[go: up one dir, main page]

DE10116788A1 - Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use - Google Patents

Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use

Info

Publication number
DE10116788A1
DE10116788A1 DE2001116788 DE10116788A DE10116788A1 DE 10116788 A1 DE10116788 A1 DE 10116788A1 DE 2001116788 DE2001116788 DE 2001116788 DE 10116788 A DE10116788 A DE 10116788A DE 10116788 A1 DE10116788 A1 DE 10116788A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mycobacterium
pathogenic
gene
porin
mycolic acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2001116788
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Niederweis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE2001116788 priority Critical patent/DE10116788A1/en
Priority to PCT/EP2002/003733 priority patent/WO2002081676A2/en
Priority to AU2002316837A priority patent/AU2002316837A1/en
Publication of DE10116788A1 publication Critical patent/DE10116788A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/195Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria
    • C07K14/35Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria from Mycobacteriaceae (F)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to a non-pathogenic and/or rapidly growing bacterial porin gene recipient strain of a bacterium containing mycolic acid, said strain being transgenic for at least one inactivated porin gene, due to at least one corresponding porin gene from a pathogenic and/or slow-growing bacterium containing mycolic acid. The invention also relates to a method for producing one such inventive bacterial recipient strain and the use thereof for identifying substances having antibacterial action against pathogenic bacteria containing mycolic acid.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bak­ teriellen Poringen-Rezipientenstamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums, der für minde­ stens ein inaktiviertes Porin-Gen durch mindestens ein entsprechendes Porin-Gen aus einem pathogenen und/oder langsam wachsenden Mycolsäure-haltigen Bakterium transgen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsge­ mäßen bakteriellen Rezipientenstammes und seine Verwendung zur Identifizierung von anti­ bakteriell wirkenden Substanzen gegen pathogene Mycolsäure-haltige Bakterien.The present invention relates to a non-pathogenic and / or rapidly growing bak Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, which for min least an inactivated porin gene by at least one corresponding porin gene from one pathogenic and / or slowly growing mycolic acid-containing bacterium is transgenic. Furthermore, the invention relates to a method for producing such an inventive moderate bacterial recipient strain and its use for the identification of anti bacterial substances against pathogenic mycolic acid-containing bacteria.

Die Entwicklung von neuen Antibiotika gegen Mycobacterium tuberculosis ist besonders dringend, da pro Jahr ca. 54 Millionen Menschen neu infiziert werden und die Zahl der Infek­ tionen mit multiresistenten Stämme immer mehr zunimmt. Schon jetzt sterben jährlich ca. 2 Millionen Menschen an Tuberkulose (Global Tuberculosis Control, WHO report 2001, http:/ / www.who.int/health-topics/tb.htm)).The development of new antibiotics against Mycobacterium tuberculosis is special urgently, since approx. 54 million people are newly infected every year and the number of infections with multi-resistant strains is increasing. Already about 2 die every year Millions of people with tuberculosis (Global Tuberculosis Control, WHO report 2001, http: / / www.who.int/health-topics/tb.htm)).

Die Genomsequenz von M. tuberculosis und die Verfügbarkeit von experimentellen Techni­ ken wie die Analyse des "Transkriptoms" mit DNA-Chips und des "Proteoms" durch 2D- Gelelektrophorese erlauben die Identifizierung einer Vielzahl neuer "Targets" für Tuberkulo­ se(TB)-Therapeutika. Der Hauptnachteil von in vitro Hochdurchsatz-Methoden zur Entwick­ lung von therapeutischen Wirkstoffen ist jedoch, daß diese oft nicht an den Zielort gelangen. Das ist insbesondere für M. tuberculosis der Fall, da dessen Zellwand aufgrund ihres einzig­ artigen Aufbaus für hydrophile Verbindungen ca. 500 mal weniger permeabel ist als die von E. coli. (Jarlier, V. and Nikaido, H. (1990) Permeability barrier to hydrophilic solutes in My­ cobacterium chelonei. J Bacteriol 172: 1418-1423).The genome sequence of M. tuberculosis and the availability of experimental techniques like the analysis of the "transcriptome" with DNA chips and the "proteome" by 2D Gel electrophoresis allows the identification of a variety of new "targets" for tuberculosis se (TB) therapeutics. The main disadvantage of in vitro high throughput methods for development However, the development of therapeutic agents is that they often do not reach their destination. This is particularly the case for M. tuberculosis, because its cell wall is unique due to its like structure for hydrophilic compounds is about 500 times less permeable than that of E. coli. (Jarlier, V. and Nikaido, H. (1990) Permeability barrier to hydrophilic solutes in My cobacterium chelonei. J Bacteriol 172: 1418-1423).

Die Zellwand von Mycobakterien besitzt einen einzigartigen Aufbau. Langkettige Fettsäuren, die sogenannten Mycolsäuren, bilden die innere Schicht einer Lipid-Doppelmembran, die eine hohe Permeabilitätsbarriere für hydrophobe Substanzen darstellt. Obwohl Mycobakterien zur Gruppe der Gram-positiven Bakterien gehören, besitzen sie damit eine äußere Membran, die funktionell der von Gram-negativen Bakterien ähnlich ist. Hydrophile Substanzen gelangen durch kanalbildende Proteine, die Porine, in der Mycolsäureschicht in das mycobakterielle Periplasma. Die Ineffizienz dieses Weges ist die Ursache für die generelle Resistenz von My­ cobakterien gegen viele Antibiotika. Damit sind die Porine die Schlüsselproteine zur Ent­ wicklung von neuen Antibiotika mit verbesserten Transporteigenschaften.The cell wall of mycobacteria has a unique structure. Long chain fatty acids, the so-called mycolic acids form the inner layer of a lipid double membrane, the one represents a high permeability barrier for hydrophobic substances. Although mycobacteria are used for Belonging to the group of Gram-positive bacteria, they therefore have an outer membrane that functionally similar to that of gram-negative bacteria. Hydrophilic substances arrive through channel-forming proteins, the porins, in the mycolic acid layer into the mycobacterial  Periplasm. The inefficiency of this path is the cause of the general resistance of My cobacteria against many antibiotics. This makes the porins the key proteins for ent Development of new antibiotics with improved transport properties.

Bisher wurden Porine sowohl in den schnellwachsenden Mycobacterium chelonae und M. smegmatis als auch in den langsamwachsenden M. bovis und M. tuberculosis nachgewie­ sen. Trotz intensiver Arbeiten auf diesem Gebiet waren bisher nur zwei Gene bekannt, die für mycobakterielle Proteine kodieren, die in vitro Kanalaktivitäten zeigen. Das mspA Gen ko­ diert für ein oligomeres Porin aus M. smegmatis, das aus 20 kDa Untereinheiten besteht und extrem stabil gegenüber chemischer und thermischer Denaturierung ist. MspA besitzt keine Homologie zu bisher bekannten Proteinen. Dies schließt die N-terminale Sequenz eines Pro­ teingemisches mit geringer Kanalaktivität ein (Mukhopadhyay et al. (1997) Characterization of a porin from Mycobacterium smegmatis. J Bacteriol 179: 6205-6207). Da MspA zudem eine Membran von ca. 10 nm Dicke durchspannen muss, scheint es der Prototyp einer neuen Familie von Kanalproteinen zu sein.So far, porins have been found in both the fast growing Mycobacterium chelonae and M. smegmatis as well as in the slow growing M. bovis and M. tuberculosis sen. Despite intensive work in this area, only two genes that are known for encode mycobacterial proteins that show channel activity in vitro. The mspA gene ko is for an oligomeric porin from M. smegmatis, which consists of 20 kDa subunits and is extremely stable to chemical and thermal denaturation. MspA has none Homology to previously known proteins. This concludes a pro's N-terminal sequence mixture with low channel activity (Mukhopadhyay et al. (1997) Characterization of a porin from Mycobacterium smegmatis. J Bacteriol 179: 6205-6207). Because MspA also has to span a membrane of approx. 10 nm thickness, it seems the prototype of a new one Family of channel proteins.

Das ompATb-Gen kodiert für ein monomeres 35 kDa Protein aus M. tuberculosis, das auf­ grund der Sequenzähnlichkeit zu OmpA aus E. coli gefunden wurde und eine geringe Kanal­ aktivität in Lipid-Bilayer-Experimenten zeigt. Da die Kristallstruktur zeigt, daß der membran­ ständige Teil von OmpA keine Poren bildet ist unklar, wie die Porenaktivität von E. coli OmpA und OmpATb zustande kommt. Es ist nicht ausgeschlossen, daß OmpA-Proteine bei hohen Konzentrationen intermolekulare Kanäle bildet. M. tuberculosis exprimiert mindestens zwei Porine, die verschieden von OmpATb sind, wie durch eine Analyse der Kanalaktivität von Zellwandproteinen nachgewiesen wurde. Bisher sind noch keine Daten publiziert, die die Funktion der identifizierten Porine in Mycobakterien in vivo zeigen.The ompATb gene codes for a monomeric 35 kDa protein from M. tuberculosis, which is based on Due to the sequence similarity to OmpA from E. coli was found and a small channel shows activity in lipid bilayer experiments. Since the crystal structure shows that the membrane permanent part of OmpA does not form pores is unclear like the pore activity of E. coli OmpA and OmpATb comes about. It is not excluded that OmpA proteins forms high concentrations of intermolecular channels. M. tuberculosis expresses at least two porins different from OmpATb, as by analysis of channel activity of cell wall proteins has been detected. So far no data have been published that the Show function of the identified porins in mycobacteria in vivo.

Die attraktivsten potentiellen Zielproteine für Antibiotika liegen in der Zellwand von M. tuberculosis, die bis auf andere Modifikationen der Mycolsäuren große Ähnlichkeit mit der von M. smegmatis hat. Deshalb wird M. smegmatis heute schon in Screening-Verfahren für TB-Therapeutika eingesetzt. Dabei wird vernachlässigt, daß nach heutigen Erkenntnissen gerade die Porine von M. smegmatis und M. tuberculosis sehr verschieden zu sein scheinen.The most attractive potential target proteins for antibiotics are in the cell wall of M. tuberculosis, which is very similar to other modifications of mycolic acids that of M. smegmatis. That is why M. smegmatis is already used in screening procedures today used for TB therapeutics. It is neglected that according to current knowledge the porins of M. smegmatis and M. tuberculosis appear to be very different.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen geeigneten nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden Stamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums zur Verfügung zu stellen, der dafür geeignet ist, auf schnelle, sichere und effiziente Weise die Auffindung neuer effektiver Therapeutika gegen pathogene und/oder langsam wachsende Mycolsäure­ haltige Bakterien zu erlauben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen nichtpathogenen Stamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Auffindung neuer effektiver Therapeutika gegen pathogene Mycolsäure-haltige Bakterien zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to find a suitable non-pathogenic and / or rapidly growing strain of a mycolic acid-containing bacterium  that is suitable for finding the location quickly, safely and efficiently new effective therapeutic agents against pathogenic and / or slow growing mycolic acid to allow containing bacteria. Another object of the invention is to provide a method for Production of such a non-pathogenic strain of a mycolic acid-containing bacterium for To make available. Another object of the present invention is a method to find new effective therapeutic agents against pathogenic mycolic acid-containing bacteria to provide.

Eine erste Aufgabe der Erfindung wird durch einen nichtpathogenen und/oder schnell wach­ senden bakteriellen Rezipientenstamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums, der für minde­ stens ein inaktiviertes Porin-Gen durch mindestens ein entsprechendes Porin-Gen aus einem pathogenen und/oder langsam wachsenden Mycolsäure-haltigen Bakterium transgen ist, ge­ löst.A first object of the invention is awakened by a non-pathogenic and / or quickly send bacterial recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, which for at least least an inactivated porin gene by at least one corresponding porin gene from one pathogenic and / or slow growing mycolic acid-containing bacterium is transgenic, ge solves.

Zwar werden heute schon nichtpathogene Stämme Mycolsäure-haltiger Bakterien zur Auffin­ dung von neuen potentiellen Therapeutika verwendet, diese können jedoch aufgrund der un­ terschiedlichen Porine die Permeabilität der Zellwand in den pathogenen Stämmen nur unzu­ länglich simulieren. Die Konstruktion eines nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden Mycolsäure-haltigen Bakteriums, das keine eigenen Porine mehr besitzt, sondern Porine aus pathogenen Mycobakterien, insbesondere Mycobacterium tuberculosis, exprimiert, stellt da­ her eine wesentliche Erleichterung und Verbesserung für die Entwicklung von neuen Thera­ peutika dar. Ein solcher, für eines oder mehrere Porin-Gene transgener Stamm ist bisher nicht bekannt.Non-pathogenic strains of mycolic acid-containing bacteria are already being discovered today use of new potential therapeutic agents, but these may be due to the un Different porins have only limited permeability to the cell wall in the pathogenic strains simulate elongated. The construction of a non-pathogenic and / or rapidly growing Mycolic acid-containing bacterium that no longer has its own porins, but rather porins pathogenic mycobacteria, especially Mycobacterium tuberculosis, expresses a significant relief and improvement for the development of new Thera peutics. Such a strain, which is transgenic for one or more porin genes, is not yet known known.

Der erfindungsgemäße nichtpathogene und/oder schnell wachsende bakterielle Rezipienten­ stamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums ist für mindestens ein inaktiviertes Porin-Gen durch mindestens ein entsprechendes Porin-Gen aus einem pathogenen und/oder langsam wachsenden Mycolsäure-haltigen Bakterium transgen. Dies bedeutet, daß mindestens ein chromosomales Porin-Gen funktionell inaktiviert ist. Das inaktivierte Gen wird in seiner Funktion durch mindestens ein auf einem genetischen Element in den Rezipientenstamm ein­ geführtes Poringen aus pathogenen Mycobakterien ersetzt. Das Verhältnis von inaktivierten Poringenen zu "Fremd-Poringenen" kann dabei 1 : 1 betragen, jedoch kann auch ein "Fremd- Poringen" mehrere inaktivierte Poringene funktionell ersetzen, es können jedoch auch mehr "Fremd-Poringene" als inaktivierte Poringene in dem Rezipientenstamm vorhanden sein. The non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial recipient according to the invention a mycolic acid-containing bacterium is responsible for at least one inactivated porin gene by at least one corresponding porin gene from a pathogenic and / or slow growing mycolic acid-containing bacterium transgenic. This means that at least one chromosomal porin gene is functionally inactivated. The inactivated gene is in his Function by at least one on a genetic element in the recipient strain guided poringen replaced from pathogenic mycobacteria. The ratio of inactivated Poringenes to "foreign poringenes" can be 1: 1, but a "foreign Poringen "functionally replace several inactivated Poringenes, but more can "Foreign poringenes" are present as inactivated poringenes in the recipient strain.  

Weiterhin kann der nichtpathogene und/oder schnell wachsende bakterielle Rezipientenstamm dadurch gekennzeichnet sein, daß das mindestens eine entsprechende Porin-Gen aus einem Bakterium derselben oder einer anderen Gattung Mycolsäure-haltiger Bakterien stammt.Furthermore, the non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial recipient strain characterized in that the at least one corresponding porin gene from one Bacterium of the same or a different genus of mycolic acid-containing bacteria.

Gemäß der Erfindung können als nichtpathogene und/oder schnell wachsende bakterielle Re­ zipientenstämme Stämme der Gattungen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rho­ dococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die My­ colsäure enthalten, verwendet werden (siehe auch: Tansill et al. (eds.) "Bergey's manual of systematic bacteriology" 1984, Williams & Wilkins, USA).According to the invention, non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial Re recipient strains of the genera Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rho dococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia or other Gram-positive bacteria that My contain colic acid, are used (see also: Tansill et al. (eds.) "Bergey's manual of systematic bacteriology "1984, Williams & Wilkins, USA).

