DE19937548A1 - Single or multicellular organisms for the production of riboflavin - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrzelligen Organismus, insbesondere Mikroorganismus, zur biotechnischen Herstellung von Riboflavin, wobei dessen Enzymaktivität bezüglich der NAD(P)H Bildung höher ist als derjenige eines Wildtyps des Species Ashbya gossypii ATCC10895.The present invention relates to a unicellular or multicellular organism, in particular a microorganism, for the biotechnological production of riboflavin, the enzyme activity of which is higher with respect to NAD (P) H formation than that of a wild type of the species Ashbya gossypii ATCC10895.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrzelligen Organismus zur Herstellung von Riboflavin.The present invention relates to a single or multicellular organism for Production of riboflavin.
Das Vitamin B2, auch Riboflavin genannt, ist für Mensch und Tier essentiell. Bei Vitamin-B2-Mangel treten Entzündungen der Mund- und Rachenschleimhäute, Risse in den Mundwinkeln, Juckreiz und Entzündungen in den Hautfalten u. a. Hautschäden, Bindehautentzündungen, verminderte Sehschärfe und Trübung der Hornhaut auf. Bei Säuglingen und Kindern können Wachstumsstillstand und Gewichtsabnahme eintreten. Das Vitamin B2 hat daher wirtschaftliche Bedeutung insbesondere als Vitaminpräparat bei Vitaminmangel sowie als Futtermittelzusatz. Daneben wird es auch als Lebensmittelfarbstoff, beispielsweise in Mayonnaise, Eiscreme, Pudding etc., eingesetzt.Vitamin B 2 , also called riboflavin, is essential for humans and animals. With vitamin B 2 deficiency, inflammation of the mucous membranes of the mouth and throat, cracks in the corners of the mouth, itching and inflammation in the skin folds, among other things, skin damage, conjunctivitis, reduced visual acuity and clouding of the cornea. In babies and children growth stagnation and weight loss can occur. Vitamin B 2 is therefore of economic importance, particularly as a vitamin preparation for vitamin deficiency and as a feed additive. In addition, it is also used as a food coloring, for example in mayonnaise, ice cream, pudding, etc.
Die Herstellung von Riboflavin erfolgt entweder chemisch oder mikrobiell. Bei den chemischen Herstellungsverfahren wird das Riboflavin in der Regel in mehrstufigen Prozessen als reines Endprodukt gewonnen, wobei allerdings auch relativ kostspielige Ausgangsprodukte - wie beispielsweise D-Ribose - eingesetzt werden müssen.Riboflavin is produced either chemically or microbially. Both chemical manufacturing processes, the riboflavin is usually in several stages Processes obtained as a pure end product, although also relatively costly raw materials - such as D-Ribose - can be used have to.
Eine Alternative zur chemischen Herstellung des Riboflavins bietet die Herstellung dieses Stoffes durch Mikroorganismen. Die mikrobielle Herstellung des Riboflavins eignet sich insbesondere für solche Fälle, in denen eine hohe Reinheit dieser Substanz nicht erforderlich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Riboflavin als Zusatz zu Futtermittelprodukten eingesetzt werden soll. In solchen Fällen hat die mikrobielle Herstellung des Riboflavins den Vorteil, daß diese Substanz in einem einstufigen Prozeß gewinnbar ist. Auch können als Ausgangsprodukte für die mikrobielle Synthese nachwachsende Rohstoffe, wie bei spielsweise pflanzliche Öle, eingesetzt werden. The production offers an alternative to the chemical production of riboflavin of this substance by microorganisms. The microbial production of riboflavin is particularly suitable for cases in which this is very pure Substance is not required. This is the case, for example, if that Riboflavin is to be used as an additive to feed products. In such Cases, the microbial production of riboflavin has the advantage that it Substance can be obtained in a one-step process. Can also as Starting products for the microbial synthesis of renewable raw materials, like at for example vegetable oils.
