Esterase EstA (XC4a) aus Xanthomonas vesicatoriaEsterase EstA (XC4a) from Xanthomonas vesicatoria
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Esterase aus Xanthomonas vesicatoria, zu ihr homologe Proteine, ihre Expression, Reinigung und Verwendung sowie Nukleinsäuren kodierend für diese Proteine und Wirtszellen enthaltend diese NukleinsäurenThe present invention relates to an esterase from Xanthomonas vesicatoria, proteins homologous to it, its expression, purification and use and nucleic acids coding for these proteins and host cells containing these nucleic acids
Xanthomonas vesicatoria, vorher Xanthomonas campestris genannt, ist ein in der Natur weit verbreitetes gram-negatives Bakterium. Die phylogenetischen Beziehungen aller bisher beschriebenen Spezies von Xanthomonas wurden durch Sequenzierung und Vergleich der ribosomalen 16S-DNAs analysiert (Hauben, L, 1997). Mitglieder des Genus Xanthomonas sind als Pflanzenpathogene bekannt. Die Pflanzenpathogenität involviert die Überwindung und die Zerstörung der Zellwand, die wohl den wichtigsten Schutz der Pflanze gegen einfallende Mikroorganismen darstellt (Williamson, G., 1998, Jones, J.B., 2000). Es gibt in erster Linie zwei Gründe, um die hydrolytischen Enzyme von Xanthomonas vesicatoria zu untersuchen, erstens seine wichtige Rolle als phythopathogene, Pflanzenkrankheiten verursachende Bakterienspezies (Starr et al.,1975) und zweitens das biokatalytische Potential der hydrolytischen Enzyme mit Hinblick auf industrielle Anwendungen (Van den Mooter, 1990).Xanthomonas vesicatoria, previously called Xanthomonas campestris, is a gram-negative bacterium that is widespread in nature. The phylogenetic relationships of all species of Xanthomonas described so far were analyzed by sequencing and comparing the 16S ribosomal DNAs (Hauben, L, 1997). Members of the Xanthomonas genus are known to be plant pathogens. Plant pathogenicity involves overcoming and destroying the cell wall, which is probably the most important protection of the plant against invading microorganisms (Williamson, G., 1998, Jones, J.B., 2000). There are two main reasons to study the hydrolytic enzymes of Xanthomonas vesicatoria, firstly its important role as a phythopathogenic, plant-causing bacterial species (Starr et al., 1975) and secondly the biocatalytic potential of the hydrolytic enzymes with regard to industrial applications ( Van den Mooter, 1990).
Esterasen im allgemeinen stellen eine Gruppe hydrolytischer Enzyme mit einer natürlicherweise vorkommenden breiten Vielfalt hinsichtlich der Substrate und des Reaktionstyps dar. Die Substratspezifität und die Aktivierung der Enzyme unterscheidet sich von denen der Lipasen (Turner, M.K., 1995). Von den Lipasen ist bekannt, daß sie durch die Lipid/Wasser-Grenzfläche aktiviert werden, bevor sie wasserunlösliche Substrate mit langkettigen Fettsäureestern hydrolysieren. Die Kenntnisse über bakterielle lipolytische Enzyme sind sehr stark am Zunehmen. Eine umfangreiche und den aktuellen Wissensstand berücksichtigende Klassifikation der
bakteriellen Esterasen stellt die von Arpigny et al. (1999) vorgelegte dar. Drei verschiedene Klassen lipolytischer Enzyme, nämlich (i) Carboxylesterasen (EC 3.1.1.1 ) (ii) echte Lipasen (EC 3.1.1.3) und (iii) verschiedene Arten von Phospholipasen (Titball, R.W., 1998 and Songer, J.G., 1997) werden hier beschrieben. Normalerweise zeichnen sich esterolytische Enzyme dadurch aus, daß sie konservierte Regionen besitzen, die die katalytische Triade beinhalten (Drablos, F., 1997) sowie durch ihre Fähigkeit eine große Bandbreite an Reaktionen zu katalysieren. Hierbei besitzt jede Hydrolase hinsichtlich eines vorgegebenen Substrats unter bestimmten Reaktionsbedingungen eine spezfisiche Stereopräferenz, die als ihr charakteristischer Fingerabdruck bezeichnet werden kann (Rogalska, E.,1993).Esterases in general represent a group of hydrolytic enzymes with a naturally occurring wide variety with regard to the substrates and the type of reaction. The substrate specificity and the activation of the enzymes differ from those of the lipases (Turner, MK, 1995). The lipases are known to be activated by the lipid / water interface before they hydrolyze water-insoluble substrates with long chain fatty acid esters. Knowledge of bacterial lipolytic enzymes is increasing rapidly. An extensive classification of the bacterial esterases are those described by Arpigny et al. (1999). Three different classes of lipolytic enzymes, namely (i) carboxylesterases (EC 3.1.1.1), (ii) true lipases (EC 3.1.1.3) and (iii) different types of phospholipases (Titball, RW, 1998 and Songer , JG, 1997) are described here. Usually, esterolytic enzymes are characterized by the fact that they have conserved regions that contain the catalytic triad (Drablos, F., 1997) and their ability to catalyze a wide range of reactions. Each hydrolase has a specific stereo preference with respect to a given substrate under certain reaction conditions, which can be referred to as its characteristic fingerprint (Rogalska, E., 1993).
Esterasen können verwendet werden für die enzymatische Hydrolyse von racemischen Carbonsäureestern in ihre korrespondierenden Carbonsäuren und Alkohole. Des weiteren können sie für Umesterungen und für die Synthese von Estern verwendet werden. Die Fähigkeit der Esterasen sowohl in wäßrigen als auch in nicht-wäßrigen Systemen aktiv zu sein macht sie zu wichtigen Werkzeugen für die organsiche Synthese (Sheldon, R.A., 1993). Esterasen sind hierbei von besonderem Interesse für die Synthese von enantiomerenreinen Produkten (Turner, N.J., 1994).Esterases can be used for the enzymatic hydrolysis of racemic carboxylic esters into their corresponding carboxylic acids and alcohols. Furthermore, they can be used for transesterifications and for the synthesis of esters. The ability of the esterases to be active in both aqueous and non-aqueous systems makes them important tools for organic synthesis (Sheldon, R.A., 1993). Esterases are of particular interest for the synthesis of enantiomerically pure products (Turner, N.J., 1994).
Als Vorraussetzung für die kommerzielle Anwendung von Esterasen, ist es wünschenswert, mehr Informationen über die biokatalytischen Eigenschaften von Esterasen, die die Umsetzung von organischen Verbindungen katalysieren, zu erhalten (Ozaki, E., 1997).As a prerequisite for the commercial use of esterases, it is desirable to obtain more information about the biocatalytic properties of esterases that catalyze the conversion of organic compounds (Ozaki, E., 1997).
Die physiologischen Funktionen vieler Esterasen sind bislang noch unklar. Von einigen dieser Enzyme weiß man, daß sie in die metabolischen Stoffwechselwege involviert sind, wie beispielsweise Esterasen, die die Zellwand abbauen und als virulente Faktoren wirken (McQueen, D.A., 1987). Virulente Faktoren spielen oft eine wichtige Rolle in Autotransporter-Systemen. Fenselau et al. (1992) charakterisierten Gene aus X. vesicatoria, die für die Induktion der hypersensitiven Antwort in resistenten Pflanzen notwendig sind, die sogenannten hrp-Gene. Sie vermuteten, daß diese Gene involviert sind in die Sekretion von Molekülen, die wesentlich für die
Interaktion von X.c. pv. vesicatoria mit der Pflanze sind. Nachdem die Anzahl der ermittelten Sequenzen von virulenten Faktoren kontinuierlich zugenommen hat, kann man die virulenten Faktoren in Familien einordnen, wobei die Einordnung entweder aufgrund ihrer Funktion erfolgen kann oder aber aufgrund des Exportmechanismus, durch welchen sie auf die bakterielle Oberfläche gelangen (Finlay, B. B., 1997).The physiological functions of many esterases are still unclear. Some of these enzymes are known to be involved in metabolic pathways, such as esterases, which break down the cell wall and act as virulent factors (McQueen, DA, 1987). Virulent factors often play an important role in car transporter systems. Fenselau et al. (1992) characterized genes from X. vesicatoria, which are necessary for the induction of the hypersensitive response in resistant plants, the so-called hrp genes. They suspected that these genes are involved in the secretion of molecules that are essential for the Interaction of Xc pv. Vesicatoria with the plant. After the number of identified sequences of virulent factors has increased continuously, the virulent factors can be categorized into families, the categorization either being based on their function or on the basis of the export mechanism through which they reach the bacterial surface (Finlay, BB, 1997).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, neue Enyzme mit hydrolytischer Aktivität, insbesondere neue Esterasen und/oder Lipasen zur Verfügung zu stellen, wozu angesichts der Anwendungsmöglichkeiteη dieser Enzyme, insbesondere in der Biotechnologie und organischen Chemie, ein dringender Bedarf besteht, und/oder ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit neue hydrolytische Enzyme, insbesondere Esterasen und/oder Lipasen, erhalten werden können.The object of the present invention was to provide new enzymes with hydrolytic activity, in particular new esterases and / or lipases, for which there is an urgent need in view of the possible uses of these enzymes, in particular in biotechnology and organic chemistry, and / or a method to provide, with which new hydrolytic enzymes, in particular esterases and / or lipases, can be obtained.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es insbesondere, neue hydrolytische Enzyme, insbesondere Esterasen und/oder Lipasen, zur Verfügung zu stellen, die eine gegenüber den bisher beschriebenen Enzymen mit hydrolytischer Aktivität verschiedene Struktur und/oder verschiedene Substratspezifität und/oder einen unterscheidbaren Grad an Selektivität, insbesondere Regio- oder Enantioselektivität, und/oder eine unterscheidbare Reaktionsgeschwindigkeit und/oder einen unterscheidbaren Reaktionsmechanismus besitzen, wobei es sich vorzugsweise bei mindestens einer der unterscheidbaren Eigenschaften um eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Eigenschaft handelt.The object of the present invention was in particular to provide new hydrolytic enzymes, in particular esterases and / or lipases, which have a different structure and / or different substrate specificity and / or a distinguishable degree of selectivity compared to the enzymes with hydrolytic activity described hitherto, in particular regio- or enantioselectivity, and / or have a distinguishable reaction rate and / or a distinguishable reaction mechanism, preferably at least one of the distinguishable properties being an improved property compared to the prior art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es ferner, hydrolytische Enzyme, insbesondere Esterasen oder Lipasen, ausfindig zu machen, die pflanzenpathogene Wirkung besitzen und/oder als virulente Faktoren agieren können.Another object of the present invention was to find hydrolytic enzymes, in particular esterases or lipases, which have phytopathogenic effects and / or can act as virulent factors.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die erfindungsgemäßen Polynukleotide, Polypeptide und durch an erfindungsgemäße Polypeptide bindende Substanzen, insbesondere durch Polynukleotide gemäß SEQ ID NO: 1 und SEQ ID NO: 3, Polypeptide gemäß SEQ ID NO: 2 und SEQ ID NO: 4 und durch an Polypeptide gemäß SEQ ID NO: 2 und SEQ ID NO: 4 bindende Substanzen, insbesondere Antikörper.
Für den Fachmann ist naheliegend, wie er ausgehend von Nukleinsäuren gemäß SEQ ID NO: 1 und SEQ ID NO: 3 oder Polypeptiden gemäß SEQ ID NO: 2 und SEQ ID NO: 4 Nukleinsäuren und Polypeptide ähnlicher Struktur und gleicher oder ähnlicher Funktion erhalten kann. Insbesondere können auch, beispielsweise durch Evolutionsexperimente, Enzyme mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden.This object is achieved by the polynucleotides according to the invention, polypeptides and by substances which bind to polypeptides according to the invention, in particular by polynucleotides according to SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3, polypeptides according to SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 4 and by Polypeptides according to SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 4 binding substances, in particular antibodies. It is obvious to the person skilled in the art how he can obtain nucleic acids and polypeptides of similar structure and the same or similar function starting from nucleic acids according to SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 or polypeptides according to SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 4. In particular, enzymes with improved properties can also be obtained, for example by evolution experiments.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Polynukleotid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: a) Polynukleotid mit einer Nukleinsäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 1 oder gemäß SEQ ID NO: 3, b) Polynukleotid mit einer Nukleinsäuresequenz von Position 586 bis 1641 oder von Position 697 bis 1641 gemäß SEQ ID NO: 1 , c) Polynukleotide kodierend für ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 2 oder gemäß SEQ ID NO: 4 oder von Position 38 bis Position 351 gemäß SEQ ID NO: 2, d) natürlicherweise vorkommende oder künstlich erzeugte Mutanten oder polymorphe Formen oder Allele eines Polynukleotids gemäß (a), (b) oder (c), insbesondere solche, die bis zu zehn, insbesondere fünf, vor allem ein, zwei oder drei, Punktmutationen in Bezug auf ein Polynukleotid gemäß (a), (b) oder (c) besitzen, e) zu einem Polynukleotid gemäß (a), (b), (c) oder (d) komplementäre Polynukleotide, f) unter stringenten Bedingungen mit einem Polynukleotid gemäß (a), (b), (c), (d) oder (e) hybridisierende Polynukleotide, wobei unter stringenten Bedingungen vorzugsweise zu verstehen ist Inkubation bei 60°C in einer Lösung, enthaltend 0,1xSSC und 0,1 % Natriumdodecylsulfat (SDS), wobei 20xSSC eine Lösung enthaltend 3 M Natriumchlorid und 0,3 M Natriumeitrat (pH 7.0) bezeichnet. g) Polynukleotide mit einer Sequenzhomologie oder -identität von mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 60 % oder 70 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 90 % oder 95 %, insbesondere mindestens 98 % in Bezug auf ein Polynukleotid gemäß (a), (b), (c), (d) oder (e),
h) Polynukleotide, bestehend aus mindestens 10 oder 15, bevorzugt mindestens 20 oder 25, besonders bevorzugt mindestens 30 oder 40, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 oder 80, insbesondere mindestens 100 oder 120 aufeinanderfolgenden Nukleinsäuren eines Polynukleotids gemäß (a), (b), (c), (d), (e) oder (f), i) Polynukleotide mit Deletionen oder Insertionen von bis zu 50 oder 40, insbesondere bis zu 30, 20 oder 10 Nukleotiden gegenüber einem Polynukleotid gemäß (a), (b), (c), (d), (e) oder (f), j) Polynukleotide, umfassend mindestens eines der unter (a) bis (i) genannten Polynukleotide.The present invention therefore relates to a polynucleotide selected from the group consisting of: a) polynucleotide with a nucleic acid sequence according to SEQ ID NO: 1 or according to SEQ ID NO: 3, b) polynucleotide with a nucleic acid sequence from positions 586 to 1641 or from position 697 to 1641 according to SEQ ID NO: 1, c) polynucleotides coding for a polypeptide with an amino acid sequence according to SEQ ID NO: 2 or according to SEQ ID NO: 4 or from position 38 to position 351 according to SEQ ID NO: 2, d) naturally occurring or artificially generated mutants or polymorphic forms or alleles of a polynucleotide according to (a), (b) or (c), in particular those which have up to ten, in particular five, especially one, two or three, point mutations in relation to a polynucleotide (a), (b) or (c) possess, e) polynucleotides complementary to a polynucleotide according to (a), (b), (c) or (d), f) under stringent conditions with a polynucleotide according to (a), (b) (c), (d) or (e) hybridizing polynucleotides, where stringent conditions should preferably be understood to mean incubation at 60 ° C. in a solution containing 0.1xSSC and 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS), 20xSSC containing a solution 3 M sodium chloride and 0.3 M sodium citrate (pH 7.0). g) polynucleotides with a sequence homology or identity of at least 50%, preferably at least 60% or 70%, particularly preferably at least 80%, very particularly preferably at least 90% or 95%, in particular at least 98% in relation to a polynucleotide according to (a ), (b), (c), (d) or (e), h) polynucleotides consisting of at least 10 or 15, preferably at least 20 or 25, particularly preferably at least 30 or 40, very particularly preferably at least 50 or 80, in particular at least 100 or 120 successive nucleic acids of a polynucleotide according to (a), (b), (c), (d), (e) or (f), i) polynucleotides with deletions or insertions of up to 50 or 40, in particular up to 30, 20 or 10 nucleotides compared to a polynucleotide according to (a), (b) , (c), (d), (e) or (f), j) polynucleotides, comprising at least one of the polynucleotides mentioned under (a) to (i).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren eine oder mehrere nicht-kodierende Sequenzen, wobei es sich bei den nicht-kodierenden Sequenzen beispielsweise um natürlicherweise vorkommende Intronsequenzen oder regulatorische Sequenzen, wie Promotor- oder Enhancer-Sequenzen, insbesondere um solche zur Kontrolle der Expression von hydrolytischen Enzymen, vor allem Esterasen oder Lipasen, handelt.In a further preferred embodiment, the nucleic acids according to the invention comprise one or more non-coding sequences, the non-coding sequences being, for example, naturally occurring intron sequences or regulatory sequences such as promoter or enhancer sequences, in particular those for controlling expression hydrolytic enzymes, especially esterases or lipases.
Bei den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren handelt es sich bevorzugt um Ribonukleinsäuren (RNAs) oder Desoxyribonukleinsäuren (DNAs), wobei die Nukleinsäuren vorzugsweise als doppelsträngige Nukleinsäuren vorliegen.The nucleic acids according to the invention are preferably ribonucleic acids (RNAs) or deoxyribonucleic acids (DNAs), the nucleic acids preferably being double-stranded nucleic acids.
Vorzugsweise handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren um Nukleinsäuren, die für ein Protein mit Hydrolase-Aktivität oder für Teile davon kodieren, wobei es sich bei den Teilen insbesondere um Domänen oder als Epitope verwendbare Sequenzen handelt, die beispielsweise für die Antikörperproduktion eingesetzt werden können. Bei dem Protein mit Hydrolase-Aktivität handelt es sich vorzugsweise um eine Lipase oder Esterase und/oder um ein Enzym, das dazu in der Lage ist, Ester-, Thioester-, Amid-, Halid und/oder Peptid-Bindungen zu spalten.The nucleic acids according to the invention are preferably nucleic acids which code for a protein with hydrolase activity or for parts thereof, the parts in particular being domains or sequences which can be used as epitopes and which can be used, for example, for antibody production. The protein with hydrolase activity is preferably a lipase or esterase and / or an enzyme which is able to cleave ester, thioester, amide, halide and / or peptide bonds.
Mit Spaltung ist erfindungsgemäß vor allem hydrolytische Spaltung, also Spaltung unter Freisetzung der Carbonsäure und des entsprechenden Alkohols, Thiols, Amins oder Hydrogenhalogenids gemeint. Spaltung kann in besonderen
Ausführungsformen jedoch auch unter Ausbildung einer Ester-, Thioester-, Amid-, Peptid- oder Halogenid-Bindung erfolgen, insbesondere kann es sich hierbei beispielsweise, falls eine Ester-Bindung in eine neue Ester-Bindung umgewandelt wird, um eine Transesterifikationsreaktion handeln.According to the invention, cleavage means above all hydrolytic cleavage, that is cleavage with liberation of the carboxylic acid and the corresponding alcohol, thiol, amine or hydrogen halide. Cleavage can be special However, embodiments also take place with the formation of an ester, thioester, amide, peptide or halide bond; in particular, if an ester bond is converted into a new ester bond, this can be a transesterification reaction.
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Enzym mit hydrolytischer Aktivität um eine Esterase, vor allem um eine Carboxylesterase, und/oder um ein Enzym, das dazu in der Lage ist, regioselektiv oder enantioselektiv Bindungen zu spalten, wobei der Wert für den enantiomeren Überschuß (e.e.) vorzugsweise größer gleich 20 %, besonders bevorzugt größer gleich 40 %, vor allem größer gleich 60 %, insbesondere größer gleich 80 % ist.The enzyme with hydrolytic activity is very particularly preferably an esterase, especially a carboxylesterase, and / or an enzyme which is capable of cleaving regioselective or enantioselective bonds, the value for the enantiomeric excess (ee) is preferably greater than or equal to 20%, particularly preferably greater than or equal to 40%, especially greater than or equal to 60%, in particular greater than or equal to 80%.
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Esterase um eine Hydrolase mit α/ß-Hydrolase-Faltung und/oder um eine Serin-Esterase, hierbei insbesondere um eine Serin-Esterase, die zur GXSXG-Familie gehört oder zu diesen Enzymen homolog ist und/oder um ein Enzym, das zur Familie der Carboxyl-Ester-Hydrolasen (EC 3.1.1), insbesondere zur Familie der Carboxyl-Esterasen (EC 3.1.1.3) gehört.The esterase is very particularly preferably a hydrolase with an α / β hydrolase fold and / or a serine esterase, in particular a serine esterase which belongs to the GXSXG family or is homologous to these enzymes and / or an enzyme belonging to the family of carboxyl ester hydrolases (EC 3.1.1), in particular to the family of carboxyl esterases (EC 3.1.1.3).
