritos en las Publicaciones EPO números 0 130 756 y 0 251 446. Como puede observarse a partir de los ejemplos descritos en el presente texto, los métodos comprenden generalmente sintetizar sondas marcadas que tienen secuencias putativas que codifican regiones de la hidrolasa de interés, preparar genotecas a partir de organismos que expresan la hidrolasa, y cribar las genotecas en relación con el gen que interesa por hibridación con las sondas. Los clones que se hibridan positivamente son después cartografiados y secuenciados.
La carbonil hidrolasa clonada se usa después para transformar una célula hospedadora con el fin de expresar la hidrolasa. El gen de la hidrolasa se liga después en un plásmido de número de copias elevado. Este plásmido se replica en hospedadores en el sentido de que contiene los elementos bien conocidos necesarios para la replicación del plásmido: un promotor operativamente unido al gen en cuestión (que puede ser suministrado como el promotor homólogo propio del gen si es reconocido, es decir, transcrito, por el hospedador), una región de terminación de la transcripción y de poliadenilación (necesaria para la estabilidad del mRNA transcrito por el hospedador a partir del gen de la hidrolasa en ciertas células hospedadoras eucariotas) que es exógena o es suministrada por la región terminadora endógena del gen de la hidrolasa y, deseablemente, un gen de selección tal como un gen de resistencia a antibióticos que permite el mantenimiento del cultivo continuo de células hospedadoras infectadas por el plásmido mediante el desarrollo en un medio que contiene antibiótico. Los plásmidos con número elevado de copias contienen también un origen de la replicación para el hospedador, permitiendo así que se generen grandes números de plásmidos en el citoplasma sin limitaciones cromosómicas. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención integrar múltiples copias del gen de la hidrolasa en el genoma del hospedador. Esto viene facilitado por organismos procariotas y eucariotas que son particularmente susceptibles a la recombinación homóloga.
Alternativamente, puede producirse un gen sintético que codifica una carbonil hidrolasa precursora de origen natural o mutante. En tal planteamiento, se determina la secuencia de DNA y/o de aminoácidos de la hidrolasa precursora. Después de ello se sintetizan múltiples fragmentos de DNA de cadena sencilla sintéticos solapantes, que, al hibridarse y ligarse, producen un DNA sintético que codifica la hidrolasa precursora. Este planteamiento proporciona varias ventajas sobre la clonación del gen natural, en cuanto que pueden interponerse sitios de restricción por el DNA sin cambios en la secuencia de aminoácidos codificada, de manera que se facilita la subsiguiente modificación para formar carbonil hidrolasas mutantes. Además, el planteamiento de síntesis permite ajustar el uso de codón en el gen sintético para conformarlo con la preferencia codónica para los hospedadores de expresión particulares que han de usarse. Un ejemplo de construcción de gen sintético se expone en los Ejemplos.
Una vez que el gen de la carbonil hidrolasa precursora de origen natural o sintético ha sido clonado, se realizan varias modificaciones para potenciar el uso del gen más allá de la síntesis de la carbonil hidrolasa precursora de origen natural. Tales modificaciones incluyen la producción de carbonil hidrolasas recombinantes como se describe en las Publicaciones EPO números 0 130 756 y 0 251 446 y la producción de mutantes de carbonil hidrolasa descritos en el presente texto.