Die Herstellung von Riboflavin durch Fermentation von Pilzen wie Ashbya gossypii oder Eremothecium ashbyi ist bekannt (The Merck Index, Windholz et al., eds. Merck & Co., Seite 1183, 1983, A. Bacher, F. Lingens, Augen. Chem. 1969, S. 393); aber auch Hefen, wie z. B. Candida oder Saccharomyces, und Bakterien wie Clostridium, Bacillus und Corynebakterium sind zur Riboflavinproduktion geeignet.The production of riboflavin by fermentation of mushrooms like Ashbya gossypii or Eremothecium ashbyi is known (The Merck Index, Windholz et al., eds. Merck & Co., page 1183, 1983, A. Bacher, F. Lingens, Augen. Chem. 1969, P. 393); but also yeasts, such as. B. Candida or Saccharomyces, and bacteria such as Clostridium, Bacillus and Corynebacterium are used for riboflavin production suitable.
Zudem sind Verfahren mit der Hefe Candida famata beispielsweise in der US 05231007 beschrieben.In addition, processes with the yeast Candida famata are, for example, in the US 05231007.
Riboflavin-überproduzierende Bakterienstämme sind beispielsweise in der EP 405370 beschrieben, wobei die Stämme durch Transformation der Riboflavin- Biosynthese-Gene aus Bacillus subtilis erhalten wurden. Diese Prokaryonten-Gene waren aber für ein rekombinantes Riboflavin-Herstellungsverfahren mit Eukaryonten wie Saccharomyces cerevisiae oder Ashbya gossypii ungeeignet. Daher wurden gemäß der WO 93/03183 für die Riboflavin-Biosynthese spezifische Gene aus einem Eukaryonten, nämlich aus Saccharomyces cerevisiae, isoliert, um damit ein rekombinantes Herstellungsverfahren für Riboflavin in einem eukaryontischen Produktionsorganismus bereitzustellen. Derartige rekombinante Herstellungsverfahren haben für die Riboflavin-Produktion jedoch dann keinen oder nur begrenzten Erfolg, wenn die Bereitstellung von Substrat für die an der Riboflavin-Biosynthese spezifisch beteiligten Enzyme unzureichend ist.Riboflavin overproducing bacterial strains are for example in the EP 405370 described, the strains by transformation of the riboflavin Biosynthetic genes from Bacillus subtilis were obtained. These prokaryotic genes but were for a recombinant riboflavin production process Eukaryotes such as Saccharomyces cerevisiae or Ashbya gossypii are unsuitable. Therefore, according to WO 93/03183 specific for riboflavin biosynthesis Genes isolated from a eukaryote, namely from Saccharomyces cerevisiae a recombinant production process for riboflavin in one to provide eukaryotic production organism. Such recombinant However, manufacturing processes for riboflavin production do not have any or limited success when providing substrate for those at the Riboflavin biosynthesis specifically involved enzymes is insufficient.
1967 fand Hanson (Hanson AM, 1967, in Microbial Technology, Peppler, HJ, pp. 222-250 New York), daß der Zusatz der Aminosäure Glycin die Riboflavin- Bildung von Ashbya gossypii steigert. Ein derartiges Verfahren ist jedoch nachteilig, weil Glycin ein sehr teurer Rohstoff ist. Aus diesem Grunde war man bestrebt, durch Herstellung von Mutanten die Riboflavin-Produktion zu optimieren. In 1967, Hanson (Hanson AM, 1967, in Microbial Technology, Peppler, HJ, pp. 222-250 New York) that the addition of the amino acid glycine to riboflavin Formation of Ashbya gossypii increases. However, such a method is disadvantageous because glycine is a very expensive raw material. For this reason, one was strives to increase riboflavin production by producing mutants optimize.
Aus der DE 195 45 468.5 A1 ist ein weiteres Verfahren zur mikrobiellen Herstellung von Riboflavin bekannt, bei dem die Isocitratlyase-Aktivität oder die Isocitratlyase-Genexpression eines Riboflavin produzierenden Mikroorganismus erhöht ist. Darüber hinaus ist aus der DE 198 40 709 A1 ein ein- oder mehrzelliger Organismus insbesondere ein Mikroorganismus zur biotechnischen Herstellung von Riboflavin bekannt. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß einen derart veränderten Glycinstoffwechsel aufweist, daß seine Riboflavinsyntheseleistung ohne externe Zufuhr von Glycin mindestens gleich derjenigen eines Wildtyps der Species Ashbya gossypii ATCC10892 ist.DE 195 45 468.5 A1 describes another microbial process Production of riboflavin known in which the isocitrate lyase activity or Isocitrate lyase gene expression of a riboflavin-producing microorganism is increased. In addition, DE 198 40 709 A1 is a single or multi-cell Organism in particular a microorganism for the biotechnical production of Riboflavin known. This is characterized by the fact that one is changed Glycine metabolism shows that its riboflavin synthesis performance without external Glycine intake at least equal to that of a wild-type Ashbya species gossypii ATCC10892.