Bei den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren handelt es sich bevorzugt um Nukleinsäuren, die für eine Esterase, besonders bevorzugt für eine mikrobielle Esterase, vor allem eine bakterielle Esterase, insbesondere für eine Esterase aus Xanthomonas, vor allem für eine Esterase aus Xanthomonas vesicatoria, hierbei insbesondere für die Esterase EstA gemäß SEQ ID No. 2 bzw. von Position 38 bis Position 351 gemäß SEQ ID NO: 2, kodieren.The nucleic acids according to the invention are preferably nucleic acids which are suitable for an esterase, particularly preferably for a microbial esterase, especially a bacterial esterase, in particular for an esterase from Xanthomonas, especially for an esterase from Xanthomonas vesicatoria, in this case in particular for the esterase EstA according to SEQ ID No. 2 or from position 38 to position 351 according to SEQ ID NO: 2.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren, zum einen zur Herstellung oder Isolierung von erfindungsgemäßen Nukleinsäuren, zum anderen zur Herstellung oder Isolierung neuer, zu den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren homologen Nukleinsäuren, insbesondere solchen mit in Bezug auf die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren ähnlichen strukturellen und gleichen, ähnlichen und/oder verbesserten funktioneilen Eigenschaften, wobei unter funktioneilen Eigenschaften insbesondere Lipase- und/oder Esterase-Aktivität und unter verbesserten funktionellen Eigenschaften
beispielsweise höhere Spezifität und/oder höherer Umsatz und/oder höhere Regio- oder Enantioselektivität zu verstehen ist.The present invention furthermore relates to the use of the nucleic acids according to the invention, on the one hand for the production or isolation of nucleic acids according to the invention, on the other hand for the production or isolation of new nucleic acids which are homologous to the nucleic acids according to the invention, in particular those having structural and the same in relation to the nucleic acids according to the invention , similar and / or improved functional properties, with functional properties in particular lipase and / or esterase activity and with improved functional properties for example, higher specificity and / or higher conversion and / or higher regio- or enantioselectivity is to be understood.
Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren können so beispielsweise als Sonden zur Identifzierung und/oder Isolierung von homologen Nukleinsäuren aus einer artifiziellen, einer cDNA- oder genomischen Genbank, hierbei vorzugsweise zur Identifizierung von Nukleinsäuren, die für Hydrolasen, vor allem Esterasen oder Lipasen und/oder für Teile davon kodieren, oder als Antisense-Nukleinsäuren oder als Primer in der Polymerasekettenreaktion (PCR), hierbei insbesondere zur Amplifikation von Nukleinsäuren umfassend Nukleinsäuren kodierend für Hydrolasen, insbesondere für Esterasen und/oder Lipasen oder für Teile davon, verwendet werden.The nucleic acids according to the invention can thus be used, for example, as probes for identifying and / or isolating homologous nucleic acids from an artificial, a cDNA or genomic library, preferably for identifying nucleic acids which are used for hydrolases, especially esterases or lipases and / or for parts thereof code, or as antisense nucleic acids or as primers in the polymerase chain reaction (PCR), in particular for the amplification of nucleic acids comprising nucleic acids coding for hydrolases, in particular for esterases and / or lipases or for parts thereof.
Die erfindungsgemäßen oder zu den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren homologe Nukleinsäuren können aber auch durch Zufallsmutagenese oder zielgerichtete Mutagenese, in einer dem Fachmann bekannten Weise, erhalten werden.However, the nucleic acids according to the invention or homologous to the nucleic acids according to the invention can also be obtained by random mutagenesis or targeted mutagenesis in a manner known to the person skilled in the art.
Nach Einbau in einen Expressionsvektor können die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren beispielsweise zur gezielten Herstellung einzelner Domänen oder Epitope des erfindungsgemäßen Proteins oder zur Herstellung von Fusionsproteinen, die die erfindungsgemäßen Polypeptide umfassen, verwendet werden.After incorporation into an expression vector, the nucleic acids according to the invention can be used, for example, for the targeted production of individual domains or epitopes of the protein according to the invention or for the production of fusion proteins which comprise the polypeptides according to the invention.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren, um eine Nukleinäure zu erhalten, die für ein Enzym mit hydrolytischer Aktivität, insbesondere für eine Esterase und/oder Lipase kodiert, folgende Schritte umfassend: a) eine Nukleinsäurebibliothek wird mit einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure kontaktiert, b) eine Nukleinsäure, die mit der erfindungsgemäßen Nukleinsäure gemäß (a) hybridisiert, wird identifiziert, c) die in Schritt (b) identifizierte Nukleinsäure wird sequenziert.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ebenso ein Verfahren zur Isolierung einer für ein hydrolytisches Enzym, insbesondere für eine Esterase und/oder Lipase, kodierenden Nukleinsäure, folgende Schritte umfassend: a) ausgehend von einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure werden Primer hergestellt, b) die Primer gemäß (a) werden verwendet, um in der PCR Nukleinsäuren, vor allem cDNAs, unbekannter Nukleinsäuresequenz zu amplifizieren, c) die gemäß (b) durch Amplifikation erhaltenen Nukleinsäuren werden sequenziert.The present invention therefore also relates to a method for obtaining a nucleic acid which codes for an enzyme with hydrolytic activity, in particular for an esterase and / or lipase, comprising the following steps: a) a nucleic acid library is contacted with a nucleic acid according to the invention, b ) a nucleic acid that hybridizes with the nucleic acid according to the invention according to (a) is identified, c) the nucleic acid identified in step (b) is sequenced. The present invention therefore also relates to a method for isolating a nucleic acid coding for a hydrolytic enzyme, in particular for an esterase and / or lipase, comprising the following steps: a) primers are prepared starting from a nucleic acid according to the invention, b) the primers according to (a) are used to amplify nucleic acids, especially cDNAs, of unknown nucleic acid sequences in the PCR, c) the nucleic acids obtained by amplification according to (b) are sequenced.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ebenfalls ein Verfahren zur Isolierung einer für ein hydrolytisches Enzym, insbesondere für eine Esterase und/oder Lipase, kodierenden Nukleinsäure, folgende Schritte umfassend: a) Nukleinsäuren einer Bibliothek werden in geeignete Vektoren eingebaut und diese in passende Wirtsorganismen, vorzugsweise Bakterien, insbesondere E. coli, eingebracht, so daß die Expression der Nukleinsäuren erfolgen kann, b) die gemäß (a) erhaltenen Wirtsorganismen werden auf einem festen Träger, vorzugsweise einer Agar-Platte, ausplattiert und inkubiert, c) auf dem festen Träger wird ein Assay, beispielsweise eine Farbreaktion, durchgeführt, der die Umsetzung eines Hydrolase-Substrats, bspw. Naphthylacetat, involviert, d) Hydrolase-positive Klone werden identifiziert, beispielsweise durch visuelle Beobachtung, durch automatisierte Imageanalyse oder mittels photometrischer Messung, und gereinigt, e) die Nukleinsäuren aus den in Schritt (d) identifizierten Klonen werden sequenziert.Another object of the present invention is therefore also a method for isolating a nucleic acid coding for a hydrolytic enzyme, in particular for an esterase and / or lipase, comprising the following steps: a) nucleic acids of a library are incorporated into suitable vectors and these into suitable host organisms, preferably bacteria, in particular E. coli, are introduced so that the nucleic acids can be expressed, b) the host organisms obtained according to (a) are plated and incubated on a solid support, preferably an agar plate, c) on the solid support an assay, for example a color reaction, is carried out which involves the reaction of a hydrolase substrate, for example naphthylacetate, d) hydrolase-positive clones are identified, for example by visual observation, by automated image analysis or by means of photometric measurement, and purified, e ) the nucleic acids from the in step (d) identified clones are sequenced.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ebenfalls ein Verfahren zur Isolierung einer für ein hydrolytisches Enzym, insbesondere für eine Esterase und/oder Lipase, kodierenden Nukleinsäure, folgende Schritte umfassend: a) eine erfindungsgemäße Nukleinsäure wird Mutagenese-Experimenten unterworfen,
b) die erhaltenen Mutanten werden in einen geeigneten Vektor eingebaut und in einem geeigneten Wirtsorganismus exprimiert, c) die Expressionsprodukte werden auf hydrolytische Aktivität, insbesondere Esterase- und/oder Lipase-Aktivität, hin untersucht, d) die Nukleinsäuren, deren Expressionsprodukte in Schritt (c) hydrolytische Aktivität zeigen, werden sequenziert.The present invention therefore also relates to a method for isolating a nucleic acid coding for a hydrolytic enzyme, in particular for an esterase and / or lipase, comprising the following steps: a) a nucleic acid according to the invention is subjected to mutagenesis experiments, b) the mutants obtained are incorporated into a suitable vector and expressed in a suitable host organism, c) the expression products are examined for hydrolytic activity, in particular esterase and / or lipase activity, d) the nucleic acids, the expression products of which in step ( c) show hydrolytic activity, are sequenced.
Die Mutagenese-Experimente können beispielsweise unter Verwendung der Polymerasekettenreaktion (PCR) durchgeführt werden. Die Experimente können hierbei beispielsweise, insbesondere bei Verwendung einer Taq-Polymerase, so durchgeführt werden, dass Reaktionsparameter wie die Mg2+-Konzentration, der pH- Wert, die Reaktionstemperatur oder die Substratkonzentrationen variiert werden, oder es kann zum Einsatz von Error-prone-PCR-Techniken kommen, die beispielsweise auf der Zugabe von Mn2+ oder auf der Zugabe ungleicher Nukleotidkonzentrationen beruhen.The mutagenesis experiments can be carried out, for example, using the polymerase chain reaction (PCR). The experiments can be carried out, for example, especially when using a Taq polymerase, in such a way that reaction parameters such as the Mg 2+ concentration, the pH value, the reaction temperature or the substrate concentrations are varied, or error-prone can be used -PCR techniques, which are based, for example, on the addition of Mn 2+ or on the addition of unequal nucleotide concentrations.
Bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Nukleinsäure-Bibliothek kann es sich beispielsweise um eine cDNA-, um eine genomische oder um eine artifizielle Bibliothek handeln. Bevorzugt handelt es sich um eine mikrobielle, besonders bevorzugt um eine bakterielle Bibliothek, vor allem um eine solche aus Xanthomonas, insbesondere aus Xanthomonas vesicatoria.The nucleic acid library to be used according to the invention can be, for example, a cDNA, a genomic or an artificial library. It is preferably a microbial, particularly preferably a bacterial library, especially one from Xanthomonas, in particular from Xanthomonas vesicatoria.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Nukleinsäure, die nach einem der vorher genannten Verfahren erhältlich ist.The invention further relates to a nucleic acid which can be obtained by one of the methods mentioned above.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Nukleinsäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Nukleinsäure chemisch synthetisiert wird. Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren können beispielsweise chemisch anhand der in SEQ ID NO: 1 oder der in SEQ ID NO: 3 angegebenen Nukleinsäuresequenz oder anhand der in SEQ ID NO: 2 oder der in SEQ ID NO: 4 angegebenen Aminosäuresequenz auf Grundlage des genetischen Codes z.B. nach der Phosphotriester-Methode oder auf eine andere dem Fachmann bekannten Weise synthetisiert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner Vektoren, insbesondere Klonierungs- und/oder Expressionsvektoren, umfassend eine der zuvor genannten erfindungsgemäßen Nukleinsäuren. Der Vektor kann beispielsweise ein prokaryotischer oder eukaryotischer Vektor sein. Bei den prokaryotischen Vektoren zum Einbau der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren handelt es sich beispielsweise um die Plasmide pBSII, pBS SK-, pGEM3Zf(+/-), pGEM-5Zf(+/-) oder pMS470Δ8 oder um ein anderes high copy number-Plasmid. Bei den erhältlichen Expressionsvekoren für die Expression in E. coli handelt es sich entsprechend beispielsweise um die im folgenden beschriebenen Vektoren pBLXC4ΔAccl, pMSXC4a, pBLXC4 und pMStacXC4a zur Expression eines Proteins gemäß SEQ ID No. 2 oder um den Vektor pMStacXv-86 zur Expression eines Proteins gemäß SEQ ID NO: 4.The present invention furthermore relates to a method for producing a nucleic acid according to the invention, characterized in that the nucleic acid is chemically synthesized. For example, the nucleic acids according to the invention can be chemically determined using the nucleic acid sequence given in SEQ ID NO: 1 or the SEQ ID NO: 3 or using the amino acid sequence given in SEQ ID NO: 2 or the SEQ ID NO: 4 based on the genetic code the phosphotriester method or in another manner known to the person skilled in the art. The present invention furthermore relates to vectors, in particular cloning and / or expression vectors, comprising one of the aforementioned nucleic acids according to the invention. The vector can be, for example, a prokaryotic or eukaryotic vector. The prokaryotic vectors for incorporating the nucleic acids according to the invention are, for example, the plasmids pBSII, pBS SK-, pGEM3Zf (+/-), pGEM-5Zf (+/-) or pMS470Δ8 or another high copy number plasmid. The available expression vectors for expression in E. coli are, for example, the vectors pBLXC4ΔAccl, pMSXC4a, pBLXC4 and pMStacXC4a described below for the expression of a protein according to SEQ ID No. 2 or around the vector pMStacXv-86 for expression of a protein according to SEQ ID NO: 4.
Bei den Expressionsvektoren für die Expression in E. coli kann es sich beispielsweise aber auch um andere kommerziell erhältliche Vektoren handeln, wie etwa den T7-Expressionsvektor pGM10 oder pGEX-4T-1 GST (Pharmacia Biotech), welche für einen N-terminalen Met-Ala-His6-Tag kodieren, der die Reinigung des exprimierten Proteins über ein Ni2+-NTA-Säule ermöglicht. Als eukaryotische Expressionsvektoren für die Expression in Saccharomyces cerevisiae eignen sich z.B. die Vektoren p426Met25 oder p426GAL1 , für die Expression in Insektenzellen z.B. Baculovirusvektoren wie in EP-B1 -0127839 oder EP-B1 -0549721 offenbart, und für die Expression in Säugerzellen z.B. SV40-Vektoren.The expression vectors for expression in E. coli can, for example, also be other commercially available vectors, such as the T7 expression vector pGM10 or pGEX-4T-1 GST (Pharmacia Biotech), which are used for an N-terminal Met- Code Ala-His6 tag, which enables the purification of the expressed protein on a Ni 2+ -NTA column. Examples of suitable eukaryotic expression vectors for expression in Saccharomyces cerevisiae are vectors p426Met25 or p426GAL1, for expression in insect cells, for example baculovirus vectors as disclosed in EP-B1-0127839 or EP-B1-0549721, and for expression in mammalian cells, for example SV40 vectors ,
Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren können in einer Ausführungsform so mit flankierenden Nukleinsäuren in einen Vektor eingebaut werden, dass bei Expression des Vektors die von den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren kodierten Polypeptide als Fusionsproteine vorliegen oder einen tag, eine markierende Aminosäuresequenz, tragen, die beispielsweise die Reinigung und/oder Detektion der Polypeptide erleichtern kann. Bei dem tag kann es sich besipielsweise um das strep-, flag-, myc- oder his-tag handeln.In one embodiment, the nucleic acids according to the invention can be incorporated into a vector with flanking nucleic acids such that when the vector is expressed, the polypeptides encoded by the nucleic acids according to the invention are present as fusion proteins or carry a tag, a labeling amino acid sequence, which, for example, purifies and / or detects that can facilitate polypeptides. The day can be, for example, the strep, flag, myc or his tag.
Die Expressionsvektoren enthalten bevorzugt die für die Wirtszelle geeigneten regulatorischen Sequenzen, hierbei vorzugsweise den lac- oder den tac-Promotor
für die Expression in E. coli, den ADH-2-, GAL1- oder AOX-Promotor für die Expression in Hefen, den Baculovirus-Polyhedrin-Promotor für die Expression in Insektenzellen oder den frühen SV40-Promotor oder einen LTR-Promotor für die Expression in Säugerzellen.The expression vectors preferably contain the regulatory sequences suitable for the host cell, preferably the lac or the tac promoter for expression in E. coli, the ADH-2, GAL1 or AOX promoter for expression in yeast, the baculovirus polyhedrin promoter for expression in insect cells or the early SV40 promoter or an LTR promoter for Expression in mammalian cells.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Wirtszelle umfassend einen erfindunsgemäßen Vektor, wobei es sich bei der Wirtszelle bevorzugt um Xanthomonas, insbesondere um Xanthomonas vesicatoria, oder E. coli, insbesondere um den E. co/Z-Stamm BL21 (DE3), handelt.The present invention furthermore relates to a host cell comprising a vector according to the invention, the host cell preferably being Xanthomonas, in particular Xanthomonas vesicatoria, or E. coli, in particular the E. co / Z strain BL21 (DE3).
Die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren werden bevorzugt nach Einbau in einen geeigneten Vektor durch die dem Fachmann bekannten Methoden der Transfektion, Transformation oder Elektroporation in die Wirtszellen eingebracht, besonders bevorzugt gemäß der SEM-Methode.The nucleic acids according to the invention are preferably introduced into the host cells after incorporation into a suitable vector by the methods of transfection, transformation or electroporation known to the person skilled in the art, particularly preferably according to the SEM method.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren ein Polypeptid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: a) Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 2 oder von Position 38 bis 351 gemäß SEQ ID NO: 2 oder gemäß SEQ ID NO: 4, b) natürlicherweise vorkommende Mutanten, polymorphe Formen oder Allele eines Polypeptids gemäß (a), vor allem solche, die bis zu fünf, insbesondere ein, zwei oder drei Punktmutationen in Bezug auf ein Polypeptid gemäß (a) oder (b) besitzen, c) Polypeptide, die eine Sequenzhomologie oder -identität von mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 60 % oder 70 %, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 oder 90 %, insbesondere mindestens 95 oder 98 % in Bezug auf ein Polypeptid gemäß (a) oder (b) besitzen, d) Polypeptide, die von den zuvor genannten erfindungsgemäßen Nukleinsäuren kodiert werden, e) Polypeptide bestehend aus mindestens 5 oder 6, bevorzugt mindestens 8 oder 10, besonders bevorzugt mindestens 15 oder 20,
insbesondere mindestens 30, 40 oder 50 aufeinanderfolgenden Aminosäuren eines Polypeptids gemäß (a) oder (b), f) Polypeptide mit Insertionen und/oder Deletionen von bis zu 60, 50 oder 40, insbesondere bis zu 30, 20 oder 10 Aminosäuren in Bezug auf ein Polypeptid gemäß (a), (b) oder (c), g) Polypeptide, umfassend mindestens eines der unter (a) bis (f) genannten Polypeptide.The present invention furthermore relates to a polypeptide selected from the group consisting of: a) polypeptide having an amino acid sequence according to SEQ ID NO: 2 or from positions 38 to 351 according to SEQ ID NO: 2 or according to SEQ ID NO: 4, b) naturally occurring mutants, polymorphic forms or alleles of a polypeptide according to (a), especially those which have up to five, in particular one, two or three, point mutations with respect to a polypeptide according to (a) or (b), c) polypeptides, which have a sequence homology or identity of at least 50%, preferably at least 60% or 70%, very particularly preferably at least 80 or 90%, in particular at least 95 or 98% in relation to a polypeptide according to (a) or (b), d ) Polypeptides which are encoded by the aforementioned nucleic acids according to the invention, e) polypeptides consisting of at least 5 or 6, preferably at least 8 or 10, particularly preferably at least 15 or 20, in particular at least 30, 40 or 50 consecutive amino acids of a polypeptide according to (a) or (b), f) polypeptides with insertions and / or deletions of up to 60, 50 or 40, in particular up to 30, 20 or 10 amino acids with respect to a polypeptide according to (a), (b) or (c), g) polypeptides, comprising at least one of the polypeptides mentioned under (a) to (f).
Bevorzugt handelt es sich hierbei um Polypeptide, die eine Hydrolyse-Reaktion katalysieren, insbesondere die Hydrolyse von Ester-, Amid-, Peptid- und/oder Halidbindungen, oder es handelt sich um Teile, insbesondere Epitope oder Domänen, von solchen Polypeptiden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Enzyme, die eine katalytische Triade, umfassend ein Nukleophil, ein Aspartat oder Glutamat und ein Histidin, oder eine katalytische Diade, in ihrem reaktiven Zentrum haben. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Esterasen oder Lipasen, besonders bevorzugt um eine Carboxyl-Ester-Hydrolase (EC 3.1.1), inbesondere um eine Carboxyl-Esterase (EC 3.1.1.1) oder ein Protein mit signifikanter Homologie zu Carboxyl-Esterasen und/oder um eine Esterase, die zur GXSXG-Familie der Serin- Hydrolasen gehört und/oder um ein Enzym, das alpha/beta-Hydrolase-Faltung aufweist.These are preferably polypeptides which catalyze a hydrolysis reaction, in particular the hydrolysis of ester, amide, peptide and / or halide bonds, or parts, in particular epitopes or domains, of such polypeptides. These are preferably enzymes which have a catalytic triad comprising a nucleophile, an aspartate or glutamate and a histidine or a catalytic diad in their reactive center. These are preferably esterases or lipases, particularly preferably a carboxyl ester hydrolase (EC 3.1.1), in particular a carboxyl esterase (EC 3.1.1.1) or a protein with significant homology to carboxyl esterases and / or an esterase belonging to the GXSXG family of serine hydrolases and / or an enzyme which has alpha / beta hydrolase folding.