El siguiente método de mutagénesis por casete puede ser usado para facilitar la construcción e identificación de los mutantes de carbonil hidrolasa según la presente invención, aunque pueden usarse otros métodos, incluyendo la mutagénesis dirigida a un sitio. En primer lugar, se obtiene el gen de origen natural que codifica la hidrolasa y se secuencia total o parcialmente. Después se criba la secuencia en relación con un punto en el cual se desea hacer una mutación (deleción, inserción o sustitución) de uno o más aminoácidos en la enzima codificada. Las secuencias que flanquean este punto son evaluadas en cuanto a la presencia de sitios de restricción para reemplazar un segmento corto del gen con un pool de oligonucleótidos que cuando se expresan codifiquen varios mutantes. Tales sitios de restricción son preferentemente sitios únicos dentro del gen de la hidrolasa para facilitar el reemplazo del segmento génico. Sin embargo, puede usarse cualquier sitio de restricción conveniente que no sea excesivamente redundante en el gen de la hidrolasa, siempre y cuando los fragmentos génicos generados por digestión de restricción puedan ser reensamblados en la secuencia apropiada. Si no existen sitios de restricción en posiciones dentro de una distancia conveniente del punto elegido (de 10 a 15 nucleótidos), tales sitios son generados sustituyendo nucleótidos en el gen de tal manera que ni el marco de lectura ni los aminoácidos codificados se cambien en la construcción final. La mutación del gen para que cambie su secuencia para conformarse a la secuencia deseada se realiza por extensión del cebador M13 de acuerdo con métodos generalmente conocidos. La tarea de localizar regiones flanqueantes adecuadas y evaluar los cambios necesarios para llegar a dos secuencias de sitio de restricción convenientes se hace rutina por la redundancia del código genético, un mapa de enzimas de restricción del gen y el gran número de enzimas de restricción diferentes. Se ha de observar que si se dispone de un sitio de restricción flanqueante conveniente, solamente se necesita usar el método anterior en relación con la región flanqueante que no contiene un sitio.
Una vez clonado el DNA de origen natural o el DNA sintético, los sitios de restricción que flanquean las posiciones a mutar son digeridos con las enzimas de restricción cognadas o análogas y se liga en los genes una diversidad de casetes de oligonucleótidos complementarias en términos finales. La mutagénesis se simplifica enormemente por este método porque todos los oligonucleótidos pueden ser sintetizados de forma que tengan los mismos sitios de restrición, y no son necesarios enlazadores sintéticos para crear los sitios de restricción.
Tal como se usa en el presente texto, la actividad proteolítica se define como la velocidad de hidrólisis de enlaces peptídicos por miligramo de enzima activa. Existen muchos procedimientos bien conocidos para medir la actividad proteolítica (K. M. Kalisz, "Microbial Proteinases", Advances in Biochemial Engineering/Biotechnology, A. Fiechter ed., 1988).
De acuerdo con la invención, se ha determinado que los restos equivalentes a +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens son importantes en la modulación de las características globales del comportamiento de la enzima en composiciones detergentes. Así, como se expone en los Ejemplos, la treonina en la subtilisina de Bacillus lentus en posición equivalente +274 puede ser mutada a alanina en la realización preferida para producir un mejor comportamiento de la enzima mutante. Como también se describe en los ejemplos, la sustitución de este resto con un aminoácido distinto de la treonina, p. ej. leucina, serina, valina y alanina, tiene por resultado una disminución de la estabilidad del mutante. Se cree que tal disminución de la estabilidad es el resultado de la degradación autocatalítica del mutante. Así, las modificaciones de restos equivalentes a +274 en la sutilisina de Bacillus son capaces de mejorar el comportamiento global de la enzima en una composición detergente y modular la estabilidad global de la enzima. En este aspecto de la invención, el objetivo es asegurar una carbonil hidrolasa mutante que tiene un comportamiento mejorado cuando se usa en una composición detergente, en comparación con la carbonil hidrolasa precursora. Como se usa en el presente texto, el comportamiento mejorado en un detergente se define como el aumento de la limpieza de ciertas manchas sensibles a las enzimas, tales como las de hierba o de sangre. Esta limpieza se determina por evaluación visual después de un ciclo de lavado estándar.
En los Ejemplos se expone una realización preferida de la invención en la que la lisina en posición 27 está sustituida con arginina, la valina en posición 104 está sustituida con tirosina, la asparagina en posición 123 está sustituida con serina y la treonina en el resto 274 está sustituida con alanina en la subtilisina de Bacillus lentus. Aunque la estabilidad de esta enzima es algo reducida en comparación con la subtilisina precursora de Bacillus lentus, el nivel de comportamiento de esta enzima en una composición detergente está sustancialmente mejorado de forma que se obtiene el mismo comportamiento de este mutante de subtilisina de Bacillus lentus en comparación con la subtilisina de Bacillus lentus sin modificar, que cuando se usa aproximadamente la mitad de la cantidad de esta enzima.