Aber auch im Vergleich zu diesen Verfahren besteht noch ein Bedarf, zu einer weiteren Optimierung der Riboflavin-Herstellung.But even in comparison to these methods, there is still a need for one further optimization of riboflavin production.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, einen ein- oder mehrzelligen Organismus, vorzugsweise einen Mikroorganismus, für die biotechnische Herstellung von Riboflavin zur Verfügung zu stellen, der eine weitere Optimierung der Riboflavin-Bildung ermöglicht. Insbesondere sollte ein Organismus zur Verfügung gestellt werden, der eine Produktion ermöglicht, die gegenüber dem bisherigen Stand der Technik wirtschaftlicher ist. Vor allem soll der Organismus eine im Vergleich zu den bisherigen Organismen erhöhte Riboflavin-Bildung erlauben.The object of the present invention is accordingly a single or multi-cell Organism, preferably a microorganism, for the biotechnical Production of riboflavin to provide further optimization of riboflavin formation. In particular, an organism should Be made available, which enables a production that is compared to the prior art is more economical. Above all, the organism an increased riboflavin formation compared to previous organisms allow.
Diese Aufgabe wird durch einen ein- oder mehrzelligen Organismus gelöst, dessen Enzymaktivität der bezüglich NAD(P)H-Bildung höher ist als derjenige eines Wildtyps der Species Ashbya gossypii ATCC10895.This task is solved by a single or multicellular organism, the Enzyme activity that is higher than that of NAD (P) H formation Wild types of the species Ashbya gossypii ATCC10895.
Das Ziel einer beschleunigten intrazellulären NAD(P)H-Versorgung kann durch Erhöhung der Aktivität eines NAD(P)H-bildenden bzw. Senkung der Aktivität eines NAD(P)H verbrauchenden Enzyms bzw. eine Änderung der Spezifität erreicht werden. Dies läßt sich mit den bekannten Methoden der Stammverbesserung von Organismen erreicht werden. D. h. im einfachsten Falle lassen sich entsprechende Stämme nach der in der Mikrobiologie üblichen Selektion mittels Screening herstellen. Ebenso ist die Mutation mit anschließender Selektion einsetzbar. Die Mutation kann hierbei sowohl mittels chemischer als auch mittels physikalischer Mutagenese ausgeführt werden. Eine weitere Methode ist die Selektion und Mutation mit anschließender Rekombination. Schließlich lassen sich die erfindungsgemäßen Organismen mittels Genmanipulation herstellen.The goal of accelerated intracellular NAD (P) H supply can be achieved by Increasing the activity of a NAD (P) H-forming or lowering the activity of an enzyme consuming NAD (P) H or a change in specificity can be achieved. This can be done with the known methods of Strain improvement of organisms can be achieved. That is, in the simplest case appropriate strains can be made according to the standard in microbiology Establish selection using screening. The mutation is also followed by Selection can be used. The mutation can be both chemical and by means of physical mutagenesis. Another method is Selection and mutation with subsequent recombination. Finally, produce the organisms according to the invention by means of genetic engineering.
Erfindungsgemäß wird der Organismus derart verändert, daß er intrazellulär NAD(P)H in einer Menge erzeugt, die größer als sein Bedarf für die Aufrechterhaltung seines Metabolismus ist. Diese Erhöhung der intrazellulären NAD(P)H-Erzeugung läßt sich erfindungsgemäß vorzugsweise dadurch erreichen, daß ein Organismus hergestellt wird, bei dem die Enzymaktivität der Isocitrat- Dehydrogenase erhöht ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß durch Veränderung des katalytischen Zentrums ein erhöhter Substratumsatz erfolgt oder indem die Wirkung von Enzyminhibitoren aufgehoben wird. Auch kann eine erhöhte Enzymaktivität der Isocitrat-Dehydrogenase durch Erhöhung der Enzymsynthese, beispielsweise durch Genamplifikation oder durch Ausschaltung von Faktoren, die die Enzym-Biosynthese reprimieren, hervorgerufen werden.According to the invention, the organism is changed such that it is intracellular NAD (P) H produces in an amount greater than its need for the Maintaining its metabolism. This increase in intracellular According to the invention, NAD (P) H generation can preferably be achieved by that an organism is produced in which the enzyme activity of the isocitrate Dehydrogenase is increased. This can be achieved, for example, in that by changing the catalytic center there is an increased substrate turnover or by canceling the action of enzyme inhibitors. Also one can increased enzyme activity of isocitrate dehydrogenase by increasing the Enzyme synthesis, for example by gene amplification or by switching off are caused by factors that repress enzyme biosynthesis.