Bei den Verbindungen, die durch die erfindungsgemäßen Polypeptide gespalten werden können, handelt es sich insbesondere um Ester, Thioester, Peptide, Amide oder Halide, bevorzugt um Ester, Thioester, Peptide, Amide und Halide, vor allem Ester, kurzkettiger Carbonsäuren.The compounds which can be cleaved by the polypeptides according to the invention are in particular esters, thioesters, peptides, amides or halides, preferably esters, thioesters, peptides, amides and halides, especially esters, short-chain carboxylic acids.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Polypeptiden um Esterasen, bevorzugt um mikrobielle, insbesondere bakterielle Esterasen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um eine Esterase aus Xanthomonas vesicatoria, insbesondere um die Esterase EstA gemäß SEQ ID NO: 2.The polypeptides according to the invention are particularly preferably esterases, preferably microbial, in particular bacterial, esterases. It is very particularly preferably an esterase from Xanthomonas vesicatoria, in particular the esterase EstA according to SEQ ID NO: 2.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Polypeptid um eine wasserlösliche Esterase, insbesondere um
eine periplasmatische Esterase, d.h. um eine Esterase, die natürlicherweise vermittelt durch eine entsprechende Signalsequenz in den periplasmatischen Raum transportiert wird.In a further preferred embodiment, the polypeptide according to the invention is a water-soluble esterase, in particular a periplasmic esterase, that is to say an esterase which is naturally conveyed into the periplasmic space through a corresponding signal sequence.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Polypeptid um eine Esterase gemäß SEQ ID NO: 4, bei der die natürliche Signalsequenz durch Deletion der Aminosäuren von Sequenzposition 3 bis 37 gemäß SEQ ID NO: 2 entfernt wurde.In a further preferred embodiment, the polypeptide according to the invention is an esterase according to SEQ ID NO: 4, in which the natural signal sequence has been removed by deleting the amino acids from sequence positions 3 to 37 according to SEQ ID NO: 2.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsemäßen Polypeptid um einen virulenten Faktor und/oder um ein Pflanzenpathogen.In a further preferred embodiment, the polypeptide according to the invention is a virulent factor and / or a plant pathogen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner Mischungen und Präparationen, vor allem bakterielle Präparationen, die erfindungsgemäße Nukleinsäuren und/oder Polypeptide entthalten. Die Mischungen oder Präparationen können hierbei in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt werden.The present invention furthermore relates to mixtures and preparations, in particular bacterial preparations, which contain the nucleic acids and / or polypeptides according to the invention. The mixtures or preparations can be prepared in a manner known to those skilled in the art.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Polypeptids zur hydrolytischen Spaltung und/oder zur Knüpfung von Ester-, Thioester-, Amid-, Peptid- oder Halid-Bindungen.The invention furthermore relates to the use of a polypeptide according to the invention for hydrolytic cleavage and / or for the formation of ester, thioester, amide, peptide or halide bonds.
Erfindungsgemäß verwendbare Substrate oder herzustellende Verbindungen sind im allgemeinen Verbindungen der Formel R1-C(0)-R2.Substrates or compounds to be prepared according to the invention are generally compounds of the formula R 1 -C (0) -R 2 .
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei R1 um eine Kohlenwasserstoffkette, die bevorzugt bis zu 5, besonders bevorzugt bis zu 3 Kohlenstoffatome, vor allem genau 1 Kohlenstoffatom umfassen kann, wobei die Kohlenwasserstoffkette vorzugsweise unverzweigt und gesättigt ist, jedoch auch verzweigt und/oder ungesättigt sein kann und wobei mindestens eines der Wasserstoffatome der Kohlenwasserstoffkette auch durch andere Gruppen substituiert sein kann, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenen, Kohlenwasserstoff resten, insbesondere umfassend 1 bis 3 C-Atome,
S03, N02 und andere dem Fachmann bekannten funktionellen Gruppen. Bevorzugte Beispiele für R1 sind der Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Chlor-Ethylrest.In a preferred embodiment, R 1 is a hydrocarbon chain, which can preferably comprise up to 5, particularly preferably up to 3 carbon atoms, in particular exactly 1 carbon atom, the hydrocarbon chain preferably being unbranched and saturated, but also branched and / or can be unsaturated and at least one of the hydrogen atoms of the hydrocarbon chain can also be substituted by other groups, preferably selected from the group consisting of halogens, hydrocarbon radicals, in particular comprising 1 to 3 carbon atoms, S0 3 , N0 2 and other functional groups known to the person skilled in the art. Preferred examples of R 1 are the methyl, ethyl, propyl and chloro-ethyl radical.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei R1 um eine cyclische Verbindung, insbesondere eine heterocyclische Verbindung, vor allem um eine solche mit 5 Ringatomen. Auch hier kann mindestens eines der Wasserstoffatome der cyclischen Verbindung durch eine andere Gruppe, wie zuvor genannt, substituiert sein. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist das Tetrahydrofuran.In a further preferred embodiment, R 1 is a cyclic compound, in particular a heterocyclic compound, especially one having 5 ring atoms. Here too, at least one of the hydrogen atoms of the cyclic compound can be substituted by another group, as mentioned above. An example of such a compound is tetrahydrofuran.
R2 steht für eines der Halogene F, Cl, Br, I, für eine Aminogruppe NR3R4, für eine Thiolgruppe SR3 und besonders bevorzugt für eine Alkoholgruppe OR3.R 2 represents one of the halogens F, Cl, Br, I, an amino group NR 3 R 4 , a thiol group SR 3 and particularly preferably an alcohol group OR 3 .
Bei R3 und/oder R4 kann es sich hierbei um einen Aryl-Rest mit 6 bis 14 C-Atomen oder um einen Heteroaryl-Rest mit 5 bis 13 C-Atomen handeln, wobei mindestens ein Wasserstoffatom des Aryl- oder Heteroaryl-Restes auch substituiert sein kann durch eine Gruppe vorzugsweise ausgewählt aus Kohlenwasserstoff resten, insbesondere umfassend 1 bis 6 C-Atome, Halogenatomen und dem Fachmann bekannten funktioneilen Gruppen wie N02, NR2, S03, OR. Bei dem Aryl-Rest kann es sich beispielsweise um einen Phenyl-, o- oder p-Nitrophenyl- oder um einen Naphthyl-Rest, insbesondere einem -Naphthyl-Rest, handeln.R 3 and / or R 4 can be an aryl radical with 6 to 14 C atoms or a heteroaryl radical with 5 to 13 C atoms, at least one hydrogen atom of the aryl or heteroaryl radical may also be substituted by a group preferably selected from hydrocarbon radicals, especially comprising from 1 to 6 carbon atoms, halogen atoms and known to those skilled functional groups such as N0 2, NR 2, S0 3, OR. The aryl radical can be, for example, a phenyl, o- or p-nitrophenyl radical or a naphthyl radical, in particular a -naphthyl radical.
Bei R3 und/oder R4 kann es sich ferner auch um ein Brücken-Ringsystem, insbesondere um einen Norbornan-Rest handeln, wobei das Brücken-Ringsystem auch ungesättigt sein und Substituenten, wie zuvor genannt, tragen kann.R 3 and / or R 4 can also be a bridge ring system, in particular a norbornane radical, the bridge ring system also being unsaturated and bearing substituents, as mentioned above.
Bei R3 und/oder R4 kann es sich ferner um eine Alkylgruppe oder um eine Heteroalkylgruppe, vorzugsweise um eine solche mit bis zu 10 C-Atomen, besonders bevorzugt mit bis zu 6 C-Atomen, handeln, wobei die Alkylgruppe oder Heteroalkylgruppe auch ungesättigt sein und mindestens einen Substituenten, bspw. die Phthalimidogruppe oder einen der zuvor genannten Substituenten, tragen kann. Desweiteren kann die Gruppe auch epoxidiert sein. Ferner kann die Gruppe auch eine Cycloalkyl- oder eine Cycloheteroalkyl-Gruppe, besonders bevorzugt mit 6
Ringatomen, umfassen. Beispiele für solche Gruppen sind die Glycidyl-Gruppe, die cis-1 ,2-Dihydroxymethyl-cyclohexenyl-Gruppe sowie die 2-Phthalimido-Butyl- Gruppe.R 3 and / or R 4 can furthermore be an alkyl group or a heteroalkyl group, preferably one with up to 10 C atoms, particularly preferably with up to 6 C atoms, the alkyl group or heteroalkyl group also be unsaturated and can carry at least one substituent, for example the phthalimido group or one of the aforementioned substituents. The group can also be epoxidized. The group can also be a cycloalkyl or a cycloheteroalkyl group, particularly preferably with 6 Ring atoms. Examples of such groups are the glycidyl group, the cis-1, 2-dihydroxymethyl-cyclohexenyl group and the 2-phthalimido-butyl group.
Bei R3 und/oder R4 kann es sich desweiteren beispielsweise um eine Gruppe CR5R6R7 handeln, wobei die Reste R5, R6 und R7 unabhängig voneinander für H oder einen Kohlenwasserstoffrest mit vorzugsweise bis zu 6 C-Atomen, besonders bevorzugt bis zu 4 C-Atomen stehen, wobei der Kohlenwasserstoffrest gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt sein kann und mindestens eines der H- Atome von mindestens einem der Kohlenwasserstoffreste auch durch einen der zuvor genannten Substituenten substituiert sein kann.R 3 and / or R 4 can furthermore be, for example, a group CR 5 R 6 R 7 , the radicals R 5 , R 6 and R 7 independently of one another for H or a hydrocarbon radical with preferably up to 6 C atoms , particularly preferably up to 4 carbon atoms, where the hydrocarbon radical can be saturated or unsaturated, branched or unbranched and at least one of the H atoms of at least one of the hydrocarbon radicals can also be substituted by one of the aforementioned substituents.
In einer erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich hierbei bei R5 um ein H-Atom, bei R6 um eine mindestens einfach ungesättigte Kohlenwasserstoffkette und bei R7 um eine gesättigte Kohlenwasserstoffkette. R6 und R7 umfassen hierbei jeweils, unabhängig voneinander, vorzugsweise bis zu 6 C- Atome, besonders bevorzugt bis zu 4 C-Atome, vor allem bis zu 2 C-Atome. Hierbei kann es sich um verzweigte oder unverzweigte Reste handeln. R6 umfaßt hierbei ganz besonders bevorzugt mindestens eine, vor allem genau eine Dreifachbindung, wobei die Dreifachbindung besonders bevorzugt in 2-Position angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei R6 um einen Prop-2-in-yl-Rest und bei R7 um einen Methylrest.In an embodiment which is particularly preferred according to the invention, R 5 is an H atom, R 6 is an at least monounsaturated hydrocarbon chain and R 7 is a saturated hydrocarbon chain. R 6 and R 7 each comprise, independently of one another, preferably up to 6 C atoms, particularly preferably up to 4 C atoms, especially up to 2 C atoms. This can be branched or unbranched residues. R 6 very particularly preferably comprises at least one, especially exactly one triple bond, the triple bond being particularly preferably arranged in the 2 position. In a particularly preferred embodiment, R 6 is a prop-2-ynyl radical and R 7 is a methyl radical.
In einer weiteren erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei mindestens einem der Reste R5, Rδ und R7 um einen multifunktionellen Alkohol, insbesondere um Glycerin, wobei mindestens eine weitere OH-Gruppe des Glycerins verestert sein kann. Ein Beispiel hierfür ist das Triacetin.In a further preferred embodiment according to the invention, at least one of the radicals R 5 , R δ and R 7 is a multifunctional alcohol, in particular glycerol, it being possible for at least one further OH group of the glycerol to be esterified. An example of this is triacetin.
In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um eine Komponente der pflanzlichen Zellwand.In a particular embodiment, the substrate is a component of the plant cell wall.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Enzyme hierbei verwendet, um enantioselektiv Bindungen zu spalten oder zu knüpfen, wobei
der enantiomere Überschuß (e.e.) der betreffenden Reaktion vorzugsweise größer gleich 20 %, besonders bevorzugt größer gleich 40 %, vor allem größer gleich 60 %, insbesondere größer gleich 80 %, ist. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Polypeptide auch verwendet werden, um ausgehend von racemischen Mischungen eine Isolierung oder Anreicherung eines der beiden Enantiomere zu erreichen.In a preferred embodiment, the enzymes according to the invention are used here to cleave or form enantioselectively bonds, wherein the enantiomeric excess (ee) of the reaction in question is preferably greater than or equal to 20%, particularly preferably greater than or equal to 40%, especially greater than or equal to 60%, in particular greater than or equal to 80%. For example, the polypeptides according to the invention can also be used to isolate or enrich one of the two enantiomers starting from racemic mixtures.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Spaltung der zuvor erwähnten Ester, Thioester, Amide, Peptide oder Halide, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verbindungen mit mindestens einem erfindungsgemäßen Polypeptid inkubiert werden.The present invention also relates to a process for cleaving the aforementioned esters, thioesters, amides, peptides or halides, characterized in that these compounds are incubated with at least one polypeptide according to the invention.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist desweiteren auch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor erwähnten Ester, Thioester, Amide, Peptide oder Halide, dadurch gekennzeichnet, daß Carbonsäuren und/oder Carbonsäureester-, thioester, -amide oder -halide mit einem Alkohol, Thiol, Amin oder Hydrogenhalogenid in Gegenwart von mindestens einem erfindungsgemäßen Polypeptid inkubiert werden.The present invention also relates to a process for the preparation of the aforementioned esters, thioesters, amides, peptides or halides, characterized in that carboxylic acids and / or carboxylic acid esters, thioesters, amides or halides with an alcohol, thiol, amine or Hydrogen halide can be incubated in the presence of at least one polypeptide according to the invention.
Mögliche industrielle Anwendungen der erfindungsgemäßen Polypeptide sind beispielsweise die Herstellung oder selektive Anreicherung von Geschmackskomponenten in der Lebensmittelindustrie, von Detergentien in der Waschmittelindustrie, von Feinchemikalien in der chemischen Industrie oder von therapeutisch oder diagnostisch einsetzbaren Substanzen in der Pharmaindustrie.Possible industrial applications of the polypeptides according to the invention are, for example, the production or selective enrichment of flavor components in the food industry, of detergents in the detergent industry, of fine chemicals in the chemical industry or of therapeutically or diagnostically usable substances in the pharmaceutical industry.
Die erfindungsgemäßen Polypeptide können desweiteren beispielsweise als Epitope zur Herstellung von mono- oder polyklonalen Antikörpern verwendet werden, indem sie an einen Träger, bspw. Rinder-Serumalbumin, gekoppelt werden und anschließend ein Säuger, bevorzugt eine Maus, ein Hase oder ein Kaninchen, mit dem Epitop, bevorzugt unter Verwendung von Adjuvantien, immunisiert wird. Hierzu eignen sich bevorzugt Polypeptide mit einer Länge von 5-12, insbesondere 8, Aminosäuren. Polypeptide mit einer Länge von mehr als 60, insbesondere mehr als 75 Aminosäuren, können auch ohne Träger zur Herstellung von Antikörpern verwendet werden. Die entstandenen Antikörper können anschließend
gegebenenfalls isoliert werden, und ausgehend von den Antikörpern oder der für sie kodierenden Nukleinsäuren können gegebenenfalls Antikörperfragmente, beispielsweise Fab- oder scFv-Fragmente hergestellt werden.The polypeptides according to the invention can furthermore be used, for example, as epitopes for the production of mono- or polyclonal antibodies by coupling them to a carrier, for example bovine serum albumin, and then using a mammal, preferably a mouse, rabbit or rabbit Epitope, preferably using adjuvants, is immunized. Polypeptides with a length of 5-12, in particular 8, amino acids are preferably suitable for this. Polypeptides with a length of more than 60, in particular more than 75, amino acids can also be used without a carrier for the production of antibodies. The resulting antibodies can then optionally isolated, and starting from the antibodies or the nucleic acids coding for them, antibody fragments, for example Fab or scFv fragments, can optionally be produced.
An ein erfindungsgemäßes Polypeptid bindende Peptide können alternativ auch durch ein dem Fachmann bekanntes in vitro-Verfahren, wie beispielsweise Phage Display, Yeast Display, Bacterial Display oder etwa die sogenannte Fusagen- Technologie erhalten werden, bei der die Nukleinsäure und das von dieser kodierte Polypeptid über ein Puromycin kovalent miteinander verknüpft sind.Peptides binding to a polypeptide according to the invention can alternatively also be obtained by an in vitro method known to the person skilled in the art, such as, for example, phage display, yeast display, bacterial display or, for example, the so-called Fusagen technology, in which the nucleic acid and the polypeptide encoded by it are obtained a puromycin are covalently linked.
Die durch Immunisierung mit den erfindungsgemäßen Polypeptiden erhältlichen Antiseren, Antikörper und Antikörperfragmente sowie die durch eines der genannten in vitro-Verfahren erhältlichen Peptide eignen sich beispielsweise zur Untersuchung von Genexpressionsbanken, um zu den erfindungsgemäßen Polypeptiden homologe Proteine, insbesondere solche mit hydrolytischer Aktivität, vor allem esterolytischer und/oder lipolytischer Aktivität, ausfindig zu machen.The antisera, antibodies and antibody fragments obtainable by immunization with the polypeptides according to the invention and the peptides obtainable by one of the in vitro methods mentioned are suitable, for example, for examining gene expression banks in order to make proteins homologous to the polypeptides according to the invention, in particular those with hydrolytic activity, especially esterolytic and / or lipolytic activity.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher auch Antiseren, Antikörper und Antikörperfragmente gegen ein erfindungsgemäßes Polypeptid sowie andere an ein erfindungsgemäßes Peptid bindende Peptide, insbesondere erhältich durch eines der zuvor genannten Verfahren. Antiserum, Antikörper und Antikörperfragment sowie sonstige an ein erfindungsgemäßes Peptid bindende Peptide werden im folgenden der Einfachheit halber „Antikörper" genannt.The present invention therefore also relates to antisera, antibodies and antibody fragments against a polypeptide according to the invention and other peptides which bind to a peptide according to the invention, in particular obtainable by one of the aforementioned methods. Antiserum, antibodies and antibody fragments as well as other peptides binding to a peptide according to the invention are referred to below as "antibodies" for the sake of simplicity.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Polypeptids, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfindungsgemäße Nukleinsäure in einer geeigneten Wirtszelle, besonders bevorzugt in E. coli, insbesondere in E. coli BL21 (DE3) oder E. coli SURE™, oder in Xanthomonas, insbesondere in Xanthomonas vesicatoria, exprimiert wird. Anschließend kann gegebenenfalls eine Proteinreinigung erfolgen.The present invention furthermore relates to a method for producing a polypeptide according to the invention, characterized in that a nucleic acid according to the invention in a suitable host cell, particularly preferably in E. coli, in particular in E. coli BL21 (DE3) or E. coli SURE ™, or in Xanthomonas, in particular in Xanthomonas vesicatoria, is expressed. A protein purification can then optionally be carried out.
Kultivierung von E. coli erfolgt hierbei vorzugsweise zwischen 20 und 37°C, besonders bevorzugt bei etwa 30 °C oder bei etwa 37°C. Ernte und Aufschluß der
Zellen erfolgen durch dem Fachmann bekannte Methoden. Der Aufschluß kann so beispielsweise durch French Press, Ultraschall, Kugelmühle, besonders bevorzugt jedoch durch Einsatz eines Sonifikators erfolgen. Alternativ können die Zellen auch chemisch, beispielsweise durch EDTA oder Polymyxin B, permeabilisiert werden.E. coli is preferably cultivated between 20 and 37 ° C, particularly preferably at about 30 ° C or at about 37 ° C. Harvest and digestion of the Cells are made by methods known to those skilled in the art. The digestion can thus be carried out, for example, by French press, ultrasound, ball mill, but particularly preferably by using a sonifier. Alternatively, the cells can also be chemically permeabilized, for example by EDTA or polymyxin B.
Die gegebenenfalls durchzuführende Reinigung des Proteins erfolgt vorzugsweise chromatographisch. Die chromatographische Reinigung des Proteins kann beispielsweise die Kationen- und/oder Anionenaustauschchromatographie, die hydrophobe Wechselwirkungschromatographie und/oder die Gelfiltration umfassen.The protein to be purified, if appropriate, is preferably chromatographically. The chromatographic purification of the protein can include, for example, cation and / or anion exchange chromatography, hydrophobic interaction chromatography and / or gel filtration.
