DE19951765A1 - Host-vector systems for the overproduction of thermolabile enzymes in psychrophilic organisms - Google Patents

Host-vector systems for the overproduction of thermolabile enzymes in psychrophilic organisms

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DE19951765A1
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Abstract

The invention relates to a system for temperature-regulated gene expression, in particular for the over-expression of cold-adapted, thermolabile proteins originating from psychrophilic organisms.

Description

Die Erfindung betrifft Systeme zur temperaturregulierten Genexpression, insbesondere zur Überexpression von kälteangepaßten, thermolabilen Proteinen aus psychrophilen Organismen.The invention relates to systems for temperature-regulated gene expression, especially for overexpression of cold-adapted, thermolabile Proteins from psychrophilic organisms.

Kälteangepaßte, sogenannte psychrophile Organismen können noch bei extrem niedrigen Temperaturen wachsen. Diese Organismen findet man unter anderem im arktischen bzw. antarktischen Eis und Meerwasser sowie in der Tiefsee. Enzyme dieser Organismen zeichnen sich durch eine hohe katalytische Aktivität bei sehr niedrigen Temperaturen, z. B. 4°C aus. Diese Eigenschaft wird durch eine im Vergleich zu Enzymen von wärmeliebenden Organismen flexiblere Proteinstruktur realisiert. Diese größere Thermoflexibilität hat zur Folge, daß übliche großtechnische Produktionsverfahren, die bei 37°C arbeiten, zum Entstehen von partiell denaturierten Produkten führen, die als sogenannte Einschlußkörper in den Zellen akkumuliert werden können, und - sofern überhaupt - nur mit geringer Ausbeute renaturiert werden können.Cold-adjusted, so-called psychrophilic organisms can still with grow extremely low temperatures. You can find these organisms among other things in the Arctic or Antarctic ice and sea water as well in the deep sea. Enzymes of these organisms are characterized by a high catalytic activity at very low temperatures, e.g. B. 4 ° C. This Is characterized by a compared to enzymes of heat-loving Organisms realized more flexible protein structure. This bigger one Thermoflexibility has the consequence that usual large-scale Production processes that work at 37 ° C to create partial lead denatured products, the so-called inclusion body in the Cells can be accumulated, and - if at all - only with less Yield can be renatured.

Feller et al. (Appl. Environ. Mikrobiol. 64 (1998), 1163-1165) beschreiben die Überexpression einer kälteangepaßten Amylase aus einem antarktischen Bakterium in dem mesophilen Expressionswirt Escherichia coli. Nach Expression bei 37°C konnte keine Amylaseaktivität gemessen werden. Es wurde daher vorgeschlagen, nach erfolgter Überexpression bei 18°C oder 25°C die Fermenterkultur über Nacht bei 4°C zu inkubieren. Durch diese lange Temperaturerniedrigung konnte wenigstens die Renaturierung eines Teils der überproduzierten Amylase erreicht werden. Dabei kann jedoch ein proteolytischer Abbau der rekombinanten Kälteproteine durch zelleigene Proteasen während der langen Inkubationsdauer erfolgen. Außerdem ist das Verfahren für eine Produktion im großtechnischen Maßstab ungeeignet.Feller et al. (Appl. Environ. Mikrobiol. 64 (1998), 1163-1165) the overexpression of a cold adapted amylase from an Antarctic Bacteria in the mesophilic expression host Escherichia coli. To Expression at 37 ° C no amylase activity could be measured. It was therefore proposed, after overexpression at 18 ° C or Incubate the fermenter culture at 4 ° C overnight. Through this a long drop in temperature could at least restore one Part of the overproduced amylase can be achieved. However, one can proteolytic degradation of the recombinant cold proteins by the cell's own  Proteases occur during the long incubation period. Besides, that is Process unsuitable for large-scale production.