Basándose en los resultados obtenidos con esta y otras subtilisinas mutantes, es evidente que los restos en carbonil hidrolasas equivalentes a las posiciones +123 y +274 en Bacillus amyloliquefaciens son importantes para la actividad proteolítica, el comportamiento y/o la estabilidad de estas enzimas.
Muchas de las carbonil hidrolasas producidas según la invención, especialmente la subtilisina, son útiles para formular varias composiciones detergentes. Cierto número de compuestos conocidos son agentes tensioactivos adecuados, útiles en composiciones que comprenden los mutantes de carbonil hidrolasa de la invención. Estos incluyen detergentes no iónicos, aniónicos, catiónicos o zwitteriónicos, como se describen en la patente de EE.UU. nº 4.404.128 de Barry J. Anderson y en la patente de EE.UU. nº 4.261.868 de Jiri Flora et al. La técnica es familiar con las diferentes formulaciones que pueden ser usadas como composiciones para limpieza.
Las subtilisinas producidas según la invención pueden ser formuladas en detergentes en polvo y líquidos conocidos, que tienen un pH entre 6,5 y 12,0 a concentraciones de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 5%, preferentemente de 0,1% a 0,05% en peso. Estas composiciones detergentes para limpieza pueden también incluir otras enzimas tales como proteasas y amilasas conocidas, así como mejoradores y estabilizantes.
La adición de subtilisinas producidas según la invención a composiciones para limpieza convencionales no crea ninguna limitación especial de uso. En otras palabras, cualquier temperatura y pH que sean adecuados para el detergente son también adecuados para las presentes composiciones, siempre y cuando el pH esté dentro del intervalo anterior, y la temperatura sea inferior a la temperatura de desnaturalización de las subtilisinas de la presente invención. Además, las subtilisinas producidas según la invención pueden usarse en una composición para limpieza sin detergentes, también en este caso solas o en combinación con mejoradores y estabilizantes.
Lo que sigue se presenta a título de ejemplo y no ha de considerarse como limitación del alcance de las reivindicaciones.
Ejemplo 1 Construcciones para la expresión del gen de la subtilisina de Bacillus lentus en Bacillus subtilis
El plásmido pSAR, Fig. 5, lleva una fusión traduccional por medio de un sitio de restricción Sau3A común en el codón de la secuencia señal séptimo/octavo de los genes de subtilisina de B. subtilis y B. amyloliquefaciens. Como se muestra en la Fig. 5, este gen, en un fragmento EcoRI-BamHI de 2,0 kb, fue subclonado en M13mp19 con el fin de aislar DNA molde de cadena sencilla para usarlo para la mutagénesis dirigida al sitio para formar pSAR-Q275R. El protocolo de mutagénesis fue esencialmente el de Zoller, M. et al. (1983), Methods Enzymol., 100, 468-500, (1) y usó un oligonucleótido sintético de secuencia:
3
en la que los asteriscos indican cambios respecto de las secuencias génicas de tipo silvestre, y el subrayado representa un sitio de endonucleasa de restricción PstI introducido, usado en el cribado para el gen mutante en particular que codifica el cambio Q275R. Estos cambios se hicieron para (1) convertir el aminoácido de esta posición en el encontrado en la subtilisina de Bacillus lentus y (2) para permitir la conexión del terminador en pSAR con la región de codificación madura de Bacillus lentus a través de un sitio Pst introducido de la misma forma en el pGG36 de Bacillus lentus (ATCC 21536).
El plásmido pGG36, Fig. 5, contiene un fragmento de DNA genómico de 2,1 kb de Bacillus lentus (ATCC 21536) que codifica el gen completo de la subtilisina que fue clonado por métodos estándar en el vector lanzadera pBS42. Band, L., et al. (1984), DNA, 3, 17-21.
La secuencia de aminoácidos para esta subtilisina es la misma que la descrita para la subtilisina 309 en la Publicación PCT Nº 89/06279. Este gen fue subclonado en M13 como anteriormente para mutagénesis dirigida al sitio usando un oligonucleótido de secuencia:
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con el fin de 1) introducir un sitio PstI en la misma situación de este gen que corresponde al sitio introducido en pSAR anteriormente y 2) para sustituir la treonina en posición 274 con alanina, para formar pGG36-T274A.