Das Verfahren kann beispielsweise auf folgende Weise durchgeführt werden: a) eine erfindungsgemäße Nukleinsäure wird in einen geeigneten Vektor eingebaut und E. coli wird mit dem Vektor transformiert, b) nach der Expression des Proteins werden die Zellen geerntet und aufgeschlossen. c) mit dem Überstand wird Anionenaustauschchromatographie durchgeführt, d) nach der Elution werden die aktiven Fraktionen gegebenenfalls vereint und e) es wird eine hydrophobe Wechelwirkungs-Chromatographie durchgeführt, anschließend f) werden die aktiven Fraktionen gegebenenfalls wiederum vereint und anschließend eingeengt.The method can be carried out, for example, in the following way: a) a nucleic acid according to the invention is incorporated into a suitable vector and E. coli is transformed with the vector, b) after the expression of the protein, the cells are harvested and disrupted. c) anion exchange chromatography is carried out with the supernatant, d) after the elution, the active fractions are optionally combined and e) hydrophobic interaction chromatography is carried out, then f) the active fractions are optionally combined again and then concentrated.
Die Anionenaustauschchromatographie erfolgt hierbei bevorzugt mittels einer Anionenaustauschsäule, insbesondere mittels einer Q-Sepharosesäule, beipielsweise mit der Q-Sepharosesäule FF von Pharmacia. Hydrophobe Wechselwirkungs-Chromatographie (HIC) erfolgt bevorzugt mit einer hydrophoben Wechselwirkungs-Chromatographie-Säule, insbesondere mit einer Butyl-Sepharose- Säule, beispielsweise mit der HIC-Butyl-Sepharose-Säule von Merck (Darmstadt, Deutschland).The anion exchange chromatography is preferably carried out using an anion exchange column, in particular using a Q-Sepharose column, for example using the Q-Sepharose column FF from Pharmacia. Hydrophobic interaction chromatography (HIC) is preferably carried out with a hydrophobic interaction chromatography column, in particular with a butyl-Sepharose column, for example with the HIC-Butyl-Sepharose column from Merck (Darmstadt, Germany).
Das Auftragen auf und Elution von der Anionenaustauschsäule erfolgt vorzugsweise zwischen pH 6.0 und 8.0, besonders bevorzugt zwischen pH 6.5 und 7.5, insbesondere etwa bei pH 7.0. Verwendet wird hierzu beispielsweise ein Tris-HCI-
Puffer mit einer Konzentration von beispielsweise 100 mM oder ein anderer Puffer mit ähnlicher lonenstärke.The application to and elution from the anion exchange column is preferably carried out between pH 6.0 and 8.0, particularly preferably between pH 6.5 and 7.5, in particular approximately at pH 7.0. For example, a Tris-HCI is used for this Buffer with a concentration of, for example, 100 mM or another buffer with a similar ionic strength.
Auftrag auf die hydrophobe Wechselwirkungssäule erfolgt vorzugsweise bei einem pH-Wert zwischen 7.0 und 9.0, besonders bevorzugt zwischen pH 7.5 und 8.5, insbesondere etwa bei pH 8.0, und bei einer (NH4)2S04-Konzentration zwischen 0,4 und 0,8 M, insbesondere etwa 0,6 M bzw. unter Verwendung eines anderen Salzes unter Einstellung einer entsprechenden lonenstärke. Zur Elution wird vorzugsweise unter Anlegen eines abnehmenden Salzgradienten der pH-Wert konstant gehalten. Die Elution der erfindungsgemäßen Polypeptide kann so beispielsweise bei einer Konzentration von etwa 0,1 M (NH4)2S04 oder bei Einsatz eines anderen Salzes bei einer dem entsprechenden lonenstärke erreicht werden.Application to the hydrophobic interaction column is preferably carried out at a pH between 7.0 and 9.0, particularly preferably between pH 7.5 and 8.5, in particular approximately at pH 8.0, and at a (NH 4 ) 2 SO 4 concentration between 0.4 and 0, 8 M, in particular about 0.6 M or using another salt with the setting of a corresponding ionic strength. For elution, the pH is preferably kept constant by applying a decreasing salt gradient. The elution of the polypeptides according to the invention can thus be achieved, for example, at a concentration of about 0.1 M (NH 4 ) 2 SO 4 or when using another salt at a corresponding ionic strength.
Vor allem die kurzkettigen erfindungsgemäßen Polypeptide können auch mit Hilfe der klassischen Peptidsynthese (Merrifield-Technik) synthetisiert werden.In particular, the short-chain polypeptides according to the invention can also be synthesized using classic peptide synthesis (Merrifield technique).
Da es sich in einer besonderen Ausführungsform bei den erfindungsgemäßen Polypeptiden insbesondere auch um Pflanzenpathogene handelt, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Bekämpfung von pflanzenpathogenen Faktoren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pflanze mit einer erfindungsgemäße Nukleinsäure, einem erfindungsgemäßes Polypeptid oder einem erfindungsgemäßer Antikörper behandelt wird.Since in a particular embodiment the polypeptides according to the invention are in particular also plant pathogens, the present invention also relates to a method for controlling plant pathogenic factors, characterized in that a plant is treated with a nucleic acid according to the invention, a polypeptide according to the invention or an antibody according to the invention becomes.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch eine Zusammensetzung zur Behandlung von Pflanzen, umfassend eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, ein erfindungsgemäßes Polypeptid und/oder einen erfindungsgemäßen Anitkörper.The present invention therefore also relates to a composition for the treatment of plants, comprising a nucleic acid according to the invention, a polypeptide according to the invention and / or an anti-body according to the invention.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind des weiteren pflanzliche Zellen und transgene Pflanzen, umfassend eine erfindungsgemäße Nukleinsäure und/oder ein erfindungsgemäßes Polypeptid und/oder einen erfindungsgemäßen Antikörper, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher transgener Pflanzen, das darin besteht, dass eine erfindungsgemäße Nukleinsäure oder eine für ein erfindungsgemäßes Polypeptid oder für einen erfindungsgemäßen Antikörper kodierende Nukleinsäure in
einer dem Fachmann bekannten Weise in eine pflanzliche Zelle eingebracht wird und ausgehend von den transgenen Zellen gegebenenfalls eine transgene Pflanze herangezüchtet wird, die vorzugsweise Pflanzenpathogene und/oder Faktoren, die gegen Pflanzenpathogene gerichtet sind, in sich trägt. Bei der pflanzlichen Zellen bzw. der transgenen Pflanze handelt es sich vorzugsweise um solche, die von Xanthomonas, insbesondere Xanthomonas vesicatoria, und/oder verwandten pflanzenpathogenen Bakterien befallen werden können.The present invention furthermore relates to plant cells and transgenic plants, comprising a nucleic acid according to the invention and / or a polypeptide according to the invention and / or an antibody according to the invention, and a method for producing such transgenic plants, which consists in that a nucleic acid according to the invention or a for a polypeptide according to the invention or nucleic acid coding for an antibody according to the invention in is introduced into a plant cell in a manner known to the person skilled in the art and, if appropriate, a transgenic plant is grown from the transgenic cells, which preferably carries plant pathogens and / or factors which are directed against plant pathogens. The plant cells or the transgenic plant are preferably those which can be infected by Xanthomonas, in particular Xanthomonas vesicatoria, and / or related phytopathogenic bacteria.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Testsystem zur Identifizierung von Substraten oder funktioneilen Interaktoren enthaltend eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, ein erfindungsgemäßes Polypeptid und/oder einen erfindungsgemäßen Antikörper und gegebenenfalls geeignete Hilfs- und Zusatzstoffe. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Testsystems erhältlichen Substrate und funktionellen Interaktoren, die modulierend, inhibierend oder aktivierend, auf ein erfindungsgemäßes Polypeptid einwirken können.The invention furthermore relates to a test system for identifying substrates or functional interactors containing a nucleic acid according to the invention, a polypeptide according to the invention and / or an antibody according to the invention and, if appropriate, suitable auxiliaries and additives. The present invention furthermore relates to the substrates and functional interactors obtainable with the aid of the test system according to the invention, which can have a modulating, inhibiting or activating effect on a polypeptide according to the invention.
Erfindungsgemäß können auch ein oder mehrere Nukleotide der Nukleinsäure oder eine oder mehrere Aminosäuren der Polypeptide oder Antikörper modifiziert sein. Bei der Modifikation kann es sich beispielsweise um eine radioaktive, fluorogene oder chromogene Gruppe oder um eine posttranslationale Modifikation handeln.According to the invention, one or more nucleotides of the nucleic acid or one or more amino acids of the polypeptides or antibodies can also be modified. The modification can be, for example, a radioactive, fluorogenic or chromogenic group or a post-translational modification.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden unter „Material und Methoden" sowie als Ausführungsbeispiele aufgeführt.Particular embodiments of the invention are listed below under "Material and Methods" and as working examples.
Material und Methoden a) Organismen und Wachstumsbedingungen Xanthomonas vesicatoria DSM 50071 wurde als Quelle für die Esterase-Gene verwendet und bei 30 °C in LB-Medium kultiviert.Materials and Methods a) Organisms and growth conditions Xanthomonas vesicatoria DSM 50071 was used as a source for the esterase genes and cultivated at 30 ° C. in LB medium.
E. coli HB101 (Boyer and Roulland-Dussoix, 1969): hsd S20 (rB", mB"), supE44, ara14, λ; galK2, /acY1 , proA2, rspL20, xyl-5, mf/-1 , recA13 (ATCC 33649) und E. coli SURE: hsdR, merk, mer B, mrr, endf\\ , sup AA, thi- , λ", gyrA96, re/A1 , lac,
recB, recJ, sbcC, umuC, uvrC, [F\ proAB, /aqlqZΔM15, Tn10, (tetr)] wurden als Wirt für die Arbeiten mit der rekombinanten DNA verwendet. Rekombinante E. coli HB 101 und rekombinante E. coli SURE-Stämme wurden normalerweise bei 37°C auf LB-Petrischalen mit LB-Medium und 100 μg/ml Ampicillin über Nacht inkubiert. Konstrukte für die Überexpression wurden, um eine mögliche Fehlfaltung des Überexpressionsprodukts zu vermeiden, bei 30°C in 100 ml flüssigem LB-Medium mit 100 μg/ml Ampicillin über Nacht inkubiert.E. coli HB101 (Boyer and Roulland-Dussoix, 1969): hsd S20 (rB " , mB " ), supE44, ara14, λ; galK2, / acY1, proA2, rspL20, xyl-5, mf / -1, recA13 (ATCC 33649) and E. coli SURE: hsdR, merk, mer B, mrr, endf \\, sup AA, thi-, λ " , gyrA96, right / A1, lac, recB, recJ, sbcC, umuC, uvrC, [F \ proAB, / aqlqZΔM15, Tn10, (tet r )] were used as hosts for the work with the recombinant DNA. Recombinant E. coli HB 101 and recombinant E. coli SURE strains were normally incubated at 37 ° C. on LB petri dishes with LB medium and 100 μg / ml ampicillin overnight. Constructs for overexpression were incubated at 30 ° C. in 100 ml liquid LB medium with 100 μg / ml ampicillin overnight to avoid possible misfolding of the overexpression product.
b) Plasmid-Konstrukte pBluescript® SK- (Stratagene Cloning Systems, La Jolla, USA); AmpR, lacZ, f1 ori; und pMS470Δ8 (Balzer et al., 1994; AmpR, laclQ, Ptac, SD-T7) wurden als Klonierungsvektoren für Standardtechniken mit der rekombinanten DNA sowie zur Herstellung der Expressionskonstrukte verwendet. pMS4K, die Insertions-Iose Form von pMS470Δ8 wurde für Kontrollzwecke verwendet.b) plasmid constructs pBluescript® SK- (Stratagene Cloning Systems, La Jolla, USA); AmpR, lacZ, f1 ori; and pMS470Δ8 (Balzer et al., 1994; Amp R , laclQ, Ptac, SD-T7) were used as cloning vectors for standard techniques with the recombinant DNA and for the production of the expression constructs. pMS4K, the insertion-less form of pMS470Δ8 was used for control purposes.
Bei pBLXC4 handelt es sich um den Esterase-positiven Klon der primären Genbibliothek. pBL XC4ΔAccl wurde ausgehend von pBLXC4 hergestellt durch Deletion eines 2 kbp yAccI-Fragments.PBLXC4 is the esterase-positive clone of the primary gene library. pBL XC4ΔAccl was prepared starting from pBLXC4 by deleting a 2 kbp yAccI fragment.
Bei pMS XC4a handelt es sich um ein Expressionskonstrukt zur Expression von EstA, bei dem zwischen dem starken tac-Promoter des Expressionsvektors und dem Strukturgen für die Esterase EstA noch die Sequenz des nativen Promotors, wie in der Figur 1 gezeigt, vorhanden ist. Bei diesem Konstrukt kann Expression auch vom noch vorhandenen nativen Promotor kontrolliert werden. Zur Herstellung dieses Expressionskonstrukts wurde der Vektor pMS470Δ8 mit Nde I und Hind III geschnitten. Der Vektor pBLXC4ΔAccl enthaltend den gesamten estA ORF (open reading frame) wurde mit Dralll und Hind III geschnitten (Dralll schneidet innerhalb der 5'-Region des esM-ORF). Das fehlende estA 5'-Ende wurde erhalten unter Verwendung des folgenden 43 bp-Linkerfragments:PMS XC4a is an expression construct for the expression of EstA, in which the sequence of the native promoter, as shown in FIG. 1, is still present between the strong tac promoter of the expression vector and the structural gene for the esterase EstA. In this construct, expression can also be controlled by the native promoter still present. To produce this expression construct, the vector pMS470Δ8 was cut with Nde I and Hind III. The vector pBLXC4ΔAccl containing the entire estA ORF (open reading frame) was cut with Dralll and Hind III (Dralll cuts within the 5 'region of the esM-ORF). The missing estA 5 'end was obtained using the following 43 bp linker fragment:
5 ' TATGGATGTTTTGTTGCACTGCCAATCGACAGCQGCACGGT 3 ' 3 ' ACCTACAAAACAACGTGACGGTTAGCTGTCGCCGTGCCACAC 5 " Ndel Drα III
Die Nde I- und Dra III- Restriktionsschnittstellen sind fett gedruckt. Ein ATG-Kodon das möglicherweise für ein verlängertes Polypeptid kodieren kann ist unterstrichen. Der linearisierte Vektor pMS470Δ8, der partielle estA-ORF, und der DNA-Linker wurden in einem einzigen Reaktionsansatz miteinander ligiert. PMStacEstA ist ein Konstrukt für die Expression von EstA unter alleiniger Kontrolle des auf dem Expressionsvektor vorhandenen tec-Promotors. Zur Herstellung dieses Expressionskonstrukts wurde der Vektor pMSEstA mit Nde I und Accl geschnitten, unter Freisetzung des esM-ORF. Der Vektor pBLXC4 wurde mit Pvul und Accl geschnitten, was zu einem 5' deletierten esfc4-ORF führte, dem der native estA- Promotor fehlt. Das fehlende estA 5'-Ende wurde erhalten durch das folgende 16 bp Linkerfragment:5 'TATGGATGTTTTGTTGCACTGCCAATCGACAGCQGCACGGT 3' 3 'ACCTACAAAACAACGTGACGGTTAGCTGTCGCCGTGCCACAC 5 "Ndel Drα III The Nde I and Dra III restriction sites are in bold. An ATG codon that may encode an extended polypeptide is underlined. The linearized vector pMS470Δ8, the partial estA-ORF, and the DNA linker were ligated together in a single reaction. PMStacEstA is a construct for the expression of EstA under the sole control of the tec promoter present on the expression vector. To produce this expression construct, the vector pMSEstA was cut with Nde I and Accl, releasing the esM-ORF. The vector pBLXC4 was cut with Pvul and Accl, resulting in a 5 'deleted esfc4 ORF lacking the native estA promoter. The missing estA 5 'end was obtained from the following 16 bp linker fragment:
5' T ATG CAA TAG ACC GAT 2 " 3' AC GTT ATG TGG C 5'5 'T ATG CAA TAG ACC GAT 2 "3' AC GTT ATG TGG C 5 '
Die Nde I- und Dra III- Restriktionsschnittstellen sind fett gedruckt. Das ATG- Startkodon ist unterstrichen.The Nde I and Dra III restriction sites are in bold. The ATG start codon is underlined.
Der linearisierte Vektor pMS470Δ8, der partielle esM-ORF und der DNA-Linker wurden in einem einzigen Reaktionsansatz miteinander ligiert. Plasmid-DNA wurde isoliert und gereinigt unter Verwendung von Promega Wizard™ MiniPreps.The linearized vector pMS470Δ8, the partial esM-ORF and the DNA linker were ligated together in a single reaction. Plasmid DNA was isolated and purified using Promega Wizard ™ MiniPreps.
c) DNA-Modifikation und Transformation Restriktionsendonukleasen und modifizierende Enzyme wurden bezogen von New England BioLabs (Beverly, USA), Röche Diagnostics GmbH (Wien, Österreich), und Promega Corporation (Madison, USA). Der Restriktionsverdau und die DNA- Modifikationen wurden durchgeführt wie vom Hersteller empfohlen. Die Transformation der E. co/7-Stämme erfolgte nach der SEM-Methode (Inoue et al., 1990).c) DNA modification and transformation restriction endonucleases and modifying enzymes were obtained from New England BioLabs (Beverly, USA), Röche Diagnostics GmbH (Vienna, Austria), and Promega Corporation (Madison, USA). Restriction digestion and DNA modifications were carried out as recommended by the manufacturer. The E. co / 7 strains were transformed by the SEM method (Inoue et al., 1990).
Die Klonierungsexperimente und DNA-Manipulationen erfolgten normalerweise mittels dem Fachmann bekannten Standardtechniken, wie sie beispielsweise von Sambrook et al. (1989) und Ausubel et al. (1999) beschrieben werden.
d) Herstellung der genomischen BibliothekThe cloning experiments and DNA manipulations were normally carried out using standard techniques known to the person skilled in the art, as described, for example, by Sambrook et al. (1989) and Ausubel et al. (1999). d) Creation of the genomic library
Genomische DNA aus Xanthomonas vesicatoria DSM 50071 wurde unter Verwendung des Qiagen Genomic Kit (Qiagen GmbH, Hilden, Deutschland) präpariert. Nach dem partiellem Verdau mit Sau3AI, wurden die genomischen DNA- Fragmente mit einer Größe von 3-5 kbp nach der „partial-fill-in"-Technik in den Vektor pBluescript™ SK kloniert, der zuvor durch Verdau mit Xho\ linearisiert worden war. Mit den Ligationsprodukten erfolgte Transformation von E. coli SURE-Zellen nach der SEM-Methode. Die Transformanten wurden auf IPTG/X-Gal-haltige LB- Amp-Platten ausplattiert. Es wurden insgesamt 13.800 Klone erhalten e) Suche nach aktiven KlonenGenomic DNA from Xanthomonas vesicatoria DSM 50071 was prepared using the Qiagen Genomic Kit (Qiagen GmbH, Hilden, Germany). After partial digestion with Sau3AI, the genomic DNA fragments with a size of 3-5 kbp were cloned into the vector pBluescript ™ SK according to the "partial fill-in" technique, which had previously been linearized by digestion with Xho \ The ligation products were used to transform E. coli SURE cells using the SEM method, and the transformants were plated onto LB-Amp plates containing IPTG / X-Gal. A total of 13,800 clones were obtained. E) Search for active clones
Schnelle und einfache Plattenassays wurden verwendet, um Bibliotheksklone mit Esterase-Aktivität zu ermitteln. Die Bakterienklone wurden hierzu über Nacht auf LB- Agarplatten mit 100 mg/l Ampicillin bei 37°C wachsen gelassen (ca. 1000 Kolonien pro Platte). 70 mm Whatman-Filterpapiere (Whatman 541 hardened ashless filter circles) wurden mit 1 ml Lösung enthaltend 0,1 M Natriumphosphat (pH 7,0), 0,1 ml Substrat-Stammlösung (σ-Naphthylacetat, 1 % [w/v] in Aceton), und 30 μl Fast Blue BN Stammlösung (2 % [w/v] in H20). Die überschüssige Flüssigkeit wurde abtropfen gelassen. Zum Nachweis der Esterase-Aktivität wurden die Filter mit der Substrat- Lösung auf die Agar-Platten gelegt. Esterase-Aktivität war nachweisbar durch die Entwicklung eines purpurfarbenen Flecks durch die aktive Kolonie auf der Agar- Platte und entsprechend auf dem Filterpapier innerhalb einer Minute (Schiacher et al., 1998).Fast and simple plate assays were used to identify library clones with esterase activity. For this purpose, the bacterial clones were grown overnight on LB agar plates with 100 mg / l ampicillin at 37 ° C. (approx. 1000 colonies per plate). 70 mm Whatman filter papers (Whatman 541 hardened ashless filter circles) were mixed with 1 ml solution containing 0.1 M sodium phosphate (pH 7.0), 0.1 ml substrate stock solution (σ-naphthylacetate, 1% [w / v] in acetone), and 30 ul Fast Blue BN stock solution (2% [w / v] in H 2 0). The excess liquid was drained off. To detect the esterase activity, the filters with the substrate solution were placed on the agar plates. Esterase activity was detectable by the development of a purple spot by the active colony on the agar plate and accordingly on the filter paper within one minute (Schiacher et al., 1998).