WO96/03521 beschreibt ein kälteinduzierbares Expressionssystem für den Gram-negativen mesophilen Wirt Escherichia coli. Dieses System basiert auf den regulatorischen Sequenzen des Hauptkälteschockproteins von E.coli, Csp. Weiterhin wird ein kälteinduzierbares Expressionssystem beschrieben, bei dem ein mutierter Promotor des E.coli-Phagen λ (pL) verwendet wird. Dieser Promotor wird durch niedrige Temperaturen von weniger als 20°C aktiv und erlaubt somit eine selektive Expression rekombinanter Proteine unter diesen Bedingungen. Die beschriebenen Expressionssysteme sollen eine korrekte Faltung rekombinanter Proteine bei Temperaturen unter 20°C ermöglichen. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Beschränkung auf das Gram-negative Bakterium E.coli, welches bei geringen Temperaturen nur ein sehr schlechtes Wachstum zeigt.WO96 / 03521 describes a cold-inducible expression system for the Gram-negative mesophilic host Escherichia coli. This system is based on the regulatory sequences of the main cold shock protein from E. coli, Csp. Furthermore, a cold-inducible expression system is described, in which a mutated promoter of the E. coli phage λ (pL) is used. This promoter is characterized by low temperatures of less than 20 ° C active and thus allows a selective expression of recombinant proteins under these conditions. The expression systems described are intended correct folding of recombinant proteins at temperatures below 20 ° C enable. A disadvantage of this method is the limitation to that Gram-negative bacterium E. coli, which is only a low temperature shows very poor growth.

Das wirtschaftliche Potential von kälteangepaßten Proteinen, z. B. Enzymen, ist sehr hoch einzuschätzen. Vor allem in der Lebensmittelverarbeitung und in der molekularbiologischen Diagnostik finden diese Proteine ein weites Anwendungsspektrum, welches bisher jedoch aufgrund der hohen Produktionskosten begrenzt war. Es besteht daher ein Bedürfnis, Systeme und Verfahren zu entwickeln, die eine kostengünstige und großtechnische Produktion thermolabiler Proteine ermöglichen.The economic potential of cold-adapted proteins, e.g. B. enzymes, is very high. Especially in food processing and These proteins are widely used in molecular biological diagnostics Range of applications, but so far due to the high Production costs were limited. There is therefore a need for systems and to develop processes that are inexpensive and large-scale Enable the production of thermolabile proteins.

Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines neuen temperaturregulierbaren Expressionssystems gelöst, welches vorzugsweise auf einer Expressionskontrollsequenz eines für ein Kälteschockprotein kodierenden Gens, insbesondere des cspB-Gens aus B.subtilis basiert und dessen Regulation durch einen Antisense-RNA-Mechanismus erfolgt. Das System ermöglicht eine kälteinduzierbare Überexpression in einer Vielzahl von Organismen, z. B. eukaryontischen Zellen wie Hefen, z. B. Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris u. a. und Pilzen z. B. Aspergillus niger u. a., oder prokaryontischen Zellen, z. B. Escherichia coli, Lactobacillus lactis, Staphylococcus carnosis, Bacillus licheniformis, Bacillus brevis u. a., insbesondere in Gram-positiven Bakterien, z. B. in Bacillus subtilis, aber auch in Gram-negativen Bakterien. Das System basiert vorzugsweise auf einen Promotor, der bei geringen Temperaturen aktiv, jedoch nicht kälteinduzierbar ist. Aber auch kälteinduzierbare Promotoren können eingesetzt werden. Die Verwendung des Gram-positiven Mikroorganismus B. subtilis als Expressionswirt ist weiterhin bevorzugt, da dieser besser an Temperaturen von 20°C angepaßt ist als E.coli, und im Vergleich zu E.coli besser zur Sekretion rekombinanter Proteine ins extrazelluläre Medium befähigt ist. Aufgrund dieser Charakteristika wird durch das erfindungsgemäße Expressionssystem ein effektiverer Fermentationsprozeß bei niedrigen Temperaturen und eine effizientere und weniger kostspieligere Reinigung der gewünschten Proteine nach Überexpression ermöglicht.This task is accomplished by providing a new one temperature-adjustable expression system solved, which preferably on an expression control sequence for a cold shock protein coding gene, in particular the cspB gene from B. subtilis and its regulation is carried out by an antisense RNA mechanism. The System enables cold-induced overexpression in a variety of organisms, e.g. B. eukaryotic cells such as yeasts, e.g. B. Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris u. a. and mushrooms e.g. B. Aspergillus  niger u. a., or prokaryotic cells, e.g. B. Escherichia coli, Lactobacillus lactis, Staphylococcus carnosis, Bacillus licheniformis, Bacillus brevis and the like. a., especially in Gram-positive bacteria, e.g. B. in Bacillus subtilis, but also in gram-negative bacteria. The system is preferably based on one Promoter that is active at low temperatures but cannot be induced by cold is. But cold-inducible promoters can also be used. The Use of the Gram-positive microorganism B. subtilis as Expression host is still preferred because it is better at temperatures of 20 ° C is adapted as E.coli, and better compared to E.coli Secretion of recombinant proteins in the extracellular medium is capable. Because of these characteristics, the inventive Expression system a more effective fermentation process at low Temperatures and more efficient and less expensive cleaning of the desired proteins after overexpression.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein System zu temperaturregulierten Genexpression umfassend
The present invention thus relates to a system for temperature-regulated gene expression