Los genes mutantes pSAR-Q275R y pGG36-T274A fueron subclonados individualmente de nuevo en pBS42 antes de las digestiones con PstI/BamHI, el aislamiento del fragmento y la ligación, para producir el plásmido GG-A274B.amy.term. como se muestra en la Fig. 5, todo ello por métodos estándar.
Se preparó un enlazador de DNA sintético mediante reasociación de oligonucleótidos de cadena sencilla complementarios de secuencias:
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para dar el fragmento nº 2 de DNA de cadena doble que se muestra en la Fig. 6. Los extremos ahuecados de la izquierda y de la derecha de este enlazador dúplex son complementarios al extremo Sau3A del fragmento nº 1 (de pSAR) y el extremo ClaI del fragmento nº 3 (de pGG-A274 B.amy.term), respectivamente. Estos 3 fragmentos se combinaron con el fragmento 4 de pSAR-Q275R después de las digestiones con endonucleasa de restricción de los plásmidos, el aislamiento del fragmento y la ligación por métodos estándar, para producir el plásmido pGG-KVNA. La designación GG-KVNA indica que esta subtilisina contiene la subtilisina codificada por pGG-36 que incluye lisina (K) en la posición 27, valina (V) en la posición 104, asparagina (N) en la posición 123 y la sustitución de treonina en la posición 274 por alanina (A).
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Ejemplo 2 Modificación de PGG-KVNA
Como se indica en la Fig. 6, el gen GG-KVNA (fragmento EcoRI-BamHI de 2,1 kb) fue subclonado en M13 durante tres rondas sucesivas de mutagénesis dirigida al sitio usando oligonucleótidos que tienen la secuencia:
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Los asteriscos indican cambios respecto de la secuencia del gen de tipo silvestre. Los subrayados representan en (a) un sitio XbaI introducido y en (b) y (c) sitios NheI introducidos usados para cribar la presencia de las mutaciones R27, Y104 y S123 unidas, respectivamente. Además, en (c), el sobrerrayado indica un sitio SphI destruido. Finalmente, el gen GG-RYSA de 2,1 kb fue vuelto a subclonar en pBS42 para la expresión en hospedadores B. subtilis.
El plásmido resultante se designó pGG-RYSA. Esta designación indica que se modificaron cuatro restos en el plásmido pGG-KVNA. Lisina (K) en posición 27 a arginina (R), valina (V) a tirosina (Y) en posición 104 y asparagina (N) en posición 123 a serina (S). La alanina anteriormente sustituida en el resto 274 no se modificó en este procedimiento.
La lisina en posición 27 fue sustituida con arginina basándose en la secuenciación de aminoácidos de la subtilisina 309. Como se indica en la Publicación PCT nº WO 89/06279, la lisina está situada en posición 27. Sin embargo, después de secuenciar independientemente esta proteína de subtilisina, los datos iniciales indicaron que la arginina era el resto en posición 27. En el caso de la sustitución de tirosina por valina en el resto 104, la sustitución se hizo para reducir el perfil de actividad de pH y para aumentar el rendimiento de la enzima basándose en resultados anteriormente obtenidos para la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens (a veces denominada BPN'). La sustitución de asparagina en posición 123 con serina se basa en los resultados obtenidos más adelante en los que se determinó que la sustitución de serina en posición 123 maximizaba la actividad proteolítica de la enzima en un mutante estrechamente relacionado.
Ejemplo 3 Construcción del gen sintético de la subtilisina de Bacillus lentus
El DNA que codifica la secuencia de aminoácidos de la subtilisina de Bacillus lentus fue también preparado construyendo un gen que codifica una secuencia de DNA sintética.