f) DNA-Sequenzierung und Sequenz-Analysef) DNA sequencing and sequence analysis
Zur automatisierten Sequenzierung doppelsträngiger DNA auf einem ABI 373A Sequenziergerät, wurde der Dye-Deoxy Terminator Sequencing Kit (Applied Biosystems Inc., Faster City, CA, USA) und die AmplyTaq DNA-Polymerase (Perkin- Elmer Corporation, Norwalk, USA) verwendet. Außerdem wurden einige Subklone und gen-spezifische Primer verwendet, um jeweils die komplette Sequenzinformation für beide DNA-Stränge zu erhalten. Sequenz-Analyse und Homologen-Suche wurde durchgeführt unter Verwendung des Wisconsin Sequence Analysis Package (Devereux et al., 1984), und des Programms Blast (Altschul et al.,
1990). Zur detaillierten Protein-Sequenzanalyse wurde der expasy proteomics tools- Server (http://expasy.hcuqe.ch/www/tools.htmn verwendet.The Dye-Deoxy Terminator Sequencing Kit (Applied Biosystems Inc., Faster City, CA, USA) and the AmplyTaq DNA polymerase (Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, USA) were used for the automated sequencing of double-stranded DNA on an ABI 373A sequencing device. In addition, some subclones and gene-specific primers were used to obtain complete sequence information for both strands of DNA. Sequence analysis and homolog search was performed using the Wisconsin Sequence Analysis Package (Devereux et al., 1984) and the Blast program (Altschul et al., 1990). The expasy proteomics tools server (http://expasy.hcuqe.ch/www/tools.htmn) was used for detailed protein sequence analysis.
g) Genexpression Die Expression des Esterase-Gens estA in E. coli SURE erfolgte in 250 ml LB- Medium enthaltend 100 μg/ml Ampicillin und 0,1 mM IPTG. Eine 100 ml-Vorkultur wurde hierzu mit einer einzelnen Kolonie des entsprechenden Expressionsklons angeimpft und über Nacht bei 37°C wachsen gelassen. Mit 10 ml dieser Vorkultur wurde eine zweite Vorkultur angeimpft, die bis zur exponentiellen Wachstumsphase wachsen gelassen wurde. Mit 10 ml der zweiten Vorkultur wurden die 250 ml- Hauptkultur angeimpft. Die Zellen wurden bei 30°C bis zu einer OD595 von 0,2 wachsen gelassen, danach erfolgte Induktion der Enzymexpression durch Zugabe IPTG bis zu einer finalen Konzentration zwischen 0,005 und 0,5 mM. Nach weiterem Wachstum bis zu einer OD595 von 1 ,5 wurden die Zellen durch Zentrifugation mit 10000 g für 10 Minuten geerntet. Die Pellets wurden in 10 ml 100 mM Tris-HCI, pH 7,0 resuspendiert. Nach Einfrieren der Zellen bei -20°C wurden diese aufgetaut, durch Vortexen gemischt und durch Sonifikation mit dem Branson Sonifier 250 (3x30 Sekunden auf Eis; duty cycle 70 %) aufgeschlossen. Nach anschließender Ultrazentrifugation der Rohlysate mit 32000 g für 60 Minuten wurden die Überstand- Fraktionen gesammelt und die Pellets wurden wieder in 100 mM Tris-HCI, pH 7,0 resuspendiert, unter Einstellen des vorherigen Volumens. Das Rohlysat, der Überstand und die Pellet-Fraktion wurden auf Esterase-Aktivität hin untersucht.g) Gene Expression The esterase gene estA was expressed in E. coli SURE in 250 ml LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and 0.1 mM IPTG. A 100 ml preculture was inoculated with a single colony of the corresponding expression clone and allowed to grow overnight at 37 ° C. A second pre-culture was inoculated with 10 ml of this pre-culture, which was grown until the exponential growth phase. The 250 ml main culture was inoculated with 10 ml of the second preculture. The cells were grown at 30 ° C. to an OD595 of 0.2, after which enzyme expression was induced by adding IPTG to a final concentration between 0.005 and 0.5 mM. After further growth to an OD595 of 1.5, the cells were harvested by centrifugation at 10,000 g for 10 minutes. The pellets were resuspended in 10 ml of 100 mM Tris-HCl, pH 7.0. After freezing the cells at -20 ° C., they were thawed, mixed by vortexing and disrupted by sonification with the Branson Sonifier 250 (3x30 seconds on ice; duty cycle 70%). After subsequent ultracentrifugation of the crude lysates at 32,000 g for 60 minutes, the supernatant fractions were collected and the pellets were resuspended in 100 mM Tris-HCl, pH 7.0, adjusting the previous volume. The crude lysate, the supernatant and the pellet fraction were examined for esterase activity.
h) Proteinbestimmung, SDS-PAGE Die Proteinkonzentrationen der Zellextrakte wurden nach der Methode von Bradford bestimmt (Bradford, 1976). SDS-PAGE wurde durchgeführt unter Verwendung von 12 %igen Polyacrylamid-Gelen. Es wurden LMW (low molecular weight)-Marker von Pharmacia Biotech (Uppsala, Schweden) als Referenz verwendet. Die Proben wurden bei 94°C für 5 Minuten denaturiert. Proteingele wurden normalerweise mit Coomassie Brillant Blue gefärbt.
i) Reinigung der Esterase EstA Die Rohlysate von E. coli Klonen, die ein entsprechendes EstA-Expressionsplasmid enthalten, wurden für die Reinigung der Esterase verwendet. Hierzu wurde die Überstand-Fraktion auf eine Anionenaustausch-Chromatographie (lEX)-Säule (Pharmacia QFF) gegeben und das Protein mit den Durchfluß-Fraktionen eluiert. Für den zweiten Reinigungsschritt wurde eine hydrophobe Wechselwirkungs Chromatographie (HIC) Säule (Butyl-Sepharose) von Merck (Darmstadt, Deutschland) verwendet. Die Proteinfraktionen aus dem lEX-Schritt mit Esterase- Aktivität wurden vereint und es wurde eine Konzentration von 0,1 M Natriumphosphat (pH 8,0) und 0,6 M (NH4)2S04 eingestellt. Unter diesen Bedingungen band das Protein an die Butylsepharose-Säule. Anschließend wurde ein abnehmender Salzgradient angelegt. Das aktive Protein wurde bei einer Konzentration von 0,1 M (NH4)S04 von der Säule eluiert.h) Protein determination, SDS-PAGE The protein concentrations of the cell extracts were determined by the Bradford method (Bradford, 1976). SDS-PAGE was performed using 12% polyacrylamide gels. LMW (low molecular weight) markers from Pharmacia Biotech (Uppsala, Sweden) were used as a reference. The samples were denatured at 94 ° C for 5 minutes. Protein gels were usually stained with Coomassie Brillant Blue. i) Purification of the Esterase EstA The crude lysates of E. coli clones which contain a corresponding EstA expression plasmid were used for the purification of the esterase. For this purpose, the supernatant fraction was placed on an anion exchange chromatography (IEX) column (Pharmacia QFF) and the protein was eluted with the flow-through fractions. A hydrophobic interaction chromatography (HIC) column (butyl Sepharose) from Merck (Darmstadt, Germany) was used for the second purification step. The protein fractions from the lEX step with esterase activity were combined and a concentration of 0.1 M sodium phosphate (pH 8.0) and 0.6 M (NH 4 ) 2 SO 4 was established. Under these conditions the protein bound to the butyl sepharose column. A decreasing salt gradient was then created. The active protein was eluted from the column at a concentration of 0.1 M (NH 4 ) S0 4 .
j) Esterase-Aktivitäts-Assays Esterase-Aktivitäts-Assays wurden mit gereinigten Enzym und Gesamtzell-Lysaten durchgeführt.j) Esterase Activity Assays Esterase activity assays were performed with purified enzyme and whole cell lysates.
- Aktivitätsfärbung Esterase-Muster von Protein-Fraktionen wurden nach der Fraktionierung durch native PAGE analysiert. Die Proben wurden in 2x Dissoziationspuffer (10 mM Tris, pH 7,4, 50 % Glycerin, 1 % Triton X-100, 0,1 % Bromphenolblau) verdünnt und für 10 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend erfolgte Auftrag auf das Polyacrylamid-Gel (12 % Trenngel [375 mM Tris-HCI, pH 8,8], 4 % Sammelgel [125 mM Tris-HCI, pH 6,8], Laufpuffer [49 mM Tris-HCI, 38 mM Glycin, pH 8,0]). Alternativ wurden die Proben durch mittels denaturierender SDS-Gele voneinander getrennt und Untersuchung auf Aktivität erfolgte nach Renaturierung der Esterase, die durch Inkubation der Gele für 60 Minuten in Wasser erreicht wurde. Nachweis der Esterase-Aktivität für die Proteinbanden auf dem Gel erfolgte durch Inkubation des Gels in einer Lösung von 10 ml 0,1 M Phosphat-Puffer (pH 7,0), 1 ml Substrat- Stammlösung (α-Natphthylacetat, 1 % [w/v] in Aceton) und 250 μl Fast Blue B- Stammlösung (2 % [w/v] in H20). Die Reaktion wurde unterbrochen durch Inkubation der Gele mit 10 % Essigsäure. Banden mit Esterase-Aktivität waren als dunkelrote Banden nachweisbar.
- Spektrophotometrischer AssayActivity staining Esterase patterns from protein fractions were analyzed after fractionation by native PAGE. The samples were diluted in 2x dissociation buffer (10 mM Tris, pH 7.4, 50% glycerol, 1% Triton X-100, 0.1% bromophenol blue) and incubated for 10 minutes at room temperature. The polyacrylamide gel was then applied (12% separating gel [375 mM Tris-HCl, pH 8.8], 4% stacking gel [125 mM Tris-HCl, pH 6.8], running buffer [49 mM Tris-HCl, 38 mM glycine, pH 8.0]). Alternatively, the samples were separated from one another by means of denaturing SDS gels and testing for activity was carried out after renaturation of the esterase, which was achieved by incubating the gels in water for 60 minutes. The detection of the esterase activity for the protein bands on the gel was carried out by incubating the gel in a solution of 10 ml of 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), 1 ml of substrate stock solution (α-naphthylacetate, 1% [w / v] in acetone) and 250 μl Fast Blue B stock solution (2% [w / v] in H 2 0). The reaction was stopped by incubating the gels with 10% acetic acid. Bands with esterase activity were detectable as dark red bands. - Spectrophotometric assay
Die Esterase-Aktivität wurde mit o- und p-Nitrophenyl-Fettsäureester (Sigma) als Substraten gemessen. Der photometrische Assay wurde bei Raumtemperatur in 100 mM Tris-HCI, pH 7,0, mit Substrat in einer Konzentration von 4 mM durchgeführt. Substrat-Stammlösungen wurden mit DMSO als Lösungsmittel angesetzt. Die Freisetzung von o- und p-Nitrophenol wurde spektrophotometrisch bei 405 nm verfolgt, wobei die Aktivität auf Grundlage der spezifischen Absorptionskoeffizienten von 2,4 für o-Nitrophenol und 9,6 für p-Nitrophenol berechnet wurde. Die Absorptionskoeffizienten wurden berechnet durch lineare Regressionsanalyse einer Standardkurve von p- bzw. o-Nitrophenol bei 405 nm. Eine Einheit (Unit) Enzym ist definiert als die Menge Enzym, die 1 μmol o- bzw. p- Nitrophenol pro Minute freisetzt.Esterase activity was measured with o- and p-nitrophenyl fatty acid esters (Sigma) as substrates. The photometric assay was carried out at room temperature in 100 mM Tris-HCl, pH 7.0, with substrate in a concentration of 4 mM. Substrate stock solutions were made up with DMSO as a solvent. The release of o- and p-nitrophenol was monitored spectrophotometrically at 405 nm, the activity being calculated on the basis of the specific absorption coefficients of 2.4 for o-nitrophenol and 9.6 for p-nitrophenol. The absorption coefficients were calculated by linear regression analysis of a standard curve of p- or o-nitrophenol at 405 nm. A unit of enzyme is defined as the amount of enzyme that releases 1 μmol of o- or p-nitrophenol per minute.
- pH-Shift-Assay- pH shift assay
Bei der Ester-Hydrolyse kommt es zur Freisetzung der Ester-Komponenten Alkohol und Fettsäure. Die Freisetzung der Säure-Komponente wurde durch Einsatz eines pH-Indikators untersucht. Die enzymatische Hydrolyse wurde bei Raumtemperatur in 100 mM Tris-HCI, pH 7,0, enthaltend 4 mM Substrat durchgeführt.Ester hydrolysis releases the ester components alcohol and fatty acid. The release of the acid component was examined using a pH indicator. The enzymatic hydrolysis was carried out at room temperature in 100 mM Tris-HCl, pH 7.0, containing 4 mM substrate.
- Fluoreszenz-Assay- fluorescence assay
Die Esterase-Aktivität wurde direkt mit Zell-Rohlysaten bestimmt oder nach Auftrennung des Zell-Rohlysats mittels eines nativen Polyacrylamid-gels. Die Assays wurden bei Raumtemperatur in 100 mM Tris-HCI, pH 7,0 durchgeführt. Substrat- Stammlösungen unter Verwendung von DMSO als Lösungsmittel hergestellt. Die Fluoreszenz wurde mittels eines Transiluminators bei 315 nm angeregt und visuell ausgewertet.The esterase activity was determined directly with cell crude lysates or after separation of the cell crude lysate with a native polyacrylamide gel. The assays were carried out at room temperature in 100 mM Tris-HCl, pH 7.0. Substrate stock solutions prepared using DMSO as a solvent. The fluorescence was excited using a transiluminator at 315 nm and evaluated visually.
Beispiel 1 : Genisolierunα und SequenzanalvseExample 1: Genisolierunα and sequence analysis
Etwa 13800 Transformanten aus einer Bibliothek genomischer Fragmente von Xanthomonas vesicatoria wurden in einem Filter-Assay unter Verwendung von α- Naphthylacetat als chromogenes Substrat auf Esterase-Aktivität hin untersucht. Hierbei wurden zehn positive Klone gefunden, die aufgrund Kreuzhybridisierung in einem Southern-Hybridisierungs-Experiment in fünf unabhängige Gruppen aufgeteilt werden konnten. Die Southem-Hybridisierung wurde mit dem Fluorescing Gene Image Kit von Amersham (USA) durchgeführt. Letztlich wurde der Klon pBLXC4 als
hochaktiver Klon ausgewählt und weiteren Untersuchungen unterworfen. Durch Verdau mit Restriktionsendonukleasen konnte eine Insertion mit einer Größe von etwa 3,3 kb ermittelt werden. Durch Entfernung eines 1 ,3 kb-Fragments konnte die Esterase-Aktivität einem 2 kb-Subfragment zugeordnet werden (Fig. 1 ). Durch Sequenzierung dieses Fragments konnte ein ORF (open reading frame) ermittelt werden, der für ein Polypeptid mit 352 Aminosäuren kodiert, das EstA genannt wurde. Eine mögliche Ribosomen-Bindungsregion, eine putative Promotor- Konsensussequenz vom E. coli σ. o-Typ und eine Shine-Dalgamo-Sequenz (SD) konnten in 5'-Richtung vom Startkodon ausfindig gemacht werden (Fig. 1).About 13800 transformants from a library of genomic fragments of Xanthomonas vesicatoria were tested for esterase activity in a filter assay using α-naphthylacetate as a chromogenic substrate. Ten positive clones were found, which could be divided into five independent groups due to cross hybridization in a Southern hybridization experiment. The Southem hybridization was carried out using the Fluorescing Gene Image Kit from Amersham (USA). Ultimately, the clone pBLXC4 was named highly active clone selected and subjected to further investigation. An insertion with a size of approximately 3.3 kb was determined by digestion with restriction endonucleases. By removing a 1.3 kb fragment, the esterase activity could be assigned to a 2 kb subfragment (FIG. 1). By sequencing this fragment, an ORF (open reading frame) could be determined that codes for a 352 amino acid polypeptide called EstA. A possible ribosome binding region, a putative promoter consensus sequence from the E. coli σ. The o-type and a Shine-Dalgamo sequence (SD) could be found in the 5 'direction from the start codon (FIG. 1).
Analyse der abgeleiteten Sequenz des esfc4-Gens deutete auf eine putative Signalsequenz mit einer Länge von 37 Aminosäuren hin und ferner darauf, dass es sich bei dem Protein um ein periplasmatisches Protein handelt. Die Suche nach Proteinen mit homologer Sequenz zeigte, dass die EstA starke Homologie zur C-terminalen Region einer endo-1 ,4-ß-Xylanase aus Butyrivibrio fibrisolves besitzt (Linn und Thomson, 1991 ) (Fig. 3).Analysis of the derived sequence of the esfc4 gene indicated a putative signal sequence with a length of 37 amino acids and furthermore that the protein is a periplasmic protein. The search for proteins with a homologous sequence showed that the EstA has strong homology to the C-terminal region of an endo-1,4-β-xylanase from Butyrivibrio fibrisolves (Linn and Thomson, 1991) (FIG. 3).
Vergleich des C-Terminus der endo-1 ,4-ß-Xylanase aus Butyrivibrio fibrisolvens mit der Sequenz der Esterase EstA lieferte eine Homologie von 49 % und eine Identität von 29 %. In einem stärker konservierten Bereich (EstA-Reste 185 bis 204), konnte ein Profil für die Umgebung um das Serin des aktiven Zentrums gefunden werden, das für Esterasen, Lipasen und Thioesterasen charakteristisch ist und auch im C- terminalen Bereich der endo-1 ,4-ß-Xylanase aus Butyrivibrio fibrisolves anzutreffen ist. Von einem anderem Bakterium aus Wiederkäuern, Ruminococcus flavefaciens, weiß man, dass der die Pflanzenzellwand abbauende Enzymkomplex auch eine Xylanase (XynB) mit einer C-terminalen Esterase-Domäne umfasst (Kirby et al., 1998).Comparison of the C-terminus of the endo-1,4-β-xylanase from Butyrivibrio fibrisolvens with the sequence of the esterase EstA gave a homology of 49% and an identity of 29%. In a more conserved area (EstA residues 185 to 204), a profile for the environment around the serine of the active center was found, which is characteristic of esterases, lipases and thioesterases and also in the C-terminal area of the endo-1, 4-ß-xylanase from Butyrivibrio fibrisolves can be found. Another ruminant bacterium, Ruminococcus flavefaciens, is known to have an enzyme complex that degrades the plant cell wall and also includes a xylanase (XynB) with a C-terminal esterase domain (Kirby et al., 1998).
Eine Untersuchung des Profils lieferte als Ergebnis, dass sich das für Esterasen, Lipasen und Thioesterasen charakteristische PROSITE-Profil für die Umgebung des Serins des aktiven Zentrums zwischen den Aminosäureresten 108 und 207 befindet, wobei es sich bei Ser192 um das nukleophile Serin des aktiven Zentrums handelt.
Beispiel 2: Rekombinante Expression der Esterase EstAExamination of the profile revealed that the PROSITE profile, characteristic of esterases, lipases and thioesterases, for the environment of the active site serine is between amino acid residues 108 and 207, Ser 192 being the nucleophilic serine of the active site is. Example 2: Recombinant Expression of Esterase EstA
Es wurde nur ein geringer Grad an hydrolytischer Aktivität mit p-Nitrophenylacetat als Substrat ermittelt, wenn Gesamt-Zelllysat von E. co//7 pBLXC4ΔAccl verwendet wurde. Die hydrolytische Aktivität konnte jedoch gesteigert werden, indem das DNA- Fragment in den Vektor pMS470Δ8 kloniert wurde. Der resultierende Vektor wurde pMSXC4a genannt (Fig. 4). Nach Einbau dieses Vektors in E. coli SURE-Zellen konnte so eine zufriedenstellende Proteinexpression erreicht werden, wobei zugleich die spezifische Aktivität des Gesamtlysats gegenüber p-Nitrophenylacetat um das zehnfache gesteigert werden konnte, im Vergleich zur spezifischen Aktivität, die unter Verwendung der Plasmide pBLXC4 oder pBLXC4ΔAccl erreicht werden konnte (Tab. 1). Obwohl die EstA-Expression unter Verwendung des Vektors pMS470Δ8 induzierbar sein sollte (durch Zugabe von IPTG), konnte keine signifikante Zunahme der EstA-Aktivität unter induzierten Bedingungen beobachtet werden. Dies lässt darauf schließen, dass der bei diesem Expressionskonstrukt noch vorhandene native Promoter die Expression kontrolliert und nicht der am Vektor vorhandene induzierbare tac-Promotor.Only a low degree of hydrolytic activity with p-nitrophenylacetate as substrate was determined when total cell lysate from E. co // 7 pBLXC4ΔAccl was used. However, the hydrolytic activity could be increased by cloning the DNA fragment into the vector pMS470Δ8. The resulting vector was named pMSXC4a (Fig. 4). After incorporation of this vector into E. coli SURE cells, a satisfactory protein expression could be achieved, while at the same time the specific activity of the total lysate compared to p-nitrophenylacetate could be increased tenfold compared to the specific activity using the plasmids pBLXC4 or pBLXC4ΔAccl could be achieved (Tab. 1). Although EstA expression should be inducible using the vector pMS470Δ8 (by adding IPTG), no significant increase in EstA activity could be observed under induced conditions. This suggests that the native promoter still present in this expression construct controls the expression and not the inducible tac promoter present on the vector.