Bevorzugt ist ein nichtpathogener und/oder schnell wachsender bakterieller Stamm, der aus­ gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium chelo­ nae (subsp. chelonae oder abscessus), Mycobacterium fortuitum (subsp. fortiutum oder pere­ grinum) Mycobacterium chitae, Mycobacterium senegalese, Mycobacterium agri, Mycobacte­ rium phlei, Mycobacterium thermoresistibile, Mycobacterium aichiense, Mycobacterium au­ rum, Mycobacterium chubuense, Mycobacterium duvalii, Mycobacterium flavescens, Mycob­ acterium gadium, Mycobacterium gilvum, Mycobacterium komossense, Mycobacterium neo­ aurum, Mycobacterium obuense, Mycobacterium parafortuitum, Mycobacterium rhodesiae, Mycobacterium sphagni, Mycobacterium tokaiense, oder Mycobacterium vaccae, (siehe auch: Tansill et al. (eds.) "Bergey's manual of systematic bacteriology" 1984, Williams & Wilkins, USA, section 16). Besonders bevorzugt ist Mycobacterium smegmatis.Preferred is a non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial strain, which consists of is selected from the group consisting of Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium chelo nae (subsp. chelonae or abscessus), Mycobacterium fortuitum (subsp. fortiutum or pere grinum) Mycobacterium chitae, Mycobacterium senegalese, Mycobacterium agri, Mycobacte rium phlei, Mycobacterium thermoresistibile, Mycobacterium aichiense, Mycobacterium au rum, Mycobacterium chubuense, Mycobacterium duvalii, Mycobacterium flavescens, Mycob acterium gadium, Mycobacterium gilvum, Mycobacterium komossense, Mycobacterium neo aurum, Mycobacterium obuense, Mycobacterium parafortuitum, Mycobacterium rhodesiae, Mycobacterium sphagni, Mycobacterium tokaiense, or Mycobacterium vaccae, (see also: Tansill et al. (eds.) "Bergey's manual of systematic bacteriology" 1984, Williams & Wilkins, USA, section 16). Mycobacterium smegmatis is particularly preferred.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen erfindungsgemäßen nichtpa­ thogenen bakteriellen Stamm, in dem das inaktivierte Porin-Gen mspA oder ein Homolog davon ist. MspA oder sein Homolog aus anderen mycolsäurehaltigen Bakterien stellt die hauptsächliche Komponente für die hydrophile Passage durch die Zellwand von Mycolsäure­ haltigen Bakterien dar, wobei MspA in Mycobakterien beschrieben ist.Another aspect of the present invention relates to a non-pa according to the invention thogenic bacterial strain in which the inactivated porin gene mspA or a homolog of it is. MspA or its homolog from other mycolic acid-containing bacteria provides the main component for the hydrophilic passage through the cell wall of mycolic acid containing bacteria, where MspA is described in Mycobacteria.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer nichtpathogener und/oder schnell wachsender bakteri­ eller Stamm, der für alle Porin-Gene transgen ist. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsge­ mäßer nichtpathogener und/oder schnell wachsender bakterieller Stamm, der für die Porin- Gene mspA, mspB, mspC und mspD, deren Homologe oder bisher nicht identifizierte Porin- Gene transgen ist. A non-pathogenic and / or rapidly growing bacteri according to the invention is preferred eller strain that is transgenic for all porin genes. Invention is particularly preferred moderate non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial strain which is suitable for the porin Genes mspA, mspB, mspC and mspD, their homologues or previously unidentified porin Genes is transgenic.  

Der Donorstamm für das/die Porin-Gen(e) des erfindungsgemäßen nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bakteriellen Stamms kann aus einer Vielzahl von pathogenen und/oder langsam wachsenden Stämmen Mycolsäure-haltiger Bakterien stammen, so zum Beispiel von Mycobacterium africanum, Mycobacterium avium, Mycobacterium bovis, Mycobacterium bovis BCG, Mycobacterium farcinogenes, Mycobacterium gastri, Mycobacterium gordonae, Mycobacterium haemophilum, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium kansasii, My­ cobacterium leprae, Mycobacterium lepraemurium, Mycobacterium malmoense, Mycobacte­ rium marinum, Mycobacterium microti, Mycobacterium nonchromogenicum, Mycobacterium paratuberculosis, Mycobacterium scrofulaceum, Mycobacterium shimiodei, Mycobacterium simiae, Mycobacterium szulgai, Mycobacterium terrae, Mycobacterium triviale, Mycobacte­ rium tuberculosis, Mycobacterium ulcerans oder Mycobacterium xenopi.The donor strain for the porin gene (s) of the non-pathogenic and / or fast growing bacterial strain can be of a variety of pathogenic and / or slowly growing strains of mycolic acid-containing bacteria, for example from Mycobacterium africanum, Mycobacterium avium, Mycobacterium bovis, Mycobacterium bovis BCG, Mycobacterium farcinogenes, Mycobacterium gastri, Mycobacterium gordonae, Mycobacterium haemophilum, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium kansasii, My cobacterium leprae, Mycobacterium lepraemurium, Mycobacterium malmoense, Mycobacte rium marinum, Mycobacterium microti, Mycobacterium nonchromogenicum, Mycobacterium paratuberculosis, Mycobacterium scrofulaceum, Mycobacterium shimiodei, Mycobacterium simiae, Mycobacterium szulgai, Mycobacterium terrae, Mycobacterium triviale, Mycobacte rium tuberculosis, Mycobacterium ulcerans or Mycobacterium xenopi.

Erfindungsgemäß am meisten bevorzugt ist ein M. smegmatis Stamm, der nur Porine aus M. tuberculosis exprimiert. Ein solcher M. smegmatis-Stamm, der die Permeabilität der Zell­ wand von M. tuberculosis für hydrophile Verbindungen durch die Expression von dessen Po­ rinen möglichst genau imitiert, sollte sehr gut geeignet sein, um Antibiotika mit verbesserten Transporteigenschaften zu finden.Most preferred according to the invention is an M. smegmatis strain which consists only of porins M. tuberculosis expressed. Such a M. smegmatis strain, which the permeability of the cell by M. tuberculosis for hydrophilic compounds by the expression of its Po imitated as closely as possible, should be very suitable to improve antibiotics Find transportation properties.

Damit setzt die erfindungsgemäße Strategie an der Schwachstelle bisheriger Konzepte an, deren Ziel die Identifizierung neuer "Targets" von M. tuberculosis ist, aber das eigentliche Problem in der Therapie von Tuberkulose, nämlich den schlechten Transport der meisten Verbindungen durch die Mycolsäureschicht, völlig außer Acht lassen.The strategy according to the invention thus addresses the weak point of previous concepts, whose goal is to identify new "targets" of M. tuberculosis, but the real one Problem in the treatment of tuberculosis, namely the poor transportation of most Disregard connections through the mycolic acid layer.

So wird eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Herstel­ lung eines nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bakteriellen Rezipientenstammes, der für mindestens eines seiner Porin-Gene transgen ist, gelöst, wobei das Verfahren die Schritte a) Bereitstellen eines nichtpathogenen Stammes eines Mycolsäure-haltigen Bakteri­ ums; b) Einführen eines genetischen Elements, das eine Expressionskassette mit einem funk­ tionalen Porin-Gen zusammen mit einem ersten positiv zu selektionierenden Resistenzmarker trägt; c) Einführen eines zweiten genetischen Elements, das eine von Erkennungssequenzen einer sequenzspezifischen Rekombinase flankierte Deletionskassette des zu deletierenden Porin-Gens zusammen mit einem zweiten positiv zu selektionierenden Resistenzmarker zur Selektion des genetischen Elements und einem dritten positiven Selektionsmarker zur Selektion der Deletionskassette sowie einen oder mehrere negativ zu selektionierende Selektions­ marker trägt; d) Selektion auf die positiv zu selektionierenden Selektionsmarker; e) Selektion auf die negativ zu selektionierenden Selektionsmarker; f) Identifizierung von Klonen, die das zu deletierende Porin-Gen durch die Deletionskassette ersetzt haben; g) Einführen eines ge­ netischen Elements, das eine geeignete sequenzspezifische Rekombinase und einen positiven Selektionsmarker zur Selektion des genetischen Elements sowie einen negativ zu selektionie­ renden Selektionsmarker trägt; h) Selektion auf die positiv zu selektionierenden Selektions­ marker; i) Selektion auf den negativ zu selektionierenden Selektionsmarker; und gegebenen­ falls ein Wiederholen der Schritte a) bis i) zur Deletion und Ersetzen eines weiteren Porin- Gens umfaßt.Thus, another object of the present invention is achieved by a method of manufacture treatment of a non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial recipient strain, which is transgenic for at least one of its porin genes, the method resolving the Steps a) Providing a non-pathogenic strain of a mycolic acid-containing bacteri killed; b) Introduction of a genetic element that an expression cassette with a radio tional Porin gene together with a first resistance marker to be selected positively wearing; c) Introduction of a second genetic element that is one of recognition sequences a sequence-specific recombinase flanked deletion cassette of the to be deleted Porin gene together with a second resistance marker to be selected positively Selection of the genetic element and a third positive selection marker for selection  the deletion cassette and one or more selections to be selected negatively marker bears; d) selection for the selection markers to be selected positively; e) selection on the selection markers to be selected negatively; f) Identification of clones that the have replaced the porin gene to be deleted with the deletion cassette; g) Introducing a ge netic element, which is a suitable sequence-specific recombinase and a positive Selection marker for the selection of the genetic element as well as a negative selection rends selection marker; h) Selection for the selection to be selected positively marker; i) selection for the selection marker to be selected negatively; and given if repetition of steps a) to i) for deletion and replacement of a further porin Gene includes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß das funktio­ nale Porin-Gen aus einem Bakterium derselben oder einer anderen Gattung Mycolsäure­ haltiger Bakterien stammt und daß der nichtpathogene und/oder schnell wachsende Stamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums ausgewählt ist aus den Gattungen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die Mycolsäure enthalten.The inventive method can be further characterized in that the functio nale Porin gene from a bacterium of the same or a different genus mycolic acid containing bacteria and that the non-pathogenic and / or rapidly growing strain a mycolic acid-containing bacterium is selected from the genera Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia or others Gram-positive bacteria that contain mycolic acid.

Funktionale Porin-Gene sind durch die Expression der entsprechende Proteine gekennzeich­ net. Dabei kann die Synthese von Porinen durch Transkription von dem eigenen Promotor beginnen. Dies ist z. B. in dem Vektor pMN101 (siehe Fig. 2) der Fall. Die Transkription kann aber auch durch Fusionen der Porin-Gene mit beliebigen anderen Promotoren erfolgen wie sie z. B. für die Fusion des mspA-Gens von M. smegmatis mit dem Promotor psmyc in pMN014 (siehe Beispiele 1 und 3) durchgeführt wurden. Solche Verfahren sind dem Fach­ mann geläufig und sind z. B. für Mycobakterien in (Harth, G., Lee, B. Y. and Horwitz, M. A. (1997) High-level heterologous expression and secretion in rapidly growing nonpathogenic mycobacteria of four major Mycobacterium tuberculosis extracellular proteins considered to be leading vaccine candidates and drug targets. Infect Immun 65: 2321-8.; Triccas, J. A., Pa­ rish, T., Britton, W. J. and Giequel, B. (1998) An inducible expression system permitting the efficient purification of a recombinant antigen from Mycobacterium smegmatis. FEMS Microbiol Lett 167: 151-6.) beschrieben. Funktionale Porin-Gene können aber auch dadurch gekennzeichnet sein, daß sie für Fusionsproteine kodieren, bei denen die Kanalstruktur der Porine erhalten ist. Functional porin genes are characterized by the expression of the corresponding proteins. The synthesis of porins can begin by transcription from the own promoter. This is e.g. B. in the vector pMN101 (see Fig. 2) the case. The transcription can also be done by fusing the porin genes with any other promoters such as z. B. for the fusion of the mspA gene from M. smegmatis with the promoter p smyc in pMN014 (see Examples 1 and 3). Such methods are known to the expert and are such. B. for Mycobacteria in (Harth, G., Lee, BY and Horwitz, MA (1997) High-level heterologous expression and secretion in rapidly growing nonpathogenic mycobacteria of four major Mycobacterium tuberculosis extracellular proteins considered to be leading vaccine candidates and drug targets. Infect Immun 65: 2321-8 .; Triccas, JA, Patrick, T., Britton, WJ and Giequel, B. (1998) An inducible expression system permitting the efficient purification of a recombinant antigen from Mycobacterium smegmatis. FEMS Microbiol Lett 167 : 151-6.). Functional porin genes can, however, also be characterized in that they code for fusion proteins in which the channel structure of the porins is preserved.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem als genetische Elemente Plasmide, Transposonen und/oder Phagen verwendet werden. Weiter bevorzugt ist ein erfindungsgemä­ ßes Verfahren, bei dem die verwendeten Selektionsmarker ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus aph (von Tn 5 oder Tn903; Kanamycin-Resistenz), hph (Hygromycin- Resistenz), aacC1 (Gentamycin-Resistenz), aac(3)-IVa (Apramycin-Resistenz), cat (Chloram­ phenicol-Resistenz), Sulr (Sulfonamid-Resistenz), Strr (Streptomycin-Resistenz), Quecksilber­ salz-Resistenzmarker, rpsL, sacB und pAL5000ts, (siehe auch Paget und Davies "Apramycin Resistance as a selective marker for gene transfer in Mycobacteria" J. Bacteriol 178(21); Sei­ ten 6357-6360; 1996) Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin dadurch gekenn­ zeichnet sein, daß die verwendeten Rekombinasen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus FLP, Shufflon, CRE, FimB, XER, D protein, Bakteriophagenintegrasen (z. B. λ, HK22, P2, ϕ21, P22, HP1, SSV1, L5), Plasmidintegrasen (z. B. pSAM2), Transposonintegrasen (z. B. Tn915, Tn1545, Tn916), AADA und AACA (siehe auch Neidhardt et al. (eds.) "Escherichia Coli and Salmonella Typhimurium" ASM Press 1996, S. 2367).A method according to the invention is preferred in which plasmids, transposons and / or phages are used as genetic elements. A method according to the invention is further preferred, in which the selection markers used are selected from the group consisting of aph (from Tn 5 or Tn903; kanamycin resistance), hph (hygromycin resistance), aacC1 (gentamycin resistance), aac (3 ) -IVa (apramycin resistance), cat (chloram phenicol resistance), Sul r (sulfonamide resistance), Str r (streptomycin resistance), mercury salt resistance markers, rpsL, sacB and pAL5000ts, (see also Paget and Davies "Apramycin resistance as a selective marker for gene transfer in Mycobacteria" J. Bacteriol 178 (21); page 6357-6360; 1996) The method according to the invention can also be characterized in that the recombinases used are selected from the group consisting of FLP, Shufflon, CRE, FimB, XER, D protein, bacteriophage integrases (e.g. λ, HK22, P2, ϕ21, P22, HP1, SSV1, L5), plasmid integrases (e.g. pSAM2), transposon integrases (e.g. . Tn915, Tn1545, Tn916), AADA and AACA (see also Neidhardt et al. (Eds .) "Escherichia Coli and Salmonella Typhimurium" ASM Press 1996, p. 2367).

Erfindungsgemäß am meisten bevorzugt ist ein nichtpathogener und/oder schnell wachsender bakterieller Porin-Rezipientenstamm, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellt ist, wobei die verwendeten Plasmide pMN101, pMN250 und pMN234 sind.Most preferred according to the invention is a non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial porin recipient strain which is produced by means of a method according to the invention is, the plasmids used are pMN101, pMN250 and pMN234.

Die erfindungsgemäße Strategie hat weiterhin den Vorteil, daß sie die Screening-Verfahren zur Identifizierung neuer Therapeutika gegen pathogene und/oder langsam wachsende Mycol­ säure-haltige Bakterien erheblich vereinfacht. Im Falle von Mycobakterien ergibt sich dies insbesondere daraus, da M. smegmatis nicht pathogen ist und ca. zehnmal schneller wächst als M. tuberculosis.The strategy according to the invention also has the advantage that it is the screening method to identify new therapeutic agents against pathogenic and / or slow-growing Mycol acidic bacteria considerably simplified. This happens in the case of mycobacteria especially because M. smegmatis is not pathogenic and grows about ten times faster than M. tuberculosis.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit durch ein Verfahren zur Identi­ fizierung von antibakteriell wirkenden Substanzen gegen pathogene Mycolsäure-haltige Bak­ terien gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) in Kontakt bringen min­ destens einer potentiell antibakteriell wirkenden Substanz mit mindestens einem erfindungs­ gemäßen nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bakteriellen Stamm, und b) Messen der Überlebensrate des mindestens einen nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bak­ teriellen Stamms. Erfindungsgemäß kann dies Verfahren mit allen erfindungsgemäßen nicht­ pathogenen und/oder schnell wachsenden bakteriellen Stämmen durchgeführt werden, die Mycolsäure enthalten. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der nichtpathogene bakterielle Stamm ausgewählt ist aus den Gattungen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rho­ dococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die My­ colsäure enthalten.Another object of the present invention is thus achieved by a method for identi Treatment of antibacterial substances against pathogenic Mycolic acid-containing Bak solved in series, the method comprising the following steps: a) bringing into contact min at least one potentially antibacterial substance with at least one invention according to non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial strain, and b) measuring the survival rate of the at least one non-pathogenic and / or rapidly growing bak serial strain. According to the invention, this method cannot do with all of the invention pathogenic and / or rapidly growing bacterial strains are carried out Contain mycolic acid. A method is preferred in which the non-pathogenic bacterial  The strain is selected from the genera Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rho dococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia or other Gram-positive bacteria that My contain colic acid.

Das Messen der Überlebensrate kann durch herkömmliche Methoden, wie Auszählen von Kolonien auf Nährmedienplatten oder Messen der Dichte einer Zellkultur erfolgen. Insbeson­ dere bevorzugt sind Verfahren, bei denen als Schritt b) zusätzlich ein Messen der Expression eines Markergens, zum Beispiel des Luciferase-Gens und/oder des GFP-Gens erfolgt. Die Verwendung der zuletzt genannten Gene und die Konstruktion der erforderlichen genetischen Konstrukte sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig und können leicht in die Bakterien mittels herkömmlicher Methoden eingeführt werden.Survival rate can be measured by conventional methods such as counting Colonies occur on culture media plates or measure the density of a cell culture. Insbeson their preferred are methods in which, as step b), the expression is additionally measured a marker gene, for example the luciferase gene and / or the GFP gene. The Use of the latter genes and the construction of the necessary genetic Constructs are readily familiar to the person skilled in the art and can easily be introduced into the bacteria be introduced using conventional methods.

