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1999 - 199972000 - 200216

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Publication Type: search.filters.UBSTyp.DissertationInstitute: search.filters.UBSInstitut.Institut für Technische BiochemieSubject: search.filters.subject.540End date: 2002

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    Die alpha-Amylase aus Bacillus amyloliquefaciens: Verbesserung der Alkaliaktivität und Steigerung der spezifischen Aktivität mittels gerichteter Evolution
    (2002) Bessler, Cornelius; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Amylasen werden häufig in Waschmitteln eingesetzt. Diese Anwendung werden Amylasen benötigt, die eine hohen Stabilität und Aktivität bei alkalischem pH besitzen. Zudem ist eine hohe spezifische Aktivität wünschenswert, da so Enzymmenge und dadurch Kosten gespart werden können. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung und Anwendung von Methoden der gerichteten Evolution auf die Amylase aus Bacillus amyloliquefaciens (BAA) zur Steigerung der spezifischen Aktivität und der Alkaliaktivität. Die Gene für die BAA sowie zwei Punktmutanten derselben wurden durch Error-prone PCR mutagenisiert und durch Gen-Shuffling rekombiniert. Zur Durchmusterung der Mutantenbibliotheken wurde ein Hochdurchsatz-Test auf Basis des kommerziell erhältlichen Phadebas(r)-Tests entwickelt. Das pH-Optimum von Mutante 42 ist um eine pH-Einheit zu höheren pH-Werten verschoben und liegt bei pH 7. Dies führt zusammen mit einer um den Faktor fünf höheren Aktivität bei pH 10 zu einem verbreiterten pH-Profil. Außerdem stieg die Aktivität in den Periplasmafraktionen um den Faktor vier und die spezifische Aktivität um den Faktor 1,5 als beim Wildtyp. Eine weitere Mutante, Mutante 29 zeigt das pH-Profil des Wildtyps. Allerdings liegen Aktivität der Periplasmafraktionen und spezifische Aktivität um den Faktor 40 beziehungsweise um den Faktor 9 höher als beim Wildtyp. Mutante B1, die durch Error-prone PCR mit der Mutante 29 erzeugt wurde zeigt ebenfalls das pH-Profil des Wildtyps. Zudem ist ihre spezifische Aktivität niedriger als die der Mutante 29, aber immerhin noch um den Faktor 4,2 höher als die des Wildtyps. Durch Vergleich der Aminosäuresequenzen der Mutanten mit dem Wildtyp und mit homologen Amylasen konnte der Einfluss der einzelnen Mutationen erklärt werden.
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    Reporterassays und Oligonukleotid-Mikroarrays zur Überwachung der Bildung von Wasserblüten und zur frühen Erkennung ihrer potentiellen Toxizität
    (2002) Schreiter, Pat; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Seit einigen Jahrzehnten werden immer häufiger Wasserblüten in Gewässern beobachtet. Die Ursache dafür ist die abnormale Massenvermehrung von Cyanobakterien. Der genaue Grund für diese Erscheinung ist noch nicht bis ins Detail geklärt. Es wurde jedoch beobachtet, daß bestimmte Muster der Nährstoffverfügbarkeit, im wesentlichen Phosphor, die cyanobakterielle Proliferation fördern. Wegen des Geruchs und Gestanks werden die Wasserqualität und die Trinkwasserversorgung durch Wasserblüten erheblich beeinträchtigt. Außerdem produzieren viele wasserblütenbildende Cyanobakterien Toxine, so daß der Verzehr vom wasserblütenhaltigen Wasser gesundheitsschädlich sein kann. Um die mit Wasserblüten einhergehenden Probleme zu vermeiden, wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Assays als ein Frühwarnsystem zur Überwachung von Wasserblüten- sowie Cyanotoxinbildung entwickelt. Ausgehend von einem cyanobakteriellen Reporterstamm mit der Konstruktion PphoA::luxAB im Genom wurde ein lumineszierender Reporterassay zur Detektion der für Cyanobakterien verfügbaren Phosphatquellen entwickelt. Durch Immobilisierung ist der Sensor lagerfähig und der Assay leicht handhabbar. Basierend auf der Hybridisierungstechnik konnte in dieser Arbeit mit spezifischen Sonden ein Assay im Mikroarray-Format zur molekulargenetischen Detektion von der in Wasserblüten am häufigsten gefundenen cyanobakteriellen Gattung Microcystis und dem Gen der für die Produktion von hepatotoxischen Microcystinen verantwortlichen Microcystin-Synthetase entwickelt werden. Dieser Oligonukleotid-Mikroarray ermöglicht eine schnelle Identifizierung der in Wasserblüten beteiligten Microcystis-Stämme und eine einfache Beurteilung der Gefährdung durch "blühende" Gewässer.