Se secuenció el fragmento genómico HindIII de 2,1 kb del plásmido pGG36. La secuencia de aminoácidos deducida del producto génico maduro (subtilisina GG36) se usó para diseñar una secuencia de codificación madura sintética con las propiedades siguientes: (1) En general, se utilizaron los codones más frecuentemente encontrados para cada aminoácido en siete genes de B. subtilis diferentes (de una tabulación de usos de codón, Tabla 2 de Maruyama, T. et al., (1986), Nucl. Acids Res., Supplement 14, pág. r151-r197), excepto en los casos en los que codones alternativos tenían por resultado sitios de reconocimiento de enzima de restricción dentro del gen localizados convenientemente. (2) Aproximadamente cada 40-60 p. b. de la región de codificación madura de \sim0,8 kb, se utilizaron combinaciones de 2 ó 3 codones elegidos específicamente que dieron por resultado la introducción de sitios de restricción únicos bastante igualmente espaciados. Estos sitios fueron elegidos para facilitar (a) mutagénesis en casete posteriores y estudios de cribado y (b) construcciones que implican más de una mutación. (3) Se diseñó un sitio de reconocimiento de PsT I único para cubrir los codones 272-274 permitiendo la conexión a las secuencias terminadoras de un gen de Bacillus amyloliquefaciens modificado de modo similar sobre los mismos tres codones y sustituyendo la treonina en posición 274 con alanina. Y (4) se introdujo un único sitio NruI para cubrir los restos 9-10 de codones maduros permitiendo la conexión a la secuencia codificadora de pre-pro de GG36 mediante un enlazador de DNA duplex sintético corto. Basándose en este diseño, se sintetizaron oligonucleótidos ("oligos") de forma que al reasociarse los oligos codificadores y no codificadores para una región de codificación de \sim60 p. b. dada, el fragmento de DNA duplex resultante tuviese en sus extremos regiones de cadena simple complementarias con el extremo del siguiente fragmento duplex del gen (véase la Fig. 7).
Un total de 36 oligos diferentes (que comprenden 18 duplex individuales) fueron usados en el esquema, como se señaló antes, dando por resultado una región de codificación madura sintética duplex de \sim0,8 kb (Fragmento 3 en la Fig. 8).
Finalmente, se sintetizó un par adicional de oligos sintéticos que al reasociarse (para dar el fragmento 2 en la Fig. 8) tiene un sitio NcoI en su extremo 5' (complementario al sitio NcoI de GG36 en los codones maduros 5-6) y un sitio NruI en su extremo 3' (complementario al extremo 3' 5' del fragmento 3).
La construcción final para dar una unidad de expresión completa consistente en promotor de B. subtilis y los siete primeros aminoácidos de la secuencia señal conectados a secuencias de GG36 que codifican el resto de la secuencia señal, la secuencia pro completa y los seis primeros aminoácidos maduros (Fragmento 1 de GG-KVNA), el gen sintético que codifica los restos 7-274 maduros (Fragmentos 2+3) y la región terminadora (incluyendo el codón 279 del gen maduro final) de Bacillus amyloliquefaciens (fragmento 4), se hizo como ligación en cuatro vías como se expone en la Figura 6.
Finalmente, se introdujeron otras tres mutaciones distintas en la región de codificación madura de este gen híbrido de longitud completa. La primera sustituyó la lisina en posición 27 con arginina. La segunda sustituyó la valina en posición 104 con tirosina. La tercera sustituyó la asparagina en posición 123 con serina. El plásmido resultante se designa pBC3-RYSA. El ejemplo siguiente describe el método usado para modificar la posición 123 en el gen sintético. Métodos similares fueron usados para modificar las posiciones 27 y 104 en este gen sintético.
Ejemplo 4 Construcción de mutantes en la posición 123
Se introdujo un sitio XhoI sobre los codones 111/112 en el gen sintético del Ejemplo 3 haciendo tres mutaciones fenotípicamente silenciosas por medio de una mutagénesis dirigida al sitio (mutagénesis de extensión del cebador en M13). El plásmido resultante, pX123 (Fig. 9), fue digerido con Xho I y Ava I y el fragmento grande que contiene el vector se aisló mediante electroelución en gel de agarosa. Los oligonucleótidos sintéticos complementarios fueron reasociados, ligados con el fragmento grande de pX123 y transformados en la cepa MM294 de E. coli. Estas casetes codificaban, individualmente, los 20 aminoácidos naturales en posición 123, y además contenían una mutación silenciosa que destruía un sitio Sph I único situado entre los sitios Xho I y Ava I en pX123. Los plásmidos resultantes a partir de transformantes de E. coli fueron cribados en relación con la pérdida del sitio Sph I único. Los positivos por análisis de restricción (es decir, negativos para Sph I) se secuenciaron para confirmar la presencia de las mutaciones en posición 123 deseadas, se subclonaron en el vector lanzadera pBS42 y se transformaron en Bacillus subtilis BG2036 para expresión.