Alternativ kann anstelle (oder auch parallel) eines Messens der Überlebensrate der Bakterien gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizie­ rung von antibakteriell wirkenden Substanzen als Schritt b) ein Messen der Porin- Permeabilitätseigenschaften der mindestens einen potentiell antibakteriell wirkenden Sub­ stanz durchgeführt werden. Dies kann zum Beispiel an der lebenden Zelle in vivo durchge­ führt werden, wobei der Transport von radioaktiv, Fluoreszenz-, Schwermetall- oder auf an­ dere geeignete Weise markierten potentiell antibakteriell wirkenden Substanzen durch die Porine gemessen wird. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Zimmermann- Rosselet Tests (Nikaido H, "Role of permability barriers in resistance to beta-lactam antibio­ tics" Pharmacol Ther 27: 197-231, (1985) und analoge Tests für antibakteriell wirkende Sub­ stanzen außer β-Lactamen.Alternatively, instead of (or in parallel) measuring the survival rate of the bacteria according to another embodiment of the identification method according to the invention tion of antibacterial substances as step b) measuring the porin Permeability properties of the at least one potentially antibacterial sub punching. This can be done, for example, on the living cell in vivo leads, the transport of radioactive, fluorescent, heavy metal or on their suitable way labeled potentially antibacterial substances by the Porine is measured. Another option is to use the carpenter Rosselet tests (Nikaido H, "Role of permability barriers in resistance to beta-lactam antibio tics "Pharmacol Ther 27: 197-231, (1985) and analog tests for antibacterial sub punch except for β-lactams.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als poten­ tiell antibakteriell wirkende Substanzen modifizierte bekannten Tuberkulose-Therapeutika und/oder andere bekannte Antibiotika untersucht werden. Dabei können die Modifikationen entweder zufällig oder gezielt in die bekannten Substanzen eingeführt werden. Es ist dem Fachmann zum Beispiel bekannt daß Modifizierungen von Seitengruppen des beta- Lactamgerüstes zu veränderten chemischen und physikalischen Eigenschaften von beta- Lactamen führen können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch dazu verwendet werden, Kollektionen bereits bekannter Tuberkulose-Therapeutika und/oder anderer bekann­ ter Antibiotika auf ihre Tauglichkeit zur Behandlung von pathogenen Mycolsäure-haltigen Bakterien hin zu untersuchen, da das erfindungsgemäße Verfahren auch ein automatisiertes Hochdurchsatzverfahren erlaubt.According to the invention, a method is preferred which is characterized in that as poten tially antibacterial substances modified known tuberculosis therapeutics and / or other known antibiotics are examined. The modifications can either introduced randomly or specifically into the known substances. It is that For example, it is known to those skilled in the art that modifications of side groups of the beta Lactam scaffold on changed chemical and physical properties of beta Lactams can lead. However, the method according to the invention can also be used for this collections of already known tuberculosis therapeutics and / or others antibiotics for their suitability for the treatment of pathogenic mycolic acid-containing  To investigate bacteria, since the method according to the invention is also automated High throughput method allowed.

Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Identifizierung von Antibiotika bevorzugt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Substanzen aus Naturstoff-Banken oder Molekül-Banken auf ihre antimycobakterielle Wirksamkeit untersucht werden. Solche Banken sind dem Fach­ mann bekannt und teilweise sogar kommerziell erhältlich. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine antibakteriell wirkende Substanz, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfah­ rens durch Screening der oben genannten Banken erhalten wurde.Furthermore, a method according to the invention for identifying antibiotics is preferred, which is characterized in that substances from natural product banks or molecular banks to be examined for their antimycobacterial effectiveness. Such banks are the subject known and sometimes even commercially available. Another aspect of the invention relates to an antibacterial substance which by means of a method according to the invention rens was obtained by screening the above banks.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsge­ mäßen nichtpathogenen und/oder schnell wachsenden bakteriellen Stamms zur Identifizierung von Antibiotika gegen pathogene und/oder langsam wachsende Mycolsäure-haltige Bakteri­ en, insbesondere Mycobacteria. Dabei werden bevorzugterweise modifizierte bekannte Tu­ berkulose-Therapeutika und/oder bekannte andere Antibiotika zur Identifizierung der Anti­ biotika untersucht. Die erfindungsgemäße Verwendung kann jedoch auch dadurch gekenn­ zeichnet sein, daß Substanzen aus Naturstoff-Banken und/oder Molekül-Banken zur Identifi­ zierung der Antibiotika verwendet werden.Another aspect of the present invention relates to the use of an inventive non-pathogenic and / or rapidly growing bacterial strain for identification of antibiotics against pathogenic and / or slow-growing mycolic acid-containing bacteria s, especially Mycobacteria. Modified known Tu are preferably used Over-the-counter therapeutics and / or other known antibiotics to identify the anti examined biotics. However, the use according to the invention can also be characterized thereby is characterized in that substances from natural product banks and / or molecular banks for identification Antibiotic can be used.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein in vitro Testelement zur Identifi­ zierung von Antibiotika gegen pathogene Mycolsäure-haltige Bakterien, insbesondere My­ cobacteria, das mindestens einen erfindungsgemäßen nichtpathogenen bakteriellen Stamm umfaßt. Solche Testelemente können die erfindungsgemäßen Stämme zum Beispiel in Mi­ krotiterplatten für ein Hochdurchsatz-Screening unter der Verwendung von geeigneter Robo­ tertechnik oder anderen Analysetechniken umfassen.Another aspect of the present invention relates to an in vitro test element for identification Decoration of antibiotics against pathogenic mycolic acid-containing bacteria, especially My cobacteria, the at least one non-pathogenic bacterial strain according to the invention includes. Such test elements can be found in the strains according to the invention, for example in Mi microplates for high throughput screening using suitable robo tertechnik or other analysis techniques include.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kit, das mindestens einen erfindungsgemäßen nichtpathogenen bakteriellen Stamm zusammen mit geeigneten Reagenzien und Ausrüstun­ gen umfaßt. Solche Kits können zum Beispiel dazu geeignet sein, alle für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung von potentiell antibakteriell wirken­ den Substanzen erforderlichen Komponenten zu enthalten. Eine weitere Möglichkeit ist ein Kit zur Durchführung des Zimmermann-Rosselet Tests (siehe im folgenden). Another aspect of the invention relates to a kit that has at least one according to the invention non-pathogenic bacterial strain together with appropriate reagents and equipment gene includes. Such kits can be suitable, for example, all for implementation of a method according to the invention for identifying potentially antibacterial to contain the necessary components of the substances. Another option is a Kit for carrying out the Zimmermann-Rosselet test (see below).  

Mit dem Ausdruck "transgene" Stämme im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Bakte­ rien bezeichnet, bei denen ein oder mehrere eigene Porin-Gene deletiert oder verändert wur­ den und/oder die ein oder mehrere Porin-Gene aus anderen Bakterien exprimieren. Darüber­ hinaus können diese transgenen Stämme auch dadurch gekennzeichnet sein, daß sie eigene Porin-Gene in einer anderen genetischen Umgebung als der ursprünglich im Chromosom exi­ stierenden besitzen.The expression "transgenic" strains in the sense of the present invention means bacteria in which one or more of our own porin genes have been deleted or modified which and / or which express one or more porin genes from other bacteria. above in addition, these transgenic strains can also be characterized in that they are their own Porin genes in a different genetic environment than that originally in the exi chromosome own.

Die Erfindung soll nun im folgenden anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren weiter erläutert werden.The invention will now be described below by way of examples with reference to the accompanying Figures will be explained further.

Seq ID Nr. 1 bis 4 zeigen Oligonukleotidsequenzen von in Beispiel 1 verwendeten Oligonu­ kleotiden.Seq ID Nos. 1 to 4 show oligonucleotide sequences of Oligonu used in Example 1 kleotiden.

Fig. 1 zeigt Karten der Plasmide des Zwei-Plasmid-Systems für M. smegmatis. pMycVec1 enthält den pAL5000-Replikationsursprung für Mycobakterien, den pBR322- Replikationsursprung für E. coli und eine Kanamycin-Resistenzkassette. pMycVec2 enthält den pJAZ38-Replikationsursprung für Mycobakterien, den COLE1-Replikationsursprung für E. coli und eine Hygromycin-Resistenzkassette. Beide Plasmide besitzen einen identischen Polylinker, der die problemlose Umklonierung von Expressionskassetten ermöglicht. pMy­ cVec1 kann durch alle Plasmide mit dem PAL5000-Replikon, z. B. pMS2, ersetzt werden. Fig. 1 shows maps of the plasmids of the two-plasmid system for M. smegmatis. pMycVec1 contains the pAL5000 origin of replication for mycobacteria, the pBR322 origin of replication for E. coli and a kanamycin resistance cassette. pMycVec2 contains the pJAZ38 origin of replication for mycobacteria, the COLE1 origin of replication for E. coli and a hygromycin resistance cassette. Both plasmids have an identical polylinker, which enables easy recloning of expression cassettes. pMy cVec1 can be replaced by all plasmids with the PAL5000 replicon, e.g. B. pMS2 to be replaced.

Fig. 2 zeigt eine Karte des Plasmids pMN101, das das "Hilfsporin" mspA trägt. pMN101 ist ein Derivat von pMycVec2 und enthält den pJAZ38-Replikationsursprung für Mycobakterien, den COLE1-Replikationsursprung für E. coli, die sacB-Kassette zur Gegenselektion in My­ cobakterienund eine Hygromycin-Resistenzkassette (hyg). Die gezeigten Restriktionsschnitt­ stellen sind singulär. T4g32 und rrnBT2 sind zwei Transkriptionsterminatoren. Figure 2 shows a map of plasmid pMN101 which carries the "auxiliary sporin" mspA. pMN101 is a derivative of pMycVec2 and contains the pJAZ38 origin of replication for mycobacteria, the COLE1 origin of replication for E. coli, the sacB cassette for counter-selection in mycobacteria and a hygromycin resistance cassette (hyg). The restriction sites shown are singular. T4g32 and rrnBT2 are two transcription terminators.

Fig. 3 zeigt eine Karte der sequenzspezifisch entfernbaren Gentamycin-Knockout- Kassette in Plasmid pMN250, die von FRT-Sequenzen flankiert ist und durch die FLP- Rekombinase wieder ausgeschnitten werden kann. Zur homologen Rekombination können beliebig lange DNA-Fragmente des upstream und downstream Bereiches des zu deletie­ renden Genes aus dem Chromosom durch PCR amplifiziert werden und durch PmeI/SpeI bzw. PacI/SwaI in pMN250 insertiert werden. Die FRT-Sequenzen können über SpeI/HpaI bzw. SacI/PacI durch die Zielsequenzen anderer Rekombinasen ausgetauscht werden. Die FRT-aacC1-Kassette selbst kann mit NruI ausgeschnitten werden. Die gesamte Kassette einschließlich der homologen Sequenzen kann über PmeI/SwaI ausgeschnitten werden. SpeI kann auch durch SexAI ersetzt werden. Fig. 3 shows a map of the sequence-specific removable gentamycin knockout cassette in plasmid pMN250 which is flanked by FRT sequences and can be cut again by the FLP recombinase. For homologous recombination, DNA fragments of any length in the upstream and downstream region of the gene to be deleted from the chromosome can be amplified by PCR and inserted into PMN250 by PmeI / SpeI or PacI / SwaI. The FRT sequences can be exchanged for the target sequences of other recombinases via SpeI / HpaI or SacI / PacI. The FRT-aacC1 cassette itself can be cut out with NruI. The entire cassette including the homologous sequences can be cut out via PmeI / SwaI. SpeI can also be replaced by SexAI.

Fig. 4 zeigt eine Karte des Deletionssvektors pMN250 für Mycobakterien. pMN250 ist ein Derivat von ptrpA-rpsL+ [Sander, 1995 #3315] und enthält nur einen COLE1- Replikationsursprung für E. coli und eine Ampicillin-Resistenzkassette. Das rpsL-Gen dient als gegenselektierbarer Marker. Die gezeigten Restriktionsschnittstellen sind singu­ lär. T4g32 und rrnBT2 sind zwei Transkriptionsterminatoren. Fig. 4 shows a map of Deletionssvektors pMN250 for mycobacteria. pMN250 is a derivative of ptrpA-rpsL + [Sander, 1995 # 3315] and contains only one COLE1 origin of replication for E. coli and one ampicillin resistance cassette. The rpsL gene serves as a counter-selectable marker. The restriction interfaces shown are singular. T4g32 and rrnBT2 are two transcription terminators.

Fig. 5 zeigt eine Karte des Expressionsvektors pMN234 für die Flpe-Rekombinase. pMN234 ist ein Derivat von pMS2 und enthält den pA15000-Replikationsursprung für My­ cobakterien, den COLE1-Replikationsursprung für E. coli und eine Kanamycin- Resistenzkassette. Das rpsL-Gen dient als gegenselektierbarer Marker. Die gezeigten Re­ striktionsschnittstellen sind singulär. T4g32 und rrnBT2 sind Transkriptionsterminatoren. Fig. 5 shows a map of the expression vector for the pMN234 FLPE recombinase. pMN234 is a derivative of pMS2 and contains the pA15000 origin of replication for My cobacteria, the COLE1 origin of replication for E. coli and a kanamycin resistance cassette. The rpsL gene serves as a counter-selectable marker. The restriction interfaces shown are singular. T4g32 and rrnBT2 are transcription terminators.

Fig. 6 zeigt die Klonierungsstrategie für die grundlegenden Vektoren des Rekombinations­ verfahrens (siehe auch Beispiel 1). Fig. 6 shows the cloning strategy for the basic vectors of the recombination process (see also Example 1).

Die gezeigten Restriktionsschnittstellen sind singulär. Der Polylinker enthält die durch die Pfeile gekennzeichnete Transkriptionsterminatoren des Gens 32 vom Bakteriophagen T4 und vom E. coli rrnB Gen. Die Basen der Transkriptionsterminatoren, die den Stamm des Termi­ nators ausbilden, sind in kleinen Buchstaben gezeigt. Die fetten Buchstaben kennzeichnen die Stop-Codons. Die aph und hyg-Gene vermitteln Resistenz gegenüber Kanamycin bzw. Hy­ gromycin.The restriction interfaces shown are singular. The polylinker contains the through the Arrows labeled gene 32 transcription terminators from bacteriophage T4 and from the E. coli rrnB gene. The bases of the transcription terminators, which are the stem of the termi nators are shown in small letters. The bold letters indicate the Stop codons. The aph and hyg genes confer resistance to kanamycin and hy, respectively gromycin.

Fig. 7 zeigt die Veränderung der Permeabilität der äußeren Membran für Cephaloridin (A) und die Aufnahme von Glukose (B) bei einer M. smegmatis-mspA Deletionsmutante. A. Die Hydrolyse von Cephaloridin durch β-Lactamasen wurde spektrophotomoetrisch für den Wildtyp (graue Balken), die mspA Deletionsmutante (weiße Balken) und die komple­ mentierte mspA Deletionsmutante (gestreifte weiße Balken) gemessen. Der erste Balken zeigt jeweils die Geschwindigkeit der Cephaloridin-Hydrolyse durch Zell-Lysate und gibt die ge­ samte β-Lactamase-Aktivität an. Der zweite Balken zeigt jeweils die Geschwindigkeit der Cephaloridin-Hydrolyse durch ganze Zellen und ist ein Maß für die Permeabilität der Zell­ wand. Fig. 7 shows the change in permeability of the outer membrane for cephaloridine (A) and the uptake of glucose (B) at a M. smegmatis mspA deletion mutant. A. The hydrolysis of cephaloridine by β-lactamases was measured spectrophotometrically for the wild type (gray bars), the mspA deletion mutant (white bars) and the complemented mspA deletion mutant (striped white bars). The first bar shows the rate of cephaloridine hydrolysis by cell lysates and indicates the total β-lactamase activity. The second bar shows the speed of cephaloridine hydrolysis through whole cells and is a measure of the permeability of the cell wall.

B. Aufnahme von Glucose durch M. smegmatis (schwarze Punkt) und eine mspA Deletions­ mutante (weiße Punkte). Die Glucose-Konzentration war 3.3 mM, die Temperatur betrug 37 °C.B. Absorption of glucose by M. smegmatis (black dot) and an mspA deletion mutant (white dots). The glucose concentration was 3.3 mM, the temperature was 37 ° C.

Fig. 8 zeigt die Ergebnisse von Wachstumstests von M. smegmatis (schwarze Symbole) und einer M. smegmatis-mspA Deletionsmutante (weiße Symbole). Die Zellen wurden in in Mi­ nimal-Medium mit 1 mM Glucose (Punkte) und 1 mM Glucosamin angezogen. Figure 8 shows the results of growth tests of M. smegmatis (black symbols) and an M. smegmatis-mspA deletion mutant (white symbols). The cells were grown in minimal medium with 1 mM glucose (spots) and 1 mM glucosamine.