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    Isolierung des humanen Lactasegens und seine Expression in der Hefe Pichia pastoris
    (2002) Bethge, Rut; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Die Lactase-Phlorizin-Hydrolase (LPH) katalysiert bei der Verdauung die hydrolytische Spaltung des Milchzuckers Lactose in Glucose und Galactose. Dieses Enzym ist im Bürstensaum des Dünndarms der Säugetiere lokalisiert. Seine Aktivität wird nach dem Ende der Laktationsphase sehr stark gesenkt, bzw. die Synthese in Teilabschnitten des Darms eingestellt, was eine Lactoseintoleranz bei 75 % der Weltbevölkerung zur Folge hat. Eine Ausnahme stellen hierbei Nordeuropäer und einige afrikanische Völker mit traditionellem Konsum von Milch und Milchprodukten dar. Mit dem Lactosemetabolismus sind unter anderem die Stoffwechselkrankheiten Milchunverträglichkeit, die durch einen Defekt in der Lactase-Synthese zustandekommt, und Galactosämie, die auf dem genetischen Defekt der Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase (GALT) beruht, verbunden. Während die Symptome, Durchfall und Erbrechen, der Milchunverträglichkeit weniger schwerwiegend sind, führt der Verlauf von Galactosämie unbehandelt zu geistiger Zurückgebliebenheit und in vielen Fällen zum Tod. In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Entwicklung denkbarer Behandlungsstrategien der Galaktosämie durchgeführt. Der Grundgedanke ist, die negativen Folgewirkungen der Galactosämie durch Hemmung des ersten Enzyms des Lactosemetabolismus, der LPH, unter Akzeptanz der Folgen einer Milchunverträglichkeit, zu unterbinden. Hierbei kamen unterschiedliche Glycosidaseinhibitoren zum Einsatz. Erstens wurde die humane Lactase-Phlorizin-Hydrolase in Pichia pastoris exprimiert und die Quantifizierbarkeit ihrer Lactaseaktivität in dem Test auf Disaccharidase-Aktivität nach Dahlqvist untersucht. Zweitens wurde die Anwendbarkeit des Testsystems zur Charakterisierung einer LPH-Hemmung im Allgemeinen, bzw. zur Suche nach neuen spezifischen LPH-Inhibitoren untersucht. Die LPH wurde aus menschlichen Dünndarmgewebeproben isoliert. Dazu wurde ihre Gesamt-RNA isoliert, die mit Hilfe der Reversen Transkriptase in cDNA übersetzt wurde. Daraus konnten durch PCR sowohl die Lactase-, als auch die Phlorizin-Hydrolase-Domäne der LPH amplifiziert werden. Durch den Vergleich ihrer DNA-Sequenzen mit der 1988 von Mantei et al. veröffentlichten Sequenz der LPH ergaben sich in beiden Domänen jeweils 6 Basenabweichungen, von denen angenommen wurde, dass es sich dabei um Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) handelt. Die Gesamt-LPH wurde durch Zusammenfügen der beiden Einzeldomänen mittels "Overlap-Extension" erhalten. Bei der Sequenzierung der Gesamt-LPH ergaben sich vor allem im hinteren Bereich, am 3'-Ende, Basenabweichungen, die in den ursprünglichen Einzeldomänen nicht vorhanden waren. Es muß demnach davon ausgegangen werden, daß es sich bei diesen Variationen nicht um SNPs sondern um Mutationen handelt. Sowohl die einzelnen Domänen, als auch die Gesamt-LPH wurden in dem eukaryotischen System der Hefe Pichia pastoris exprimiert. Die erhaltenen Proteine wurden mit Hilfe des Testes auf Disaccharidaseaktivität nach Dahlqvist auf ihre Lactose-Hydrolyse-Aktivität untersucht. Das Verfahren wurde dabei auf eine Anwendung im Mikromaßstab modifiziert. Während die exprimierte Phlorizin-Hydrolase-Domäne alleine nur geringe Lactaseaktivität zeigte, konnte nach Expression der Lactase-Domäne, sowie der Gesamt-LPH deren hydrolytische Aktivität nachgewiesen werden. Die Lactaseaktivität konnte somit der Lactase-Domäne zugeordnet werden. Die rekombinanten Proteine waren trotz ihrer