Das zweite Expressionskonstrukt pMStacXC4a wurde hergestellt, indem die Insert- Sequenz in 5'-Richtung vom ORF des esM-Gens entfernt wurde und das Gen so direkt hinter dem induzierbaren tac-Promotor und der stark regulierbaren SD- Sequenz aus T7 plaziert wurde. Bei Verwendung von E. coli SURE (pMStacXC4a) konnte eine weitere Zunahme der Expression und Aktivität der Esterase EstA erreicht werden, indem der native Promotor aus Xanthomonas vesicatoria gegen den induzierbaren tac-Promotor ausgetauscht wurde, der sich auf dem Vektor pMS470Δ8 befindet (Fig. 4). Die Aktivität konnte nochmals um das zehnfache gesteigert werden, wenn Induktion der E. co/Z-Kulturen mit 0,1 mM IPTG erfolgte (Tab. 1). Starke EstA-Expression in E. coli führte zu einer signifikanten Abnahme des Zellwachstums, wie nach Induktion der EstA-Expression zu beobachten. Starke EstA-Expression in E. coli führte desweiteren zu einer geringen Enzym-Löslichkeit, was auf Probleme mit der Prozessierung des Signalpeptids zurückzuführen sein kann.
Eine weitere Steigerung der Expression konnte erreicht werden, wenn das Enzym in E. coli BL21 exprimiert wurde. Die besten Ausbeuten wurden hierbei erhalten durch Kultivierung bei 30°C und durch Induktion der Expression ab der mittleren exponentiellen Wachstumsphase mit 0,25 mM IPTG für 18 Stunden. Eine bessere Solubilisierung des Enzyms wurde erreicht, wenn 0,5 % (w/v) Triton X- 100 zu dem Lyse-Puffer hinzugegeben wurde.The second expression construct pMStacXC4a was produced by removing the insert sequence in the 5 'direction from the ORF of the esM gene and thus placing the gene directly behind the inducible tac promoter and the highly regulatable SD sequence from T7. When E. coli SURE (pMStacXC4a) was used, a further increase in the expression and activity of the esterase EstA could be achieved by replacing the native promoter from Xanthomonas vesicatoria with the inducible tac promoter, which is located on the vector pMS470Δ8 (FIG. 4). The activity could be increased tenfold again when induction of the E. co / Z cultures was carried out with 0.1 mM IPTG (Table 1). Strong EstA expression in E. coli resulted in a significant decrease in cell growth, as observed after induction of EstA expression. Strong expression of EstA in E. coli also led to a low enzyme solubility, which may be due to problems with the processing of the signal peptide. A further increase in expression could be achieved if the enzyme was expressed in E. coli BL21. The best yields were obtained by culturing at 30 ° C. and by inducing expression from the middle exponential growth phase with 0.25 mM IPTG for 18 hours. Better solubilization of the enzyme was achieved when 0.5% (w / v) Triton X-100 was added to the lysis buffer.
Tabelle 1 : Esteraseaktivitäten in Bezug auf p-Nitrophenylacetat sowieTable 1: Esterase activities related to p-nitrophenylacetate as well
Proteinkonzentrationen unterschiedlicher ExpressionskonstrukteProtein concentrations of different expression constructs
Keine hydrolytische Aktivität war feststellbar mit Nitrophenylester längerkettiger Fettsäurereste, wie Valerat, Caproat, Caprylat, Nonaoat und Palmitat. Temperatur- und pH-Optima für die hydrolytische Aktivität in Bezug auf o-Nitrophenylacetat wurden bestimmt mit Lysaten von pMStacXC4a. Das pH-Optimum lag zwischen 6,5 und 7,0 in Tris-HCI-Puffer. Der optimale Temperaturbereich war 16 bis 38°C. Die Aktivität nahm rasch ab bei Temperaturen über 40°C. Das Enzym war bei 25°C für eine Woche stabil unter Verlust von 25 % der Anfangsaktivität.No hydrolytic activity was detectable with nitrophenyl esters of longer-chain fatty acid residues such as valerate, caproat, caprylate, nonaoate and palmitate. Temperature and pH optima for the hydrolytic activity in relation to o-nitrophenylacetate were determined with lysates from pMStacXC4a. The pH optimum was between 6.5 and 7.0 in Tris-HCl buffer. The optimal temperature range was 16 to 38 ° C. The activity decreased rapidly at temperatures above 40 ° C. The enzyme was stable at 25 ° C for one week, losing 25% of the initial activity.
SDS-PAGE-Analyse der rekombinanten Esterase (Fig. 5) zeigte eine Bande mit einem Gewicht von etwa 35 kDa, die nicht in der Kontrolle nachweisbar war. Das Expressionskonstrukt pMStacXC4a führt zu einer deutlichen Überexpressionsbande bei 35 kDa mit Lysaten von induzierten Kulturen. Die Expression von EstA unter Verwendung des nativen Xanf/iomonas-Promotors führte zu einer löslichen Enzymaktivität. Bei der Expression unter Verwendung des induzierbaren tac- Promotors waren nach der Ultrazentrifugation des Gesamtlysats nur 10 % der
enzymatischen Aktivität im Überstand anzutreffen. Es gibt Hinweise, dass es bei starker Überexpression von EstA in E. coli zu Problemen bei der Prozessierung des vorhergesagten Signalpeptids kommt. Bei renaturierender SDS-PAGE wurde beobachtet, dass es bei Einsatz des EstA-Enzyms, das unter Kontrolle der natürlichen XaπfΛomonas-Translations-lnitiations-Elemente exprimiert wurde, zu einer starken Bande bei etwa 33 kDa kam, wenn Inkubation mit o-Nitrophenylacetat und anschließend Färbung mit Fast Blue BN erfolgte (Fig. 4, Spur 7). Renaturierte EstA, die unter der Kontrolle des tac-Promotors exprimiert wurde, führt zu einer anderen, eher schwachen Bande bei demselbsen Molekulargewicht wie EstA, die unter Kontrolle des Xanthomonas vesicatoria-Promotors exprimiert wurde, die etwas unterhalb der starken Protein-Überexpressionsbande lokalisiert ist (auf dem Gel war eine schwache Bande sichtbar). Aufgrund dieser Beobachtung kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Überexpression von EstA unter Kontrolle des tac-Promotors hauptsächlich zu nicht-prozessierter EstA führt, die zwar aktiv ist, jedoch nicht dazu in der Lage ist nach der Denaturierung mittels SDS wieder eine aktive Struktur einzunehmen. Aus diesem Grund wurde ein Konstrukt ohne Signalsequenz hergestellt, um die Expression und Faltung der Esterase EstA zu verbessern (siehe Beispiel 5).SDS-PAGE analysis of the recombinant esterase (Fig. 5) showed a band with a weight of about 35 kDa, which was not detectable in the control. The expression construct pMStacXC4a leads to a clear overexpression band at 35 kDa with lysates from induced cultures. Expression of EstA using the native Xanf / iomonas promoter resulted in soluble enzyme activity. When expressed using the inducible tac promoter, only 10% of the total lysate after ultracentrifugation enzymatic activity found in the supernatant. There are indications that severe overexpression of EstA in E. coli leads to problems in the processing of the predicted signal peptide. When SDS-PAGE was renatured, it was observed that when the EstA enzyme, which was expressed under the control of the natural Xafinomonas translation initiation elements, was used, there was a strong band at about 33 kDa, after incubation with o-nitrophenylacetate and subsequently Fast Blue BN staining was carried out (FIG. 4, lane 7). Renatured EstA, which was expressed under the control of the tac promoter, leads to a different, rather weak band with the same molecular weight as EstA, which was expressed under the control of the Xanthomonas vesicatoria promoter, which is located somewhat below the strong protein overexpression band ( a weak band was visible on the gel). On the basis of this observation, it can be concluded that overexpression of EstA under the control of the tac promoter mainly leads to unprocessed EstA, which is active but is not able to return to an active structure after denaturation by SDS , For this reason, a construct without a signal sequence was produced in order to improve the expression and folding of the esterase EstA (see example 5).
Beispiel 3: Reinigung der Esterase EstAExample 3: Purification of the Esterase EstA
Reinigung der Esterase EstA wurde erreicht durch Anionenaustausch- Chromatographie und anschließende hydrophobe Wechselwirkungs- Chromatographie. Eine 2,5fache Reinigung des Enzyms wurde erreicht, indem die lösliche Fraktion des Zell-Rohlysats auf eine Anionenaustausch-Säule (QFF von Pharmacia) gegeben wurde. In einer Lösung von 0,1 M Tris-HCI und pH 7,0 bindet die Esterase EstA hierbei nicht an die Säule und konnte so mit den ersten Durchflussfraktionen gesammelt werden. Das auf diese Weise vorgereinigte Protein wurde durch SDS-PAGE analysiert (Fig. 5). Die Durchflussfraktionen wurden vereint und umgepuffert unter Einstellen von 0,1 M Natriumphosphat, pH 8,0, 0,6 M (NH4)2S0 und auf eine Butyl-Sepharose hydrophobe Wechselwirkungssäule (Merck, Darmstadt, Deutschland) gegebenen. Hierdurch konnte eine weitere 15fache Reinigung des Enzyms erreicht werden. Das gereinigte Protein konnte in der SDS-PAGE als 33 kDa-Bande sichtbar gemacht werden (Fig. 5).
Diese Reinigungsschritte führten zu einem Enzym mit einer Reinheit von etwa 70 %. Isoelektrische Fokussierung des gereinigten Proteins bestätigte als pl des un prozessierten Peptids einen Wert von 8,1 , wie er zuvor auf Grundlage der Sequenz berechnet worden war.Purification of the esterase EstA was accomplished by anion exchange chromatography followed by hydrophobic interaction chromatography. A 2.5-fold purification of the enzyme was achieved by placing the soluble fraction of the crude cell lysate on an anion exchange column (QFF from Pharmacia). In a solution of 0.1 M Tris-HCl and pH 7.0, the esterase EstA does not bind to the column and could thus be collected with the first flow-through fractions. The protein pre-purified in this way was analyzed by SDS-PAGE (Fig. 5). The flow-through fractions were combined and buffered while adjusting 0.1 M sodium phosphate, pH 8.0, 0.6 M (NH 4 ) 2 SO and placed on a butyl-Sepharose hydrophobic interaction column (Merck, Darmstadt, Germany). In this way, a further 15-fold purification of the enzyme could be achieved. The purified protein could be visualized in the SDS-PAGE as a 33 kDa band (FIG. 5). These purification steps resulted in an enzyme with a purity of approximately 70%. Isoelectric focusing of the purified protein confirmed as p1 of the unprocessed peptide a value of 8.1, as previously calculated based on the sequence.
Beispiel 4: Substratspezifität der Esterase EstAExample 4: Substrate specificity of the esterase EstA
Der Klon E. coli SURE pMStacXC4a wurde verwendet, um die hydrolytische Aktivität von EstA in Bezug auf verschiedene Substrate zu ermitteln. Hierbei wurden p- und o- Nitrophenol-Fettsäureester unterschiedlicher Kettenlänge als Substrate verwendet, wobei eine deutliche Präferenz des Enzyms für ortho-substituierte Nitrophenole und kurzkettige Fettsäuren festgestellt werden konnte (Tab. 2).The clone E. coli SURE pMStacXC4a was used to determine the hydrolytic activity of EstA in relation to various substrates. Here p- and o-nitrophenol fatty acid esters of different chain lengths were used as substrates, whereby a clear preference of the enzyme for ortho-substituted nitrophenols and short-chain fatty acids could be determined (Tab. 2).
Tab. 2: Hydrolytische Aktivität des Rohlysats von pMS XC4a und des gereinigten Enzyms in Bezug auf Nitrophenylester mit unterschiedlichen Längen bezüglich der FettsäurekettenTable 2: Hydrolytic activity of the crude lysate of pMS XC4a and the purified enzyme in relation to nitrophenyl esters with different lengths with regard to the fatty acid chains
Wie schon für das Zelllysat konnte auch für das gereinigte Enzym keine hydrolytische Aktivität festgestellt werden mit Nitrophenol-Fettsäureester, die eine längere Fettsäurekette besitzen wie etwa Valerat, Caproat, Caprylat, Nonaoat und Palmitat.As for the cell lysate, no hydrolytic activity could be determined for the purified enzyme with nitrophenol fatty acid esters that have a longer fatty acid chain, such as valerate, caproat, caprylate, nonaoate and palmitate.
Außerdem wurde die Esterase EstA unter Verwendung eines Plattenassays auf hydrolytische Aktivität in Bezug auf Triacetin und Tributyrin hin untersucht. Hier konnte nur unter Verwendung von Triacetin Aktivität durch Bildung eines Plaques festgestellt werden.Esterase EstA was also assayed for hydrolytic activity for triacetin and tributyrin using a plate assay. Here, only by using triacetin activity could be determined by forming a plaque.
Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass bevorzugte Substrate der Esterase EstA kleine veresterte Substituenten geringer sterischer Behinderung sind.
Desweiteren wurde mittels chiraler Gaschromatographie (GC) gefunden, daß das Enzym hydrolytische Aktivität in Hinblick auf die Substrate 5-endo-Norbornen-2-yl- acetat (Säule: Lipodex A), Glycidylacetat (Säule: Lipodex E), Tetra hydrofura n-3- acetat (Säule: Chirasil-Dex CB), und geringere Aktivität auch noch in Hinblick auf die Umsetzung von Glycidylbutyrat (Säule: Lipodex E) besitzt. Mittels HPLC wurde des weiteren ermittelt, dass das Enzym ebenfalls 2-Chlorpropionsäure-2-naphthylester (Säule: Chiracel ODH), cis-1 ,2-Diacetoxymethyl-4-cyclohexen (Säule: Chiracel ODH) und 1-Acetoxy-2-phthalimido-butan (Säule: Chirapak AD) katalytisch umsetzt.These results suggest that preferred substrates of the esterase EstA are small esterified substituents with little steric hindrance. Furthermore, it was found by means of chiral gas chromatography (GC) that the enzyme hydrolytic activity with regard to the substrates 5-endo-norbornen-2-yl acetate (column: Lipodex A), glycidyl acetate (column: Lipodex E), tetra hydrofura n- 3-acetate (column: Chirasil-Dex CB), and has lower activity with regard to the conversion of glycidyl butyrate (column: Lipodex E). It was further determined by HPLC that the enzyme was also 2-chloropropionic acid-2-naphthyl ester (column: Chiracel ODH), cis-1, 2-diacetoxymethyl-4-cyclohexene (column: Chiracel ODH) and 1-acetoxy-2-phthalimido -butane (column: Chirapak AD) catalytically converted.
Beispiel 5: Verbesserung der Produktion der Esterase in E. ColiExample 5: Improvement of Esterase Production in E. Coli
a) Konstruktion eines Expressionsklons für eine modifizierte EstAa) Construction of an expression clone for a modified EstA
Um die Expression der Esterase in E. coli zu verbessern wurde das für die Esterase kodierende Gen dahingehend modifiziert, daß die für die Aminosäuren 3 bis 37, kodierenden Nukleotidsequenzen, entfernt wurden. Dadurch wurde ein großer Teil des natürlicherweise vorkommenden Signalpeptids entfernt. Somit entsteht bei derIn order to improve the expression of the esterase in E. coli, the gene coding for the esterase was modified in such a way that the nucleotide sequences coding for the amino acids 3 to 37 were removed. This removed a large part of the naturally occurring signal peptide. Thus, the
Expression ein Polypeptid, das im Wesentlichen dem nach Abspaltung des natürlichen Signalpeptids vom nativen EstA Polypeptid entstehenden prozessiertenExpression a polypeptide which essentially processed after the natural signal peptide had been split off from the native EstA polypeptide
EstA Polypeptids entspricht. Es sind hier jedoch noch zusätzlich die ersten beidenCorresponds to EstA polypeptide. However, there are also the first two here
Aminosäuren des Signalpeptids am N-terminalen Ende vorhanden. Es entsteht somit ein Expressionsklon der für ein Polypeptid entsprechend der SEQ ID NO: 4 kodiert.Amino acids of the signal peptide present at the N-terminal end. An expression clone is thus created which codes for a polypeptide corresponding to SEQ ID NO: 4.
Dieser Expressionsklon wurde wie folgt hergestellt:This expression clone was produced as follows:
Mit den PrimernWith the primers
5'-GACATATGCAAGCCACCGACGAGCGCCCCAGTG-3' (N-terminales Ende) und5'-GACATATGCAAGCCACCGACGAGCGCCCCAGTG-3 '(N-terminal end) and
5'-GCAAGCTTGATCAACGCGGTTGGCGCGCGTC-3' (C-terminales Ende) wurde unter Verwendung von DNA des Plasmids pMStacXC4a als Template der Teil des für EstA kodierenden Bereichs, der dem nach Abspaltung des natürlichen5'-GCAAGCTTGATCAACGCGGTTGGCGCGCGTC-3 '(C-terminal end) was used as template using the DNA of the plasmid pMStacXC4a as the part of the region coding for EstA which corresponds to that after cleavage of the natural
Signalpeptids entstehenden prozessierten EstA Polypeptid entspricht, amplifiziert.Signal peptide resulting processed EstA polypeptide corresponds, amplified.
Die beiden am N-Terminus im Vergleich zur nativen prozessierten EstA zusätzlich eingeführten Aminosäuren Met und Gin sind im Primer für das N-terminale Ende enthalten (fett geduckt markiert)
Die PCR-Reaktionsansätze wurden unter Standardbedingungen, wie vom Hersteller für die verwendete TaqHotStar DNA Polymerase empfohlen, unter Verwendung von „Q-solution" (Qiagen, Germany) durchgeführt. Die Reaktionsbedingungen für die PCR waren 95°C für 15 min, 30 Zyklen (94°C für 1 min, 65°C für 1 min, 72°C für 2 min) und 72°C für 10 min. Die entstandene amplifizierte DNA wurde gereinigt, mit Restriktionsendonukleasen Nde\ and Hind\\\ geschnitten und in mit den gleichen Enzymen geschnittenen Vektor pMS470Δ8 einkloniert, wodurch das Expressionsplasmid pMStacXv-86 entstand. E.coli SURE (e14~ (McrA~) Δ(mcrCB- hsdSMR-mrr)171 endA1 supE44 thi-1 gyrA96 relA1 lac recB recJ sbcC umuC::Tn5 (Kanr) uvrC [F* proAB lac/qZΔ(M15 Tn^O (Tetr)]) wurde als Wirt für normale DNA- Manipulationen verwendet, während E. coli BL21 (F" dem ompT hsdS(rB ~ mB ") gal) als Wirt für die Esterase-Produktion verwendet wurde. Außerdem wurden die Kulturbedingungen und das Reinigungsprotokoll modifiziert.The two amino acids Met and Gin additionally introduced at the N-terminus compared to the native processed EstA are contained in the primer for the N-terminal end (marked in bold) The PCR reaction batches were carried out under standard conditions, as recommended by the manufacturer for the TaqHotStar DNA polymerase used, using "Q-solution" (Qiagen, Germany). The reaction conditions for the PCR were 95 ° C. for 15 min, 30 cycles ( 94 ° C for 1 min, 65 ° C for 1 min, 72 ° C for 2 min) and 72 ° C for 10 min The resulting amplified DNA was purified, cut with restriction endonucleases Nde \ and Hind \\\ and cut in with the cloned the same enzyme-cut vector pMS470Δ8, whereby the expression plasmid pMStacXv-86 was formed E. coli SURE (e14 ~ (McrA ~ ) Δ (mcrCB- hsdSMR-mrr) 171 endA1 supE44 thi-1 gyrA96 relA1 lac recB recJ TbcCu um (Kan r ) uvrC [F * proAB lac / q ZΔ (M15 Tn ^ O (Tet r )]) was used as the host for normal DNA manipulations, while E. coli BL21 (F " the ompT hsdS (r B ~ m B " ) gal) was used as the host for the esterase production. In addition, the culture conditions and the cleaning pro tokoll modified.
b) Kulturbedingungen und Enzymproduktion Neben E. coli BL21 (pMStacXv-86), kodierend für die Esterase EstA, wurde als Negativkontrolle E. coli BL21 (pMS4K) verwendet.b) Culture conditions and enzyme production In addition to E. coli BL21 (pMStacXv-86), coding for the esterase EstA, E. coli BL21 (pMS4K) was used as negative control.