Fig. 9 zeigt Sensitivitätstests von M. smegmatis (dunkelgraue Balken), einer mspA Deleti­ onsmutante (hellgraue Balken) und einer mit einem mspA-Expressionsvektor (pMN014) komplementierten mspA Deletionsmutante (weiße Balken). Aufgetragen ist der Anteil der überlebenden Zellen in Prozent (cfu) bei steigenden Mengen Ampicillin (A) und Cephaloridin (B). FIG. 9 shows sensitivity tests of M. smegmatis (dark gray bars), an mspA deletion mutant (light gray bars) and an mspA deletion mutant (white bars) complemented with an mspA expression vector (pMN014). The percentage of surviving cells (cfu) is plotted with increasing amounts of ampicillin (A) and cephaloridine (B).

Es wurden bisher vier Porin-Gene von M. smegmatis identifiziert: mspA, mspB, mspC und mspD. Um eine geeignete bakterielle Mutante und ein Sreening-System für Antibiotika gegen M. tuberculosis zu entwickeln, sollten alle Porin-Gene von M. smegmatis deletiert und in die­ ser Mutante die Gene für die Porine aus M. tuberculosis exprimiert werden.Four M. smegmatis porin genes have been identified so far: mspA, mspB, mspC and MSPD. To find a suitable bacterial mutant and a screening system for antibiotics To develop M. tuberculosis, all porin genes from M. smegmatis should be deleted and inserted into the this mutant the genes for the porins from M. tuberculosis are expressed.

Dies wurde an einer ΔmspA Mutante als ersten Schritt in diese Richtung exemplarisch durch­ geführt (Stahl, et al. "MspA provides the main hydrophilic pathway through the cell wall of Mycobacterium smegmatis" Mol. Microbiol. (2001) (im Druck)). Da die Anwesenheit von Porinen für das Überleben von Mycobakterien essentiell ist, erfordert der konsekutive Knock- Out der Porin-Gene ein Zweiplasmid-System. Auf einem Plasmid wird ein Hilfsporin, z. B. MspA, exprimiert, um die chromosomal kodierten Poringene deletieren zu können. Um nun das gewünschte Porin ohne die Anwesenheit anderer Porine untersuchen zu können, muß die­ ses auf einem zweiten Plasmid in die Zelle eingeführt werden und die Expression des Hilfspo­ rins verhindert werden.This was exemplified by a ΔmspA mutant as a first step in this direction (Stahl, et al. "MspA provides the main hydrophilic pathway through the cell wall of Mycobacterium smegmatis "Mol. Microbiol. (2001) (in press)). Since the presence of Is essential for the survival of mycobacteria, the consecutive knock- Out of the porin genes a two plasmid system. An auxiliary sporin, e.g. B. MspA, expressed in order to be able to delete the chromosomally encoded poringenes. Um now the desired porin without being able to examine the presence of other porins must be ses are introduced into the cell on a second plasmid and the expression of the auxiliary spo rins can be prevented.

Bisher publizierte Vektoren zur Verwendung in einem Zweiplasmid-System sind für komple­ xere Klonierungen nicht geeignet. Es wurden deshalb die Plasmide pMycVec1 und pMy­ cVec2 (siehe Fig. 1) konstruiert, die zwei verschiedene, kompatible Replikationsursprünge für Mycobakterien tragen und bis auf den Polylinker keine gemeinsamen Sequenzen besitzen, um die Wahrscheinlichkeit von Rekombination zwischen beiden Plasmiden zu minimieren. Previously published vectors for use in a two-plasmid system are not suitable for complex cloning. The plasmids pMycVec1 and pMy cVec2 (see FIG. 1) were therefore constructed which carry two different, compatible origins of replication for mycobacteria and, apart from the polylinker, have no common sequences in order to minimize the probability of recombination between the two plasmids.

Dann wurden zwei Expressionskassetten mit verschiedenen konstitutiven Promotoren und gfp+ bzw. ebfp konstruiert und durch Messung des Energietransfers von EBFP zu GFP+ ge­ zeigt, daß nicht nur beide Vektoren über viele Generationen in M. smegmatis stabil replizie­ ren, sondern auch Gene von beiden Plasmiden exprimiert werden. Details des Polylinkers sind in Fig. 1 dargestellt.Then two expression cassettes with different constitutive promoters and gfp + and ebfp were constructed and by measuring the energy transfer from EBFP to GFP + ge showed that not only both vectors replicate stably over many generations in M. smegmatis, but also genes from both plasmids are expressed , Details of the polylinker are shown in Fig. 1.

In einem nächsten Schritt wurde eine Expressionskassette für mspA mit einem sehr starken konstitutiven Promotor konstruiert und in pMS2 kloniert. Die Funktionalität dieser Expressi­ onskassette wurde in dem Plasmid pMN014 gezeigt, durch dessen Transformation in die Δ mspA Mutante deren Permeabilitätsdefekte komplementiert werden konnten. Eine mspA Expressionskassette mit einem schwächeren Promotor wurde bereits konstruiert (pMN012) und wurde nun in pMycVec2 kloniert, um Plasmid pMN104 zu ergeben. Durch die anschließende Insertion der ebenfalls bereits vorliegenden sacB-Kassette kann die plasmidständige Expression des Hilfsporins MspA jederzeit durch Zugabe von Saccharose ins Medium beendet werden. Mit jedem mspA-Expressionsvektor, der eine sacB-Kassette trägt, kann diese Aufgabe erfüllt werden. Das haben wir exemplarisch mit dem Plasmid pMN101 (siehe Fig. 2) gezeigt, daß das chromosomale DNA-Fragment aus M smegmatis mit dem mspA Gen und dem eigenen Promotor trägt.In a next step, an expression cassette for mspA with a very strong constitutive promoter was constructed and cloned into pMS2. The functionality of this expression cassette was shown in the plasmid pMN014, by transforming it into the Δ mspA mutant whose permeability defects could be complemented. An mspA expression cassette with a weaker promoter was already constructed (pMN012) and has now been cloned into pMycVec2 to give plasmid pMN104. Through the subsequent insertion of the sacB cassette, which is also already present, the plasmid-independent expression of the auxiliary sporine MspA can be ended at any time by adding sucrose to the medium. This task can be accomplished with any mspA expression vector that carries a sacB cassette. We have shown with the plasmid pMN101 (see FIG. 2) that the chromosomal DNA fragment from M smegmatis carries the mspA gene and its own promoter.

Die Analyse der Funktion und Eigenschaften von Porinen in vivo ist nur in Bakterien mög­ lich, die ausschließlich das Porin der Wahl exprimieren. Obwohl das schon für E. coli erkannt wurde, gibt es trotz zahlreicher Publikationen, in denen angeblich "Porin-freie" E. coli Stäm­ me beschrieben sind, keinen E. coli-Stamm, in dem alle Porin-Gene physikalisch vom Chro­ mosom entfernt wurden. Das ist aber zwingend notwendig, da Insertionen von Resistenzkas­ setten, Transposons oder Reportergenen wieder zu Revertanten führen können, die aufgrund des Wachstumsvorteils den Ausgangsstamm mit weniger Porinen schnell überwachsen. Da aber Porine essentiell für das Überleben von Bakterien mit einer äußeren Membran sind, kön­ nen Porin-Gene nur dann vom Chromosom deletiert werden, wenn transient ein plasmidstän­ diges Hilfsporin exprimiert wird. Diese Strategie wurde in E. coli bisher nicht angewendet und wird im folgenden beschrieben.The analysis of the function and properties of porins in vivo is only possible in bacteria that only express the porin of choice. Although this has already been recognized for E. coli Despite numerous publications, there are allegedly "porin-free" E. coli strains me, no E. coli strain in which all porin genes are physically derived from the chro mosom were removed. However, this is imperative since insertions of resistance casas set, transposons or reporter genes can lead to revertants that are due to the growth advantage quickly overgrows the parent strain with fewer porins. There but porins are essential for the survival of bacteria with an outer membrane Porin genes can only be deleted from the chromosome if a plasmid is transient auxiliary spore is expressed. This strategy has not yet been used in E. coli and is described below.

Die vorerwähnte Strategie ist vor allem für die Untersuchung der Porine von pathogenen My­ colsäurehaltigen Bakterien, wie insbesondere M. tubereulosis notwendig, da sich diese sonst nicht in genügender Menge aufreinigen lassen. Daher wurde entschieden, als Beispiel alle Porin-Gene von M. smegmatis, dem Modellorganismus für Mycobakterien, vom Chromosom zu entfernen. Dieses Vorhaben war jedoch keinesfalls trivial, es mußten bei der Umsetzung dieser Strategie in M. smegmatis mehrere Schwierigkeiten überwunden werden:
The above-mentioned strategy is necessary above all for the investigation of the porins of pathogenic My colic acid-containing bacteria, such as in particular M. tubereulosis, since these cannot otherwise be purified in sufficient quantities. It was therefore decided to remove all porin genes from M. smegmatis, the model organism for mycobacteria, from the chromosome as an example. However, this project was by no means trivial; several difficulties had to be overcome when implementing this strategy in M. smegmatis:

  • 1. Neben den bisher beschriebenen Porin-Genen könnte es noch weitere Porin-Gene in M. smegmatis geben, die keine große Ähnlichkeit zu mspA aufweisen. Diese sollten aber im Laufe der sukzessiven Deletion der bisher bekannten Porin-Gene entdeckt werden, wenn in parallelen Ansätzen die Expression des Hilfsporins nicht erfolgt. In diesen Experimenten könnten dann bisher stille Porin-Gene durch Mutationen aktiviert werden, wie das in E. coli für nmpC und lc beobachtet wurde.1. In addition to the porin genes described so far, there could be other porin genes in M. smegmatis, which are not very similar to mspA. But these should The course of the successive deletion of the previously known porin genes can be discovered when in parallel approaches the expression of the auxiliary sporine does not take place. In these experiments So far, silent porin genes could then be activated by mutations, like that in E. coli was observed for nmpC and lc.
  • 2. Die Expression des Hilfsporins muß transient erfolgen. Es wurde deshalb das mspA-Gen mit seinem eigenen Promotor in den low-copy Vektor pMycVec2 unseres Zwei-Plasmid- Systems kloniert und das Plasmid pMN101 erhalten. Der Vektor pMN101 (siehe Fig. 2) trägt zusätzlich noch eine sacB Kassette, die die Selektion auf Zellen erlaubt, die dieses Plas­ mid nicht mehr besitzen und nur noch das pMycVec1-Derivat mit den Poringenen aus M. tuberculosis tragen. Die sacB Kassette hat sich bereits als sehr effektiv bei Gegenselektion in Rekombinationsversuchen in M. smegmatis erwiesen. Eine zusätzliche Regulation der Genexpression ist bei dieser Strategie nicht notwendig.2. The expression of the auxiliary porin must be transient. The mspA gene was therefore cloned with its own promoter into the low-copy vector pMycVec2 of our two-plasmid system and the plasmid pMN101 was obtained. The vector pMN101 (see FIG. 2) additionally carries a sacB cassette which allows selection for cells which no longer have this plas mid and only carry the pMycVec1 derivative with the poringenenes from M. tuberculosis. The sacB cassette has already proven to be very effective in counter-selection in recombination attempts in M. smegmatis. Additional regulation of gene expression is not necessary with this strategy.
  • 3. Aufgrund der geringen Rekombinationsfrequenz in ist die positive Selektion auf Rekombi­ nationsereignisse durch die Einführung von Resistenzkassetten zwingend notwendig. In My­ cobakterien sind bisher nur wenige Resistenzkassetten als funktionell beschrieben, nämlich die aph-, die hyg- und die aacC1-Kassetten, die Mycobakterien Resistenz gegenüber Ka­ namycin, Hygromycin und Gentamycin verleihen. Da die beiden erstgenannten Resistenzkas­ setten schon für die beiden Plasmide verwendet wurden, bleibt nur noch die Gentamycin- Kassette als positiver Selektionsmarker. Um die Gentamycin-Kassette für konsekutive Re­ kombinationsexperimente verwenden zu können, muß diese nach jedem Knock-Out wieder aus dem Chromosom herausgeschnitten werden. Dazu sollen sequenzspezifische Rekombi­ nasen verwendet werden, die präzise DNA Deletionen in vivo ausführen können, wenn die zu deletierende Sequenz von den Erkennungssequenzen für eine sequedzspeziflsche Rekombina­ se flankiert ist. Solche Kassetten sind z. B. schon in E. coli und Säugerzellen verwendet wor­ den. Solche Experimente sind bisher für Mycobakterien nicht beschrieben. Für diese Experi­ mente haben wir in dem Vektor pMN236 eine Gentamycin-Knockout-Kassette konstruiert (siehe Fig. 3) und das in M. smegmatis funktionsfähigen Expressionsplasmid pMN234 zur Expression einer modifizierten Form der FLP-Rekombinase (siehe Fig. 5).3. Due to the low recombination frequency in, the positive selection for recombination events by the introduction of resistance cassettes is imperative. So far, only a few resistance cassettes have been described as functional in My cobacteria, namely the aph, the hyg and the aacC1 cassettes, which give mycobacteria resistance to camycin, hygromycin and gentamycin. Since the first two resistance casings have already been used for the two plasmids, only the gentamycin cassette remains as a positive selection marker. In order to be able to use the gentamycin cassette for consecutive recombination experiments, it has to be cut out of the chromosome again after each knock-out. For this purpose, sequence-specific recombination noses are to be used which can carry out precise DNA deletions in vivo if the sequence to be deleted is flanked by the recognition sequences for a sequence-specific recombination. Such cassettes are e.g. B. has already been used in E. coli and mammalian cells. Such experiments have not yet been described for mycobacteria. For these experiments, we constructed a gentamycin knockout cassette in the vector pMN236 (see FIG. 3) and the expression plasmid pMN234, which was functional in M. smegmatis, for expressing a modified form of the FLP recombinase (see FIG. 5).

Zur homologen Rekombination werden ca. 1 kbp lange DNA-Fragmente des upstream und downstream Bereiches des zu deletierenden Genes aus dem Chromosom durch PCR amplifi­ ziert und durch PmeI/SpeI bzw. PacI/SwaI in pMN250 insertiert (siehe Fig. 4). Alternativ kann anstelle der SpeI-Schnittstelle auch die SexAI-Schnittstelle verwendet werden. Dieses Deletionsplasmid wurde in M. smegmatis SMR5 transformiert, der bereits das Hilfsplasmid pMN101 trägt. Durch Selektion auf Gentamycin und Gegenselektion gegen das Deletions­ plasmid durch Streptomycin wird auf rekombinante Stämme selektioniert, die das jeweilige Porin-Gen nicht mehr besitzen. Diese Stämme werden genetisch und funktionell verifiziert. Dann wird durch die Transformation des Flp-Rekombinase-Plasmids pMN234 die Gentamycin-Kassette ausgeschnitten und das Rekombinase-Plasmids durch Gegenselektion mit Streptomycin wieder entfernt. Dieser Vorgang ließe sich theoretisch beliebig oft wieder­ holen, bis alle Porin-Gene deletiert sind, ohne daß eine Resistenzkassette im Chromosom bleibt. Da aber bei der Rekombination eine der beiden Erkennungssequenzen im Genom zu­ rückbleibt, könnten ab der zweiten Rekombination unerwünschte Nebenreaktionen auftreten. Diese können durch die Verwendung anderer sequenzspezifischer Rekombinasen wie z. B. Cre aus dem Bacteriophagen P1, Int (Tn916) oder FimB (E. coli) umgangen werden.For homologous recombination, approximately 1 kbp long DNA fragments of the upstream and downstream region of the gene to be deleted from the chromosome are amplified by PCR and inserted into PMN250 by PmeI / SpeI or PacI / SwaI (see FIG. 4). Alternatively, the SexAI interface can be used instead of the SpeI interface. This deletion plasmid was transformed into M. smegmatis SMR5, which already carries the auxiliary plasmid pMN101. By selection for gentamycin and counter-selection against the deletion plasmid by streptomycin, selection is made for recombinant strains which no longer have the respective porin gene. These strains are genetically and functionally verified. The gentamycin cassette is then cut out by transforming the Flp recombinase plasmid pMN234 and the recombinase plasmid is removed again by counter-selection with streptomycin. Theoretically, this process could be repeated any number of times until all porin genes were deleted without a resistance cassette remaining in the chromosome. However, since one of the two recognition sequences remains in the genome during recombination, undesirable side reactions could occur from the second recombination. These can be achieved by using other sequence-specific recombinases such as e.g. B. Cre from the bacteriophage P1, Int (Tn916) or FimB (E. coli) can be avoided.

