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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Amylasen mit einer erhöhten Waschleistung
in einer alkalischen Waschmittellösung bei niedriger Temperatur.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Für etliche
Jahre wurden die alpha-Amylaseenzyme für eine Vielzahl verschiedener
Zwecke verwendet, wobei die Wichtigsten die Stärkeliquefaktion, das Textilentschlichten,
die Stärkemodifikation
in der Papier- und Pulpe-Industrie und für das Brauen und Backen waren.
Eine weitere Verwendung von alpha-Amylasen, die zunehmend wichtig
wird, ist die Entfernung von Stärkeflecken
während
des Waschens bei alkalischem pH.
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Beispiele
kommerzieller alpha-Amylaseprodukte sind Termamyl®, BAN®,
und Fungamyl®,
die alle von Novo Nordisk A/S, Dänemark,
erhältlich
sind. Diese und ähnliche
Produkte von anderen kommerziellen Quellen besitzen ein saures bis
neutrales pH-Optimum, typischerweise im Bereich von pH 5 bis pH
7,5, und sie zeigen keine optimale Aktivität in Waschmittellösungen bei
alkalischem pH.
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WO
95/26397 offenbart eine alpha-Amylase aus einem Bacillus-Stammm,
der eine optimale Aktivität bei
pH 8 aufweist. WO 96/23873 beschreibt Varianten der Bacillus-Amylase
mit einer erhöhten
Leistung unter Waschbedingungen.
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Die
US 5,147,796 beschreibt
eine alkalische Pullulanase mit alpha-Amylase-Aktivität.
2b dieses Dokuments zeigt eine optimale
Amylase-Aktivität
bei pH 8–8,5.
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M.
Takagi et al., J. Ferment. Bioeng., Bd. 81, Nr. 6, 557-559 (1996)
beschreibt eine alkaliphile alpha-Amylase-Pullulanase aus Bacillus
sp. Das Enzym besitzt eine optimale Amylase-Aktivität bei pH
9, aber die Aktivität
fällt rapide
bei höherem
pH ab, und die Aktivität
bei pH 10 ist niedriger als bei pH 7.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, neue alpha-Amylasen mit
einer erhöhten
Leistung in alkalischen Lösungen
bereitzustellen, insbesondere in einer alkalischen Waschmittellösung bei
einem pH von etwa 9–11.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine alpha-Amylase bereit, die ist:
- a) ein Polypeptid, das durch den Bacillus sp
NCIMB 40916 erzeugt wird, oder
- b) ein Polypeptid mit einer Aminosäuresequenz, wie sie in den
Positionen 1-556 der SEQ ID NO: 2 gezeigt ist, oder
- c) ein Polypeptid, das durch den alpha-Amylase kodierenden Teil
der DNA-Sequenz kodiert wird, der in ein in Escherichia coli DSM
13001 vorliegendem Plasmid kloniert ist, oder
- d) ein Analog des in (a) oder (b) definierten Polypeptides,
das
i) mindestens 60% homolog mit dem Polypeptid ist, oder
ii)
von dem Polypeptid durch Substitution, Deletion und/oder Insertion
einer abgeleitet
ist mit der Maßgabe, dass das Polypeptid
keine Aminosäuresequenz,
wie sie in den Positionen 32-532 der SEQ ID NO: 2 gezeigt ist, wie
sie in der WO 99/42567 offenbart ist, oder ein Analog davon aufweist,
das zu mindest 60% homolog mit dem Polypetid ist.
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In
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung eine alpha-Amylase bereit,
die eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:
- – eine
Aktivität
bei einem pH von 10,5, die mindestens zwei mal höher ist als die Aktivität bei pH
7,3, wenn bei 37° gemessen
wird,
- – eine
Aktivität
bei pH 9,5, die mindestens viermal höher ist als die Aktivität bei pH
7,3, wenn bei 37°C
gemessen wird,
- – einen
optimalen pH von etwa 9,5, wenn bei 37°C gemessen wird,
- – eine
Thermostabilität,
so dass sie mehr als 90% ihrer Aktivität nach 20 Minuten Inkubation
bei 25°C
in einer Lösung
von 3 g/l Testwaschmittel beibehält,
das 20% STPP, 25% Na2SO4,
15% Na2CO3, 20%
LAS, 5% C12-C15-Alkoholethoxylat, 5% Na2Si2O5, 0,3% NaCl bei
pH 10,5 und 6 Deutsche Härtegrade
aufweist, und weniger als 90% ihrer Aktivität nach 20 Minuten Inkubation
bei 30°C
in der gleichen Lösung
beibehält,
- – ein
Molekulargewicht von etwa 55 kDa, wenn es mittels SDS-PAGE bestimmt
wird,
- – einen
isoelektrischen Punkt von etwa 5, wenn er durch isoelektrisches
Fokussieren bestimmt wird.
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Die
Erfindung stellt auch eine isolierte DNA-Sequenz bereit, die eine
alpha-Amylase kodiert, wobei die apha-Amylase die vorstehend beschriebene
ist, oder wobei die DNA-Sequenz umfasst:
- a)
die DNA-Sequenz, die in den Positionen 94-1764 der SEQ ID NO: 1
gezeigt ist, oder
- b) ein Analog der in a) definierten Sequenz, das
i) zu
mindestens 60% homolog mit der DNA-Sequenz ist, oder
ii) mit
der DNA-Sequenz bei mindestens 55°C
hybridisiert,
mit der Maßgabe, dass die DNA-Sequenz
keine DNA-Sequenz, wie sie in den Positionen 94-1569 der SEQ ID NO: 2 gezeigt ist, wie
sie in der WO 99/42567 offenbart ist, oder ein Analog davon aufweist,
das zu mindest 60% homolog mit dem Polypetid ist.