Die Isocitrat-Dehydrogenase-Aktivität kann erfindungsgemäß vorzugsweise durch Mutation des Isocitrat-Dehydrogenase-Gens erhöht werden. Derartige Mutationen können entweder nach klassischen Methoden ungerichtet erzeugt werden, wie beispielsweise durch UV-Bestrahlung oder mutationsauslösende Chemikalien, oder gezielt mittels gentechnologischer Methoden, wie Deletion, Insertion und/oder Nukleotid-Austausch.According to the invention, the isocitrate dehydrogenase activity can preferably be achieved by Mutation of the isocitrate dehydrogenase gene can be increased. Such mutations can either be generated undirected using classic methods, such as for example by UV radiation or mutation-triggering chemicals, or targeted using genetic engineering methods such as deletion, insertion and / or Nucleotide exchange.
Die Isocitrat-Dehydrogenase-Genexpression kann durch Einbau von Isocitrat- Dehydrogenase-Genkopien und/oder durch Verstärkung regulatorischer Faktoren, die die Isocitrat-Dehydrogenase-Genexpression positiv beeinflussen, erreicht werden. So kann eine Verstärkung regulatorischer Elemente vorzugsweise auf Transcriptionsebene erfolgen, indem insbesondere die Transcriptionssignale erhöht werden. Daneben ist aber auch eine Verstärkung der Translation möglich, indem beispielsweise die Stabilität der m-RNA verbessert wird.Isocitrate dehydrogenase gene expression can be achieved by incorporating isocitrate Dehydrogenase gene copies and / or by enhancing regulatory factors, that positively affect isocitrate dehydrogenase gene expression become. For example, regulatory elements can preferably be reinforced Transcription level take place, in particular by increasing the transcription signals become. In addition, an increase in translation is also possible by for example, the stability of the m-RNA is improved.
Zur Erhöhung der Genkopienzahl kann beispielsweise das Isocitrat- Dehydrogenase-Gen in ein Genkonstrukt bzw. in einen Vektor eingebaut werden, der vorzugsweise dem Isocitrat-Dehydrogenase-Gen zugeordnete regulatorische Gensequenzen enthält, insbesondere solche, die die Genexpression verstärken. Anschließend wird ein Riboflavin-produzierender Mikroorganismus, mit dem das Isocitrat-Dehydrogenase-Gen enthaltenden Genkonstrukt transformiert.To increase the number of gene copies, the isocitrate Dehydrogenase gene is inserted into a gene construct or into a vector, the regulatory gene preferably assigned to the isocitrate dehydrogenase gene Contains gene sequences, especially those that increase gene expression. Then a riboflavin-producing microorganism with which the Isocitrate dehydrogenase gene-containing gene construct transformed.
Erfindungsgemäß kann die Überexpression der Isocitrat-Dehydrogenase auch durch Austausch des Promotors erzielt werden. Hierbei ist es möglich, die höhere enzymatische Aktivität alternativ durch Einbau von Genkopien oder durch Austausch des Promotors zu erzielen. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, durch gleichzeitigen Austausch des Promotors und Einbau von Genkopien die gewünschte Änderung der Enzymaktivität zu erzielen.According to the invention, the overexpression of isocitrate dehydrogenase can also can be achieved by exchanging the promoter. It is possible to choose the higher one alternatively by incorporating gene copies or by enzymatic activity Exchange of the promoter. Equally, however, it is also possible by simultaneously exchanging the promoter and installing gene copies to achieve the desired change in enzyme activity.
Die Veränderung des Isocitrat-Dehydrogenase-Gens führt zu einer beschleunigten NAD(P)H-Bildung und zugleich zu einer überraschend hohen Steigerung der Riboflavin-Bildung, wie sie bisher nicht erreichbar war.The change in the isocitrate dehydrogenase gene leads to an accelerated NAD (P) H formation and at the same time to a surprisingly high increase in Riboflavin formation that was previously unattainable.