Ejemplo 5 Actividad de varios mutantes +123
La actividad proteolítica de cada uno de los mutantes de subtilisina codificados por los mutantes en posición +123 anteriormente modificados fue ensayada mezclando 0,04 mL de sobrenadante de caldos de cultivo centrifugados, con 0,56 mL de caseína al 1% p/v en Tris 0,1 M pH 8,60. Después de 20 minutos de incubación a 37ºC, las reacciones se apagaron por precipitación con ácido tricloroacético (TCA) al 10%. La actividad se determinó a partir de la absorbancia a una longitud de onda de 280 nm para el sobrenadante después de la precipitación con TCA al 10%.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA I Actividad proteolítica relativa de variantes de codón 123 normalizada respecto al mutante Asn-123
7
8
En el proceso de confirmación final de la secuencia de DNA del gen sintético que codifica la enzima BC3-RYSA, se encontró que hay prolina en la posición 78 en vez de serina (el aminoácido en esta posición en la subtilisina de Bacillus lentus). Las propiedades iniciales de las mutaciones en la posición 123 fueron ensayadas en esta enzima, BC3-RPYA (prolina en posición 78). Estos resultados se muestran en la Tabla I. El aminoácido en posición 78 fue después cambiado de nuevo a serina para formar el DNA y la secuencia de aminoácidos que se muestran en la Fig. 10 reemplazando el dúplex de DNA sintético correspondiente a esa posición del gen.
Como puede observarse, la sustitución de Asn con Ser en la posición 123 tiene por resultado un aumento sustancial de la actividad proteolítica. La relación entre las diversas subtilisinas discutidas en el presente texto se resumen para las posiciones 27, 78, 104, 123 y 274 en la Tabla II.
TABLA II
9
Ejemplo 6 Estabilidad de los mutantes en la posición 274
La estabilidad de los mutantes en la posición 274 en BC3-RPY (arginina en posición 27, prolina en posición 78 y tirosina en posición 104 en la subtilisina de Bacillus lentus) se muestra en la Tabla III. Los datos son porcentaje de actividad que queda después de la incubación a 37ºC en EDTA 50 mM durante 60 minutos.
TABLA III
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11
Las mutaciones en esta posición afectan claramente a la estabilidad de la enzima. Aunque la mutación de alanina no era tan estable como la serina o la treonina en esta posición, esta enzima proporcionó un mejor rendimiento en relación con la subtilisina de Bacillus lentus bajo las condiciones de empleo descritas. Para diferentes aplicaciones, pueden usarse otros aminoácidos en posición 274.
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Ejemplo 7 Composición detergente
Se preparó un granulado detergente de fosfato secado por pulverización, de la composición siguiente:
12
\newpage
Una solución al 0,1 por ciento en peso de esta composición en agua tenía un pH de 10,0. La composición con mutante de subtilisina de la invención (Fig. 7) proporcionó una mejor limpieza de manchas sensibles a enzimas en comparación con Bacillus lentus a 0,068 mg de enzima activa/g de producto, en un lavado a 35ºC a una dureza de 102,6 mg/L (3:1 Ca/Mg).
A lo largo de esta solicitud se hace referencia a varios aminoácidos por medio de códigos comunes de una y tres letras. Tales códigos se identifican en Proteins: Structures and Molecular Proteases, Thomas E. Creighton, ed. W.N. Freeman, N.Y., N.Y. (1983), p. 3.