Bakterielle Stämme und WachstumsbedingungenBacterial strains and growing conditions

Mycobacterium smegmatis SMR5 ist eine Streptomycin-resistente Mutante von M. smegmatis mc2155 (Sander, P., Meier, A. and Böttger, E. C. (1995) rpsL+: a dominant selectable marker for gene replacement in mycobacteria. Mol Microbiol 16: 991-1000) und wurde in Middle­ brook 7H9 Medium (Difco) ergänzt mit 0.2% Glycerin und 0.05% Tween 80 bei 37°C an­ gezogen. Escherichia coli DH5α wurde für alle Klonierungsexperimente benutzt und wurde routinemäßig in LB Medium bei 37°C angezogen. Antibiotika wurden, wenn erforderlich, in folgenden Konzentrationen zugegeben: Ampicillin (100 µg/mL für E. coli), Kanamycin (30 µg/mL für E. coli, 10 µg/mL für M. smegmatis), Hygromycin (200 µg/mL für E. coli, 50 µg/mL für M. smegmatis), Gentamycin (15 µg/mL) und Streptomycin (400 µg/mL).Mycobacterium smegmatis SMR5 is a streptomycin-resistant mutant of M. smegmatis mc 2 155 (Sander, P., Meier, A. and Böttger, EC (1995) rpsL +: a dominant selectable marker for gene replacement in mycobacteria. Mol Microbiol 16: 991 -1000) and was grown in Middle brook 7H9 medium (Difco) supplemented with 0.2% glycerin and 0.05% Tween 80 at 37 ° C. Escherichia coli DH5α was used for all cloning experiments and was routinely grown in LB medium at 37 ° C. If necessary, antibiotics were added in the following concentrations: ampicillin (100 µg / mL for E. coli), kanamycin (30 µg / mL for E. coli, 10 µg / mL for M. smegmatis), hygromycin (200 µg / mL for E. coli, 50 µg / mL for M. smegmatis), gentamycin (15 µg / mL) and streptomycin (400 µg / mL).

Beispiel 1example 1 Konstruktion von Plasmiden (siehe auch Fig. 6)Construction of plasmids (see also FIG. 6)

Das Plasmid pMycVec1 wurde mit FseI verdaut, die überstehenden 3'-Enden mit Klenow Polymerase entfernt und dann mit KpnI geschnitten. Dieses Vektor-Fragment wurde mit dem rpsL Gen ligiert, das aus dem Plasmid ptrpA-1-rpsL+ (Sander et al., supra) mit SmaI and KpnI ausgeschnitten wurde. Das so erhaltene Plasmid wurde pMN210 genannt. Der pAL5000 Re­ plikationsursprung pMN210 wurde durch seine Temperatur-sensitive Variante aus pCG63 ersetzt (Guilhot, C., Gicquel, B. and Martin, C. (1992) Temperature-sensitive mutants of My­ cobacterium plasmid pAL5000. FEMS Microbiol Lett 77: 181-186). Dazu wurde pMN210 mit ApaI geschnitten und der Temperatur-sensitive Replikationsursprung aus pCG63 mit EcoRV/KpnI ausgeschnitten. Die Enden beider DNA-Fragmente wurden mit der Klenow- Polymerase in glatten Enden überführt und ligiert. Das resultierende Plasmid pALEX1 ent­ hielt zwei gegenselektierbare Marker (rpsL Gen und einen Temperatursensitiven Replikati­ onsursprung) und wurde als Vektor für Rekombination in Mycobakterien benutzt. In einem ersten Schritt zur Deletion des mspA Gens wurde ein 2.8 kbp langes genomisches DNA Fragment mit dem mspA Gen mit SpeI und EcoRV aus pPOR6 ausgschnitten, mit Klenow- Polymerase behandelt und in die aufgefüllte SalI-Schnittstelle von pBluescriptII KS+ (Strata­ gene) kloniert. Das so erhaltene Plasmid wurde pBlue-mspA genannt. Dann wurde ein 536 bp- Fragment mit FseI und StyI aus pBlue-mspA ausgeschnitten, das den vermuteten Promotor, Shine-Dalgarno, Translationsstart und einen für 54 Aminosäuren kodierenden Teil des mspA Gens trägt. Die Enden der DNA des Vektorfragmentes wurden mit T4-DNA-Polymerase in glatte Enden überführt und mit einer 1180 bp großen Gentamicin-Resistenz-Kassette ligiert, die von pMV361 (Stover, C. K., de la Cruz, V. F., Fuerst, T. R., Burlein, J. E., Benson, L. A., Bennett, L. T., Bansal, G. P., Young, J. F., Lee, M. H., Hatfull, G. F., Snapper, S. B., Barletta, R. G., Jacobs, W. R. and Bloom, B. R. (1991) New use of BCG for recombinant vaccines. Nature 351: 456-60) mit den Oligonukleotiden GenR-fwd (AGAGAGAATTCGATCGAAATCCAGATCCTTGACC; Seq. ID Nr. 1) und GenR-rev (TCTCTGAATTCGTTGTGACAATTTACCGAACAACTCC; Seq. ID Nr. 2) amplifiziert wurde. Das so erhaltene Plasmid wurde pMN224genannt. Das genomische Fragment, das die ΔmspA::aacC1-Kassette enthielt, wurde aus pMN224 mit ApaI und SacI ausgeschnitten, mit T4-DNA-Polymerase behandelt und in die singuläre PmeI-Stelle von pALEX1 kloniert, um den mspA-Deletionsvektor pMN226inv zu erhalten.The plasmid pMycVec1 was digested with FseI, the protruding 3 'ends removed with Klenow polymerase and then cut with KpnI. This vector fragment was ligated to the rpsL gene, which was excised from the plasmid ptrpA-1-rpsL + (Sander et al., Supra) with SmaI and KpnI. The plasmid thus obtained was called pMN210. The pAL5000 origin of replication pMN210 was replaced by its temperature-sensitive variant from pCG63 (Guilhot, C., Gicquel, B. and Martin, C. (1992) Temperature-sensitive mutants of My cobacterium plasmid pAL5000. FEMS Microbiol Lett 77: 181- 186). For this, pMN210 was cut with ApaI and the temperature-sensitive origin of replication was cut out of pCG63 with EcoRV / KpnI. The ends of both DNA fragments were blunt-ended with the Klenow polymerase and ligated. The resulting plasmid pALEX1 contained two counter-selectable markers (rpsL gene and a temperature-sensitive origin of replication) and was used as a vector for recombination in mycobacteria. In a first step for deleting the mspA gene, a 2.8 kbp genomic DNA fragment with the mspA gene with SpeI and EcoRV was cut out of pPOR6, treated with Klenow polymerase and cloned into the filled SalI site of pBluescriptII KS + (Strata gene). The plasmid thus obtained was called pBlue-mspA. Then a 536 bp fragment with FseI and StyI was excised from pBlue-mspA, which carries the suspected promoter, Shine-Dalgarno, translation start and a part of the mspA gene coding for 54 amino acids. The ends of the DNA of the vector fragment were blunt-ended with T4 DNA polymerase and ligated with a 1180 bp gentamicin resistance cassette, which was obtained from pMV361 (Stover, CK, de la Cruz, VF, Fuerst, TR, Burlein, JE, Benson, LA, Bennett, LT, Bansal, GP, Young, JF, Lee, MH, Hatfull, GF, Snapper, SB, Barletta, RG, Jacobs, WR and Bloom, BR (1991) New use of BCG for recombinant vaccines. Nature 351: 456-60) with the oligonucleotides GenR-fwd (AGAGAGAATTCGATCGAAATCCAGATCCTTGACC; Seq. ID No. 1) and GenR-rev (TCTCTGAATTCGTTGTGACAATTTACCGAACAACTCC; Seq. ID No. 2) The plasmid thus obtained was called pMN224. The genomic fragment containing the ΔmspA :: aacC1 cassette was excised from pMN224 with ApaI and SacI, treated with T4 DNA polymerase and cloned into the unique PmeI site of pALEX1 to obtain the mspA deletion vector pMN226inv.

Um einen mycobacteriellen Expressionsvektor für mspA zu erhalten, wurde das mspA Gen von pPOR6 mit den Oligonukleotiden MP-fwd (GATTAGTTAATTAAGGGAGAACATGAAGGCAATCAGTCG; Seq. ID a Nr. 3) und MP- rev (AAATCGAACGGCGGTCCAGGAATCAG; Seq. ID Nr. 4) amplifiziert. Das PCR- Fragment wurde über PacI und SwaI in pMS2 kloniert. Das so erhaltene Plasmid wurde pMN006 genannt. Ein starker Promoter von M. tuberculosis wurde aus pUV 5 mit PmeI und PacI ausgeschnitten und die gleichen Schnittstellen von pMN006 kloniert, um den mspA Ex­ pressions-Vektor pMN014 zu erhalten. Alle Plasmid Konstrukte wurden durch Sequenzierun­ gen überprüft.In order to obtain a mycobacterial expression vector for mspA, the mspA gene of pPOR6 with the oligonucleotides MP-fwd (GATTAGTTAATTAAGGGAGAACATGAAGGCAATCAGTCG; Seq. ID a No. 3) and MP- rev (AAATCGAACGGCGGTCCAGGAATCAG; Seq. ID No. 4). The PCR Fragment was cloned into pMS2 via PacI and SwaI. The plasmid thus obtained was  called pMN006. A strong promoter of M. tuberculosis was derived from pUV 5 with PmeI and PacI cut out and cloned the same interfaces from pMN006 to the mspA Ex to obtain the pressure vector pMN014. All plasmid constructs were sequenced checked.

Beispiel 2Example 2 Konstruktion einer mspA Deletionsmutante von M. smegmatisConstruction of a mspA deletion mutant from M. smegmatis

M. smegmatis SMR5 wurde mit dem Plasmid pMN226inv transformiert. Gentamicin ist der Marker zur positiven Selektion auf die ΔmspA::aacC1-Kassette. Das Wachstum der Zellen, die noch das Plasmid pMN226inv enthalten, sollte durch Streptomycin und bei der für die Replikation von pMN226inv nicht-permissiven Temperatur von 39°C inhibiert werden. Nach Selektion auf 7H10 Platten, die Gentamicin und Streptomycin enthalten, bei 39°C für vier Tage, wurden sechs Klone erhalten. Diese Klone wurden auf 7H10 Platten mit und ohne Ka­ namycin vereinzelt, um ihren GenR StrR KanS Phänotyp zu bestätigen und zu überprüfen, ob diese Klone tatsächlich das Plasmid pMN226inv verloren hatten. Diese Prozedur wurde zweimal für jeden Klon wiederholt. Drei dieser Klone wurden in 7H9 Medium mit Genta­ micin und Streptomycin bis zu einer OD600 von 1 angezogen. Dann wurde deren chromoso­ male DNA isoliert. NruI schneidet die chromosomale DNA des Wildtyps zweimal innerhalb des klonierten mspA Fragmentes und setzt dabei ein 936 bp Fragment frei. Dieses Fragment wurde in einem DNA-Hybridisierungexperiment nachgewiesen. Einer der drei untersuchten Klone besaß dieses Fragment nicht mehr. Statt dessen besaß dieser Stamm ein zusätzliches NruI-Fragment von ca. 4400 bp. Dieses Ergebnis zeigte, daß bei diesem Stamm das mspA Gen deletiert war. Dieser Stamm wurde M. smegmatis MN01 genannt.M. smegmatis SMR5 was transformed with the plasmid pMN226inv. Gentamicin is the marker for positive selection on the ΔmspA :: aacC1 cassette. The growth of the cells which still contain the plasmid pMN226inv should be inhibited by streptomycin and at the temperature of 39 ° C. which is not permissive for the replication of pMN226inv. After selection on 7H10 plates containing gentamicin and streptomycin at 39 ° C for four days, six clones were obtained. These clones were isolated on 7H10 plates with and without kanyincin to confirm their gene R Str R Kan S phenotype and to check whether these clones had actually lost the plasmid pMN226inv. This procedure was repeated twice for each clone. Three of these clones were grown in 7H9 medium with Genta micin and streptomycin up to an OD 600 of 1. Then their chromosomal DNA was isolated. NruI cuts the wild-type chromosomal DNA twice within the cloned mspA fragment, releasing a 936 bp fragment. This fragment was detected in a DNA hybridization experiment. One of the three clones examined no longer had this fragment. Instead, this strain had an additional NruI fragment of approximately 4400 bp. This result showed that the mspA gene was deleted from this strain. This strain was called M. smegmatis MN01.

Beispiel 3Example 3 Quantifizierung der Permeabilität der äußeren Membran von M. smegmatis für Cephaloridin (Zimmermann-Rosselet Test)Quantification of the permeability of the outer membrane of M. smegmatis for cephaloridine (Zimmermann-Rosselet test)

Der Zimmermann-Rosselet Test ist einer der ganz wenigen theoretisch korrekten Methoden, um Diffusionsgeschwindigkeiten durch bakterielle Zellwände zu messen (Nikaido, H. (1985) Role of permeability barriers in resistance to beta-lactam antibiotics. Pharmacol Ther 27: 197-231.) und wurde deshalb ausgewählt, um die Permeabilität der Zellwände von M. smegmatis und der ΔmspA Mutante zu quantifizieren. In diesem Test wird die Permeabili­ tät der Zellwand für das zwitterionische β-Lactam-Antibiotikum Cephaloridin durch dessen Hydrolyse durch periplasmatische β-Lactamasen in intakten Zellen gemessen (Zimmermann, W. and Rosselet, A. (1977) Function of the outer membrane of Escherichia coli as a permea­ bility barrier to beta-lactam antibiotics. Antimicrob Agents Chemother 12: 368-372; Jarlier, V. and Nikaido, H. (1990) Permeability barrier to hydrophilic solutes in Mycobacierium che­ lonei. J Bacteriol 172: 1418-1423). Die Hydrolyse von Cephaloridin wird spektrophotome­ trisch gemessen.The Zimmermann-Rosselet test is one of the very few theoretically correct methods to measure diffusion rates through bacterial cell walls (Nikaido, H. (1985) Role of permeability barriers in resistance to beta-lactam antibiotics. Pharmacol Ther 27: 197-231.) And was therefore selected to determine the permeability of the cell walls M. smegmatis and the ΔmspA mutant. In this test the permeabili the cell wall for the zwitterionic β-lactam antibiotic cephaloridine through its Hydrolysis by periplasmic β-lactamases measured in intact cells (Zimmermann, W. and Rosselet, A. (1977) Function of the outer membrane of Escherichia coli as a permea bility barrier to beta-lactam antibiotics. Antimicrob Agents Chemother 12: 368-372; Jarlier, V.  and Nikaido, H. (1990) Permeability barrier to hydrophilic solutes in Mycobacierium che lonei. J Bacteriol 172: 1418-1423). The hydrolysis of cephaloridine becomes spectrophotome measured trically.

M. smegmatis SMR5- und MN01 werden bis zu einer OD600 von 1 angezogen, durch Zentrifu­ gieren für 5 min bei 3000 g bei Raumtemperatur geerntet, mit PBS (4,3 mM Na2HPO4, 1,4 mM KH2PO4, pH 7,5, 137 mM NaCl, 2,7 mM KCl) gewaschen und in 2,5 mM PIPES (pH 6,5) in einer Konzentration von 80 mg Zellen (Naßgewicht)/mL resuspendiert. 100 µL dieser Zellsuspension werden mit 400 µL eines 2,5 mM PIPES (pH 6,5) Puffers, der 1 mM Cephalo­ ridin (Sigma) enthält, gemischt. 300 µL dieser Mischung werden schnell in eine Küvette mit einem Lichtweg von 1 mm überführt und die Absorption bei 260 nm und 241 nm für 40 min bei 25°C gemessen. Um die Aktivität der periplasmatischen β-Lactamasen von M. smegmatis zu bestimmen, wurden 160 mg Zellen (Nassgewicht) in 1 mL 2,5 mM PIPES (pH 6,5) resus­ pendiert, durch Ultraschall aufgeschlossen und die Hydrolyse von Cephaloridin durch das halbe Volumen des Überstands bestimmt. Die Hydrolysegeschwindigkeit war 25,4 ± 4 nmol min-1.mg-1 Zellen (Trockengewicht) und entspricht der maximalen Aktivität der β- Lactamasen von M. smegmatis. Das mittlere Trockengewicht betrug 0,57 mg und 0,78 mg für Wildtyp M. smegmatis bzw. die ΔmspA Mutante. Es wurden besondere Vorkehrungen getrof­ fen, um Zellyse durch mechanischen Streß zu vermeiden, der periplasmatische β-Lactamasen in den Überstand freisetzen würde. Das wurde durch die Messung der Hydrolyse von Cepha­ loridin durch den Überstand von 80 mg (Nassgewicht) ganzer Zellen kontrolliert. Die Per­ meabilitätskoeffizienten P wurden nach der publizierten Methode (Zimmermann and Rosse­ let, supra) berechnet unter Verwendung eines KM-Wertes von 146 µM für die β-Lactamasen von M. smegmatis (Trias and Benz, supra) und eines Oberflächen-Gewichts-Verhältnisses von 132 cm2/mg (Trockengewicht) für Mycobakterien (Jarlier and Nikaido, supra).M. smegmatis SMR5 and MN01 are grown to an OD 600 of 1, harvested by centrifugation for 5 min at 3000 g at room temperature, with PBS (4.3 mM Na 2 HPO 4 , 1.4 mM KH 2 PO 4 , pH 7.5, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl) and resuspended in 2.5 mM PIPES (pH 6.5) at a concentration of 80 mg cells (wet weight) / mL. 100 .mu.L of this cell suspension are mixed with 400 .mu.L of a 2.5 mM PIPES (pH 6.5) buffer which contains 1 mM cephalo ridin (Sigma). 300 µL of this mixture are quickly transferred into a cuvette with a light path of 1 mm and the absorption at 260 nm and 241 nm is measured for 40 min at 25 ° C. In order to determine the activity of the periplasmic β-lactamases of M. smegmatis, 160 mg cells (wet weight) were resuspended in 1 mL 2.5 mM PIPES (pH 6.5), disrupted by ultrasound and the hydrolysis of cephaloridine by half Volume of the supernatant determined. The hydrolysis rate was 25.4 ± 4 nmol min -1 .mg -1 cells (dry weight) and corresponds to the maximum activity of the β-lactamases from M. smegmatis. The mean dry weights were 0.57 mg and 0.78 mg for wild type M. smegmatis and the ΔmspA mutant, respectively. Special precautions were taken to avoid mechanical stress cell lysis that would release periplasmic β-lactamases into the supernatant. This was controlled by measuring the hydrolysis of cephaloridine through the supernatant of 80 mg (wet weight) of whole cells. The permeability coefficients P were calculated according to the published method (Zimmermann and Rosse let, supra) using a K M value of 146 µM for the β-lactamases from M. smegmatis (Trias and Benz, supra) and a surface weight Ratio of 132 cm 2 / mg (dry weight) for mycobacteria (Jarlier and Nikaido, supra).