Das Isocitrat-Dehydrogenase-Gen wird vorzugsweise aus Mikroorganismen, besonders bevorzugt aus Pilzen, isoliert. Dabei sind Pilze der Gattung Ashbya wiederum bevorzugt. Höchst bevorzugt ist die Spezies Ashbya gossypii.The isocitrate dehydrogenase gene is preferably made up of microorganisms, particularly preferably isolated from mushrooms. Here are mushrooms of the genus Ashbya again preferred. The species Ashbya gossypii is most preferred.
Für die Isolierung des Gens kommen aber auch alle weiteren Organismen, deren Zellen die Sequenz zur Bildung der Isocitrat-Dehydrogenase enthalten, also auch pflanzliche und tierische Zellen, in Betracht. Die Isolierung des Gens kann durch homologe oder heterologe Komplementation einer im Isocitrat-Dehydrogenase- Gen defekten Mutante oder auch durch heterologes Probing oder PCR mit heterologen Primern erfolgen. Zur Subklonierung kann das Insert des komplementierenden Plasmids anschließend durch geeignete Schritte mit Restriktionsenzymen in der Größe minimiert werden. Nach Sequenzierung und Identifizierung des putativen Gens erfolgt eine paßgenaue Subklonierung durch PCR. Plasmide, die die so erhaltenen Fragmente als Insert tragen, werden in die Isocitrat-Dehydrogenase-Gen-Defekte Mutante eingebracht, die auf Funktionalität des Isocitrat-Dehydrogenase-Gens getestet wird. Funktionelle Konstrukte werden schließlich zur Transformation eines Riboflavin-Produzenten eingesetzt. For the isolation of the gene there are also all other organisms, their Cells that contain the sequence for the formation of isocitrate dehydrogenase, also plant and animal cells. The isolation of the gene can be done by homologous or heterologous complementation of an isocitrate dehydrogenase Gen defective mutant or by heterologous probing or PCR heterologous primers. The insert of the complementing plasmids with appropriate steps Restriction enzymes can be minimized in size. After sequencing and The putative gene is identified by a precise subcloning PCR. Plasmids which carry the fragments thus obtained as an insert are inserted into the Isocitrate dehydrogenase gene defects introduced in mutant that affect functionality of the isocitrate dehydrogenase gene is tested. Become functional constructs finally used to transform a riboflavin producer.
Nach Isolierung und Sequenzierung sind die Isocitrat-Dehydrogenase-Gene mit Nukleotidsequenzen erhältlich, die für die angegebene Aminosäure-Sequenz oder deren Allelvariation kodieren. Allelvariationen umfassen insbesondere Derivate, die durch Deletion, Insertion und Substitution von Nukleotiden aus entsprechenden Sequenzen erhältlich sind, wobei die Isocitrat-Dehydrogenase-Aktivität erhalten bleibt. Eine entsprechende Sequenz ist in Fig. 2b von Nukleotid 1 bis 1262 angegeben.After isolation and sequencing, the isocitrate dehydrogenase genes are available with nucleotide sequences which code for the specified amino acid sequence or its allele variation. Allelic variations include, in particular, derivatives which can be obtained from corresponding sequences by deletion, insertion and substitution of nucleotides, the isocitrate dehydrogenase activity being retained. A corresponding sequence is shown in Fig. 2b from nucleotide 1 to 1262.
Den Isocitrat-Dehydrogenase-Genen ist insbesondere ein Promotor der Nukleotidsequenz von Nukleotid -661 bis -1 gem. Abb. 11 oder eine im wesentlichen gleich wirkende DNA Sequenz vorgeschaltet. So kann beispielsweise dem Gen ein Promotor vorgeschaltet sein, der sich von dem Promotor mit der angegebenen Nukleotidsequenz durch ein oder mehrere Nukleotidaustausche, durch Insertion und/oder Deletion unterscheidet, ohne daß aber die Funktionalität bzw. die Wirksamkeit des Promotors beeinträchtigt wird. Des weiteren kann der Promotor durch Veränderung seiner Sequenz in seiner Wirksamkeit erhöht oder komplett durch wirksame Promotoren ausgetauscht werden.The isocitrate dehydrogenase genes are in particular a promoter of the nucleotide sequence from nucleotide -661 to -1 in accordance with. Fig. 11 or an essentially identical DNA sequence upstream. For example, the gene can be preceded by a promoter which differs from the promoter with the specified nucleotide sequence by one or more nucleotide exchanges, by insertion and / or deletion, but without the functionality or the effectiveness of the promoter being impaired. Furthermore, the effectiveness of the promoter can be increased by changing its sequence or can be completely replaced by effective promoters.