Aunque la forma preferida de la invención ha sido descrita anteriormente, será evidente para los expertos en la técnica a la que pertenece la invención que, después de entender la invención en su conjunto, se pueden hacer varios cambios y modificaciones equivalentes sin apartarse del alcance de la invención como se define mediante las reivindicaciones anexas.

Claims (11)

1. Un método de alterar la estabilidad de una carbonil hidrolasa que comprende:
proporcionar una secuencia de DNA precursora que codifica una carbonil hidrolasa precursora;
modificar dicha secuencia de DNA precursora para que proporcione una secuencia de DNA mutante que codifica una carbonil hidrolasa mutante que tiene una secuencia de aminoácidos que no se encuentra en la naturaleza y que difiere de dicha carbonil hidrolasa precursora en la sustitución de un aminoácido distinto por el resto de aminoácido que está en una posición en dicho precursor equivalente a la posición +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, en donde el mutante tiene una estabilidad alterada en comparación con la carbonil hidrolasa precursora, y
expresar dicha carbonil hidrolasa mutante a partir de dicha secuencia de DNA mutante.
2. El método de la reivindicación 1ª, en el que dicha carbonil hidrolasa precursora es una subtilisina.
3. El método dela reivindicación 2ª, en el que dicha carbonil hidrolasa precursora es una subtilisina de Bacillus.
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que el mutante muestra un comportamiento mejorado cuando se usa en una composición detergente, definido como el aumento en la capacidad de limpieza de manchas sensibles a las enzimas, tal como se determina por evaluación visual después de un ciclo de lavado estándar.
5. Un método de preparar una secuencia de DNA mutante que codifica una carbonil hidrolasa mutante, que comprende:
proporcionar una secuencia de DNA precursora que codifica una carbonil hidrolasa precursora; y
modificar dicha secuencia de DNA precursora para que proporcione una secuencia de DNA mutante que codifica una carbonil hidrolasa mutante que tiene una secuencia de aminoácidos que no se encuentra en la naturaleza y que difiere de dicha carbonil hidrolasa precursora en la sustitución de un aminoácido diferente por el resto de aminoácido que está en una posición en dicho precursor equivalente a la posición +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, y además en el que el mutante tiene una estabilidad alterada en comparación con la carbonil hidrolasa precursora.
6. Un método de preparar un vector de expresión que comprende preparar una secuencia de DNA mutante que codifica una carbonil hidrolasa mutante por el método de la reivindicación 5, e introducir la secuencia de DNA mutante en un vector de expresión.
7. Un método de preparar células hospedadoras que comprende preparar un vector de expresión por el método de la reivindicación 6, y transformar las células hospedadoras con dicho vector de expresión.
8. Un método de preparar una carbonil hidrolasa mutante que comprende las etapas de preparar las células hospedadoras por el método de la reivindicación 7, cultivar las células hospedadoras y separar la carbonil hidrolasa mutante producida, en donde la carbonil hidrolasa mutante tiene una secuencia de aminoácidos que no se encuentra en la naturaleza y que difiere de dicha carbonil hidrolasa precursora en la sustitución de un aminoácido diferente por el resto de aminoácido que está en una posición en dicho precursor equivalente a la posición +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, en donde el mutante tiene una estabilidad alterada en comparación con la carbonil hidrolasa precursora.
9. Un método de preparar una composición enzimática para limpieza capaz de degradar proteínas que comprende un tensioactivo y un mutante de carbonil hidrolasa, comprendiendo el método las etapas de preparar una carbonil hidrolasa mutante por el método de la reivindicación 8 y formular dicha carbonil hidrolasa mutante con un tensioactivo, en donde la carbonil hidrolasa mutante tiene una secuencia de aminoácidos que no se encuentra en la naturaleza y que difiere de dicha carbonil hidrolasa precursora en la sustitución de un aminoácido diferente por el resto de aminoácido que está en una posición en dicho precursor equivalente a +274 en la subtilisina de Bacillus amyloliquefaciens, en donde el mutante tiene una estabilidad alterada en comparación con la carbonil hidrolasa precursora.
10. El método de la reivindicación 9, en el que el tensioactivo comprende un detergente.
11. El método de la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que la composición está formulada como un gránulo detergente secado por pulverización.
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