  • a) eine Genexpressionseinheit enthaltend eine erste Expressions­ kontrollsequenz mit einem Promotor und einer ribosomalen Bindungsstelle, unda) a gene expression unit containing a first expression control sequence with a promoter and a ribosomal Binding site, and
  • b) eine Regulationseinheit enthaltend eine Nukleinsäure, die bei Transkription eine zur ersten Expressionskontrollsequenz komplementäre Antisense-RNA ergibt, in operativer Verknüpfung mit einer temperaturregulierbaren zweiten Expressionskontrollsequenz.b) a regulatory unit containing a nucleic acid, which at Transcription to the first expression control sequence complementary antisense RNA results in operational linkage with a temperature-controllable second expression control sequence.

Die zweite Expressionskontrollsequenz ist vorzugsweise kälteregulierbar, d. h. bei einer hohen Temperatur von z. B. 37°C wird die Transkription von Antisense-RNA vermittelt durch die zweite Expressionskontrollsequenz erlaubt, wodurch bewirkt wird, daß die Translation eines durch die erste Expressionskontrollsequenz erzeugten Transkripts aufgrund einer Bindung der Antisense-RNA an das Transkript zumindest teilweise reprimiert ist. Auf diese Weise wird ein Fermentationsprozeß ermöglicht, bei dem in einer ersten Phase, der sogenannten Wachstumsphase bei höheren Temperaturen, ein schnelles Wachstum der Wirtszellen erfolgt, während bei diesen Bedingungen keine oder nur sehr schwache Expression des gewünschten Proteins stattfindet. Sobald eine genügend hohe Zelldichte erreicht ist, kann dann die zweite Phase der Fermentation, die sogenannte Produktionsphase beginnen. In dieser Phase wird das Expressionsystem durch Temperaturverringerung induziert und das rekombinante Protein überproduziert.The second expression control sequence is preferably cold-regulatable, d. H. at a high temperature of e.g. B. 37 ° C is the transcription of Antisense RNA mediated by the second expression control sequence allowed, causing translation by one through the first Expression control sequence generated transcripts due to binding the antisense RNA is at least partially repressed to the transcript. On in this way a fermentation process is made possible in which  first phase, the so-called growth phase at higher Temperatures, rapid growth of the host cells takes place while at under these conditions no or only very weak expression of the desired protein takes place. As soon as a sufficiently high cell density is reached, the second phase of fermentation, the so-called Start the production phase. In this phase the expression system induced by temperature reduction and the recombinant protein overproduced.

Die durch Antisense-RNA vermittelte Temperaturregulierung kann grundsätzlich durch zwei verschiedene Ausführungsformen realisiert werden. In einer ersten Ausführungsform erfolgt eine Transkription der Antisense-RNA nur bei hohen Temperaturen von z. B. 37°C. Eine Bindung dieser Antisense-RNA an die durch die erste Expressionskontrollsequenz erzeugte mRNA stromaufwärts oder/und im Bereich der Ribosomen­ bindungsstelle verhindert eine Initiation der Translation des Fremdproteins. Die temperaturregulierte Transkription der Antisense-RNA kann durch Verwendung temperatursensitiver Repressoren erfolgen, z. B. des temperatursensitiven Repressors CI587 des E.coli Phagen λ, der nur bei Temperaturen unterhalb 37°C korrekt gefaltet und damit aktiv ist. Dies hat zur Folge, daß bei einer Temperaturerniedrigung auf 20°C der Repressor an seine Operatorregion bindet und damit eine Transkription der Antisense-DNA vermittelt durch die zweite Expressionskontrollsequenz verhindert. Damit wird keine neue Antisense-RNA bei dieser Temperatur gebildet. Neu von der ersten Expressionkontrollsequenz erzeugte mRNA-Moleküle sind nicht mehr blockiert und können sich an die Ribosomen anlagern, eine Translation der Fremdproteine wird gestartet.The temperature regulation mediated by antisense RNA can basically realized by two different embodiments become. In a first embodiment, the transcription takes place Antisense RNA only at high temperatures, e.g. B. 37 ° C. A bond this antisense RNA to the through the first expression control sequence generated mRNA upstream and / or in the region of the ribosomes binding site prevents initiation of translation of the foreign protein. The temperature-regulated transcription of the antisense RNA can by Use of temperature-sensitive repressors, z. B. of temperature-sensitive repressor CI587 of the E.coli phage λ, which only at Temperatures below 37 ° C are folded correctly and are therefore active. this has with the result that the repressor turns on when the temperature drops to 20 ° C its operator region binds and thus a transcription of the antisense DNA mediated by the second expression control sequence prevented. In order to no new antisense RNA is formed at this temperature. New from the mRNA molecules generated in the first expression control sequence are no longer present blocked and can attach to the ribosomes, a translation of the Foreign proteins are started.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Antisense-RNA derart konstruiert, daß sie bei einer Temperaturerniedrigung auf 20°C eine Sekundärstruktur ausbildet, so daß sie sich nicht mehr an die Ziel-mRNA anlagern kann. Mit Hilfe von entsprechenden Computerprogrammen können entsprechende mRNA-Sekundärstrukturen vorausberechnet werden. So können ausgehend von einer gegebenen Sequenz durch schrittweise Veränderung entsprechende Antisense-RNA-Moleküle erzeugt werden, die bei 20°C eine stabile Sekundärstruktur aufweisen, die nicht mehr an die Ziel-mRNA bindet. In dieser Ausführungsform wird die Expression der Antisense-RNA durch einen vorzugsweise schwachen konstitutiven Promotor oder durch einen durch Temperaturverringerung auf 20°C abschaltbaren Promotor realisiert.In a second embodiment of the invention, an antisense RNA constructed in such a way that when the temperature drops to 20 ° C. Secondary structure forms so that they no longer adhere to the target mRNA can accumulate. With the help of appropriate computer programs  corresponding mRNA secondary structures are calculated in advance. So can start from a given sequence by stepwise Corresponding antisense RNA molecules are generated that change at 20 ° C have a stable secondary structure that no longer matches the Target mRNA binds. In this embodiment, the expression of Antisense RNA by a preferably weak constitutive Promoter or by reducing the temperature to 20 ° C switchable promoter realized.

Die Antisense-RNA weist vorzugsweise eine Länge bis zu 200 Nukleotiden auf, es sind jedoch auch kürzere Antisense-RNA Moleküle möglich.The antisense RNA is preferably up to 200 nucleotides in length shorter antisense RNA molecules are also possible.

Vorzugsweise beträgt die Länge des komplementären Sequenzabschnitts der Antisense-RNA Moleküle 20 bis 100 Nukleotide. Die Sequenz der Antisense- DNA wird so gewählt, daß die davon durch Transkription erzeugten RNA- Moleküle mindestens teilweise die ribosomale Bindestelle der von der ersten Expressionseinheit transkribierten mRNA blockieren.The length of the complementary sequence section is preferably Antisense RNA molecules 20 to 100 nucleotides. The sequence of the antisense DNA is chosen so that the RNA generated by it through transcription Molecules at least partially the ribosomal binding site from that of the first Block expression unit of transcribed mRNA.

Die Genexpressionseinheit des erfindungsgemäßen Systems enthält eine erste Expressionskontrollsequenz, die vorzugsweise zur Expression thermolabiler Proteine geeignet ist, d. h. bei Temperaturen von ≦ 20°C eine effiziente Transkription und Translation ermöglicht. Die erste Expressionskontrollsequenz umfaßt daher günstigerweise den Promotor oder/und die ribosomale Bindungsstelle eines Kälteschockgens, beispielsweise das cspB-Gens von B.subtilis.The gene expression unit of the system according to the invention contains one first expression control sequence, which is preferably for expression thermolabile proteins is suitable, d. H. at temperatures of ≦ 20 ° C one enables efficient transcription and translation. The first Expression control sequence therefore conveniently includes the promoter or / and the ribosomal binding site of a cold shock gene, for example the cspB gene from B.subtilis.

Zusätzlich kann die erste Expressionskontrollsequenz stromabwärts der ribosomalen Bindungsstelle eine translatierbare Nukleotidsequenz, insbesondere eine effizient bei niedrigen Temperaturen translatierbare Nukleotidsequenz enthalten, die zur Verbesserung der Translationseffizienz der gewünschten Proteine dient. Diese translatierbare Nukleotidsequenz kann z. B. für den N-Terminus von Kälteschockproteinen kodieren, z. B. für die ersten 10 bis 20 Aminosäuren von CspB. Am Ende der translatierbaren Nukleotidsequenz kann ein Stopcodon lokalisiert sein, so daß die Translation in Form eines Cistrons mit zwei separaten kodierenden Bereichen (translationsverbesserndes Peptid bzw. Polypeptid und gewünschtes rekombinantes Protein) erfolgt. Alternativ kann das gewünschte rekombinante Protein auch als Fusionsprotein mit dem translationsverbessernden Peptid bzw. Polypeptid exprimiert werden, wobei in diesem Fall eine Spaltstelle, z. B. eine proteolytische Spaltstelle zwischen den beiden genannten Domänen des Fusionsproteins eingebaut werden kann.In addition, the first expression control sequence can be downstream of the ribosomal binding site a translatable nucleotide sequence, in particular an efficiently translatable at low temperatures Contain nucleotide sequence that is used to improve translation efficiency the desired proteins. This translatable nucleotide sequence can e.g. B. code for the N-terminus of cold shock proteins, e.g. B. for the first 10 to 20 amino acids of CspB. At the end of the translatable  Nucleotide sequence can be located a stop codon, so that the translation in the form of a cistron with two separate coding areas (Translation-improving peptide or polypeptide and the desired one recombinant protein). Alternatively, the one you want recombinant protein also as a fusion protein with the translation-enhancing peptide or polypeptide are expressed, wherein in this case a gap point, e.g. B. a proteolytic cleft between the two domains of the fusion protein mentioned can.

Die Genexpressionseinheit kann weiterhin eine Klonierungsstelle in operativer Verknüpfung mit der Expressionskontrollsequenz enthalten, um die Einklonierung eines gewünschten Zielgens zu ermöglichen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Genexpressionseinheit bereits ein Strukturgen, welches vorzugsweise für ein thermolabiles Protein kodiert, in operativer Verknüpfung mit der Expressionskontrollsequenz enthalten.The gene expression unit can also be a cloning site in operatively linked to the expression control sequence to enable the cloning of a desired target gene. In a Another embodiment of the invention can use the gene expression unit already a structural gene, which is preferably for a thermolabile protein encoded, in operative association with the expression control sequence contain.

Das erfindungsgemäße Genexpressionssystem kann auf einem oder zwei Vektoren oder auch auf dem Chromosom einer Wirtszelle lokalisiert sein. Die Vektoren sind vorzugsweise prokaryontische Vektoren, d. h. Vektoren, die zur Propagierung in einer prokaryontischen Wirtszelle fähig sind. Beispiele für derartige Vektoren sind Plasmidvektoren, Bakteriophagen, Cosmide, etc. Bevorzugt werden Vektoren verwendet, die für eine Propagierung in Gram­ positiven prokaryontischen Wirtszellen, insbesondere B.subtilis, geeignet sind. Die Vektoren weisen einen für die jeweilige Wirtszelle geeigneten Replikationsursprung sowie vorzugsweise ein Antibiotikumresistenzgen auf, um eine Selektion zu ermöglichen.The gene expression system according to the invention can be based on one or two Vectors or be localized on the chromosome of a host cell. The Vectors are preferably prokaryotic vectors, i. H. Vectors that are capable of propagation in a prokaryotic host cell. Examples for such vectors are plasmid vectors, bacteriophages, cosmids, etc. Vectors are preferably used which are used for propagation in Gram positive prokaryotic host cells, especially B. subtilis are. The vectors have a suitable one for the respective host cell Origin of replication and preferably an antibiotic resistance gene, to enable selection.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zelle, die ein erfindungsgemäßes Expressionssystem enthält. Vorzugsweise ist die Zelle eine Gram-positive Zelle, insbesondere eine B.subtilis Zelle. The invention further relates to a cell that has an inventive Expression system contains. Preferably the cell is a Gram positive Cell, especially a B. subtilis cell.  

Das erfindungsgemäße Expressionssystem und die erfindungsgemäße Zelle können in einem Verfahren zur gentechnischen Herstellung von Polypeptiden, insbesondere von thermolabilen Polypeptiden in Prokaryonten verwendet werden.The expression system according to the invention and the cell according to the invention can be used in a genetic engineering process Polypeptides, especially thermolabile polypeptides in prokaryotes be used.

Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur gentechnischen Herstellung von Polypeptiden in einer prokaryontischen Zelle, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man
The invention thus also relates to a process for the genetic engineering production of polypeptides in a prokaryotic cell, which is characterized in that

  • a) eine Zelle bereitstellt, die ein erfindungsgemäßes Expressionssystem enthält,a) provides a cell which has an expression system according to the invention contains
  • b) die Zelle aus (i) in einem geeigneten Medium und unter geeigneten Bedingungen kultiviert, die zu einer Expression des gewünschten Polypeptids führen, undb) the cell from (i) in a suitable medium and under suitable Cultivated conditions that lead to an expression of the desired Lead polypeptide, and
  • c) das Polypeptid aus der Zelle oder aus dem Medium isoliert.c) the polypeptide is isolated from the cell or from the medium.

Die Kultivierung der Zelle in Schritt (ii) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise auf solche Weise durchgeführt, daß bis zum Erreichen einer vorbestimmten Zelldichte die Expression des für das gewünschte Polypeptid kodierenden Gens weitgehend reprimiert ist, d. h. unter Bedingungen, bei denen die Translation der durch die erste Expressionskontrollsequenz transkribierten mRNA durch die von der zweiten Expressionskontrollsequenz transkribierten Antisense-RNA zumindest weitgehend unterdrückt wird. Nach Erreichen einer vorbestimmten Zelldichte wird durch Temperaturänderung, insbesondere Temperaturverringerung auf Temperaturen von 20°C, die Expression des gewünschten Polypeptids induziert.Culturing the cell in step (ii) of the method according to the invention is preferably carried out in such a way that until it is reached a predetermined cell density the expression of that for the desired Gene encoding polypeptide is largely repressed, i. H. under Conditions where the translation is by the first Expression control sequence transcribed mRNA by that of the second Expression control sequence at least transcribed antisense RNA is largely suppressed. After reaching a predetermined cell density is due to temperature change, especially temperature reduction Temperatures of 20 ° C, the expression of the desired polypeptide induced.

Die Erfindung wird weiterhin durch nachfolgende Figuren erläutert. Es zeigen:The invention is further illustrated by the following figures. It demonstrate:

Fig. 1 die regulatorische Sequenz des Kälte-Schockgens cspB von B.subtilis bis zum Startcodon ATG, Fig. 1, the regulatory sequence of the cold shock gene of B.subtilis cspB to the start codon ATG,

Fig. 2 die regulatorische Sequenz des Kälte-Schockgens cspB von B.subtilis bis zum 16. Codon der kodierenden Sequenz, einem anschließenden Stopcodon TAA und einem zweiten Startcodon (für eine Expression als Cistron mit zwei kodierenden Bereichen), Fig. 2, the regulatory sequence of the cold shock gene of B.subtilis cspB to 16th codon of the coding sequence, followed by a stop codon TAA and a second initiation codon (for expression as a cistron two coding regions),

Fig. 3A ein Beispiel für eine Antisense-RNA zu cspB von B.subtilis, Fig. 3A is an example of an antisense RNA to cspB of B.subtilis,

Fig. 3B eine schematische Darstellung der Regulation der Synthese dieser Antisense-RNA; das Gen für den thermolabilen Repressor, z. B. cl857 kann entweder auf einem Plasmid vorliegen oder im Chromosom integriert sein, Fig. 3B is a schematic representation of the regulation of the synthesis of antisense RNA; the gene for the thermolabile repressor, e.g. B. cl857 can either be present on a plasmid or be integrated in the chromosome,

Fig. 4 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Expressionssystems (Regulation der Antisense-RNA über einen temperatursensitiven Repressor) und Fig. 4 is a schematic representation of a first embodiment of the expression system according to the invention (Regulation of the antisense RNA of a temperature-sensitive repressor) and

Fig. 5 Beispiele für Antisense-RNA Moleküle mit temperaturlabilen Sekundärstrukturen, die für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind. Fig. 5 examples of antisense RNA molecules having thermally labile secondary structures that are suitable for a second embodiment of the inventive method.

Claims (17)

1. System zur temperaturregulierten Genexpression umfassend
  • a) eine Genexpressionseinheit enthaltend eine erste Expressionskontrollsequenz mit einem Promotor und einer ribosomalen Bindungsstelle,
  • b) eine Regulationseinheit enthaltend eine Nukleinsäure, die bei Transkription eine zur ersten Expressionskontrollsequenz komplementäre Antisense-RNA ergibt, in operativer Verknüpfung mit einer temperaturregulierbaren zweiten Expressionskontrollsequenz.
1. Comprehensive system for temperature-regulated gene expression
  • a) a gene expression unit containing a first expression control sequence with a promoter and a ribosomal binding site,
  • b) a regulatory unit containing a nucleic acid which, when transcribed, results in an antisense RNA complementary to the first expression control sequence, in operative linkage with a temperature-controllable second expression control sequence.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Expressionskotrollsequenz so gewählt ist, daß bei einer hohen Temperatur die Transkription von Antisense-RNA vermittelt durch die zweite Expressionskontrollsequenz erfolgt und die Translation vermittelt durch die erste Expressionskontrollsequenz zumindest teilweise reprimiert ist.2. System according to claim 1, characterized, that the second expression control sequence is chosen so that at high temperature transcription of antisense RNA mediated by the second expression control sequence and translation is mediated by the first expression control sequence is at least partially repressed. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Expressionskontrollsequenz zur Expression thermolabiler Proteine geeignet ist.3. System according to claim 1 or 2, characterized, that the first expression control sequence for expression thermolabile Proteins is suitable. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Expressionskontrollsequenz den Promotor oder/und die ribosomale Bindungsstelle eines Kälteschockgens umfaßt. 4. System according to claim 3, characterized, that the first expression control sequence the promoter and / or the ribosomal binding site of a cold shock gene.   5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kälteschockgen das cspB Gen von B.subtilis ist.5. System according to claim 4, characterized, that the cold shock gene is the B.subtilis cspB gene. 6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der ribosomalen Bindungsstelle der ersten Expressionskontrollsequenz noch eine effizient translatierbare Nukleotidsequenz angeordnet ist.6. System according to one of the preceding claims, characterized, that downstream of the ribosomal binding site of the first Expression control sequence still an efficiently translatable Nucleotide sequence is arranged. 7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Genexpressionseinheit (a) weiterhin eine Klonierungsstelle in operativer Verknüpfung mit der Expressionskontrollsequenz enthält.7. System according to one of the preceding claims, characterized, that the gene expression unit (a) continues to be a cloning site in contains operative linkage with the expression control sequence. 8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Genexpressionseinheit (a) weiterhin ein Strukturgen in operativer Verknüpfung mit der Expressionskontrollsequenz enthält.8. System according to one of the preceding claims, characterized, that the gene expression unit (a) is still a structural gene in contains operative linkage with the expression control sequence. 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturgen für ein thermolabiles Protein kodiert.9. System according to claim 8, characterized, that the structural gene codes for a thermolabile protein. 10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transkription der Antisense-RNA durch einen temperatursensitiven Repressor reguliert ist.10. System according to one of the preceding claims, characterized, that the transcription of the antisense RNA by a temperature-sensitive repressor is regulated. 11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antisense-RNA eine thermolabile Sekundärstruktur aufweist. 11. System according to one of the preceding claims, characterized, that the antisense RNA has a thermolabile secondary structure.   12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antisense-RNA eine Länge bis zu 200 nt aufweist.12. System according to one of the preceding claims, characterized, that the antisense RNA has a length of up to 200 nt. 13. Zelle enthaltend ein Expressionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12.13. Cell containing an expression system according to one of claims 1 until 12. 14. Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gram-positive Zelle, insbesondere eine B.subtilis Zelle ist.14. Cell according to claim 13, characterized, that they are a gram-positive cell, especially a B. subtilis cell is. 15. Verfahren zur gentechnischen Herstellung von Polypeptiden in einer prokaryontischen Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) eine Zelle bereitstellt, die ein Expressionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält,
  • b) die Zelle aus (i) in einem geeigneten Medium und unter geeigneten Bedingungen kultiviert, die zu einer Expression des gewünschten Polypeptids führen, und
  • c) das Polypeptid aus der Zelle oder aus dem Medium isoliert.
15. A method for the genetic engineering of polypeptides in a prokaryotic cell, characterized in that
  • a) provides a cell which contains an expression system according to one of claims 1 to 12,
  • b) culturing the cell from (i) in a suitable medium and under suitable conditions which lead to expression of the desired polypeptide, and
  • c) the polypeptide is isolated from the cell or from the medium.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen in Schritt (ii), die zu einer Expression des Polypeptids führen, eine Kultivierung bei ≦ 20°C umfassen.16. The method according to claim 15, characterized, that the conditions in step (ii) leading to expression of the Polypeptide lead, include a cultivation at ≦ 20 ° C. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polypeptid aus einem psychophilen Organismus hergestellt wird.17. The method according to claim 15 or 16, characterized, that a polypeptide is made from a psychophilic organism becomes.
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