Dem Isocitrat-Dehydrogenase-Gen können des weiteren regulatorische Gen- Sequenzen bzw. Regulatorgene zugeordnet sein, die insbesondere die Isocitrat- Dehydrogenase-Gen-Aktivität erhöhen. So können dem Isocitrat-Dehydrogenase- Gen beispielsweise sog. "enhancer" zugeordnet sein, die über eine verbesserte Wechselwirkung zwischen RNA-Polymerase und DNA eine erhöhte Isocitrat- Dehydrogenase-Expression bewirken.The isocitrate dehydrogenase gene can furthermore contain regulatory gene Sequences or regulator genes can be assigned, which in particular the isocitrate Increase dehydrogenase gene activity. So the isocitrate dehydrogenase Gen, for example, so-called "enhancers" can be assigned, which have an improved Interaction between RNA polymerase and DNA an increased isocitrate Effect dehydrogenase expression.
Dem Isocitrat-Dehydrogenase-Gen mit oder ohne vorgeschaltetem Promotor bzw. mit oder ohne Regulator-Gen können ein oder mehrere DNA-Sequenzen vor- und/oder nachgeschaltet sein, so daß das Gen in einer Gen-Struktur enthalten ist. Durch Klonierung des Isocitrat-Dehydrogenase-Gens sind Plasmide bzw. Vektoren erhältlich, die das Isocitrat-Dehydrogenase-Gen enthalten und zur Transformation eines Riboflavin-Produzenten geeignet sind. Die durch Transformation erhältlichen Zellen enthalten das Gen in replizierbarer Form, d. h. in zusätzlichen Kopien auf dem Chromosom, wobei die Genkopien durch homologe Rekombination an beliebigen Stellen des Genoms integriert werden und/oder auf einem Plasmid bzw. Vektor.The isocitrate dehydrogenase gene with or without an upstream promoter or with or without a regulatory gene, one or more DNA sequences can be and / or downstream, so that the gene is contained in a gene structure. By cloning the isocitrate dehydrogenase gene are plasmids or vectors available that contain the isocitrate dehydrogenase gene and for transformation of a riboflavin producer are suitable. The ones obtainable through transformation Cells contain the gene in replicable form, i.e. H. in additional copies the chromosome, where the gene copies by homologous recombination arbitrary sites of the genome and / or on a plasmid or Vector.
Bei den erfindungsgemäß erhaltenen ein- oder mehrzelligen Organismen kann es sich um beliebige für biotechnische Verfahren einsetzbare Zellen handeln. Hierzu zählen beispielsweise Pilze, Hefen, Bakterien sowie pflanzliche und tierische Zellen. Erfindungsgemäß handelt es sich vorzugsweise um transformierte Zellen von Pilzen, besonders bevorzugt von Pilzen der Gattung Ashbya. Hierbei ist die Spezies Ashbya gossypii besonders bevorzugt.In the single or multicellular organisms obtained according to the invention, it can are any cells that can be used for biotechnical processes. For this count for example mushrooms, yeasts, bacteria as well as vegetable and animal Cells. According to the invention, they are preferably transformed cells of mushrooms, particularly preferably of mushrooms of the genus Ashbya. Here is the Ashbya gossypii species are particularly preferred.