Die Bakterienstämme wurden unter aeroben Bedingungen auf Luria-Bertani (LB)- Medium (1 % Bactotrypton, 0,5 % Hefeextrakt, 0,5 % NaCI) wachsen gelassen. Ampicillin (100 mg I"1) wurde hinzugegeben, falls eine Plasmidselektion durchgeführt werden sollte. Die bakteriellen Zellen wurde auf LB-Agarplatten (15 g I"1 Bactoagar) bei 37°C und in flüssigem LB-Medium bei 30°C wachsen gelassen. Zur Enzymproduktion wurden 5 ml LB-Medium mit bakteriellen Zellen inokuliert und über Nacht bei 30°C wachsen gelassen. Die Kulturen wurden in 100 ml LB-Medium gegeben und die so erhaltenen Kulturen bis zur mittleren exponentiellen Phase wachsen gelassen. 15 ml der so erhaltenen Vorkultur wurden verwendet, um 250 ml LB-Medium in 11-Schüttelkolben anzuimpfen. Zur Induktion der Protein-Expression wurde eine finale Konzentration von 0,01 mM IPTG eingestellt, nachdem die Zellen die exponentielle Wachstumsphase erreicht hatten. Die Zellen wurden anschließend für weitere 6 Stunden wachsen gelassen, bevor die Zellen durch Zentrifugation bei 4°C mit 5000 g für 10 Minuten geerntet wurden. Das Pellet wurde dann einmal mit 0,9 % NaCI gewaschen und anschließend in 5 ml Solubilisierungspuffer (0,05 M Tris- HCI; 0,01 M EDTA; 0,1 M NaCI; 1 mg/l Lysozym; 0,5 % Triton X-100; pH 7,0)
aufgenommen. Die Pellets wurden durch dreimaligen Ultraschall für jeweils 30 Sekunden auf Eis aufgeschlossen (Braun Labsonic 2000, Branson Sonifier 250; duty cycle: 50 %; Output control: 5). Der durch anschließende Ultrazentrifugation (30.000 g; 60 min) erhaltene Überstand wurde für biokatalytische Enzymstudien verwendet.The bacterial strains were grown under aerobic conditions on Luria-Bertani (LB) medium (1% bactotrypton, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl). Ampicillin (100 mg I "1 ) was added if plasmid selection should be performed. The bacterial cells were grown on LB agar plates (15 g I " 1 Bactoagar) at 37 ° C and in liquid LB medium at 30 ° C , For enzyme production, 5 ml LB medium were inoculated with bacterial cells and grown overnight at 30 ° C. The cultures were placed in 100 ml of LB medium and the cultures thus obtained were allowed to grow to the middle exponential phase. 15 ml of the pre-culture thus obtained was used to inoculate 250 ml of LB medium in 11 shake flasks. A final concentration of 0.01 mM IPTG was set to induce protein expression after the cells had reached the exponential growth phase. The cells were then allowed to grow for an additional 6 hours before the cells were harvested by centrifugation at 4 ° C at 5000 g for 10 minutes. The pellet was then washed once with 0.9% NaCl and then in 5 ml solubilization buffer (0.05 M Tris-HCl; 0.01 M EDTA; 0.1 M NaCl; 1 mg / l lysozyme; 0.5% Triton X-100; pH 7.0) added. The pellets were disrupted by ice three times for 30 seconds each on ice (Braun Labsonic 2000, Branson Sonifier 250; duty cycle: 50%; Output control: 5). The supernatant obtained by subsequent ultracentrifugation (30,000 g; 60 min) was used for biocatalytic enzyme studies.
c) Reinigung des Enzyms Im ersten Reinigungsschritt des Enzyms, der Anionenaustauschchromatographie mit einer QSepharoseR Fast Flow Matrix-Säule wurde die Säule zunächst mit einem Puffer enthaltend 20 mM Tris-HCI, 50 mM NaCI, pH 7,5 äquilibriert. Nach dem Probenauftrag erfolgte Waschen mit demselben Puffer, wobei sich das Enzym in der Durchfluß-Fraktion befand. Im zweiten Reinigungsschritt, der hydrophoben Wechselwirkungs-Chromatographie mit einer Pharmacia Glas-Säule, enthaltend Fractogel TSK Butyl 650 (Merck, Darmstadt, Deutschland) als Säulenmaterial, wurde die Säule zunächst mit einem Puffer, enthaltend 20 mM Tris-HCI, 1 ,5 M NaCI, pH 7,5 äquilibriert. Nach dem Probenauftrag erfolgte Waschen mit demselben Puffer. Proteinelution erfolgt durch einen Puffer, enthaltend 20 mM Tris-HCI, 0,1 M NaCI, pH 7,5.c) Purification of the enzyme In the first purification step of the enzyme, the anion exchange chromatography with a QSepharose R Fast Flow Matrix column, the column was first equilibrated with a buffer containing 20 mM Tris-HCl, 50 mM NaCl, pH 7.5. After the sample application, washing was carried out with the same buffer, the enzyme being in the flow-through fraction. In the second purification step, the hydrophobic interaction chromatography with a Pharmacia glass column containing Fractogel TSK Butyl 650 (Merck, Darmstadt, Germany) as the column material, the column was firstly treated with a buffer containing 20 mM Tris-HCl, 1.5 M NaCI, pH 7.5 equilibrated. After the sample application, washing was carried out with the same buffer. Protein elution takes place through a buffer containing 20 mM Tris-HCl, 0.1 M NaCl, pH 7.5.
Beispiel 6: Umsatz des Enzyms mit 1-Methylprop-2-inyl-acetat But-3-in-2-ol ist ein sehr wichtiger chiraler Baustein für viele Materialien, beispielsweise für den 5-Lipoxygenase-lnhibitor „Fenleuton". Natürlicherweise ist But-3-in-2-ol anzutreffen als Zwischenstufe bei der Herstellung des Sexualpheromons des männlichen Bergkieferkäfers Dendroctonus brevicomis. Die pharmazeutische und biologische Wirksamkeit dieser Verbindungen ist zurückzuführen auf die sterische Konfiguration des die Hydroxy-Gruppe tragenden C-Atoms.Example 6: Reaction of the enzyme with 1-methylprop-2-ynyl acetate But-3-yn-2-ol is a very important chiral building block for many materials, for example for the 5-lipoxygenase inhibitor "Fenleuton". Naturally, But -3-in-2-ol is an intermediate in the production of the sex pheromone of the male mountain beetle, Dendroctonus brevicomis, and the pharmaceutical and biological activity of these compounds is due to the steric configuration of the C atom carrying the hydroxyl group.
a) Herstellung des Substrats Eine Lösung von But-3-in-2-ol (10 mmol) in CH2CI2 wurde mit einem Überschuß an Essigsäureanhydrid (20 mmol), Pyridin (20 mmol) und einer katalytischen Menge an 4-Dimethylamino-pyridin bei Raumtemperatur behandelt. Nicht umgesetztes Säureanhydrid wurde anschließend durch Zugabe von Methanol zerstört und die organische Phase wurde mit 2N HCI und Wasser gewaschen. Das so erhaltene
Produkt wurde über Na2S04 getrocknet und das Lösungsmittel wurde vor der Reinigung verdampft. Das so erhaltene 1-Methylprop-2-inyl-acetat wurde durch Kugelrohrdestillation gereinigt.a) Preparation of the substrate A solution of but-3-yn-2-ol (10 mmol) in CH 2 Cl 2 was mixed with an excess of acetic anhydride (20 mmol), pyridine (20 mmol) and a catalytic amount of 4-dimethylamino -pyridine treated at room temperature. Unreacted acid anhydride was then destroyed by adding methanol and the organic phase was washed with 2N HCl and water. The so obtained Product was dried over Na 2 S0 4 and the solvent was evaporated before purification. The 1-methylprop-2-ynyl acetate thus obtained was purified by bulb tube distillation.
NMR-Daten: 13C (CDCI3): δ= 21.2 (CH3-C=0); 21.4 (C-4); 60.2 (C-3); 73.0 (C-2); 82.3 (C-1 ); 170.0 (C=0); 1H (CDCI3): δ= 1.47(d, 3H, H-4 ); 2.04 (s, 3H; CH3-C=0); 2.43 (d, 1 H, H-3); 5.28 (s, 1 H, H-1).NMR data: 13 C (CDCI 3 ): δ = 21.2 (CH 3 -C = 0); 21.4 (C-4); 60.2 (C-3); 73.0 (C-2); 82.3 (C-1); 170.0 (C = 0); 1 H (CDCI 3 ): δ = 1.47 (d, 3H, H-4); 2:04 (s, 3H; CH 3 -C = 0); 2.43 (d, 1H, H-3); 5.28 (s, 1H, H-1).
b) Enzymatische Hydrolyseb) Enzymatic hydrolysis
Die Hydrolyse des Substrats durch das Enzym konnte aufgrund der hohen Flüchtigkeit des 1-Methylprop-2-inyl-acetats und des But-3-in-2-ols nicht wie normalerweise durch ein dünnschichtchromatographisches (TLC)-Vorscreening bestimmt werden. Deshalb wurden die Konversionsraten und die enantiomeren Überschüsse durch Gaschromatographie und Hochdruckflüssigkeits- Chromatographie (HPLC) bestimmt.Due to the high volatility of the 1-methylprop-2-ynyl acetate and the but-3-yn-2-ol, the hydrolysis of the substrate by the enzyme could not be determined by thin-layer chromatography (TLC) pre-screening as usual. Therefore, the conversion rates and the enantiomeric excesses were determined by gas chromatography and high pressure liquid chromatography (HPLC).
Die Hydrolyse-Reaktionen wurden ausgeführt, indem 5 ml 0,1 M Natriumphosphat- Puffer (pH 7,3) vorgelegt wurde und anschließend 250 μ\ rohe Enyzmpräparation sowie 100 //I Substrat hinzugegeben wurden. Die Reaktionslösung wurde mit 150 Umdrehungen pro Minute bei Raumtemperatur gerührt. Proben wurden nach 2 und 5 Stunden sowie nach einem Tag entnommen. Nach Extraktion mit CH2CI2 erfolgte Zentrifugation und anschließend wurde die organische Phase über Na2SO getrocknet.The hydrolysis reactions were carried out by introducing 5 ml of 0.1 M sodium phosphate buffer (pH 7.3) and then adding 250 μl of crude enzyme preparation and 100 l of substrate. The reaction solution was stirred at 150 revolutions per minute at room temperature. Samples were taken after 2 and 5 hours and after one day. After extraction with CH 2 CI 2 , centrifugation was carried out and then the organic phase was dried over Na 2 SO 4 .
c) Bestimmung des enantiomeren Überschusses durch chirale Gaschromatographie und Umsatzbestimmung durch reversed phase HPLCc) Determination of the enantiomeric excess by chiral gas chromatography and determination of turnover by reversed phase HPLC
- Chirale Gaschromatographie (GC)- Chiral gas chromatography (GC)
Die Reaktion wurde unter Verwendung eines Shimadzu Gaschromatographen GC- 14A, eines Integrators C-R5A Chromatopac und eines FID Detektors bei 250 °C verfolgt. Die Trennung der enantiomeren Acetate und Alkohole wurde wurde mittels einer Chirasil-Dex-CB fused silica capillary column (2,3,6-Tri-O-methyl-^- cyclodextrin-Säule von Chrompak, 25 m x 0,32 mm, 0,25 μm Beschichtung) durchgeführt. Vor der Verwendung in der chiralen GC wurden die Proben filtriert (Filter Needle, 1 ,1 mm x 40 mm, 19 G1 1/2 TW Becton Dickinson).The reaction was monitored using a Shimadzu GC-14A gas chromatograph, a C-R5A Chromatopac integrator and an FID detector at 250 ° C. The separation of the enantiomeric acetates and alcohols was carried out using a Chirasil-Dex-CB fused silica capillary column (2,3,6-tri-O-methyl - ^ - cyclodextrin column from Chrompak, 25 mx 0.32 mm, 0, 25 μm coating). Prior to use in the chiral GC, the samples were filtered (filters Needle, 1, 1 mm x 40 mm, 19 G1 1/2 TW Becton Dickinson).
- Reversed Phase HPLC
-,__,,.-,- Reversed phase HPLC -, __ ,, .-,
PCT/EP2003/007932PCT / EP2003 / 007932
3636
Es war eine spezielle Aufarbeitung notwendig, um die Konversionsraten von (R,S)- But-3-in-2-ol mittels reversed phase HPLC zu bestimmen. Die Hydrolysereaktion wurde durch Zugabe von CH3CN:H3P04 im Verhältnis 1:4 angehalten und nach Zentrifugation und Filtration wurde die wäßrige Probe auf einem Hewlett Packard Series 1100 HPLC unter Verwendung einer LiChrospher ®100RP-18e (5μm)-Säule analysiert. Die Parameter für die Auflösung von (R,S)-but-3-in-2-ol waren wie folgt: CH3CN : 0,1%H3PO4 = 20:80, Flußrate 0,9ml min'1, 35°C und UV Detektion erfolgte bei 210nm und 204nm.A special work-up was necessary to determine the conversion rates of (R, S) - but-3-in-2-ol by means of reversed phase HPLC. The hydrolysis reaction was stopped by adding CH 3 CN: H 3 P04 in a 1: 4 ratio and after centrifugation and filtration the aqueous sample was analyzed on a Hewlett Packard Series 1100 HPLC using a LiChrospher®100RP-18e (5 µm) column. The parameters for the dissolution of (R, S) -but-3-in-2-ol were as follows: CH 3 CN: 0.1% H 3 PO 4 = 20:80, flow rate 0.9 ml min '1 , 35 ° C and UV detection took place at 210nm and 204nm.
ErgebnisseResults
Die Ergebnisse der GC und Reversed Phase HPLC sind in Tab. 3 dargestellt.The results of the GC and reversed phase HPLC are shown in Table 3.
Tabelle 3: Ergebnisse der Hydrolyse von 1-Methylprop-2-inyl-acetat katalysiert durch Xv_EstA, ermittelt durch (a) chirale GC oder (b) reversed phase HPLC sowie (c) durch BerechnungTable 3: Results of the hydrolysis of 1-methylprop-2-ynyl acetate catalyzed by Xv_EstA, determined by (a) chiral GC or (b) reversed phase HPLC and (c) by calculation
"x EstÄ ee%* ee%a Konv.%b Konv.%b Konv. %c Ec Ester Alkohol (204nm) (210nm) " x EstÄ ee% * ee% a Konv.% b Konv.% b Konv.% c E c Ester alcohol (204nm) (210nm)
2h 90 24 75 76 79 4.22h 90 24 75 76 79 4.2
5h 97 20 81 82 83 4.8 ld 98 19 85 86 84 5.05h 97 20 81 82 83 4.8 ld 98 19 85 86 84 5.0
Es stellte sich heraus, daß die Esterase XvJΞstA selektiv mit dem (S)-Enantiomer des 1-Methylprop-2-inyl-acetats reagiert, wobei auf der Eduktseite ein enantiomerer Überschuß (ee) von 90 % bereits nach 2 Stunden festzustellen war (Fig. 8). Im Gegensatz hierzu war der enantiomere Überschuß auf Seiten des korrespondierenden Alkohols eher gering mit einem Maximum von bei 24 % ee. Nach einer Reaktionszeit von einem Tag, wurde der (R)-Essigsäureester in 98 % ee Reinheit erhalten. Das zeigt eine eindeutige Präferenz der Esterase Xv-EstA für die Hydrolyse von (S)- 1-Methylprop-2-inyl-acetat an.It turned out that the esterase XvJΞstA reacts selectively with the (S) -enantiomer of 1-methylprop-2-ynyl acetate, with an enantiomeric excess (ee) of 90% already being detectable after 2 hours on the educt side (FIG . 8th). In contrast, the enantiomeric excess on the part of the corresponding alcohol was rather small with a maximum of 24% ee. After a reaction time of one day, the (R) -acetic acid ester was obtained in 98% ee purity. This indicates a clear preference of the esterase Xv-EstA for the hydrolysis of (S) - 1-methylprop-2-inyl acetate.
Die mittels reversed phase HPLC ermittelten Retentionszeiten betrugen für 1- Methylprop-2-inyl-acetat 9,6 min und für But-3-in-2-ol 2,3 min (Fig. 8). Die ermittelten Konversionsraten betrugen 75 % (bei 204 nm) bzw. 76 % (bei 210 nm) nach 2
Stunden Reaktionszeit. Bei längeren Reaktionszeiten konnten Ausbeuten von bis zu 85 % erreicht werden.The retention times determined by means of reversed phase HPLC were 9.6 minutes for 1-methylprop-2-ynyl acetate and 2.3 minutes for but-3-yn-2-ol (FIG. 8). The conversion rates determined were 75% (at 204 nm) and 76% (at 210 nm) after 2 Hours response time. With longer reaction times, yields of up to 85% could be achieved.
Es handelt sich bei diesem Verfahren unseres Wissens um das erste beschriebene Verfahren zur Herstellung von enantiomer-angereichertem 1-Methylprop-2-inyl- acetat und But-3-in-2-ol durch eine enzymatisch katalysierte Hydrolysereaktion.To the best of our knowledge, this process is the first described process for the preparation of enantiomerically enriched 1-methylprop-2-ynyl acetate and but-3-yn-2-ol by an enzymatically catalyzed hydrolysis reaction.
Beispiel 7: Bestimmung der kinetischen Eigenschaften der Esterase EstA Zur Bestimmung der kinetischen Parameter des Enzyms gegenüber p-/o- Nitrophenyl-acetat wurden Messungen mit dem Substrat in 100 mM Tris-HCI, pH 7,0 bei 25°C verwendet. Eine Einheit (U) ist hierbei definiert als 1 /mol freigesetztem Alkohol pro Minute. Die ermittelten Werte für KM waren 0,45 (o) und 0,46 (p) mM, für Vmax 188 (o) und 384 (p) mol min"1 mg"1 und für kcat 110 (o) und 224 (p) s"1. Zur Bestimmung der kinetischen Parameter des Enzyms gegenüber 1 -Methylprop-2- inyl-acetat wurden Messungen mit dem Substrat in 0,01 M Tris-HCI, 1 ,2 % (w/v) DMSO, 0,5 % (w/v) Triton X-100, pH 7,0 durchgeführt. Mit Hilfe eines Autotitrators wurde der pH-Wert konstant bei pH 7,0 gehalten. Eine Einheit (U) ist definiert als 1 / mol titriertem NaOH pro Minute. Die ermittelten Werte für K waren 360 mM, für Vmax 833 mol min"1 mg"1 und für kcat 485 s" .Example 7: Determination of the Kinetic Properties of the Esterase EstA To determine the kinetic parameters of the enzyme against p- / o-nitrophenyl acetate, measurements with the substrate in 100 mM Tris-HCl, pH 7.0 at 25 ° C. were used. One unit (U) is defined as 1 / mol of alcohol released per minute. The values determined for KM were 0.45 (o) and 0.46 (p) mM, for Vmax 188 (o) and 384 (p) mol min "1 mg " 1 and for k ca t 110 (o) and 224 (p) s "1. To determine the kinetic parameters of the enzyme compared to 1-methylprop-2-ynyl acetate, measurements were carried out with the substrate in 0.01 M Tris-HCl, 1.2% (w / v) DMSO, 0 , 5% (w / v) Triton X-100, pH 7.0 With the help of an autotitrator the pH was kept constant at pH 7.0 One unit (U) is defined as 1 / mol titrated NaOH per The values determined for K were 360 mM, for Vmax 833 mol min "1 mg " 1 and for kcat 485 s " .
Beispiel 8: Herstellung von Mutanten mit verbesserter Aktivität in wäßriger Lösung Um ausgehend von EstA Enzyme mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten, wurden mittels PCR Zufallsmutagenese-Experimente durchgeführt. Das Plasmid pMStacXv-86, kodierend für die modifizierte Esterase wie in Beispiel 5 beschrieben, wurde als Template und die Oligonukleotide gemäß SEQ ID NO: 9 und 10 wurden als Primer verwendet.Example 8: Production of mutants with improved activity in aqueous solution In order to obtain enzymes with improved properties from EstA, random mutagenesis experiments were carried out by means of PCR. The plasmid pMStacXv-86, coding for the modified esterase as described in Example 5, was used as a template and the oligonucleotides according to SEQ ID NO: 9 and 10 were used as primers.
Zur Herstellung der Bibliothek wurden folgende Reaktionslösungen angesetzt: 30 ng Plasmid; 0,4 mM dNTP; 3 mM MgCl2; 0,15 mM MnCl2, 3,5 Unit DNA Polymerase (Appligene).The following reaction solutions were prepared to prepare the library: 30 ng plasmid; 0.4 mM dNTP; 3 mM MgCl2; 0.15 mM MnCl2, 3.5 unit DNA polymerase (Appligene).
Folgendes Temperaturprogramm wurde zur Durchführung der PCR verwendet: 95°C/5 min; 25 Zyklen mit je 98°C/30s - 62°C/60s - 72°C/90s; 72°C/10 min; 4°C. Es konnte so eine Mutationsrate von 0,51 % eingestellt werden.
Die auf diese Weise erhaltenen DNA-Fragmente wurden mittels Λ/ctel und Hind\\\ verdaut und in den entsprechend linearisierten Vektor pMS470Δ8 kloniert. Anschließend erfolgte Elektroporation der ligierten Vektoren in E. coli SURE-Zellen. Die auf diese Weise erhaltenen Zellen wurden auf LB/Ampicillin-Agarplatten ausplattiert und über Nacht bei 37°C wachsen gelassen. Die Kolonien wurden dann auf ein Filterpapier übertragen. Dieses wurde bei Raumtemperatur getrocknet und anschließend in eine Substratlösung, enthaltend 0,1 mM 1-Methylprop-2-inyl-acetat, 1 ,2 % (w/v) DMSO, 24 % (v/v) abs. EtOH, 1 % (w/v) Lackmus, 0,5 % (w/v) Triton X- 100, 60 mM Tris-HCI, pH 7,0, gegeben. Am Farbumschlag von dunkelblau nach Rot konnte hydrolytische Aktivität nachgewiesen werden. Auf diese Weise konnten die in Tab. aufgeführten sechs Mutanten ermittelt werden:The following temperature program was used to carry out the PCR: 95 ° C / 5 min; 25 cycles with 98 ° C / 30s - 62 ° C / 60s - 72 ° C / 90s each; 72 ° C / 10 min; 4 ° C. A mutation rate of 0.51% could be set. The DNA fragments obtained in this way were digested with Λ / ctel and Hind \\\ and cloned into the correspondingly linearized vector pMS470Δ8. The ligated vectors were then electroporated into E. coli SURE cells. The cells thus obtained were plated on LB / ampicillin agar plates and grown overnight at 37 ° C. The colonies were then transferred to a filter paper. This was dried at room temperature and then in a substrate solution containing 0.1 mM 1-methylprop-2-ynyl acetate, 1.2% (w / v) DMSO, 24% (v / v) abs. EtOH, 1% (w / v) litmus, 0.5% (w / v) Triton X-100, 60 mM Tris-HCl, pH 7.0. Hydrolytic activity was demonstrated on the color change from dark blue to red. In this way, the six mutants listed in Tab.
Tabelle 5: Mutanten mit verbesserter Aktivität in wäßriger LösungTable 5: Mutants with improved activity in aqueous solution
Die Angaben zur Position im Protein beziehen sich auf die modifizierte Esterase die im Expressionsplasmid pMStacXv-86The information on the position in the protein relates to the modified esterase in the expression plasmid pMStacXv-86
Um die Aktivität der Mutanten zu ermitteln, wurden die Zellen wie zuvor beschrieben kultiviert und nach Ernte und Aufschluß der Zellen erfolgte Reinigung des Proteins durch Anionenaustauschchromatographie gereinigt, (s. Fig. 9).In order to determine the activity of the mutants, the cells were cultivated as described above and, after harvesting and disrupting the cells, the protein was purified by anion exchange chromatography (see FIG. 9).
Anschließend wurde die Aktivität der Mutanten gegenüber 1-Methylprop-2-inyl-acetat wie auch gegenüber ortho-Nitrophenylacetat im Vergleich zum Wildtyp bestimmt. Bei Verwendung von ortho-Nitrophenylacetat wurde eine Konzentration von 4 mM Substrat vorgegeben.
Wie Fig. 10 zu entnehmen lagen die ermittelten spezifischen Aktivitäten der Mutanten gegenüber 1-Methylprop-2-inyl-acetat über der Aktivität des Wildtyp- Enzyms, im Falle von G1 , A1 und A6 sogar beinahe um bis zu 100 %. Hinsichtlich o- Nitrophenyl-acetat zeigten die Mutanten hingegen in etwa dieselbe Aktivität wie der Wildtyp (Fig. 11).The activity of the mutants against 1-methylprop-2-ynyl acetate and also against ortho-nitrophenylacetate was then determined in comparison to the wild type. When using ortho-nitrophenylacetate, a concentration of 4 mM substrate was specified. As can be seen in FIG. 10, the determined specific activities of the mutants against 1-methylprop-2-ynyl acetate were above the activity of the wild-type enzyme, in the case of G1, A1 and A6 even by almost up to 100%. With regard to o-nitrophenyl acetate, however, the mutants showed approximately the same activity as the wild type (FIG. 11).
Beispiel 9: Herstellung von Mutanten mit verbesserter Aktivität und Stabilität in organischen LösungsmittelnExample 9: Production of mutants with improved activity and stability in organic solvents
Für das Screening auf verbesserte Aktivität und Stabilität wurde die in Beispiel 7 beschriebenen Bibliothek verwendet. Zum Screenen auf Aktivität wurde 1- Methylprop-2-inyl-acetat in einer Lösung aus 37,5 ml 1 % (w/v) Lackmus und 12,5 ml 25 % DMF eingesetzt. Folgende Mutanten konnten hierbei ermittelt werdenThe library described in Example 7 was used to screen for improved activity and stability. To screen for activity, 1-methylprop-2-ynyl acetate in a solution of 37.5 ml of 1% (w / v) litmus and 12.5 ml of 25% DMF was used. The following mutants could be identified
Tab. 6: Mutanten mit verbesserter Aktivität und Stabilität in organischer Lösung Die Angaben zur Position im Protein beziehen sich auf die modifizierte Esterase die im Expressionsplasmid pMStacXv-86Tab. 6: Mutants with improved activity and stability in organic solution. The information on the position in the protein relates to the modified esterase in the expression plasmid pMStacXv-86
Die so ermittelte Mutante 02 ist identisch mit der Mutante A5 und die Mutation der Mutante DM14 wurde bereits in der Doppelmutante A1 aufgefunden.The mutant 02 determined in this way is identical to the mutant A5 and the mutation of the mutant DM14 has already been found in the double mutant A1.
Abbildungenpictures
In Fig.1 ist die Struktur des 2 kbp-Konstrukts pBLXC4Δaccl, umfassend den ORF für EstA aus Xanthmonas vesicatoria, dargestellt. Die Insertion wird begrenzt durch eine 5' X/.o/-Restriktionsschnittstelle, die durch eine partielle Auffüll-Klonierungsstrategie
der Genbank verändert wurde und daher nicht mehr in intakter Form vorliegt. Bei der 3'-Begrenzung handelt es sich um eine Acc /-Restriktionsschnittstelle. Das estA-Gen ist durch einen schwarzen Balken gekennzeichnet und ist lokalisiert auf Position 590 bis 1640 des klonierten Fragments. Dem ORF geht eine putative Shine Dalgamo (SD) Sequenz (unterstrichen) voraus.1 shows the structure of the 2 kbp construct pBLXC4Δaccl, comprising the ORF for EstA from Xanthmonas vesicatoria. The insertion is limited by a 5 'X / .o / restriction interface, which is a partial fill-in cloning strategy the gene bank has been changed and is therefore no longer intact. The 3 'limit is an Acc / restriction interface. The estA gene is identified by a black bar and is located at positions 590 to 1640 of the cloned fragment. The ORF is preceded by a putative Shine Dalgamo (SD) sequence (underlined).
In Fig. 2 ist ein Teil der DNA-Sequenz des in den Vektor pBLXC4Δaccl klonierten Fragments und die vorhergesagte Proteinsequenz von EstA abgebildet. Die unterstrichenen Bereiche zeigen die konservierten Promoter-Boxen und die doppelt unterstrichenen Sequenzen zeigen die Shine Dalgarno-Sequenz an. Das vermutete Leaderpeptid ist geschlängelt unterstrichen. Das Carboxylesterase-Profil ist durch grauen Hintergrund gekennzeichnet.FIG. 2 shows part of the DNA sequence of the fragment cloned into the vector pBLXC4Δaccl and the predicted protein sequence from EstA. The underlined areas show the conserved promoter boxes and the double underlined sequences show the Shine Dalgarno sequence. The suspected leader peptide is underlined. The carboxylesterase profile is characterized by a gray background.
Fig. 3: Aminosäure-AIignment der EstA Sequenz (oben) und des C-Terminus der Xylanase B aus Butyrivibrio fibrisolvens. Identische Aminosäuren sind schwarz unterlegt. Durch graue Hinterlegung sind Bereiche mit hoher Homologie kenntlich gemacht.Fig. 3: Amino acid alignment of the EstA sequence (top) and the C-terminus of xylanase B from Butyrivibrio fibrisolvens. Identical amino acids are highlighted in black. Areas with a high level of homology are identified by a gray background.
In Fig. 4 ist die funktionelle Karte und die Restriktionskarte von pMSXC4a und pMStac-XC4a dargestellt.4 shows the functional map and the restriction map of pMSXC4a and pMStac-XC4a.
Fig. 5. 12% SDS-PAGE-Analyse von EstA nach rekombinanter Expression in E. coliFig. 5. 12% SDS-PAGE analysis of EstA after recombinant expression in E. coli
SURE.SURE.
A: Proteinfärbung mittels Coomassie Brillant Blue.A: Protein staining using Coomassie Brillant Blue.
Spur 1: LMW-marker; Spur 2: E. coli SURE (pMS4K); Spur 3: E. coli SURELane 1: LMW marker; Lane 2: E. coli SURE (pMS4K); Lane 3: E. coli SURE
(pMSXC4a); Spur 4: E. coli SURE (pMSXC4a) induziert mit 0,1 mM IPTG; Spur 5: E. coli SURE (pMStacXC4a), nicht induziert; Spur 6: E. coli SURE (pMStacXC4a), induziert mit 0,1 mM IPTG.(PMSXC4a); Lane 4: E. coli SURE (pMSXC4a) induced with 0.1 mM IPTG; Lane 5: E. coli SURE (pMStacXC4a), not induced; Lane 6: E. coli SURE (pMStacXC4a) induced with 0.1 mM IPTG.
B: 12% SDS-PAGE, wobei das Protein renaturiert und anschließend mit -Naphthyl- acetat und Fast Blue BN, und Coomassie Brilliant Blue inkubiert wurde. Spur 7: E. coli SURE (pMSXC4a), induziert mit 0,1 mM IPTG; Spur 8: E. coli SUREB: 12% SDS-PAGE, the protein being renatured and then incubated with naphthyl acetate and Fast Blue BN and Coomassie Brilliant Blue. Lane 7: E. coli SURE (pMSXC4a) induced with 0.1 mM IPTG; Lane 8: E. coli SURE
(pMStacXC4a); Spur 9: E. coli SURE (pMS4K).
In Fig. 6 ist die Umsetzung eines Substrats der Esterase EstA, nämlich von 1- Methylprop-2-inyl-acetat zu dem entsprechenden Alkohol dargestellt. Aufgrund der enantioselektiven Umsetzung wird vorzugsweise eines der beiden Enantiomere umgesetzt, wobei die enantioselektive Alkoholsynthese mit einer enantioselektive Anreicherung des Esters verbunden ist.(PMStacXC4a); Lane 9: E. coli SURE (pMS4K). 6 shows the conversion of a substrate of the esterase EstA, namely 1-methylprop-2-ynyl acetate to the corresponding alcohol. Because of the enantioselective reaction, one of the two enantiomers is preferably reacted, the enantioselective alcohol synthesis being associated with an enantioselective enrichment of the ester.
In Fig. 7 ist ein mittels chiraler GC ermitteltes Chromatogramm der in Fig. 6 gezeigten, durch EstA katalysierten Reaktion dargestellt. Die Zuordnung der Peaks zu den Edukten und Produkten erfolgt in der Abbildung.FIG. 7 shows a chromatogram of the chiral GC of the reaction shown in FIG. 6 and catalyzed by EstA. The assignment of the peaks to the starting materials and products is shown in the figure.
In Fig. 8 ist ein reversed phase HPLC-Chromatogramm für Essigsäure-1-methyl- prop-2-in-yl und des korrespondierenden But-3-in-2-ol nach einem Tag Reaktionszeit dargestellt. Die Zuordnung der Peaks zu den Edukten und Produkten erfolgt in der Abbildung.FIG. 8 shows a reversed phase HPLC chromatogram for acetic acid-1-methyl-prop-2-ynyl and the corresponding but-3-yn-2-ol after a reaction time of one day. The assignment of the peaks to the starting materials and products is shown in the figure.
In Fig. 9 ist die Expression einiger Mutanten von EstA anhand eines Coomassie Brillant Blue gefärbten SDS-Polyacrylamid-Gels dargestellt. WT kennzeichnet hierbei den Wildtyp EstA.FIG. 9 shows the expression of some mutants of EstA using an SDS-polyacrylamide gel stained with Coomassie Brillant Blue. WT identifies the wild type EstA.
In Fig. 10 ist ein Vergleich der Aktivitäten einiger Mutanten von EstA und der Aktivität des Wildtyp-Enzyms in Bezug auf 1-Methylprop-2-inyl-acetat dargestellt.Figure 10 shows a comparison of the activities of some mutants of EstA and the activity of the wild-type enzyme with respect to 1-methylprop-2-ynyl acetate.
In Fig. 11 ist ein Vergleich der Aktivitäten einiger Mutanten von EstA und der Aktivität des Wildtyp-Enzyms in Bezug auf ortho-Nitrophenyl-acetat dargestellt.Figure 11 shows a comparison of the activities of some mutants of EstA and the activity of the wild-type enzyme with respect to ortho-nitrophenyl acetate.
Literaturliterature
- Altschul et al. (1990) J.Mol.Biol. 215, 403-410- Altschul et al. (1990) J. Mol. Biol. 215, 403-410
- Arpigny et al. (1999) Biochem J. 343, 177-83- Arpigny et al. (1999) Biochem J. 343, 177-83
- Blazer et al. (1992) Nucleic Acids Res. 20, 1851-1858- Blazer et al. (1992) Nucleic Acids Res. 20, 1851-1858
- Boyer et al. (1969) J. Mol. Biol. 41 (3), 459-472- Boyer et al. (1969) J. Mol. Biol. 41 (3), 459-472
- Bradford (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254- Bradford (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254
- Brett et al. (1990) Physiology and Biochemistry of Plant Cell Walls. London, Unwin Hyman.
- Cygler et al. (1993) Protein Science 2, 366-382.- Brett et al. (1990) Physiology and Biochemistry of Plant Cell Walls. London, Unwin Hyman. - Cygler et al. (1993) Protein Science 2, 366-382.
- Derewenda et al. (1991 ) Biochem. Cell Biol. 69, 842-851.- Derewenda et al. (1991) Biochem. Cell Biol. 69, 842-851.
- Dekker (1989) in Plant Cell Wall Polymers: Biogenesis and Biodegradation (Lewis, N.G. and Paice, M.G., eds.) ACS Symp. Ser. 399, American Chemical Society, Washington, 1989, pp. 619-629.- Dekker (1989) in Plant Cell Wall Polymers: Biogenesis and Biodegradation (Lewis, N.G. and Paice, M.G., eds.) ACS Symp. Ser. 399, American Chemical Society, Washington, 1989, pp. 619-629.
- Devereux et al. (1984) Nucl. Acids Res. 12, 387-395- Devereux et al. (1984) Nucl. Acids Res. 12, 387-395
- Drablos et al. (1997) Methods Enymol. 284, 28-61- Drablos et al. (1997) Methods Enymol. 284, 28-61
- Fenselau et al. (1992) Mol Plant Microbe Interact. 5, 390-6- Fenselau et al. (1992) Mol Plant Microbe Interact. 5, 390-6
- Ferreira et al. (1993) Biochem. J. 294, 349-335- Ferreira et al. (1993) Biochem. J. 294, 349-335
- Finlay et al. (1997) Microbiol Mol Biol Rev. 61 , 136-69- Finlay et al. (1997) Microbiol Mol Biol Rev. 61, 136-69
- Hauben et al. (1997) Int J Syst Bacteriol. 47, 328-35- Hauben et al. (1997) Int J Syst Bacteriol. 47, 328-35
- Hwang et al. (1992) Carbohydr. Polym. 19, 41-50- Hwang et al. (1992) Carbohydr. Polym. 19, 41-50
- Jones et al. (2000) Int J Syst Evol Microbiol. 50, 1211-9- Jones et al. (2000) Int J Syst Evol Microbiol. 50, 1211-9
- Kirby. et al. (1998) Biochem.Soc.Transactions 26, 169- Kirby. et al. (1998) Biochem.Soc.Transactions 26, 169
- Kirsch (1971 ) In The Enzymes (Boyer, P.D., ed.), 5, 43-69, Academic Press, New York.- Kirsch (1971) In The Enzymes (Boyer, P.D., ed.), 5, 43-69, Academic Press, New York.
- Kroon et al. (1997) Eur. J. Biochem. 248, 245-251.- Kroon et al. (1997) Eur. J. Biochem. 248, 245-251.
- Lin et al. (1991) Cloning, sequencing and expression of a gene encoding a 73 kDa xylanase enzyme from the rumen anaerobe Butyrivibrio fibrisolvens.- Lin et al. (1991) Cloning, sequencing and expression of a gene encoding a 73 kDa xylanase enzyme from the rumen anaerobic Butyrivibrio fibrisolvens.
- Lisser et al. (1993) Nucleic Acids Res. 21 , 1507-1516- Lisser et al. (1993) Nucleic Acids Res. 21, 1507-1516
- Lüthi et al. (1990) Appl. Biochem. Biotechnol. 45/46, 383-393- Lüthi et al. (1990) Appl. Biochem. Biotechnol. 45/46, 383-393
- McQueen et al. (1987) J Bacteriol. 169, 1967-71- McQueen et al. (1987) J Bacteriol. 169, 1967-71
- Mitchel et al. (1990) J. Wood Chem. Techn. 10, 111-121- Mitchel et al. (1990) J. Wood Chem. Techn. 10, 111-121
- Okuda (1991) Esterases. In A Study of Enzymes, ed. Kuby, S.A., 563-577. Boca Raton FI, CRC Press, USA.- Okuda (1991) Esterases. In A Study of Enzymes, ed. Kuby, S.A., 563-577. Boca Raton FI, CRC Press, USA.
- Petersen et al. (1994) A sequence analysis of lipases, esterases and related proteins. In Wooley, P. and Petersen, S.B. (ed.). Lipases: their structure, biochemistry and application. 23-48. Press Syndicate of the University of Cambridge, New York.- Petersen et al. (1994) A sequence analysis of lipases, esterases and related proteins. In Wooley, P. and Petersen, S.B. (Ed.). Lipases: their structure, biochemistry and application. 23-48. Press Syndicate of the University of Cambridge, New York.
- Rogalska (1993a) J Biol Chem. 268, 792-4- Rogalska (1993a) J Biol Chem. 268, 792-4
- Rogalska (1993b) Chirality 5, 24-30- Rogalska (1993b) Chirality 5, 24-30
- Sambrook. J., Fritsch. E.F., and Maniatis, T. 1999. Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.
- Schlacher et al. (1998) Journal of Biotechnology 62, 47-54- Sambrook. J., Fritsch. Cold Spring Harbor Laboratory Press a laboratory manual, 2nd ed, Cold Spring Harbor, NY: EF, and Maniatis, T. 1999. Molecular cloning. - Schlacher et al. (1998) Journal of Biotechnology 62, 47-54
- Shareck et al. (1995) Gene 153, 105-109- Shareck et al. (1995) Gene 153, 105-109
- Shevchik et al. (1997) Mol. Microbiol. 24, 1285-1301- Shevchik et al. (1997) Mol. Microbiol. 24, 1285-1301
- Songer (1997) Trends Microbiol. 5, 156-61- Songer (1997) Trends Microbiol. 5, 156-61
- Starr (1975) J Agric Food Chem. 23, 279-81- Starr (1975) J Agric Food Chem. 23, 279-81
- Tsujita et al. (1990) Relationship between lipase and esterase. In Progress in clinical and biological res. 344. Isoenzymes: Structure, function, and use in biology and medicine. 915-933- Tsujita et al. (1990) Relationship between lipase and esterase. In Progress in clinical and biological res. 344. Isoenzymes: Structure, function, and use in biology and medicine. 915-933
- Titball (1998) Soc AppI Bacteriol Symp Ser. 27, 127S-137S- Titball (1998) Soc AppI Bacteriol Symp Ser. 27, 127S-137S
- Turner (1995) Trends Biotechnol. 13, 173-7- Turner (1995) Trends Biotechnol. 13, 173-7
- Van den Mooter et al. (1990) J Syst Bacteriol. 40, 348-69- Van den Mooter et al. (1990) J Syst Bacteriol. 40, 348-69
- Walker et al. (1983) Biochem. Pharma. 32, 3265-3269- Walker et al. (1983) Biochem. Pharma. 32, 3265-3269
- Williamson et al. (1998) Microbiology 144, 2011-2023
- Williamson et al. (1998) Microbiology 144, 2011-2023