0,8 mM Cephaloridin wurden mit einer Geschwindigkeit von 25,4 ± 4 nmol.min-1.mg-1 durch das Zellysat von M. smegmatis SMR5 hydrolysiert. Die Cephaloridin-Hydrolyse durch intakte Zellen war mit 4,4 ± 0,3 nmol.min-1.mg-1 ungefähr fünfmal langsamer. Das zeigt, daß die Diffusion durch die äußere Membran geschwindigkeitsbestimmend ist (Fig. 7A). Deshalb ist die Cephaloridin-Hydrolysegeschwindigkeit ein direktes Maß für die Permeabili­ tät der Zellwand von M. smegmatis. Die β-Lactamase Aktivität des Überstandes von M. smegmatis SMR5 Zellen betrug 0,3 ± 0,09 nmol.min-1.mg-1. Dieser Wert entspricht etwa 1% der gesamten β-Lactamase Aktivität und liegt in dem Fehlerbereich der Messungen der Cephaloridin-Hydrolyse durch ganze Zellen. Das erlaubt die Berechnung des Permeabilitäts­ koeffizienten der Zellwand von M. smegmatis zu (7,2 ± 1,4).10-7 cm/s in guter Übereinstim­ mung mit dem früher publizierten Wert von (10 ± 1,2).10-7 cm/s (Trias, J. and Benz, R. (1994) Permeability of the cell wall of Mycobacterium smegmatis. Mol Microbiol 14: 283-­ 290). Die Aktivität der β-Lactamasen der ΔmspA Mutante M. smegmatis MN01 war identisch mit der des Elternstammes (Fig. 7A). Die Auswertung der Cephaloridin-Hydrolyse durch ganze Zellen von M. smegmatis MN01 ergab einen Permeabilitätskoeffizienten von (8,4 ± 2,2).10-8 cm/s. Daraus läßt sich folgern, daß die Deletion des mspA Gens die Permea­ bilität der Zellwand gegenüber Cephaloridin um den Faktor 9 reduziert. Dieses Ergebnis deutete auf eine wichtige Rolle von MspA für die Diffusion von hydrophilen Molekülen in die Zelle von M. smegmatis hin.0.8 mM cephaloridine were hydrolyzed by the cell lysate of M. smegmatis SMR5 at a rate of 25.4 ± 4 nmol.min -1 .mg -1 . Cephaloridine hydrolysis by intact cells was approximately five times slower at 4.4 ± 0.3 nmol.min -1 .mg -1 . This shows that the diffusion through the outer membrane is rate limiting ( Fig. 7A). Therefore, the cephaloridine hydrolysis rate is a direct measure of the permeability of the cell wall of M. smegmatis. The β-lactamase activity of the supernatant from M. smegmatis SMR5 cells was 0.3 ± 0.09 nmol.min -1 .mg -1 . This value corresponds to approximately 1% of the total β-lactamase activity and lies in the error range of the measurements of cephaloridine hydrolysis by whole cells. This allows the calculation of the permeability coefficient of the cell wall of M. smegmatis to (7.2 ± 1.4) .10 -7 cm / s in good agreement with the previously published value of (10 ± 1.2) .10 - 7 cm / s (Trias, J. and Benz, R. (1994) Permeability of the cell wall of Mycobacterium smegmatis. Mol Microbiol 14: 283-290). The activity of the β-lactamases of the ΔmspA mutant M. smegmatis MN01 was identical to that of the parent strain ( FIG. 7A). The evaluation of cephaloridine hydrolysis by whole cells of M. smegmatis MN01 showed a permeability coefficient of (8.4 ± 2.2) .10 -8 cm / s. From this it can be concluded that the deletion of the mspA gene reduces the permeability of the cell wall to cephaloridine by a factor of 9. This result indicated an important role of MspA for the diffusion of hydrophilic molecules into the cell of M. smegmatis.

Um nachzuweisen, ob der Permeabilitätsdefekt von M. smegmatis MN01 tatsächlich durch die Deletion des mspA Gens verursacht wurde, wurde eine Fusion des mspA Gens mit dem konstitutiven Promotor psmyc aus M. smegmatis hergestellt. Die Transformation von M. smegmatis MN01 mit dem Vektor pMN014, der die psmyc-mspA Fusion enthielt, änderte nicht die β-Lactamase Aktivität, aber erhöhte die Permeabilität für Cephaloridin wieder auf Wildtyp-Niveau (Fig. 7A). Daraus ließ sich schließen, daß das MspA Porin für ca. 90% der Permeabilität von M. smegmatis gegenüber Cephaloridin verantwortlich ist.In order to demonstrate whether the permeability defect of M. smegmatis MN01 was actually caused by the deletion of the mspA gene, a fusion of the mspA gene with the constitutive promoter p smyc from M. smegmatis was made. The transformation of M. smegmatis MN01 with the vector pMN014, which contained the p smyc- mspA fusion, did not change the β-lactamase activity, but increased the permeability for cephaloridine back to the wild-type level ( FIG. 7A). From this it could be concluded that the MspA porin is responsible for approx. 90% of the permeability of M. smegmatis to cephaloridine.

Beispiel 4Example 4 Veränderung der Aufnahme von Glukose durch eine M. smegmatis-mspA DeletionsmutanteChange in glucose uptake by smegmatis-mspA deletion mutant

Um zu untersuchen, ob mspA für die Aufnahme von Zuckern durch M. smegmatis wichtig ist, wurde die Aufnahmegeschwindigkeit von 14C-markierter Glucose durch ganze Zellen von M. smegmatis gemessen. Dazu wurden die Stämme M. smegmatis SMR5, MN01 und MN01, der mit einer episomalen Kopie von mspA (pMN014) komplementiert war, bis zu einer OD600 von 1,5 angezogen, durch zehnminütige Zentrifugation bei 3000 g und 4°C geerntet, zweimal mit 2 mM PIPES (pH 6,5), 0,05 mM MgCl2 gewaschen und in 32 mL des gleichen Puffers resupendiert. [14C]-Glucose (spezifische Aktivität 311 mCi/mmol, Amersham) wurde zu der Zellsuspension gegeben und so mit Glucose gemischt, dass Glucose-Konzentrationen von 50 µM to 3,3 mM erhalten wurden. Die Mischung wurde bei 25°C bzw. 37°C inkubiert. Zu Zeiten von 15 Sekunden bis 16 Minuten wurden Proben von 1 mL entnommen. Die Zellen wurden durch einen Filter mit einer Porengröße von 0,45 µm (Sartorius) filtriert, mit 0.1 M LiCl gewaschen und die Radioaktivität des Filters in einem Szintillationszähler gemessen. Ein mL der Zellsuspension wurde getrocknet und gewogen, um die in dem Test benutzte Zellma­ sse zu bestimmen. Das mittlere Trockengewicht pro Test war 0,84 ± 0,02 mg. Die Aufnahme von Glucose wurde in nmol pro mg (Trockengewicht) Zellen angegeben. Die Aufnahmege­ schwindigkeit wurde durch das Anpassen einer Geraden an wenigstens die ersten drei Daten­ punkte von 15 bis 45 sek bestimmt. Die Korrelationskoeffizienten waren für alle Fits größer als 0,97. Das zeigt, daß die Daten nicht signifikant von einer Geraden abwichen. Die Analyse der so bestimmten Aufnahmegeschwindigkeiten bei verschiedenen Glucose Konzentrationen mit der Michaelis-Menten-Gleichung ergab KM und Vmax Werte für den Gesamttransport von Glucose in die Zelle. Die Daten-Analyse wurde durch die Lineweaver-Burk Auftragung für Wildtyp M. smegmatis bestätigt. Eine Abschätzung des Minimalwertes des Permeabilitäts­ koeffizienten wurde durch folgende Gleichung erhalten,
In order to investigate whether mspA is important for the uptake of sugars by M. smegmatis, the uptake rate of 14 C-labeled glucose by whole cells of M. smegmatis was measured. For this, the strains M. smegmatis SMR5, MN01 and MN01, which was complemented with an episomal copy of mspA (pMN014), were grown to an OD 600 of 1.5, harvested by centrifugation at 3000 g and 4 ° C. for ten minutes, twice washed with 2 mM PIPES (pH 6.5), 0.05 mM MgCl 2 and resuspended in 32 mL of the same buffer. [ 14 C] -glucose (specific activity 311 mCi / mmol, Amersham) was added to the cell suspension and mixed with glucose in such a way that glucose concentrations of 50 μM to 3.3 mM were obtained. The mixture was incubated at 25 ° C and 37 ° C, respectively. 1 mL samples were taken at times from 15 seconds to 16 minutes. The cells were filtered through a filter with a pore size of 0.45 μm (Sartorius), washed with 0.1 M LiCl and the radioactivity of the filter was measured in a scintillation counter. One mL of the cell suspension was dried and weighed to determine the cell size used in the test. The mean dry weight per test was 0.84 ± 0.02 mg. Glucose uptake was expressed in nmol per mg (dry weight) of cells. The recording speed was determined by fitting a straight line to at least the first three data points from 15 to 45 seconds. The correlation coefficients were greater than 0.97 for all fits. This shows that the data did not deviate significantly from a straight line. Analysis of the uptake speeds determined in this way at different glucose concentrations using the Michaelis-Menten equation gave K M and V max values for the total transport of glucose into the cell. The data analysis was confirmed by the Lineweaver-Burk application for wild type M. smegmatis. An estimate of the minimum value of the permeability coefficient was obtained from the following equation,

die von Jarlier und Nikaido (supra) abgeleitet wurde, indem sie annahmen, daß das Substrat passiv durch die Zellwand diffundiert und dann mit einer höheren Geschwindigkeit aktiv durch die zytoplasmatische Membran transportiert wird. Dann kann die Substrat- Konzentration im Periplasma vernachlässigt werden im Vergleich zu der anfänglichen Sub­ strat-Konzentration im Puffer. Wir benutzten einen Wert von 132 cm2/mg (Trockengewicht) als Abschätzung für das Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht für M. smegmatis (Jarlier and Nikaldo, supra).which was derived from Jarlier and Nikaido (supra) by assuming that the substrate diffuses passively through the cell wall and then is actively transported through the cytoplasmic membrane at a higher rate. Then the substrate concentration in the periplasm can be neglected compared to the initial substrate concentration in the buffer. We used a value of 132 cm 2 / mg (dry weight) as an estimate for the surface to weight ratio for smegmatis (Jarlier and Nikaldo, supra).

Die Aufnahmekinetik für 3,3 mM Glucose zeigte eine rasche Sättigung nach ca. 5 min (Fig. 7B). Die Aufnahmegeschwindigkeit der ΔmspA Mutante für Glucose war 2,4-fach langsamer als beim Wildtyp. Die Komplementation der ΔmspA Mutante mit dem mspA Expressions­ vektor pMN014 erhöhte die Aufnahmegeschwindigkeit für Glucose auf Wildtyp-Niveau (Daten nicht gezeigt). Das bestätigt, daß die Deletion von mspA einen Permeabilitätsdefekt bei M. smegmatis verursacht.The uptake kinetics for 3.3 mM glucose showed a rapid saturation after approx. 5 min ( FIG. 7B). The uptake rate of the ΔmspA mutant for glucose was 2.4 times slower than that of the wild type. Complementation of the ΔmspA mutant with the mspA expression vector pMN014 increased the uptake rate for glucose at the wild-type level (data not shown). This confirms that the deletion of mspA causes a permeability defect in M. smegmatis.

Es wurden eine Reihe von Aufnahmeexperimenten mit Glucose in Konzentrationen von 50 µM bis 2 mM durchgeführt, um die scheinbaren Vmax und Km Werte zu bestimmen. Der Effekt der mspA Deletion auf die Aufnahme von Glucose war bei geringeren Konzentrationen in Übereinstimmung mit Ergebnissen bei Gram-negativen Bakterien (Ferenci, T. (1996) Ad­ aptation to life at micromolar nutrient levels: the regulation of Escherichia coli Glukose transport by endoinduction and cAMP. FEMS Microbiol Rev 18: 301-17). Z. B. war die Auf­ nahme von Glucose in die ΔmspA Mutante bei 50 µM 6,7-fach langsamer als beim Wildtyp (Daten nicht gezeigt). Die Daten-Analyse mit der Michaelis-Menten-Gleichung ergab vmax- und Km-Werte von 11,2 nmol.mg-1.min-1 und 2,6 nM für den Wildtyp, und 1,3 nmol.mg-1.min-1 und 1,1 nM für die ΔmspA Mutante. Unter der Annahme, daß Glucose erst passiv durch die Zellwand diffundiert und dann aktiv durch die zytoplasmatische Mem­ bran transportiert wird (Jarlier and Nikaido, supra) wurden Abschätzungen für die minimalen Permeabilitätskoeffizienten P von 2,6.10-7 cm/s für den Wildtyp und 7,2.10-8 cm/s für die ΔmspA Mutante erhalten. Damit ist gezeigt, daß die Deletion von mspA die Permeabilität von M. smegmatis für Glucose um den Faktor 4 auf einen Wert reduziert, der 200 000-fach gerin­ ger ist als der Wert, der für E. coli bestimmt wurde(Bavoil, P., Nikaido, H. and von Meyen­ burg, K. (1977) Pleiotropic transport mutants of Escherichia coli lack porin, a major outer membrane protein. Mol Gen Genet 158: 23-33). Die Permeabilität von M. smegmatis ΔmspA Mutante für Glucose ist damit der geringste jemals für Bakterien gemessene Wert.A series of uptake experiments with glucose in concentrations of 50 µM to 2 mM were carried out in order to determine the apparent V max and K m values. The effect of the mspA deletion on the uptake of glucose was in agreement with results in Gram-negative bacteria at lower concentrations (Ferenci, T. (1996) Ad aptation to life at micromolar nutrient levels: the regulation of Escherichia coli Glucose transport by endoinduction and cAMP.FEMS Microbiol Rev 18: 301-17). For example, the uptake of glucose in the ΔmspA mutant was 6.7 times slower at 50 µM than in the wild type (data not shown). Data analysis using the Michaelis-Menten equation showed v max and K m values of 11.2 nmol.mg -1 .min -1 and 2.6 nM for the wild type, and 1.3 nmol.mg - 1 .min -1 and 1.1 nM for the ΔmspA mutant. Assuming that glucose first diffuses passively through the cell wall and then is actively transported through the cytoplasmic membrane (Jarlier and Nikaido, supra), estimates for the minimum permeability coefficient P of 2.6.10 -7 cm / s for the wild type and 7 , 2.10 -8 cm / s for the ΔmspA mutant. This shows that the deletion of mspA reduces the permeability of M. smegmatis to glucose by a factor of 4 to a value which is 200,000 times less than the value determined for E. coli (Bavoil, P. , Nikaido, H. and von Meyen burg, K. (1977) Pleiotropic transport mutants of Escherichia coli lack porin, a major outer membrane protein. Mol Gen Genet 158: 23-33). The permeability of M. smegmatis ΔmspA mutant for glucose is the lowest value ever measured for bacteria.