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Andere
Aspekte der Erfindung stellen einen rekombinanten Expressionsvektor
bereit, der die DNA-Sequenz umfasst, und eine Zelle, die mit der
DNA-Sequenz oder dem rekombinanten Expressionsvektor transformiert
ist.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer alpha-Amylase
bereit, in dem die Zelle kultiviert wird, und eine Waschmittelzusammensetzung,
die die alpha-Amylase enthält.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter unter Bezugnahem auf die begleitenden
Figuren veranschaulicht, wobei
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1 ein
pH-Aktivitätsprofil
der Amylase aus NCIMB 40916 verglichen mit zwei Amylasen des Standes
der Technik (SP722 und Termamyl) zeigt,
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2 ein
Temperaturaktivitätsprofil
der Amylase aus NCIMB 40916 zeigt,
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3 die
Stabilität
der Amylase aus NCIMB 40916 nach der Inkubation bei verschiedenen
Temperaturen zeigt,
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4 den
in Beispiel 1 beschriebenen Klonierungsvektor pSJ1678 zeigt, und
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5 und 6 die
Ergebnisse von Waschtests in Beispiel 4 zeigen.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mikrobenquellen
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Die
alpha-Amylase der Erfindung kann aus einem Stamm des Bacillus stammen.
Ein bevorzugter Stamm is Bacillus sp NCIMB 40916. Dieser Stamm wurde
am 28. Januar 1998 von den Erfindern unter den Bedingungen des Budapester
Vertrages über
die internationale Anerkennung der Hinterlegung von Mikroorganismen
zum Zweck von Patentverfahre beim National Collections of Industrial
and Marine Bacteria Limited (NCIMB), 23 St. Machar Drive, Aberdeen
AB2 1RY, Schottland, Vereinigtes Königreich hinterlegt. Ein mit NN049489
bezeichneter Escherichia coli-Stamm, der das alpha-Amylase-Gen enthielt,
das in SEQ ID NO: 1 gezeigt ist, das in das Plasmid pJA386 kloniert
ist, wurde am 7. August 1999 unter den Bedingungen des Budapester
Vertrages bei der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen
(DSMZ), Mascheroder Weg 1b, D-38124 Braunschweig, DE ebenfalls hinterlegt
und die Zugangsnummer DSM 13001 zugeteilt.
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Produktion der alpha-Amylase
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Die
alpha-Amylase der Erfindung kann durch Kultivieren eines geeigneten
alpha-Amylase produzierenden Stamms von Bacillus oder der transformierten
Wirtszelle der Erfindung in einem geeigneten Nährmedium und Gewinnen der alpha-Amylase
aus dem Kulturmedium hergestellt werden.
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Das
Medium, das verwendet wird, um die Zellen zu kultivieren, kann jedes
konventionelle Medium sein, das für das Wachsen der in Rede stehenden
Wirtszelle und dem Erreichen einer Expression der alpha-Amylase
der Erfindung geeignet ist. Geeignete Medien sind von kommerziellen
Lieferanten erhältlich
oder können
nach veröffentlichten
Rezepten (z.B. wie sie im Katalog der American Type Culture Collection
veröffentlicht
sind) hergestellt werden.
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Die
alpha-Amylase, die von den Wirtszellen sekretiert werden, kann üblicherweise
aus dem Kulturmedium durch gut bekannte Verfahren gewonnen werden,
einschließlich
Trennen der Zellen aus dem Medium durch Zentrifugation oder Filtration
und Präzipitieren
proteinartiger Komponenten des Mediums mittels eines Salzes, wie
z.B. Ammoniumsulfat, gefolgt von der Verwendung chromatographischer
Verfahren, wie Ionenaustauschchromatographie,, Affinitätschromatographie
oder dergleichen.
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Eigenschaften der alpha-Amylase
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Eine
bevorzugte alpha-Amylase stammt vom Bacillus sp. NCIMB 40916. Sie
kann wie in den Beispielen beschrieben hergestellt werden. Die Aminosäuresequenz
in voller Länge
der Amylase und die DNA, die sie kodieren, sind in den SEQ ID NO:
1 und 2 dargestellt. Die folgenden Eigenschaften wurden für die Amylase der
Erfindung gefunden (gereinigte alpha-Amylase aus NCIMB 40916):
Ein Molekulargewicht
von etwa 55 kDa, wenn sie mit SDS-PAGE unter Verwendung eines Novex
4–25%
Gradientengels bestimmt wurde.
Ein pI von etwa 5 wurde durch
isoelektrisches Fokussieren (Ampholine PAG, pH 3,5–9,5) bestimmt.
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Eine
pH-Aktivitätskurve
ist in 1 gezeigt, wobei die Aktivität bei pH 7,3 als 100% genommen
wurde. Sie wurde bestimmt unter Verwendung des Phadebas-Assays,
wobei 50 mM Britten-Robinson-Puffer verwendet wurden, der auf verschiedene
pH-Werte eingestellt wurde. Als Referenz wurden die pH-Profile von
zwei Bacillus-Amylasen des Standes der Technik (Termamyl, die von
B. licheniformis stammt, und SP722, die nach WO 95/26397 hergestellt
wurde) unter den gleichen Bedingungen gemessen und sind auch in
der 1 gezeigt. 1 zeigt,
dass die Amylase der Erfindung die etwa 10 mal höhere Aktivität als die
beiden Amylasen des Standes der Technik bei pH 9,5 besitzt. 1 zeigt
auch, dass die optimale Aktivität
bei etwa pH 9,5 liegt.
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Eine
Temperaturaktivitätskurve
wurde unter Verwendung des Phadebas-Assays bei verschiedenen Temperaturen
mit 50 mM Britten-Robinson-Puffer gemessen, der auf pH 9,5 eingestellt
war. Die Ergebnisse sind in 2 dargestellt.
Es kann von 2 gesehen werden, dass die Amylase
der Erfindung eine optimale Aktivität bei etwa 55°C aufweist.
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Die
Stabilität
der Amylase wurde bei pH 10,5 (50 mM CAPS) bei 22, 37, 45, 55 und
65°C nach
30 Minuten Inkubation gemessen. Das Enzym wurde auf 40 NU/ml im
Puffer verdünnt,
und Proben von 25 Mikrolitern wurden bei den entsprechenden Temperaturen
inkubiert. Nach 30 Minuten wurden die Proben mit Eis abgeschreckt,
und die verbleibende Aktivität
wurde bestimmt. Ein Stabilitätsprofil
der Amylase der Erfindung und einer Amylase des Standes der Technik
(SP722) ist in 3 gezeigt.
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Sie
Stabilität
wurde durch Inkubation von 40 NU/ml der Amylase in einer Lösung von
3 g/l des A/P-Modellwaschmittels, wie es vorstehend beschrieben
wurde, bei pH 10,5 und 6°dH
(Deutsche Härte,
Ca:Mg 2:1) getestet. Nach der Inkubation wurde die verbleibende
Aktivität
durch Phadebas bei pH 7,3 gemessen. Die Ergebnisse waren 95% verbleibende
Aktivität
nach der Inkubation bei 25°C,
und 87% bei 30°C.
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Homologie des Polypeptides und der DNA-Sequenz
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Die
Aminosäuresequenzhomologie
kann als Grad der Identität
zwischen den zwei Sequenzen bestimmt werden, die eine Abweichung
der ersten Sequenz von der zweiten zeigt. Die Homologie kann in
geeigneter Weise mittels eines auf dem Gebiet bekannten Computerprogramms
bestimmt werden. Somit kann FASTA, das in der GCG-Version 8 (Needleman
S.B. und Wunsch, C.D., (1970), Juornal of Molecular Biology, 48, 443-453)
verwendet werden, wobei die folgenden Einstellungen benutzt werden:Scoring-Matrix:
GenRunData:blosum50.cmp, variabler Pamfaktor, der Gap-Creation-Penalty
verwendet: 12, Gap-Extension-Penalty: 2.
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Die
Aminosäuresequenz
zeigt einen Identitästgrad
von mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 70% und bevorzugter
mindestens 80%, und insbesondere mindestens 90%, oder mindestens
95%, noch spezieller mindestens 97% oder mindestens 99% mit der
Aminosäuresequenz,
die in den Positionen 1-556 der SEQ ID NO: 2 gezeigt ist.
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Die
DNA-Sequenzhomologie kann als der Grad der Identität zwischen
zwei Sequenzen bestimmt werden, die eine Abweichung der ersten Sequenz
von der zweiten Sequenz zeigt. Die Homologie kann in geeigneter
Weise mittels auf dem Gebiet bekannter Computerprogramme bestimmt
werden, wie das GAP, das in dem GCG-Programmpacket (vorstehend beschrieben)
bereitgestellt wird. Somit kann GAP GCGv8 mit den folgenden Defaultparametern
verwendet werden: GAP-Creation-Penalty von 5,0 und GAP-Extension-Penalty von 0,3,
Default-Scoring-Matrix. GAP verwendet die Methode von Needleman/Wunsch/Sellers,
um Alignments zu erzeugen.
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Das
DNA-Konstrukt der vorliegenden Erfindung umfasst eine DNA-Sequenz,
die eine Identitätsgrad besitz
von vorzugsweise mindestens 60%, vorzugsweise mindestens 70%, bevorzugter
mindestens 80%, insbesondere mindestens 90% oder mindestens 95%,
noch spezieller mindesten 97% oder mindestens 99% mit der Nucleinsäuresequenz,
die in den Postitionen 94–1764
der SEQ ID NO: 1 dargestellt ist.
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Hybridisierung
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Die
Hybridisierung wird verwendet um anzuzeigen, dass eine gegebenen
DNA-Sequenz analog zu einer Nucleionsäuresonde ist, die der SEQ ID
NO: 1 entspricht. Die Hybridisierungsbedingungen sind im Detail nachfolgend
beschrieben.
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Geeignete
Bedingungen zur Bestimmung der Hybridisierung zwischen einer Nucleotidsonde
und einer homologen DNA- oder RNA-Sequenz umfassen das Vor-Einweichen
des Filters, der die DNA-Fragmente oder die RNA enthält, um zu
hybridisieren, mit 5 × SSC
(Standard Saline Citrat) währen
mit Minuten, und Prähybridisieren
des Filters in einer Lösung
von 5 × SSC
(Sambrook et al. 1989), 5 × Denhardt's Lösung (Sambrook
et al. 1989), 0,5% SDS und 100 microgram/ml denaturierter beschallter
Lachsspermien-DNA (Sambrook et al 1989), gefolgt von der Hybridiesierung
in der gleichen Lösung
mit zufällig
geprimten (Feinberg, A.P. und Vogelstein, B: (1983) Anal. Biochem.
132:6-13), 32P-dCTP-markierter (spezifische
Aktivität > 1 × 109 cpm/microgram)
Sonde für
12 Stunden bei etwa 45°C.
Der Filter wird dann 2 mal für
30 Minuten in 2 × SSC,
0,5% SDS bei einer Temperatur von mindestens 55°C, bevorzugter mindestens 60°C, noch bevorzugter
mindestens 65°C und
sogar noch bevorzugter mindestens 70°C, speziell 75°C gewaschen.
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Moleküle, an die
die Oligonucleotidsonden unter diesen Bedingungen hybridisieren,
werden unter Verwendung einer Röntgenfilms
nachgewiesen.
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Rekombinanter Expressionsvektor
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Der
Expressionsvektor der Erfindung umfasst typischerweise Kontrollsequenzen,
die einen Promotor, einen Operator, eine Ribosomenbindungsstelle,
ein Translationsinitiationssignal und ggf. ein Repressorgen oder
verschiedene Aktivatorgene kodieren.
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Der
rekombinante Expressionsvektor, der die DNA-Sequenz trägt, die
die alpha-Amylase der Erfindung kodiert, kann jeder Vektor sein,
der üblicherweise
rekombinanten DNA-Verfahren unterzogen werden kann, und die Wahl
des Vektors wird oft von der Wirtszelle abhängen, in die er eingeführt werden
soll. Somit kann der Vektor ein autonom replizierender Vektor sein,
d.h. ein Vektor, der als extrachromosomale Entität existiert, dessen Replikation
unabhängig
von der chromosomalen Replikation ist, z.B. ein Plasmid, ein Bakteriophage
oder ein extrachromosomales Element, Minichromosom oder ein artifizielles
Chromosom. Alternativ kann der Vektor einer sein, der, wenn er in
die Wirtszelle eingeführt
wird, in das Genom der Wirtszelle integriert und zusammen mit dem/den
Chromosomen, in das er integriert wurde, repliziert wird.
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In
dem Vektor sollte die DNA-Sequenz operativ mit einer geeigneten
Promotorsequenz verbunden sein. Der Promotor kann jede DAN-Sequenz
sein, die eine transkriptionale Aktivität in der Wirtszelle der Wahl aufweist,
und kann von Genen abgeleitet werden, die Proteine entweder homolog
oder heterolog zur Wirtszelle kodieren. Beispiele geeigneter Promotoren
zum Lenken der Transkription der DNA-Sequenz, die die alpha-Amylase
der Erfindung kodiert, insbesondere in einem bakteriellen Wirt,
sind die Promotoren des lac-Operon
von E.coli, die Streptomyces coelicolor agarase-Gen dagA-Promotoren,
die Promotoren des Bacillus licheniformis alpha-Amylase-Gens (amyL),
die Promotoren des Bacillus stearothermophilus amltogenic-Amylase-Gens
(amyM), die Promotoren der Bacillus amyloliquefaciens alpha-Amylase
(amyQ), die Promotoren des Bacillus subtilis xylA- und xylB-Gens
usw. Für
die Transkription in einem Pilzwirt sind Beispiele geeigneter Promotoren
die, die von dem Gen abgeleitet sind, die A.oryzae TAKA-Amylase,
Rhizomucor miehei-Aspartinprotease,
A. niger neutral-alpha-Amylase, A. niger-säurestabile alpha-Amylase, A.
niger-Glucoamylase, Rhizomucor miehei-Lipase, A. oryzae-alklische
Protease, A. oryzae-Triose-Phosphatisomerase
oder A. nidulans-Acetamidase kodieren.
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Der
Expressionsvektor der Erfindung kann auch einen geeigneten Transkriptionsterminator
und in Eukaryoten eine Polyadenylationssequenz aufweisen, die operativ
mit der DNA- Sequenz
verbunden sind, die die alpha-Amylase der Erfindung kodiert. Die
Terminations- und Polyadenylations-Sequenz kann geeigneterweise von
der gleichen Quelle wie der Promotor stammen.
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Der
Vektor kann weiterhin eine DNA-Sequennz umfassen, die den Vektor
befähigt,
in der in Rede stehenden Wirtszelle zu replizieren. Beispiele solcher
Sequenzen sind die Replikationsursprünge der Plasmide pUC19, pACYC177,
pUB110, pE194, pAMB1 und pIJ702.
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Der
Vektor kann auch einen selektierbaren Marker umfassen, z.B. ein
Gen, dessen Produkt einen Defekt in der Wirtszelle komplementiert,
wie das dal-Gen aus B. subtilis oder B. licheniformis oder eines,
das eine Antibiotikaresistenz verleiht, wie Ampicillin-, Kanamycin-,
Chloramphenicol- oder Tetracyclin-Resistenz. Weiterhin kann der
Vektor einen Aspergillus-Selektionsmarker
umfassen, wie amdS, argB, niaD und sC, einen Marker zur Bildung
einer Hygromycin-Resistenz, oder die Selektion kann durch die Co-Transformation
bewerkstelligt werden, wie z.B. in der WO 91/17243 beschrieben.
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Während die
intrazelluläre
Expression in mancher Hinsicht vorteilhaft sein kann, z.B. wenn
bestimmte Bakterien als Wirtszellen verwendet werden, ist es allgemein
bevorzugt, dass der Expressionsvektor extrazellulär vorliegt.
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Verfahren,
die zur Konstruktion von Vektoren der Erfindung geeignet sind, die
eine alpha-Amylase
kodieren, und die Promotor, Terminator bzw. andere Elemente enthalten,
sind dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt (vgl. z.B. Sambrook
et al. (1989)).
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Wirtszellen
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Die
Zelle der Erfindung, die entweder ein DNA-Konstrukt oder einen Expressionsvektor
der Erfindung enthält,
wie sie vorstehend definiert sind, wird vorteilhafterweise als Wirtszelle
in der rekombinanten Herstellung der alpha-Amylase der Erfindung
verwendet. Die Zelle kann mit dem DNA-Konstrukt der Erfindung transformiert
sein, die die Amylase kodiert, üblicherweise
durch Integrieren des DNA-Konstukts (in einer oder mehreren Kopien)
in das Wirtschromosom. Diese Integration wird im Allgemeinen als
Vorteil angesehen, da die DNA-Sequenz
eher stabil in der Zelle bleibt. Die Integration des DNA-Konstrukts
in das Wirtschromosom kann nach üblichen
Verfahren durchgeführt
werden, z.B. durch homologe oder heterologe Rekombination. Alternativ kann
die Zelle mit einem Expressionsvektor wie er vorstehend in Verbindung
mit verschiedenen Typen von Wirtszellen beschrieben ist.
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Die
Zelle der Erfindung kann eine Zelle eines höheren Organismus sein, wie
ein Säuger
oder ein Insekt, aber sie ist vorzugsweise eine mikrobielle Zelle,
z.B. eine Bakterien- oder ein Pilz-(einschließlich eine Hefe-)Zelle.
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Beispiele
der bakteriellen Wirtszelle, die nach Kultivierung in der Lage sind,
das Enzym der Erfindung zu produzieren, sind gram-positive Bakterien,
wie Stämme
von Bacillus, wie Stämme
von B. subtilis, B. licheniformis, B. lentus, B. clausii, B. brevis,
B. stearothermophilus, B. alkalophilus, B. amyloliquefaciens, B.
coagulans, B. circulans, B. lautus, B. megaterium oder B. thuringiensis,
oder Stämme
von Streptomyces, wie S. lividans oder S. murinus, oder gram-negative
Bakterien, wie Escherichia coli. Die Transformation der Bakterien kann
durch Protoplastentransformation, Elektroporation, Konjugation oder
durch Verwendung kompetenter Zellen in einer an sich bekannten Art
(vgl. Sambrool et al., supra) bewirkt werden.
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Die
Hefeorganismen können
günstigerweise
ausgewählt
werden von einer Spezies von Saccharomyces oder Schizosaccharomyces,
z.B. Saccharomyces cervesiae. Der filamentöse Pilz kann vorteilhafterweise zu
einer Spezies von Aspergillus gehören, z.B. Aspergillus oryzae
oder Aspergillus niger. Pilzzellen können durch Verfahren transformiert
werden, die die Protoplastbildung und die Transformation des Protoplasten
gefolgt von der Regeneration der Zellwand in einer an sich bekannten
Art umfassen. Ein geeignetes Verfahren zur Transformation von Aspergillus-Wirtszellen
ist in
EP 238 023 beschrieben.
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Industrielle Anwendung
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Wegen
ihrer Aktivität
bei alkalischen pH-Werten sind die alpha-Amylasen der Erfindung
gut geeignet für
die Verwendung in einer Vielzahl industrieller Prozesse, insbesondere
findet das Enzym potentielle Verwendung als Komponente in Waschmitteln,
z.B. Haushaltswaschmitteln und Waschmittelzusammensetzungen zur Reinigung
harter Oberflächen,
aber es kann auch zur Herstellung von Süßungsmitteln und von Ethanol
aus Stärke
eingesetzt werden. Somit kann es in konventionellen Stärkeumwandlungsprozessen, wie
die Liquefactions- und Saccharifications-Prozesse, die in dem US-Patent
3,912,590 und den EP-Patentveröffentlichungen Nrs.
252,730 und 63,909 beschrieben sind, verwendet werden.
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Die
alkalische alpha-Amylase der Erfindung kann auch bei der Herstellung
von Lignocellulosematerial, wie Pulpe, Papier und Karton, aus mit
Stärke
verstärktem
Abfallpapier und -Karton verwendet werden, insbesondere wenn das
Aufschließen
bei einem pH von über
7 auftritt und wo Amylasen den Abbau des Abfallmaterials durch den
Abbau der verstärkenden
Stärke
erleichtern kann. Die alpha-Amylase der Erfindung ist insbesondere
in einem Verfahren zur Herstellung einer Pulpe zur Papierherstellung
aus Stärke-beschichtetem Papier
geeignet. Der Prozess kann wie in der WO 95/14807 beschrieben durchgeführt werden,
der folgende Schritte umfasst:
- a) Abbau des
Papiers, um Pulpe herzustellen,
- b) Behandeln mit einem Stärke-abbauenden
Enzym vor, während
oder nach dem Schritt a), und
- c) Trennen von Druckfarbepartikeln aus der Pulpe nach den Schritten
a) oder b).
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Die
alpha-Amylasen der Erfindung können
auch beim Modifizieren von Stärke
sehr nützlich
sein, wo enzymatisch modifizierte Stärke bei der Papierherstellung
zusammen mit einem alkalischen Füllstoff,
wie Calciumcarbonat, Kaolin und Ton, verwendet wird. Mit der alkalischen
alpha-Amylase der Erfindung wird es möglich, die Stärke in Gegenwart
des Füllstoffs
zu modifizieren, was einen einfacheren integrierten Prozess erlaubt.
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Die
alpha-Amylase der Erfindung kann auch beim Entschlichten von Textilien
sehr nützlich
sein. In der textilverarbeitenden Industrie werden alpha-Amylasen
traditionell als Hilfsstoffe beim Entschlichten eingesetzt, um die
Entfernung der Stärke-haltigen
Schlichte zu erleichtern, die als Schutzüberzug auf Schußgarnen
während
des Webens dienen. Die vollständige
Entfernung des Schlichteüberzugs
nach dem Weben ist wichtig, um optimale Ergebnisse in den nachfolgenden
Prozessen zu erhalten, in denen das Gewebe gewaschen, gebleicht
und gefärbt
wird. Der enzymatische Stärkeabbau
ist bevorzugt, da er keinen schädlichen
Effekt auf das Fasermaterial ausübt.
Um die Verarbeitungskosten zu vermindern und den Walkdurchsatz zu
erhöhen
wird der Entschlichtungsprozess manchmal mit den Wasch- und Bleichschritten
kombiniert. In einem solchen Fall werden nicht enzymatische Hilfsmittel,
wie Alkali oder Oxidationsmittel, typischerweise verwendet, um die
Stärke abzubauen,
da traditionelle alpha-Amylasen nicht sehr verträglich mit hohen pH-Werten und
Bleichmitteln sind. Der nicht enzymatische Abbau der Stärkeschlichte
führt zu
einigen Faserschäden,
da ziemlich aggressive Chemikalien verwendet werden. Dementsprechend
wäre es
wünschenswert,
die alpha-Amylase der Erfindung zu benutzen, da sie eine erhöhte Leistung
in alkalischen Lösungen
aufweist. Die alpha-Amylasen können
alleine oder in Kombination mit einer Cellulase verwendet werden,
wenn Cellulose-haltiges Gewebe oder Textilien entschlichtet werden.
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Die
alpha-Amylasen der Erfindung könne
auch bei Bierproduktionsverfahren sehr nützlich sein; die alpha-Amylase
wird typischerweise während
des Maischverfahrens zugegeben.
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Waschmittelzusammensetzung
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Gemäß der Erfindung
kann die alpha-Amylase typischerweise der Bestandteil einer Waschmittelzusammensetzung
sein, z.B. eine Haushaltswaschmittelzusammensetzung. Als solche
kann sie in einer Waschmittelzusammensetzung in Form eines nicht
staubenden Granulats, einer stabilisierten Flüssigkeit oder einer geschützten Enzyms
enthalten sein. Nicht staubende Granulate können z.B. wie in
US 4,106,991 und 4,661,452 (beide
für Novo
Industries A/S) beschrieben hergestellt werden, und sie können optional
mittels auf dem Gebiet bekannter Verfahren überzogen sein. Beispiele der
Wachsüberzugsmaterialien
sind Poly(ethylenoxid)-Produkte (Polyethylenglycol, PEG) mit einem
mittleren Molekulargewicht von 1 000 bis 20 000; ethoxylierte Nonylphenole
mit von 16 bis 50 Ethylenoxideinheiten; ethoxylierte Fettalkohole,
in denen der Alkohol von 12 bis 20 Kohlenstoffatome enthält und in
denen 15 bis 80 Ethylenoxideinheiten vorliegen; Fettalkohole; Fettsäuren, und
Mono-, Di- und Triglyceride
von Fettsäuren.
Beispiele der filmbildenden Beschichtungsmaterialien, die für die Anwendung
in Wirbelschichttechniken geeignet sind, sind in dem Patent
GB 14 835 91 angegeben.
Flüssigenzympräparationen
können
z.B. durch Zugabe eines Polyols, wie Propylenglycol, Zucker oder Zuckeralkohol,
Milchsäure
oder Borsäure
gemäß eingeführten Verfahren
stabilisiert werden. Andere Enzymstabilisierer sind auf dem Gebiet
gut bekannt. Geschützte
Enzyme können
nach dem in der
EP 238 216 offenbaren
Verfahren hergestellt werden.
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Die
Eigenschaften der alpha-Amylase der Erfindung macht sie insbesondere
geeignet zur Verwendung in alkalischen Detergenzien, z.B. bei pH
9,5–10,5
und für
das Waschen bei niedrigen Temperaturen, z.B. 20 bis 40°C.
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Die
Waschmittelzusammensetzung der Erfindung kann in jeder herkömmlichen
Form, z.B. als Pulver, Granulate, Pasten oder Flüssigkeiten vorliegen. Ein Flüssigwaschmittel
kann wässrig,
typischerweise mit bis zu 70% Wasser und 0–30% organischem Lösungsmittel,
oder nicht wässrig
sein.
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Die
Waschmittelzusammensetzung umfasst ein oder mehrere Tenside, wobei
jedes davon anionisch, nicht ionisch, kationisch oder amphoterisch
(zwitterionisch) sein kann. Das Waschmittel wird üblicherweise
bis zu 0–50%
anionisches Tensid enthalten, wie lineares Alkylbenzolsulfonat (LAS),
alpha-Olefinsulfonat (AOS), Alkylsulfat (Fettalkoholsulfat) (AS),
Alkoholethoxysulfat (AEOS oder AES), sekundäres Alkansulfonat (SAS), alspha-Sulfofettsäuremethylester,
Alkyl- oder Alkenylsuccinsäure
oder Seife. Es kann auch 0–40%
nicht ionisches Tensid enthalten, wie Alkoholethoxylat (AEO oder
AE), Alkoholpropoxylat, carboxyliertes Alkoholethoxylat, Nonylphenolethoxylat,
Alkylpolyglykosid, Alkyldimethylaminoxid, ethoxyliertes Fettsäuremonoethynolamid,
Fettsäuremonoethanolamid
oder Polyhydroxyalkylfettsäureamid
(z.B. wie in der WO 92/06154 beschrieben).
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Die
Waschmittelzusammensetzung kann zusätzlich ein oder mehrere andere
Enzyme umfassen, wie Pullulanase, Esterase, Lipase, Cutinase, Protease,
Cellulase, Peroxidase oder Oxidase, z.B. Laccase.
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Normalerweise
enthält
das Waschmittel 1–65%
eines Gerüststoffs
oder eines Komplexierungsmittels, wie einen Zeolit, ein Diphosphat,
ein Triphosphat, ein Phosphonat, ein Citrat, eine Nitrilotriessigsäure (NTA), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
Diethylentriaminpentaessigsäure
(DTMPA), eine Alkyl- oder Alkenylsuccinsäure, lösliche Silikate oder Schichtsilikate
(z.B. SKS-6 von Hoechst).
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Der
Gerüststoff
kann in Phosphor-haltige und nicht Phosphor-haltige Arten unterteilt
werden. Beispiele Phosphor-haltiger anorganischer alkalischer Gerüststoffe
umfassen wasserlösliche
Salze, insbesondere Alkalimetallpyrophosphate, Orthophosphate, Polyphosphate
und Phosphonate. Beispiele nicht Phosphor-haltiger anorganischer
Gerüststoffe
umfassen wasserlösliche
Alkalimetallcarbonate, Borate und Silikate sowie Schichtdisilikate
und die verschiedenen wasserunlöslichen
kristallinen oder amorphen Alumosilikate, von denen die Zeolite
die am besten bekannten Vertreter sind.
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Beispiele
der geeigneten organischen Gerüststoffe
umfassen Alkalimetalle, Ammoniumsalze oder substituierte Ammoniumsalze
von Succinaten, Malonaten, Fettsäuremalonaten,
Fettsäuresulfonaten,
Carboxymethoxysuccinaten, Polyacetaten, Carboxylaten, Polycarboxylaten,
Aminopolycarboxylaten und Polyacetylcarboxylaten. Das Waschmittel
kann auch unaufgebaut („unbuilt") sein, d.h. um wesentlichen
frei an einem Gerüststoff,
sein.
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Das
Waschmittel kann ein oder mehrere Polymere umfassen. Beispiele sind
Carboxymethylcellulose (CMC), Poly(vinylpyrrolidon) (PVP), Polyethylenglycol
(PEG), Poly(vinylalcohol) (PVA), Polycarboxylate, wie Polyacrylate,
Polymaleate, Malein/Acrylsäure-Copolymere
und Laurylmethacrylat/Acrylsäure-Copolymere.
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Die
Waschmittelzusammensetzung kann Bleichmittel des Chlor/Brom-Typs
oder des Sauerstoff-Typs enthalten. Das Bleichmittel kann beschichtet
oder verkapselt sein.
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Beispiele
des anorganischen Bleichmittels vom Chlor/Brom-Typ sind Lithium-,
Natrium- oder Calciumhypochlorit
oder -hypobromit sowie chlorinierte Trinatriumphosphate. Beispiele
des organischen Bleichmittels vom Chlor/Brom-Typ sind heterocyclische
N-Brom- und N-Chlorimide,
wie Trichlorisocyanursäure,
Tribromisocyanursäure,
Dibromisocyanursäure
und Dichlorisocyanursäure
und Salze davon mit wasserlöslichen
Kationen, wie Kalium und Natrium. Hydantoin-Verbindungen sind auch
geeignet. Das Bleichsystem kann auch Peroxysäuren vom z.B. Amid-, Imid-
oder Sulfon-Typ umfassen.
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Das
Bleichmittel vom Sauerstoff-Typ kann ein anorganisches Persalz sein,
vorzugsweise mit einem Bleichaktivator, oder eine Peroxysäure-Verbindung.
Beispiele der organischen Persalze sind Alkalimetallperborate, sowohl
Tetrahydrate als auch Monohydrate, Alkalimetallpercarbonate, Persilicate
und Perphosphate. Der Aktivator kann Tetraacetylethylendiamin (TAED)
oder Nonanoyloxybenzolsulfonat (NOBS) sein.
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Die
Enzyme der Waschmittelzusammensetzung der Erfindung können unter
Verwendung herkömmlicher
Stabilisierungsmittel, z.B. einem Polyol, wie Propylenglycol oder
Glycerol, Zucker oder Zuckeralkohol, Milchsäure, Borsäure oder einem Borsäurederivat,
wie z.B. einen aromatischen Boratester, stabilisiert werden, und
die Zusammensetzung kann wie in der WO 92/19709 und WO 92/19708
beschrieben formuliert werden. Die Enzyme der Erfindung können auch
durch Zugabe reversibler Enzyminhibitoren, z.B. eines Proteintyps
wie in der
EP 0 544
777 B1 beschrieben stabilisiert werden.
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Das
Waschmittel kann auch einen anderen konventionellen Waschmittelbestandteil
enthalten, wie z.B. einen Gewebezusatzstoff („fabric conditioner"), einschließlich Ton,
Entflockungsmaterial, Schaumbooster, schaumunterdrückenden
Zusatz, seifenschaumunterdrückenden
Zusatz, Antikorrosionsmittel, Flecken-suspendierende Mittel, Anti-Flecken-Redispositionsmittel,
Farbstoffe, dehydratisierende Mittel, Baktericide, optische Aufheller
oder Parfüme.
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Der
pH (gemessen in wässriger
Lösung
bei Anwendungskonzentrationen) wird üblicherweise neutral oder alkalisch
sein, z.B. im Bereich von 7–11.
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Insbesondere
kann die alpha-Amylase der Erfindung in irgendeiner der in der WO
96/23873 beschriebenen Waschmittelformulierungen vorliegen.
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Die
alpha-Amylase der Erfindung kann in Konzentrationen vorliegen, die üblicherweise
in Waschmitteln eingesetzt werden. Es wird gegenwärtig ins
Auge gefasst, dass in der Waschmittelzusammensetzung der Erfindung
die alpha-Amylase in einer Menge zugegeben werden kann, die 0,00001–1 mg (berechnet
als reines Enzymprotein) der alpha-Amylase pro Liter Waschflüssigkeit
entspricht.
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Die
vorliegende Erfindung wir weiter in den folgenden Beispielen beschrieben,
die nicht dazu gedacht sind, in irgendeiner Weise den Umfang der
Erfindung, wie sie beansprucht wird, einzuschränken.
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BEISPIELE
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Wirtsorganismus:
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Escherichia
coli SJ2 wird in Diderichsen, B., Wedsted, U., Hedegaard, L., Jensen,
B.R., Sjoholm, C. (1990) Journal of Bacteriology, Bd. 172, Nr. 8,
Seiten 4315-4321 beschrieben.
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Plasmide:
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Der
Genbankvektor war pSJ1678, der weiter in der WO 04/19454 offenbart
ist, die durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Der
Genbankvektor pSJ1678 wird weiter in der WO 94/19454 offenbart,
die durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Modellwaschmittel:
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Das
A/P (Asien/Pazifik)-Modellwaschmittel hat die folgende Zusammensetzung:
20% STPP (Natriumtripolyphosphat), 25% Na2SO4, 15% Na2CO3, 20% LAS (lineares Alkylbenzolsulfonat,
Nanso 80S), 5% C12-C15-Alkoholethoxylat
(Dobanol 25-7), 5% Na2Si2O5, 0,3% NaCl.
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Beispiel 1
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Klonieren der alpha-Amylase in E.coli
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DNA
wurde vom Bacillus sp. NCIMB 40916 mittels des Verfahrens von Pitcher,
D.G., Saunders, N.A. und Owen, R.J. (1989) Lett. Appl. Microbiol.,
8, 151-156 isoliert. Chromosomale DNA wurde partiell mit dem Restriktionsenzym
Sau3AI verdaut. Fragmente wurden in die BamHI-Stelle des Klonierungsvektors
pSJ1678 kloniert, wie in 4 dargestellt, und in Escherichia
coli SJ2 transformier, wodurch eine Genbibliothek von Bacillus sp.
NCIMB 40916 kreiert wurde.
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Diese
Genbibliothek wurde hinsichtlich der alpha-Amylase-Aktivität gescreent,
und der Stamm, der eine alpha-Amylase-Aktivität zeigt, wurden als Escherichia
coli Stamm NN049489 bezeichnet, der die alpha-Amylase der Erfindung
umfasst. Dieser Stamm wurde hinterlegt und hat die Zugangsnummer
DSM13001 erhalten. Der Escherichia coli-Stamm NN049489, der das
Plasmid enthielt, das als pJA386 bezeichnet wird, das die alpha-Amylase
kodiert, wurde für
die DNA-Sequenzierung verwendet.
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Beispiel 2
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Sequenzieren der DNA und der alpha-Amylase
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Das
alpha-Amylase-Gen, das in das Plasmid pJA386 kloniert war, wurde
durch DNA-Sequenzierung durch
Primerwalking („primer
walking") charakterisiert,
wobei das Taq-Deoxyterminal-Zyklus-Sequenzierungs-Kit
(Perkin Elmer, USA), fluoreszenzmarkierte Terminatoren und geeignete
Oligonucleotide als Primer verwendet wurden.
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Die
Analyse der Sequenzdaten erfolgte gemäß Devereux et al. (1984) Nucleic
Acids Res. 12, 387–395.
Die Sequenz entspricht der in SEQ ID NO: 1 gezeigten Sequenz. Die
vorhergesagte Proteinsequenz der alpha-Amylase einschließlich dem
Signalpeptid und der reifen Amylase sind in der SEQ ID NO: 2 dargestellt,
Die abgeleitete N-terminale Sequenz wurde durch Sequenzieren der
34 Aminosäuren
am N-Terminus des Proteins verifiziert.
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Beispiel 3
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Herstellung von alpha-Amylase
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E.
coli NN049489 (DSM 13001), der das Plasmid pJA386 aufweist, wurde über Nacht
in einer LB-Brühe
mit Chloramphenicol 10 μg/ml,
37°C, 250
U/min. kultiviert. Zellen wurden aus 2,7 l Kulturbrühe durch
Zentrifugation bei 6 000 U/min während
15 Minuten geerntet. Die intrazellulär lokalisierte Amylase wurde
aus den Zellen freigesetzt, in dem das folgende Osmose-Schock-Verfahren
angewendet wurde:
- 1) Zellen wurden resuspendiert
und gewaschen in 500 ml 10 mM Tris-HCl, pH 7,0 (EKV-Puffer), gefolgt
von einer Zentrifugation.
- 2) Zellen wurden in 75 ml 20% Sucrose, 30 mM Tris-HCl, pH 8,
1 mM EDTA resuspendiet und Lysozym auf eine Konzentration von 5
mg/ml zugegeben.
- 3) Die Lösung
wurde während
15 Minuten auf Eis inkubiert, gefolgt von einer Zentrifugation.
Der Hauptteil der Amylase war nun im Überstand enthalten.
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Der Überstand
wurde über
Nacht gegen 10 l in EKV-Puffer mit 1 Pufferwechsel dialysiert, um
die hohe Succrosekonzentration zu vermindern. Die Lösung wurde
durch einen 0,45 micro m Membranvakuumfilter filtriert.
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Die
Enzymlösung
wurde auf eine Pharmacia Q Sepharose-Säule FF aufgetragen, die vorher
mit EKV-Puffer, pH 7 äqulibriert
wurde, und die Säule
wurde mit EKV-Puffer gewaschen. Gebundenes Protein wurde mit einem
linearen NaCl-Gradienten von 0–500
mM über
10 Säulenvolumen
eluiert. Amylase-haltige Fraktionen wurden vereinigt und über Nacht
gegen EKV-Puffer dialysiert.
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Die
Lösung
wurde dann auf eine Q Sepharose-Säule FF aufgebracht, die vorher
mit EKV-Puffer,
pH 8 äqulibiriert
wurde, die Säule
wurde mit EKV-Puffer gewaschen, und die Amylase wurde mit einem
linearen NaCl-Gradienten von 0–500
mM über
10 Säulenvolumen
eluiert. Amylase-haltige Fraktionen wurden vereinigt.
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Eine
Phenyl-Superose-Säule,
die vorher mit EKV-Puffer, pH 8, der 1 M Ammoniumsulfat enthielt, äquilibiriert
wurde, wurde mit der Enzymlösung
beladen, zu der Ammoniumsulfat in einer Konzentration von 1 M gegeben
wurde. Ungebundenes Material wurde mit den Ammoniumsulfatpuffer
ausgewaschen, und die Säule wurde
mit einem linearen NaCl-Gradienten
von 1–0
M Ammoniumsulfat über
20 Säulenvolumen
eluiert. Amylase-haltige Fraktionen wurden vereinigt.
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Die
gereinigte Amylase wurde mittels SDS-PAGE analysiert, und nur eine
Bande wurde nach dem Färben
mit Coomasie-Blau erhalten.
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Beispiel 4
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Waschtest
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Die
Waschleistung wurde durch Waschen verschmutzter Teststoffproben
während
15 Minuten bei 25°C
in einer Waschmittellösung
mit der alpha-Amylase der Erfindung beurteilt.
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Das
verwendete Waschmittel war das A/P-Modellwaschmittel, das vorstehend
beschrieben wurde, mit 3 g/l mit einem pH von 10,5 oder ein kommerzielles
Waschmittel aus Malasien (FAB Total von Colgate) mit 3 g/l mit einem
pH von etwa 9,7. Die gereinigte Amylase aus Beispiel 3 wurde zu
der Waschmittellösung
in der oben angegebenen Konzentration zugegeben. Die Stoffproben
waren mit Orangen-Reisstärke
(„orange
rice starch") (CS-28-Stoffprobe, erhältlich von
CFT, Center for Test Material, Holland) verschmutzt.
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Nach
dem Waschen wurden die Stoffproben beurteilt, in dem die Remission
bei 460 nm gemessen wurde. Die Ergebnisse sind als ΔR = Remission
der Stoffprobe, gewaschen mit der alpha-Amylase, minus der Remission
der Stoffprobe, die unter den gleichen Bedingungen ohne alpha-Amylase
gewaschen wurde, ausgedrückt.
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Die
Ergebnisse sind in den 5 und 6 dargestellt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die alpha-Amylase der Erfindung in beiden Waschmitteln
bei hoch alkalischem pH wirksam ist.
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