Im folgenden wird die Erfindung näher anhand von Beispielen erläutert, ohne daß damit eine Begrenzung auf den Gegenstand der Beispiele verbunden sein soll:In the following the invention is explained in more detail by means of examples without so that a limitation to the subject of the examples should be connected:
Das Gen der Isocitrat-Dehydrogenase (IDP3) wurde durch PCR kloniert und dann sequenziert (Sequenz siehe Abb. 11). Die gentechnisch durchgeführte partielle Deletion des Gens durch Austauschmutagenese mit einem Geneticinresistenz-Gen (Abb. 1) wurde durch Southern Blot (Abb. 2) bestätigt. Diese Disruption, d. h. Zerstörung des Gens im Genom des Pilzes, führt dazu, daß der Pilz die davon kodierte Isocitrat-Dehydrogenase nicht mehr bilden kann. Abb. 3 zeigt die Abnahme der Enzymaktivität im Disruptionsstamm AgΔDP3b im Vergleich zum Wildtyp ATCC 10895. In Präparationen der Peroxisomen konnte gezeigt werden, daß dieses Enzym in diesen Organellen lokalisiert ist (Abb. 10). Während die Enzymaktivität in Wildtyp-Peroxisomen deutlich messbar ist, findet sich in den Peroxisomen des Disruptionsstamms keine Aktivität mehr.The isocitrate dehydrogenase (IDP3) gene was cloned by PCR and then sequenced (see Figure 11 for the sequence). The partial deletion of the gene by genetic engineering by exchange mutagenesis with a geneticin resistance gene ( FIG. 1) was confirmed by Southern blot ( FIG. 2). This disruption, ie destruction of the gene in the genome of the fungus, means that the fungus can no longer form the isocitrate dehydrogenase encoded by it. Fig. 3 shows the decrease in enzyme activity in the disruption strain AgΔDP3b compared to the wild type ATCC 10895. It was shown in preparations of the peroxisomes that this enzyme is localized in these organelles ( Fig. 10). While the enzyme activity is clearly measurable in wild-type peroxisomes, there is no more activity in the peroxisomes of the disruption strain.
Die Disruption des Gens führt zu einer deutlichen Verminderung der Vitaminbildung im Vergleich zum Elternstamm (Abb. 4). Wird das Gen dagegen unter Steuerung des starken TEF-Promotors auf einem Plasmid (Abb. 6) in zusätzlicher Kopie in die Ashbya-Zellen gebracht, ist ein deutlicher Anstieg in der Enzymaktivität und der Riboflavinbildung meßbar (Abb. 5).The disruption of the gene leads to a significant reduction in vitamin formation compared to the parent strain ( Fig. 4). If, on the other hand, the gene is brought into Ashbya cells under the control of the strong TEF promoter on a plasmid ( Fig. 6), a significant increase in the enzyme activity and the riboflavin formation can be measured ( Fig. 5).
Abb. 7 zeigt, daß bei der Verstoffwechselung ungesättigter Fettsäuren NADPH bei zwei von drei alternativen Reaktionswegen als Reduktionsmittel benötigt wird. Die darin involvierte 2,4-Dienoyl-CoA-Reduktase konnte in Zellen von Ashbya ebenfalls in Peroxisomen lokalisiert werden (Abb. 8). Die Disruption des IDP3- Gens sollte nun zu einem verringerten Wachstum der Zellen auf Linolsäure oder Linolensäure führen. Das konnte auch gemessen werden (Abb. 9). Damit zeigt sich, daß die Bedeutung der IDP3 für den Stoffwechsel der Zelle in der NADPH- Bildung liegt. Fig. 7 shows that when unsaturated fatty acids are metabolized, NADPH is required as a reducing agent in two of three alternative reaction pathways. The 2,4-dienoyl-CoA reductase involved was also localized in peroxisomes in Ashbya cells ( Fig. 8). The disruption of the IDP3 gene should now lead to a reduced growth of the cells on linoleic acid or linolenic acid. This could also be measured ( Fig. 9). This shows that the importance of IDP3 for cell metabolism lies in the formation of NADPH.
Zur Einführung der SphI-Schnittstelle war eine Änderung der für die zweite Aminosäure codierenden Nukleotidsequenz notwendig. Es wurde ein konservativer Austausch der Aminosäure Glycin in Leucin vorgenommen.For the introduction of the SphI interface there was a change for the second nucleic acid coding sequence necessary. It was a conservative replacement of the amino acid glycine in leucine performed.
Aktivitäten [U/ml] der Markerenzyme Katalase (Peroxisomen) und Fumarase (Mitochondrien), der NAD- und NADP-spezifischen ICDH und der für den Abbau ungesättigter Fettsäuren notwendigen 2,4-Dienoyl- CoA-Reduktase und Δ3, Δ2-Enoyl-CoA-Isomerase.Activities [U / ml] of the marker enzymes catalase (peroxisomes) and fumarase (mitochondria), the NAD- and NADP-specific ICDH and the 2,4-dienoyl-CoA reductase required for the breakdown of unsaturated fatty acids and Δ 3 , Δ 2 - Enoyl-CoA isomerase.
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