Da die Diffusion von so unterschiedlichen Molekülen wie Glucose und Cephaloridin durch die Zellwand von M. smegmatis durch die Deletion des mspA Gens beeinträchtigt ist, kann geschlossen werden, daß MspA einen allgemeinen Diffusionsweg für hydrophile Moleküle in M. smegmatis darstellt. Diese Annahme wird durch den Befund unterstützt, daß die Aufnah­ me von Fructose durch die ΔmspA Mutante signifikant langsamer als durch den Wildtyp war. Damit stimmen die Ergebnisse der beiden Transport-Tests gut mit der geringeren Kanalakti­ vität von Detergenz-Extrakten und dem geringeren Porin-Gehalt der ΔmspA Mutante überein. Damit ist die physiologische Funktion von MspA in M. smegmatis ähnlich der, die für die Porine OmpF und OmpC von E. coli beschrieben wurde (Nikaido, H. and Nakae, T. (1979) The outer membrane of Gram-negative bacteria. Adv Microb Physiol 20: 163-250). Die Tat­ sache, daß die Zellwand der ΔmspA Mutante ca. 90% bzw. 75% ihrer Permeabilität für Ce­ phaloridin und Glucose verloren hat, zeigt, daß MspA das Hauptporin von M. smegmatis ist und nur unzureichend durch die geringere Anzahl anderer Porine ersetzt wurde.Because of the diffusion of such different molecules as glucose and cephaloridine the cell wall of M. smegmatis can be affected by the deletion of the mspA gene concluded that MspA is a general diffusion path for hydrophilic molecules in M. smegmatis represents. This assumption is supported by the finding that the admission me of fructose by the ΔmspA mutant was significantly slower than by the wild type. The results of the two transport tests are therefore in good agreement with the lower channel share of detergent extracts and the lower porin content of the ΔmspA mutant. The physiological function of MspA in M. smegmatis is thus similar to that for the Porine OmpF and OmpC has been described by E. coli (Nikaido, H. and Nakae, T. (1979) The outer membrane of gram-negative bacteria. Adv Microb Physiol 20: 163-250). The deed thing that the cell wall of the ΔmspA mutant about 90% or 75% of its permeability for Ce lost phaloridine and glucose, shows that MspA is the major porin of M. smegmatis and was insufficiently replaced by the smaller number of other porins.

Beispiel 5Example 5 Wachstumsexperimentegrowth experiments

Es wurde vermutet, daß die geringe Permeabilität der Zellwand von Mycobakterien für Nähr­ stoffe deren langsames Wachstum verursacht (Ratledge, C. (1982) Nutrition, growth and me­ tabolism. In The biology of the mycobacteria, pp. 186-212. Edited by C. Ratledge & J. Stan­ ford. London, United Kingdom: Academic Press, Ltd). Diese Hypothese wurde durch theoretische Betrachtungen für M. chelonae unterstützt (Jarlier and Nikaido, supra). Um zu untersu­ chen, ob die Deletion von mspA die Wachstumsgeschwindigkeit von M. smegmatis beein­ flußt, wurden der Wildtyp und die ΔmspA Mutante in Minimalmedium mit Glucose als einzi­ ger Kohlenstoffquelle in Konzentrationen von 10 µM bis 10 mM eingesetzt. In diesen Expe­ rimenten wurde M. smegmatis SMR5 und MN01 für 36 to 40 Stunden in 5 mL Vorkulturen in MMT Minimalmedium (60 g/L Na2HPO4, 30 g/L KH2PO4, pH 7,4, 5 g/L NaCl, 10 g/L NH4Cl, 2 mM MgSO4, 0,1 mM CaCl2, 0,05% Tween 80) mit 10 mM Glucose angezogen.It has been suggested that the low permeability of the mycobacterial cell wall to nutrients causes their slow growth (Ratledge, C. (1982) Nutrition, growth and me tabolism. In The biology of the mycobacteria, pp. 186-212. Edited by C Ratledge & J. Stan ford. London, United Kingdom: Academic Press, Ltd). This hypothesis was supported by theoretical considerations for M. chelonae (Jarlier and Nikaido, supra). In order to investigate whether the deletion of mspA influences the growth rate of M. smegmatis, the wild type and the ΔmspA mutant were used in minimal medium with glucose as the only carbon source in concentrations of 10 μM to 10 mM. In these experiments, M. smegmatis SMR5 and MN01 were used for 36 to 40 hours in 5 mL precultures in MMT minimal medium (60 g / L Na 2 HPO 4 , 30 g / L KH 2 PO 4 , pH 7.4, 5 g / L NaCl, 10 g / L NH 4 Cl, 2 mM MgSO 4 , 0.1 mM CaCl 2 , 0.05% Tween 80) with 10 mM glucose.

Die Zellen wurden zweimal mit MMT Minimalmedium gewaschen und in 100 mL MMT ergänzt mit jeweils 0,01, 0,1, 1 und 10 mM Glukose, 1 mM Succinat und 1 mM Glucosamin als einziger Kohlenstoffquelle. Die Wachstumsgeschwindigkeiten wurden in je drei unabhän­ gigen Experimenten durch OD600 Messungen bestimmt. Das Wachstum beider Stämme in Gegenwart von Glucose bis zu einer Konzentration von 100 µM war sehr langsam, stoppte bei einer OD600 von ca. 0.1 und unterschied sich nicht signifikant. Höhere Glucose- Konzentrationen unterstützten das Wachstum sowohl des M. smegmatis Wildtyps als auch der ΔmspA Mutante bis zu einer OD600 von ca. 0,3 (siehe Fig. 8). Die Wachstumsgeschwindig­ keiten beider Stämme waren trotz der langsameren Glucose-Aufnahme der ΔmspA Mutante (siehe Beispiel 4) ähnlich. In Gegenwart von 1 mM Glucosamin (siehe Fig. 8) oder 1 mM Succinat wurde eine signifikante Verzögerung des Wachstums der ΔmspA Mutante im Ver­ gleich zum Wildtyp beobachtet.The cells were washed twice with MMT minimal medium and supplemented in 100 mL MMT with 0.01, 0.1, 1 and 10 mM glucose, 1 mM succinate and 1 mM glucosamine as the only carbon source. The growth rates were determined in three independent experiments by OD 600 measurements. The growth of both strains in the presence of glucose up to a concentration of 100 µM was very slow, stopped at an OD 600 of approx. 0.1 and did not differ significantly. Higher glucose concentrations supported the growth of both the wild type smegmatis and the ΔmspA mutant up to an OD 600 of approximately 0.3 (see FIG. 8). The growth rates of both strains were similar despite the slower glucose uptake of the ΔmspA mutant (see Example 4). In the presence of 1 mM glucosamine (see FIG. 8) or 1 mM succinate, a significant delay in the growth of the ΔmspA mutant compared to the wild type was observed.

Diese Ergebnisse zeigten, daß sogar die geringe Permeabilität der ΔmspA Mutante einen ge­ nügend raschen Glucose-Transport erlauben, der die Wachstumsgeschwindigkeit von M. smegmatis nicht beeinflußt. Das spricht gegen die geringe Permeabilität der Zellwand von Mycobakterien als Determinante des langsamen Wachstums von Wildtyp M. smegmatis. Die­ ses Ergebnis ist angesichts der Existenz von mindestens drei weiteren Porin-Genen in M. smegmatis nicht überraschend. So wurde z. B. in E. coli ein starker Wuchsdefekt nur in Mutanten beobachtet, die beide Hauptporine, OmpF und OmpC, verloren hatten (Bavoil et al. supra). Darüber hinaus könnten auch in M. smegmatis Zucker-spezifische Porine wie LamB in E. coli existieren, die sogar wichtig für das Wachstum von E. coli unter limitierenden Zucker­ konzentrationen in Gegenwart von OmpF und OmpC sind (Death, A. and Ferenci, T. (1993) The importance of the binding-protein-dependent Mgl system to the transport of Glucose in Escherichia coli growing on low sugar concentrations. Res Microbiol 144: 529-37). Dennoch deutet die leicht reduzierte Wachstumsgeschwindigkeit der ΔmspA Mutante in Gegenwart von Glucosamin darauf hin, daß die Deletion von mspA die Permeabilität der Zellwand von My­ cobakterien auf ein Niveau reduziert, das gerade wachstumslimitierend ist. Weitere Experi­ mente sind notwendig, um zu überprüfen, ob dieser Effekt durch den langsameren Transport von Glucosamin durch die Mycolsäureschicht von M. smegmatis verursacht wird oder durch unterschiedlich schnelle Aufnahme über die zytoplasmatische Membran im Vergleich zu Glu­ cose.These results showed that even the low permeability of the ΔmspA mutant restricted ge allow sufficient rapid glucose transport that slow the growth rate of M. smegmatis not affected. This speaks against the low permeability of the cell wall Mycobacteria as a determinant of slow growth of wild-type M. smegmatis. the This result is due to the existence of at least three other porin genes M. smegmatis not surprising. So z. B. in E. coli a strong growth defect only in Mutants were observed that had lost both main porins, OmpF and OmpC (Bavoil et al. supra). In addition, sugar-specific porins such as LamB in E. coli exist that are even important for the growth of E. coli among limiting sugars concentrations in the presence of OmpF and OmpC are (Death, A. and Ferenci, T. (1993) The importance of the binding-protein-dependent Mgl system to the transport of glucose in Escherichia coli growing on low sugar concentrations. Res Microbiol 144: 529-37). Yet indicates the slightly reduced growth rate of the ΔmspA mutant in the presence of  Glucosamine indicated that the deletion of mspA increased the permeability of the cell wall of My cobacteria reduced to a level that is just limiting growth. More Experi elements are necessary to check whether this effect is due to the slower transport of glucosamine is caused by the mycolic acid layer of M. smegmatis or by Different speeds of absorption via the cytoplasmic membrane compared to Glu cose.

Beispiel 6Example 6 Antibiotika-SensitivitätstestsAntibiotic sensitivity tests

Messungen der Cephaloridin-Diffusionsgeschwindigkeit durch die Mycolsäureschicht zeig­ ten, daß die ΔmspA Mutante eine um den Faktor 10 geringere Permeabilität der äußeren Membran besitzt, welche durch Einbringen einer episomalen mspA-Kopie komplementiert wurde (Stahl et al. "MspA provides the main hydrophilic pathway through the cell wall of Mycobacterium smegmatis" Mol. Microbiol. (2001) (im Druck)). Daraus ergab sich die Fra­ ge, ob die veränderte Permeabilität der Mycolsäureschicht ebenfalls mit einer geringeren Sen­ sitivität gegenüber hydrophilen Antibiotika einhergeht. Zur Untersuchung dieser Fragestel­ lung wurde ein Antibiotika-Sensitivitätstest durchgeführt.Measurements of the rate of cephaloridine diffusion through the mycolic acid layer show ten that the ΔmspA mutant a 10 times lower permeability of the outer Has membrane, which complements by inserting an episomal copy of mspA (Stahl et al. "MspA provides the main hydrophilic pathway through the cell wall of Mycobacterium smegmatis "Mol. Microbiol. (2001) (in press). This resulted in the Fra ge, whether the changed permeability of the mycolic acid layer also with a lower Sen sensitivity to hydrophilic antibiotics. To investigate this question an antibiotic sensitivity test was carried out.

Für die Antibiotika-Sensitivitätstests wurden Platten bestehend aus 19 g/l Middlebrook 7H10 Agar (Difco) 5 ml/l 100% Glycerin verwendet. Diese Platten enthielten 8, 16, 32, 64, 128, 256 und 512 µg/ml Ampicillin oder 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 µg/ml Cephaloridin. Auf diese Plat­ ten wurden je 100 µl einer Vorkultur des zu testenden M. smegmatis Stamms mit einer Zell­ dichte von OD600/ml = 1.2 in den Verdünnungsstufen 10-3, 10-4, 10-5, 10-6 ausplattiert. Zur Bestimmung des Gesamtzelltiters wurden dieselben Verdünnungsstufen auf 7H10-Platten ohne Antibiotikum ausgebracht. Die Inkubation der Platten erfolgte für 72 h bei 37°C. An­ schließend wurden die Kolonienzahlen der Platten bestimmt und die Werte auf Zellzahl/ml umgerechnet. Daraus wurde der Mittelwert für jede Antibiotikakonzentration und jeden Stamm gebildet und in ein prozentuales Verhältnis zum Gesamtlebendtiter gesetzt.Plates consisting of 19 g / l Middlebrook 7H10 agar (Difco) 5 ml / l 100% glycerol were used for the antibiotic sensitivity tests. These plates contained 8, 16, 32, 64, 128, 256 and 512 µg / ml ampicillin or 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 µg / ml cephaloridine. 100 μl of a preculture of the M. smegmatis strain to be tested with a cell density of OD 600 / ml = 1.2 in the dilution levels 10 -3 , 10 -4 , 10 -5 , 10 -6 were plated onto these plates. To determine the total cell titer, the same dilution levels were applied to 7H10 plates without antibiotics. The plates were incubated at 37 ° C. for 72 h. The colony numbers of the plates were then determined and the values converted to cell number / ml. From this, the mean for each antibiotic concentration and each strain was formed and set in a percentage relationship to the total live titer.

Die Empfindlichkeit der drei verschiedenen M. smegmatis Stämme wt, ΔmspA und komple­ mentierte Mutante gegenüber den Antibiotika Ampicillin, Cephaloridin, Streptomycin, Ri­ fampicin, Kanamycin, Chloramphenicol und Erythromycin und den Tuberkulose- Therapeutika Isonikotinsäurehydrazid und Ethambutol gemessen. The sensitivity of the three different M. smegmatis strains wt, ΔmspA and komple mented mutant against the antibiotics ampicillin, cephaloridine, streptomycin, Ri fampicin, kanamycin, chloramphenicol and erythromycin and the tuberculosis Therapeutics measured isonicotinic hydrazide and ethambutol.  

Es zeigt sich, daß die ΔmspA Mutante gegenüber Ampicillin wesentlich unempfindlicher ist als der wt-Stamm und die komplementierte Mutante (Fig. 9A). Diese beiden Stämme zeig­ ten nur bei Konzentrationen ≦ 16 µg/ml ein sichtbares Kolonienwachstum, während die Ko­ lonienzahl der ΔmspA Mutante bei dieser Konzentration noch 55% des Lebendtiters beträgt. Erst bei Konzentrationen ≧ 64 µg/ml lag auch die relative Kolonienzahl der ΔmspA Mutante nur noch bei 5%.It can be seen that the ΔmspA mutant is significantly less sensitive to ampicillin than the wt strain and the complemented mutant ( FIG. 9A). These two strains showed visible colonial growth only at concentrations ≦ 16 µg / ml, while the colony number of the ΔmspA mutant at this concentration is still 55% of the live titer. Only at concentrations ≧ 64 µg / ml did the relative number of colonies of the ΔmspA mutant drop to 5%.

Alle Stämme zeigten bei Cephaloridin-Konzentrationen ≦ 2 µg/ml ein deutliches Wachstum (Fig. 9B). Allerdings wuchsen doppelt so viele Kolonien von der ΔmspA Mutante als vom Wildtyp und von der komplementierten Mutante. Bei einer Konzentration von 4 µg/ml wird diese Differenz noch größer, da das Wachstum vom wt 4%, das der ΔmspA Mutante noch 40% beträgt.All strains showed significant growth at cephaloridine concentrations ≦ 2 µg / ml ( FIG. 9B). However, twice as many colonies grew from the ΔmspA mutant as from the wild type and from the complemented mutant. At a concentration of 4 µg / ml, this difference becomes even greater because the wt 4% growth and the ΔmspA mutant is still 40%.

Diese Ergebnisse zeigen exemplarisch, daß die Deletion von mspA zu einer erhöhten Resi­ stenz von M. smegmatis gegenüber hydrophilen Antibiotika führt. Diese Experimente bewei­ sen, dass MspA für die Eintritt der Antibiotika in die Zelle wichtig ist. Daraus läßt sich ferner auf eine wichtige Rolle der Porine von M. tuberculosis für den Transport von Antibiotika schließen. These results exemplify that the deletion of mspA leads to an increased resi of smegmatis leads to hydrophilic antibiotics. These experiments prove that MspA is important for the entry of antibiotics into the cell. From this it can also be seen on an important role of the porins of M. tuberculosis for the transport of antibiotics conclude.  