Abweichungen von der in der Literatur veröffentlichten Sequenz aktiv. Die Expression in Pichia pastoris ermöglicht es demnach, die Aktivität von Varianten der LPH auf einfache Art und Weise zu testen. Zur Durchführung weiterer Experimente sollte ein mutationsfreies Gen hergestellt werden, um einen Vergleich mit der Literatur zu ermöglichen, und festzustellen, wie viele Polymorphismen das Gen besitzt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der modifizierte Dahlqvist-Test eingesetzt, um Verbindungen auf ihre hemmende Wirkung auf die Lactase-Phlorizin-Hydrolase, bzw. ihre Einzeldomänen, zu prüfen. Mit Phlorizin, einem Lactasehemmer, konnte die Zuverlässigkeit des Tests bestätigt werden. Die rekombinanten Proteine waren trotz ihrer Abweichungen von der Literatur für Inhibitionsversuche geeignet. Das Testsystem erlaubt somit die gezielte Durchmusterung synthetisch hergestellter Verbindungen auf deren inhibitorische Wirkung gegenüber der Lactaseaktivität und die Untersuchung der Wirkungsweise von Inhibitoren auf verschiedene Varianten der LPH. Auch für einen von dem Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart synthetisch hergestellten ß-Glucosidase- und ß-Galactosidase-Inhibitor konnte eine Hemmung der Lactaseaktivität festgestellt werden. Eine weitere, gezielte Durchmusterung von Verbindungen mit Hilfe des etablierten Systems könnte somit zur Charakterisierung neuer Inhibitoren führen und alternative Ansätze zur therapeutischen Behandlung von Galaktosämie eröffnen.
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    Overexpression and protein engineering of lipase A and B from Geotrichum candidum CMICC335426
    (1999) Catoni, Elisabetta; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Im wachsenden Interesse an Produkten mit geringerem Gehalt an gesättigten Fettsäuren liegt die Bedeutung der Lipase B von Geotrichum candidum, die eine hohe Spezifität für Fettsäureester von cis-D9 ungesättigten Verbindungen zeigt. Die Lipase B und die hochhomologe Lipase A aus Geotrichum candidum wurden erfolgreich in Saccharomyces cerevisiae exprimiert, mit einer Ausbeute von 6-8 U/(ml Medium). Die Lipasen wurden funktionell und in hoher Ausbeute auch in Pichia pastoris exprimiert. Da ausschließlich die rekombinanten Proteine von dieser Hefe sekretiert werden, liegen die Proteine bereits in nahezu reiner Form im Medium vor. Die Fermentationen der rekombinanten Lipase B wurden unter verschiedenen Kultivierungsbedingungen durchgeführt. Das beste Ergebnis (600.000 U/l Kultur der reinen Lipase B) wurde in einer Hochzelldichtefermentation in billigerem synthetischem Medium erzielt. Die rekombinanten Lipasen A und B wurden hinsichtlich Substratspezifität, Temperatur- und pH-Einfluß charakterisiert. Diese Eigenschaften sind ähnlich wie die der nativen Lipasen A und B von Geotrichum candidum. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Erhöhung der Thermostabilität der Lipase B. Dazu wurden Zufallsmutagenese, Punktgerichtete-Mutagenese und Immobilisierung durchgeführt. Durch Zufallsmutagenese und Punktgerichtete-Mutagenese konnten keine Mutanten mit erhöhter Thermostabilität identifiziert werden, während die Immobilisierung auf jeder der verwendeten Matrixen zur Erhöhung der Thermostabilität der Lipase B führte. Die Halbwertszeit des Enzyms bei einer Temperatur von 50 °C konnte von 30 Minuten für die gelöste Lipase auf bis zu mehreren Stunden für die immobilisierte gesteigert werden. Die Überexpression der Lipase B in Pichia pastoris ermöglicht zusammen mit der entwickelten Immobilisierungsmethode eine billige Nutzung des Enzyms in industriellem Maßstab, beispielsweise zur Modifikation der Zusammensetzung von Ölen.
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    Strukturelle Untersuchungen an Atrazin- und 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure-spezifischen Antikörperfragmenten mittels molecular modelling und ortspezifischer Mutagenese
    (2001) Kusharyoto, Wien; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    In der vorliegenden Arbeit wurden die Bindungseigenschaften eines Atrazin-spezifischen Fab-Fragments K411B und eines 2,4-Dichlorophenoxyessigsäure (2,4-D)-spezifischen Fab-Fragments Fab24D mittels molecular modelling und ortspezifischer Mutagenese untersucht. Auf der Grundlage der Sequenzhomologie mit bekannten Antikörperstrukturen und durch die Identifizierung der kanonischen Strukturklassen der CDR wurde jeweils ein Strukturmodell für das variable Fragment des Antikörpers entwickelt. Die Identifizierung der für die Bindung des Haptens verantwortlichen Aminosäurereste erfolgte mittels molekülmechanischen und -dynamischen Methoden und unter Verwendung des Kreuzreaktivitätsmusters des jeweiligen Antikörpers. Durch Mutationen bestimmter Aminosäurereste in der Bindungsstelle des jeweiligen Antikörpers konnten die Zuverlässigkeit der Strukturmodelle bestätigt werden. Im Falle des Atrazin-spezifischen Fab-Fragments K411B konnte eine fünffach höhere Affinität durch die Kombination der Punktmutationen GlnL89Glu, ValH37Ile und GluL3Val erreicht werden, wie die Messung mittels Oberflächen-Plasmon-Resonanz mit BIAcore ergab. Die höhere Affinität führte im direkten kompetitiven ELISA für Atrazin jedoch nicht zur Verbesserung der Sensitivität. Durch die Ausnutzung der Erhöhung der Affinität und der geringen Kreuzreaktivität der Mutanten zum Hapten 4-Amino-6-chloro-1,3,5-triazin-2-(6-aminohexansäure) konnte eine achtfache Verbesserung der Sensitivität des Atrazin-ELISAs erzielt werden. Die Reduzierung der Spacererkennung durch die Mutationen PheL32Leu und GlnL89Glu führte zu einer dreifachen Verbesserung der Sensitivität des Atrazin-ELISAs. Im Falle des 2,4-D-spezifischen Fab-Fragments ergaben die Mutationen HisL34Phe und HisL34Tyr eine Veränderung der Spezifität von 2,4-D nach 2,4,5-T, die jedoch mit einer deutlichen Abnahme der Affinität verbunden war.
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    Untersuchungen zur Stabilisierung von Membranproteinen mit ungewöhnlichen Phospholipiden
    (2000) Pisch-Heberle, Sandra; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Phospholipide, eine wichtige Lipidklasse, haben eine Vielzahl biologischer Funktionen. Daher stieg ihre Bedeutung für eine Anwendung auf dem Gebiet der Pharmazie und Kosmetik. Da die de novo Synthese von Phospholipiden schwierig ist, ist ihre Wirkungsweise in Membranprozessen hauptsächlich mit Eigelbextrakten und Bakterienkulturen untersucht worden. In vorangegangenen Arbeiten, die sich mit der Anwendung von Phospholipiden für die Stabilisierung von Membranproteinen beschäftigten, wurden eine Reihe von isomeren Phosphatidylcholinen synthetisiert, die acetylenische Fettsäuren tragen und einen Tm- Wert im Bereich physiologischer Temperaturen haben. Da biologische Membranen aus Phospholipiden unterschiedlicher Kopfgruppen bestehen, wurden über Kopfgruppenaustausch mit Phospholipase D mit vier neue Gruppen acetylenischer Phospholipide - Ethanolamin, L-Serin, Glycerol und Phosphatidat – erhalten. Diese Verbindungen wurden physikochemisch (DSC, FT-IR und Röntgenbeugung) charakterisiert. Ein großer Vorteil dieser acetylenischen Phospholipide ist ihr um ca. 30 °C niedriger Tm-Wert im Vergleich zu dem entsprechenden gesättigten Phospholipid. Jedoch war bisher nicht bekannt, welchen Einfluß die ungewöhnlichen Phospholipide auf die Aktivität und Stabilität von integralen Membranproteinen ausüben. Der Einfluß der acetylenischen Phospholipide auf die Aktivität einer mitochondrialen P450-Monooxygenase des steroidogenen Stoffwechsels - P450SCC (CYP11A1) - war daher Gegenstand der Untersuchung. Dabei wurde eine geeignete Technik zur Herstellung von Liposomen mit einem Durchmesser von 100 nm entwickelt, wobei die Grössenverteilung der Liposomen durch Lichtstreuung ermittelt wurde. Es ergaben sich Gesetzmäßigkeiten im Bereich der Acylketten hinsichtlich der Lage der Dreifachbindung. Gleichzeitig wurde ein signifikanter Einfluß der verschieden Kopfgruppen beobachtet.
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    Molekulare Grundlagen der Stereoselektivität Lipase-katalysierter Umsetzungen
    (2001) Schulz, Tanja; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Die Lipase aus Pseudomonas cepacia ist ein ausgezeichnetes Enzym in der kinetischen Racemattrennung sekundärer Alkohole. Die Stereopräferenz beruht ausschließlich auf der Substratstruktur der Enantiomere, während die Stereoselektivität auf atomaren Wechselwirkungen zwischen Substrat und Lipase beruht. 30 sekundäre Alkohole mit veröffentlichten E-Werten wurden gewählt. Modelle der Ester wurden kovalent in die Bindestelle der Lipase gebunden. Die beiden Enantiomere von 27 Substraten bevorzugten eine von zwei Bindungsmodi: das schnell-umgesetzte Enantiomer in einem produktiven, das langsam-umgesetzte Enantiomer in einem nicht-produktiven Bindungsmodus. Der produktive Bindungsmodus langsam-umgesetzter Enantiomere wird durch abstoßende Wechselwirkungen mit einer starren Wand nahe der Oxyanionen-Bindetasche gestört. Als Folge drückt das Substrat das aktive Histidin aus einer katalytisch effektiven Orientierung und der Abstand d(HNe-Oalc) zwischen Histidin und dem Alkohol-Sauerstoffatom nimmt zu. d(HNe-Oalc) korreliert mit experimentell ermittelten E-Werten: Substrate, die mit der Lipase aus P. cepacia mit hohen E-Werten umgesetzt werden (E > 100), weisen einen Abstand d(HNe-Oalc) > 2.2 Å auf und eine effektive Katalyse des Enantiomers wird unterbunden. Substrate mit niederer Selektivität (E < 20) weisen einen Abstand d(HNe-Oalc) < 2.0 Å auf. In diesem Fall werden beide Enantiomere mit ähnlichen Reaktionsraten umgesetzt. Eine vergleichbare Abhängigkeit des Abstands d(HNe-Oalc) und experimentell bestimmten E-Werten wurde für chirale Amine festgestellt. Der Abstand d(HNe-Oalc) ist auch ein entscheidender Parameter in Umsetzungen chiraler, sekundärer Alkohole mit zwei benachbarten Stereozentren mit der Lipase aus Candida rugosa. Die in silico Einführung von Punktmutationen in die Bindestelle der Lipase aus P. cepacia führte z.B. für die Einfachmutante Y29L zu einem verlängerten Abstand d(HNe-Oalc). Die erwartete Steigerung des E-Wertes konnte experimentell bestätigt werden.
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    Biochemische Nachweisverfahren auf der Basis genetischer Regulationselemente: vom Reporterassay zum Repressor/DNA-Bindungstest
    (2000) Köhler, Sabine; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    In der vorliegenden Arbeit wurde auf der Grundlage von genetischen Regulationselementen ein in vivo Assay und vergleichend hierzu ein in vitro Assay entwickelt. Ein rekombinanter E. coli Stamm wurde beim in vivo Reporterassay zur Detektion von 4-CBA verwendet, der bei Anwesenheit von 4-CBA Luziferase exprimiert. Durch Immobilisierung dieses Stammes konnte ein einfaches und spezifisches Testverfahren im Mikrotiterplattenformat entwickelt werden. Mit den optimierten Immobilisierungsbedingungen und der Verwendung einer Membranmutante von E. coli konnte ein Detektionslimit von 28 µM 4-CBA in 200 min erreicht werden. Zusätzlich wurde ein von den Eigenschaften der Zelle unabhängiges in vitro Assaysystem entwickelt. Da der Mechanismus der Tetrazyklinresistenz in Bakterien bekannt war, wurde Tetrazyklin als Analyt ausgewählt. Im neu zu entwickelnden Assay sollte der durch Tetrazyklin induzierte Abfall des Repressors von der Operator DNA zur quantitativen Bestimmung von Tetrazyklin benutzt werden. Dazu wurde der Tet Repressor mit N-terminal oder C-terminal fusioniertem Tag und nativ in E. coli überexprimiert. Die Funktionalität der Repressoren wurde im Gel-Mobility-Shift Assay untersucht. Nur der Repressor ohne Tag sowie der Repressor mit einem durch Proteaseverdau abgespaltenem Tag zeigten volle biologische Aktivität. Im Hinblick auf eine spätere Assay-Entwicklung wurde der Einfluß eines enzymatischen Markers auf die Repressor/Operator-DNA-Bindung mit derselben Methode getestet. Daraus folgte eine Versuchsdurchführung für den Mikrotiterplatten-Assay. Diese beeinhaltete die Immobilisierung des Repressors, die Bindung von Tetrazyklin an diesen und die Bindung POD markierter Operator-DNA an tetrazyklinfreie Repressoren. Die Bestimmung der POD Aktivität ließ Rückschlüsse auf die vorhandene Tetrazyklinkonzentration zu. Da dieses Assayformat mit sehr großen Standardabweichungen verbunden war, wurden markerfreie Oberflächenplasmonresonanzmessungen vorgenommen.
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    Selektive Hydroxylierung von alpha- und beta-Ionon durch Streptomyces Stämme und molekulargenetische Arbeiten zur Identifizierung und Isolierung der Ionon-Hydroxylase aus Streptomyces fradiae Tü 27
    (1999) Lutz-Wahl, Sabine; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)
    Im Rahmen dieser Arbeit sollten α- bzw. β-Ionon durch selektive Hydroxylierung mittels Mikroorganismen zu 3-Hydroxyiononen umgesetzt werden, um einen Baustein für die chemisch-enzymatische Synthese von Astaxanthin und Zeaxanthin zu liefern. Über 200 Streptomyceten-Stämme wurden auf ihre Fähigkeit hin untersucht, β- und/oder α-Ionon regio- und stereoselektiv zu den jeweiligen 3-Hydroxy-Derivaten umzusetzen. Mit β-Ionon als Substrat zeigten 19 Stämme Umsetzung zu 4-Hydroxy- und nicht zum gewünschten 3-Hydroxy-β-ionon. Unter diesen 19 Stämmen setzten sechs α-Ionon zu 3-Hydroxy-α-ionon um. S. fradiae Tü 27 zeigte mit 75 % die größte Umsatzrate. Aufgrund von GC- und NMR-Daten konnte gezeigt werden, daß die Hydroxylierung von racemischem α-Ionon [(6R)-(-) / (6S)-(+)] nur die Bildung der zwei Enantiomere (3R,6R)- und (3S,6S)-Hydroxy-α-ionon ergab. Die enzymatische Hydroxylierung von α-Ionon durch die getesteten Streptomyceten-Stämme findet sowohl mit einer hohen Regio- als auch mit einer hohen Stereoselektivität statt. Um die Gene, die für diese Hydroxylase kodieren, zu isolieren, wurden P450-Genfragmente aus S. fradiae Tü 27 amplifiziert und sequenziert. Hier konnten zwei P450 Genfragmente identifiziert werden. Die Isolierung der vollständigen P450-homologen Gene mit unterschiedlichen Methoden gelang jedoch nicht. Um nun eine Aussage darüber treffen zu können, ob eines der beiden P450-Genfragmente aus dem Stamm Streptomyces fradiae Tü 27 die Hydroxylase kodiert, die die selektive Hydroxylierung des α-Ionons katalysiert, wurden die P450 homologen Gene durch Integrationsmutagenese inaktiviert. Die Mutanten wurden für die Umsetzung von α-Ionon eingesetzt. Während mit der Integrationsmutante GMP450-27Q eine Umsetzung zu 3-Hydroxy-α-ionon stattfand, allerdings mit Nebenprodukt, konnte mit GMP450-27P keine selektive Hydroxylierung zu 3-Hydroxy-α-ionon nachgewiesen werden. Somit scheint P450-27P für die selektive Hydroxylierung von α-Ionon verantwortlich zu sein.
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    Erstellung einer Enzymbibliothek über gerichtete Evolution, Entwicklung von Assaysystemen zur Durchmusterung von Enzymbibliotheken auf Epoxidhydrolaseaktivität, Aufreinigung einer Epoxidhydrolase aus Streptomyces antibioticus
    (1999) Zocher, Frank; Schmid, Rolf (Prof. Dr.)
    Im Rahmen dieser Arbeit wurde versucht durch Methoden der zielgerichteten Mutagenese und der gerichteten Evolution aus einer Esterase aus Pseudomonas fluorescens und einer Lipase aus Bacillus thermocatenulatus eine Enzymvariante mit Epoxidhydrolaseaktivität zu erhalten. Um die katalytische Traide der Epoxidhydrolasen nachzuahmen wurde in beiden Enzymen das Serin im aktiven Zentrum gegen Asparaginsäure ausgetauscht und Mutationen über error-prone PCR eingeführt. Die Varianten wurden vereinzelt, die Bakterien in Mikrotiterplatten kultiviert und die Enzymvarianten exprimiert. Hierzu war die Entwicklung eines Assay notwendig. Als Assaysubstanzen fanden mit Chromophoren substituierte Epoxycarbonsäureester Verwendung. Dabei konnte bei diesen Varianten keine Epoxidhydrolaseaktivität nachgewiesen werden. Zum direkten Nachweis der Epoxidhydrolyse wurde ein Assay basierend auf der Reaktion von 4-(4´-Nitrobenyl)-pyridin mit einem Epoxid in Mikrotiterplatte entwickelt. Durch den Einsatz eines Lösungsvermittlers und Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte die Epoxidhydrolyse in Gegenwart von ganzen Mikroorganismen oder Rohextrakt nachgewiesen werden. Dabei konnten in den erzeugten Enzymbibliotheken keine Epoxidhydrolase gefunden werden, allerdings konnte innerhalb der Gattung der Streptomyceten Epoxidhydrolasen identifiziert werden. Der Stamm mit der höchsten Epoxidhydrolaseaktivität (S. antibioticus Tü4) wurde fermentiert und die Epoxidhydrolase teilweise aufgereinigt. Verschiedene Epoxide (Styroloxid, 1,2-Decanoxid und 2,3-Epoxy-3-phenyl-propionsäureethylester) wurden ganzen Zellen oder der angereinigten Epoxidhydrolase umgesetzt und die Umsetzungen gaschromatographisch verfolgt. Die Stabilität der Epoxidhydrolase in Gegenwart verschiedener Cosolventien wurde untersucht. Der Stamm zeigte eine hohe Aktivität gegenüber 2,3-Epoxy-3-phenyl-propionsäureethylester und eine moderate Enantioselektivität (E=13) bei der Racematspaltung von Styroloxid.