SEQUENZPROTOKOLL SEQUENCE LISTING

Claims (27)

1. Nichtpathogener bakterieller Rezipientenstamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteri­ ums, der für mindestens ein inaktiviertes Porin-Gen durch mindestens ein entspre­ chendes Porin-Gen aus einem pathogenen und/oder langsam wachsenden Mycolsäure­ haltigen Bakterium transgen ist.1. Non-pathogenic bacterial recipient strain of a mycolic acid-containing bacteri um that corresponds to at least one inactivated porin gene by at least one Porin gene from a pathogenic and / or slowly growing mycolic acid containing bacterium is transgenic. 2. Nichtpathogener bakterieller Rezipientenstamm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine entsprechende Porin-Gen aus einem Bakterium der­ selben oder einer anderen Gattung Mycolsäure-haltiger Bakterien stammt.2. Non-pathogenic bacterial recipient strain according to claim 1, characterized records that the at least one corresponding Porin gene from a bacterium of the same or another genus of mycolic acid-containing bacteria. 3. Nichtpathogener bakterieller Rezipientenstamm nach Anspruch 1 oder 2 der Gattun­ gen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmu­ rella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die Mycolsäure enthalten.3. Non-pathogenic bacterial recipient strain according to claim 1 or 2 of the genus gene Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmu rella, Dietzia or other Gram-positive bacteria that contain mycolic acid. 4. Nichtpathogener bakterieller Stamm nach Anspruch 3, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium chelonae und Mycobacteri­ um flavescens oder ein anderer nichtpathogener und/oder schnell wachsender Mycob­ acterienstamm ist.4. Non-pathogenic bacterial strain according to claim 3, selected from the group consisting of Mycobacterium smegmatis, Mycobacterium chelonae and Mycobacteri around flavescens or another non-pathogenic and / or fast growing mycob stem is. 5. Nichtpathogener bakterieller Stamm nach Anspruch 3 oder 4, in dem das Porin-Gen mspA oder ein Homolog davon ist.5. Non-pathogenic bacterial strain according to claim 3 or 4, in which the porin gene mspA or a homologue of it. 6. Nichtpathogener bakterieller Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der für alle Porin-Gene transgen ist.6. Non-pathogenic bacterial strain according to one of claims 1 to 4, which is for all Porin genes are transgenic. 7. Nichtpathogener bakterieller Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der für die Porin-Gene mspA, mspB, mspC und mspD oder deren Homologe transgen ist.7. Non-pathogenic bacterial strain according to one of claims 1 to 4, which for the Porin genes mspA, mspB, mspC and mspD or their homologues is transgenic. 8. Nichtpathogener bakterieller Stamm nach einem der vorgenannten Ansprüche, in dem der Donorstamm für das/die Porin-Gen(e) Mycobacterium leprae, Mycobacterium bo­ vis BCG, Mycobacterium africanum, Mycobacterium kansasii, Mycobacterium marinum, Mycobacterium gastri, Mycobacterium terrae, Mycobacterium nonchromoge­ nicum, Mycobacterium triviale, Mycobacterium avium, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium gastri, Mycobacterium malmoense, Mycobacterium gordonae, My­ cobacterium szulgai, Mycobacterium simiae, Mycobacterium scrofulaceum, Mycob­ acterium xenopi, Mycobacterium shimiodei, Mycobacterium ulcerans, Mycobacterium haemophilum, Mycobacterium farcinogenes, Mycobacterium lepraemurium, Mycob­ acterium paratuberculosis, Mycobacterium tuberculosis. oder ein anderer pathogener und/oder langsam wachsender Mycobacterienstamm ist.8. Non-pathogenic bacterial strain according to one of the preceding claims, in which the donor strain for the Porin gene (s) Mycobacterium leprae, Mycobacterium bo vis BCG, Mycobacterium africanum, Mycobacterium kansasii, Mycobacterium marinum,  Mycobacterium gastri, Mycobacterium terrae, Mycobacterium nonchromoge nicum, Mycobacterium triviale, Mycobacterium avium, Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium gastri, Mycobacterium malmoense, Mycobacterium gordonae, My cobacterium szulgai, Mycobacterium simiae, Mycobacterium scrofulaceum, Mycob acterium xenopi, Mycobacterium shimiodei, Mycobacterium ulcerans, Mycobacterium haemophilum, Mycobacterium farcinogenes, Mycobacterium lepraemurium, Mycob acterium paratuberculosis, Mycobacterium tuberculosis. or another pathogenic and / or slow growing strain of Mycobacteria. 9. Verfahren zur Herstellung eines nichtpathogenen bakteriellen Rezipientenstammes, der für mindestens eines seiner Porin-Gene transgen ist, umfassend:
  • a) Bereitstellen eines nichtpathogenen Stammes eines Mycolsäure-haltigen Bakteri­ ums;
  • b) Einbringen eines genetischen Elements, das eine Expressionskassette mit einem funktionalen Porin-Gen zusammen mit einem ersten positiv zu selektionierenden Resi­ stenzmarker trägt;
  • c) Einbringen eines zweiten genetischen Elements, das eine von Erkennungssequenzen einer sequenzspezifischen Rekombinase flankierte Deletionskassette des zu deletie­ renden Porin-Gens zusammen mit einem zweiten positiv zu selektionierenden Resi­ stenzmarker zur Selektion des genetischen Elements und einem dritten positiven Se­ lektionsmarker zur Selektion der Deletionskassette sowie einen oder mehrere negativ zu selektionierende Selektionsmarker trägt;
  • d) Selektion auf die positiv zu selektionierenden Selektionsmarker;
  • e) Selektion auf den negativ zu selektionierenden Selektionsmarker;
  • f) Einbringen eines genetischen Elements, das eine geeignete sequenzspezifische Re­ kombinase und einen positiven Selektionsmarker zur Selektion des genetischen Ele­ ments sowie einen negativ zu selektionierenden Selektionsmarker trägt;
  • g) Selektion auf die positiv zu selektionierenden Selektionsmarker;
  • h) Selektion auf den negativ zu selektionierenden Selektionsmarker; und gegebenen­ falls
  • i) Wiederholen der Schritte a) bis h) zur Deletion und Ersetzen eines weiteren Porin- Gens.
9. A method for producing a non-pathogenic bacterial recipient strain that is transgenic for at least one of its porin genes, comprising:
  • a) providing a non-pathogenic strain of a mycolic acid-containing bacterium;
  • b) introduction of a genetic element which carries an expression cassette with a functional porin gene together with a first resistance marker to be selected positively;
  • c) Introduction of a second genetic element, which is a deletion cassette flanked by recognition sequences of a sequence-specific recombinase of the porin gene to be deleted together with a second resistance marker to be selected positively for selection of the genetic element and a third positive selection marker for selection of the deletion cassette, and one or carries several selection markers to be selected negatively;
  • d) selection for the selection markers to be selected positively;
  • e) selection for the selection marker to be selected negatively;
  • f) introduction of a genetic element which bears a suitable sequence-specific recombinase and a positive selection marker for the selection of the genetic element and also a selection marker which is to be selected negatively;
  • g) selection for the selection markers to be selected positively;
  • h) selection for the selection marker to be selected negatively; and if necessary
  • i) repeating steps a) to h) for deletion and replacement of a further porin gene.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionale Porin-Gen aus einem Bakterium derselben oder einer anderen Gattung Mycolsäure-haltiger Bak­ terien stammt.10. The method according to claim 9, characterized in that the functional porin gene from a bacterium of the same or another genus of mycolic acid-containing Bak terie originates. 11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtpathoge­ ne Stamm eines Mycolsäure-haltigen Bakteriums ausgewählt ist aus den Gattungen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die Mycolsäure enthalten.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the non-pathogenic A strain of a mycolic acid-containing bacterium is selected from the genera Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gordona, Tsukarmurella, Dietzia or other Gram-positive bacteria that contain mycolic acid. 12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als ge­ netische Elemente Plasmide, Transposons und/oder Phagen verwendet werden.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that as ge Netic elements plasmids, transposons and / or phages can be used. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ver­ wendeten Selektionsmarker ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kmr (von Tn 5 oder Tn903), Chloramphenicol-Resistenzmarker, rpsL, sacB, Amr (z. B. aacC1 oder aac(3)-IVa), Sulr, Quecksilbersalz-Resistenzmarker, aph, Hmr und Strr.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the selection markers used are selected from the group consisting of Km r (from Tn 5 or Tn903), chloramphenicol resistance markers, rpsL, sacB, Am r (e.g. aacC1 or aac (3) -IVa), Sul r , mercury salt resistance marker, aph, Hm r and Str r . 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ver­ wendeten Rekombinasen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus FLP, Shuf­ flon, CRE, FimB, Int, XER, D protein, Bakteriophagenintegrasen (z. B. λ, HK22, P2, ϕ21, P22, HP1, SSV1, L5), Plasmidintegrasen (z. B. pSAM2), Transposonintegrasen (z. B. Tn915, Tn1545), AADA und AACA.14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the ver Recombinases used are selected from the group consisting of FLP, Shuf flon, CRE, FimB, Int, XER, D protein, bacteriophage integrases (e.g. λ, HK22, P2, ϕ21, P22, HP1, SSV1, L5), plasmid integrases (e.g. pSAM2), transposon integrases (e.g. Tn915, Tn1545), AADA and AACA. 15. Nichtpathogener bakterieller Rezipientenstamm, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die verwendeten Plasmide pMN101, pMN250 und pMN234 sind.15. Non-pathogenic bacterial recipient strain, produced by a process according to one of claims 9 to 14, wherein the plasmids used pMN101, pMN250 and pMN234 are. 16. Verfahren zur Identifizierung von antibakteriell wirkenden Substanzen gegen patho­ gene Mycolsäure-haltige Bakterien, umfassend
  • a) in Kontakt bringen mindestens einer potentiell antibakteriell wirkenden Substanz mit mindestens einem nichtpathogenen bakteriellen Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15, und
  • b) Messen der Überlebensrate des mindestens einen nichtpathogenen bakteriellen Stamms.
16. A method for identifying antibacterial substances against pathogenic mycolic acid-containing bacteria, comprising
  • a) bringing at least one potentially antibacterial substance into contact with at least one non-pathogenic bacterial strain according to one of claims 1 to 8 and 15, and
  • b) measuring the survival rate of the at least one non-pathogenic bacterial strain.
17. Verfahren zur Identifizierung von antibakteriell wirkenden Substanzen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtpathogene bakterielle Stamm ausgewählt ist aus den Gattungen Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gor­ dona, Tsukarmurella, Dietzia oder anderen Gram-positiven Bakterien, die Mycolsäure enthalten.17. A method for identifying antibacterial substances according to claim 16, characterized in that the non-pathogenic bacterial strain is selected from the genera Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus, Gor dona, Tsukarmurella, Dietzia or other Gram-positive bacteria, the mycolic acid contain. 18. Verfahren zur Identifizierung von antibakteriell wirkenden Substanzen nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Schritt b) zusätzlich ein Messen der Ex­ pression eines Markergens, zum Beispiel des Luciferase-Gens und/oder des GFP-Gens umfaßt.18. A method for identifying antibacterial substances according to claim 16 or 17, characterized in that as step b) additionally measuring the Ex pression of a marker gene, for example the luciferase gene and / or the GFP gene includes. 19. Verfahren zur Identifizierung von antibakteriell wirkenden Substanzen nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Schritt b) ein Messen der Porin- Permeabilitätseigenschaften der mindestens einen potentiell antibakteriell wirkenden Substanz durchgeführt wird.19. A method for identifying antibacterial substances according to claim 16 or 17, characterized in that as step b) a measurement of the porin Permeability properties of the at least one potentially antibacterial Substance is carried out. 20. Verfahren zur Identifizierung von Antibiotika gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als potentiell antibakteriell wirkende Substanzen modifi­ zierte bekannten Tuberkulose-Therapeutika und/oder andere bekannte Antibiotika un­ tersucht werden.20. Method for identifying antibiotics according to one of claims 16 to 19, characterized in that as potentially antibacterial substances modifi graced known tuberculosis therapeutics and / or other known antibiotics un be searched. 21. Verfahren zur Identifizierung von Antibiotika gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als potentiell antibakteriell wirkende Substanzen Sub­ stanzen aus Naturstoff-Banken oder Molekül-Banken untersucht werden.21. A method for identifying antibiotics according to one of claims 16 to 19, characterized in that as potentially antibacterial substances Sub punching from natural product banks or molecular banks. 22. Antibakteriell wirkende Substanz, erhalten mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 21.22. Antibacterial substance obtained by a method according to one of the Claims 16 to 21. 23. Verwendung eines nichtpathogenen bakterieller Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15 zur Identifizierung von Antibiotika gegen pathogene Mycolsäure-haltige Bakterien, insbesondere Mycobacteria. 23. Use of a non-pathogenic bacterial strain according to one of claims 1 to 8 and 15 for the identification of antibiotics against pathogenic mycolic acid-containing Bacteria, especially Mycobacteria.   24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß modifizierte bekannte Tuberkulose-Therapeutika und/oder bekannte andere Antibiotika zur Identifizierung der Antibiotika untersucht werden.24. Use according to claim 23, characterized in that modified known Tuberculosis therapeutics and / or other known antibiotics for identification of antibiotics are examined. 25. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Substanzen aus Natur­ stoff-Banken zur Identifizierung der Antibiotika verwendet werden.25. Use according to claim 23, characterized in that substances from nature Substance banks are used to identify the antibiotics. 26. In vitro Testelement zur Identifizierung von Antibiotika gegen pathogene Mycolsäure­ haltige Bakterien, insbesondere Mycobacteria, umfassend mindestens einen nichtpa­ thogenen bakteriellen Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15.26. In vitro test element for the identification of antibiotics against pathogenic mycolic acid containing bacteria, especially Mycobacteria, comprising at least one nonpa thogenic bacterial strain according to one of claims 1 to 8 and 15. 27. Kit, umfassend mindestens einen nichtpathogener bakteriellen Stamm nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 15, zusammen mit geeigneten Reagenzien und Ausrüstungen.27. Kit comprising at least one non-pathogenic bacterial strain according to one of the Claims 1 to 8 and 15, together with suitable reagents and equipment.
DE2001116788 2001-04-04 2001-04-04 Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use Withdrawn DE10116788A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001116788 DE10116788A1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use
PCT/EP2002/003733 WO2002081676A2 (en) 2001-04-04 2002-04-04 Non-pathogenic bacterial recipient strain of a bacterium containing mycolic acid, method for the production thereof and use of the same
AU2002316837A AU2002316837A1 (en) 2001-04-04 2002-04-04 Non-pathogenic bacterial recipient strain of a bacterium containing mycolic acid, method for the production thereof and use of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001116788 DE10116788A1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10116788A1 true DE10116788A1 (en) 2002-10-17

Family

ID=7680364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001116788 Withdrawn DE10116788A1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002316837A1 (en)
DE (1) DE10116788A1 (en)
WO (1) WO2002081676A2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2931824C (en) * 2008-09-22 2020-09-08 University Of Washington Msp nanopores and related methods

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HINDS, J., MAHENTHIRALINGAM, E., KEMPSELL, K.E. (u.a.): Enhanced gene replacement in mycobacteria,in: Microbiology 1999, Vol. 145, S. 519-527 *
NORMAN, E., DELLAGOSTIN, O.A., MCFADDEN, J., (u.a.): Gene replacement by homologous recombination in Mycobacterium bovis BCG, in: Mol. Microbiol. 1995, Vol. 16, S. 755-50 *
PMID Abstract: 7476169 *
PMID Abstract: 7476195 *
SANDER, P., MEIER, A., BOTTGER, E.C.: rpsL+: a dominant selectable marker for gene replacement in mycobacteria, in: Mol. Microbiol. 1995, Vol. 16, S. 991-1000 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002081676A3 (en) 2004-04-01
WO2002081676A2 (en) 2002-10-17
AU2002316837A1 (en) 2002-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69935927T2 (en) PLASMID STABILIZATION SYSTEM FOR THE ADMINISTRATION OF ANTIGENES
DE3886506T2 (en) AVIRULENT MICROBES AND THEIR USE.
Gallagher et al. A comprehensive transposon mutant library of Francisella novicida, a bioweapon surrogate
DE68929507T2 (en) RECOMBINANT MYCOBACTERIAL EXPRESSION CARRIERS AND THEIR USE
Bernardini et al. OmpC is involved in invasion of epithelial cells by Shigella flexneri
DE2644432C2 (en)
Francis et al. Mutants in the CtpA copper transporting P-type ATPase reduce virulence ofListeria monocytogenes
Latch et al. Generation of buds, swellings, and branches instead of filaments after blocking the cell cycle of Rhizobium meliloti
DE69434196T3 (en) An inserted promoter containing recombinant lactic acid bacterium
CA3105867A1 (en) Bacterial conjugative system and therapeutic uses thereof
Ankenbauer Cloning of the outer membrane high-affinity Fe (III)-pyochelin receptor of Pseudomonas aeruginosa
Grkovic et al. Genes essential for amber disease in grass grubs are located on the large plasmid found in Serratia entomophila and Serratia proteamaculans
Hsieh et al. Widespread fungal–bacterial competition for magnesium lowers bacterial susceptibility to polymyxin antibiotics
Obrist et al. Low copy expression vectors for use in Yersinia sp. and related organisms
DE10116788A1 (en) Non-pathogenic bacterial Poringen recipient strain of a mycolic acid-containing bacterium, process for its production and its use
Romero et al. IS946-mediated integration of heterologous DNA into the genome of Lactococcus lactis subsp. lactis
EP2205767A1 (en) Method for determining frameshift mutations in coding nucleic acids
Scheifele et al. Characterization of ampicillin-resistant Haemophilus parainfluenzae
Regha et al. RecD plays an essential function during growth at low temperature in the Antarctic bacterium Pseudomonas syringae Lz4W
Srinon et al. Comparative assessment of the intracellular survival of the Burkholderia pseudomallei bopC mutant
EP1023453B1 (en) Tgc method for inducting targeted somatic transgenesis
Falkinham III et al. Plasmids
Fallico et al. The presence of pMRC01 promotes greater cell permeability and autolysis in lactococcal starter cultures
Budell Transposon Mutagenesis Facilitates Discovery of Genotype-Phenotype Associations and Functional Interrogation of the Mycobacterium kansasii Genome
DE19928073B4 (en) Transconjugation plasmid for the mutagenesis of Pasteurellaceae

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee