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JP6980041B2 - モノホスホリル脂質aを構成的に生産する細菌、及び細菌を利用したモノホスホリル脂質a生産方法 - Google Patents

モノホスホリル脂質aを構成的に生産する細菌、及び細菌を利用したモノホスホリル脂質a生産方法 Download PDF

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Description

本発明は、モノホスホリル脂質A(MLA:monophosphoryl lipid A)を構成的に生産する細菌、及び前記細菌を利用してMLAを生産する方法に関する。
脂質多糖類(LPS:lipopolysaccharide)は、グラム陰性細菌において、ペブチドグリカンを取り囲む外膜の構成成分中の一つである。LPSは、脂質Aと、脂質Aに共有結合で接合された多種の糖を含んだ物質である。LPSの成分中、脂質Aは、エンドトキシンとしても知られており、グラム陰性細菌の毒性を担当する。
脂質Aは、ミリリットル当たりピコグラムの量で、細胞(例えば、単核球または大食球)を活性化させ、免疫系の非常に力強い刺激剤としても使用される。脂質A、その誘導体、またはその変異体は、アジュバントのようなワクチンの成分としても使用される。モノホスホリル脂質A(MLA)は、アジュバントとして使用され、アレルギー特異的免疫治療及び癌免疫治療に使用されており、また痴呆の予防及び治療に効果があると報告された。大腸菌のようなグラム陰性菌の膜に存在する脂質Aは、2−ケト−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソネート(Kdo)のような糖が接合されたものである。従って、MLAを生産するために、細菌の外膜からLPSを抽出した後、LPSを、酸の存在で加熱し、炭酸ナトリウム存在下で加水分解させ、Kdo及び1−リン酸基、またはアシル鎖を除去するか、あるいは化学的方法でMLAを合成することができる。しかし、そのような方法は、過程が複雑であり、収率の低いという問題がある。
遺伝工学的方法によって外来遺伝子を細菌に導入する場合、該細菌は、外来遺伝子の発現を防ぐために、自然突然変異を誘導し、外来遺伝子を除去してしまう。そのような自然突然変異体の生成は、遺伝工学的変形の効率を落とす原因にもなる。
そのために、既存方法に比べて簡単であり、酸加水分解なしに、MLA及び誘導体を生産し、自然突然変異体生成の確率が低下し、MLA及び誘導体を構成的に発現させ、収率を高める方法を開発する必要がある。
1以上の具体例は、モノホスホリル脂質A(MLA)を構成的に生産する細菌を提供する。
1以上の具体例は、MLAを高い収率で生産する方法を提供する。
さらなる様相は、以下の説明で部分的に説明され、部分的に、下記記載から明白であるか、あるいは提示された具体例を実施することによっても得られる。
1以上の具体例によれば、モノホスホリル脂質A(MLA)を構成的に(constitutively)生産する細菌であり、前記細菌は、LpxEポリペプチドを含み、前記細菌の染色体は、ウンデカプレニルピロホスフェートホスファターゼ(Und−PPホスファターゼ:undecaprenyl pyrophosphate phosphatase)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、ホスファチジルグリセロールリン酸ホスファターゼ(PGPホスファターゼ:phosphatidylglycerophosphate phosphatase)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、またはそれらの組み合わせを含む細菌を提供する。
1以上の具体例によれば、モノホスホリル脂質A(MLA)を生産する方法は、前述の具体例による細菌を培養して培養物を得る段階と、前記培養物から前記細菌を得る段階と、得られた細菌からMLAを得る段階と、を含む。
これら及び/または他の様相は、添付された図面と係わり、以下の具体例の説明から明らかになり、さらに容易に理解されるであろう:
1以上の具体例による細菌において、1−脱リン酸−脂質Aを生成する過程を示す模式図である。 EcLpxL及びEcLpxMを含む重合酵素連鎖反応(PCR:polymerase chain reaction)産物を製造する方法を示す模式図である。 相同組換え方法を利用し、脱リン酸化酵素、lpxEで、大腸菌染色体のbacAを代替する方法を示す模式図である。 染色体に挿入された脱リン酸化酵素の安定性を安定化させた菌株を作製する過程を示した模式図である。 大腸菌ゲノムのbacAを除去し、脱リン酸化酵素で代替された菌株から抽出された脂質の薄膜クロマトグラフィ(TLC:thin layer chromatography)結果を示す写真であり、レーン1は、1−脱リン酸−脂質Aを生産するKHSC0044(同一細胞ストックで培養したコロニー8個のうち2個)を示し、レーン2は、1−脱リン酸−脂質Aを生産することができないKHSC0044(同一細胞ストックで培養したコロニー8個のうち6個)を示し、レーン3は、1−脱リン酸−脂質Aを生産するKHSC0031(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち6個)を示し、レーン4は、1−脱リン酸−脂質Aを生産することができないKHSC0031(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち1個)を示し、レーン5は、1−脱リン酸−脂質Aを生産する大腸菌KHSC0045(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち7個いずれも)を示し、レーン6は、合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(InvovoGen)を示し、レーン7は、サルモネラミネソタR595から、酸塩基加水分解後に分離精製した1−脱リン酸−脂質A(InvovoGen)を示す。 大腸菌KHSC0045と大腸菌KHSC0055との脂質TLC結果を示す写真であり、レーン1は、合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(InvovoGen)を示し、レーン2は、発現誘導剤を使用し、脂質化酵素の過発現を誘導して培養したKHSC0045を示し、レーン3は、発現誘導剤の使用なしに培養したKHSC0055を示す。 大腸菌KHSC0045と大腸菌KHSC0055との脂質TLC結果を示す写真であり、レーン1は、抗生剤と培養されたKHSC0055を示し、レーン3は、抗生剤の使用なしに培養したKHSC0055を示す。
本出願は、韓国特許庁に、2017年7月5日付けで出願された韓国特許出願10−2017−0085406の優先権を主張し、その開示内容全体は、本明細書に参照として含まれる。
本明細書で使用された用語「発現増加(increase expression)」は、ある遺伝子の発現産物、例えば、細胞において、遺伝子によってコーディングされたmRNAまたはタンパク質の検出可能な増加を言う。用語「親細菌細胞(parent bacterial cell)」は、特定遺伝的変形を有さない同一の細菌細胞を言う。野生型細胞が遺伝的変形に利用される場合、前記親細菌細胞は、「野生型(wild-type)」細胞でもある。例えば、遺伝子の発現を増加させる遺伝変形を含む細菌は、親細菌細胞の発現に比べ、約5%以上、約10%以上、約15%以上、約20%以上、約30%以上、約40%以上、約50%以上、約60%以上、約70%以上、約80%以上、約90%以上、約95%以上または約100%以上までさらに高い発現産物のレベルを有することができる。細胞において発現産物の増加は、当業界に知られた任意の方法によっても検証される。発現産物のレベルは、mRNAまたはタンパク質のような発現産物の活性または量を測定することによっても決定される。
遺伝的変形は、ポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドを細胞に導入する変形、親細胞の遺伝物質の1以上のヌクレオチドを置換、添加(すなわち、挿入)または欠失させる変形であり、親細胞の遺伝物質の変形を引き起こす化学的変形(化合物への露出)を含む。該遺伝的変形は、参照種の異種(heterologous)または相同性(homologous)の変形を含む。該遺伝的変形は、ポリペプチドに対するコーディング領域の変形を含む。該遺伝的変形は、また遺伝子の発現、またはオペロンの機能を変更する非コーディング(non-coding)調節領域の変形を含む。該非コーディング領域は、5’−非コーディング配列(コーディング配列の5’)及び3’−非コーディング配列(コーディング配列の3’)を含む。
本明細書に使用された核酸またはポリペプチドの用語「配列同一性(sequence identity)」は、配列を、可能な限り多く互いにマッチングするように整列させた後で測定された特定領域について、2つの相応する配列のヌクレオチドまたはアミノ酸残基の同一性程度を言う。前記配列同一性は、特定比較可能な領域の2つの最適に整列された相応する配列を比較することによって測定された値であり、前記比較可能な領域において、配列の一部は、参照配列と比較し、添加されたり欠失されたりもする。一部具体例において、配列同一性の百分率は、全体比較可能な領域において、2つの最適に整列された相応する配列を比較する段階、アミノ酸または核酸が、2つの配列において、同一位置の数を決定し、マッチされた位置の数を得る段階、比較可能な範囲内において、全ての位置の総数(すなわち、範囲サイズ)を、マッチされた位置の数に分ける段階、及びその結果に100を乗じ、配列同一性の百分率を得る段階によっても算出される。配列同一性のパーセントは、公知された配列比較プログラム、例えば、BLASTN及びBLASTP(NCBI)、CLC Main Workbench(CLC bio.)、MegAlignTM(DNASTAR Inc)を利用して決定される。
同一であったり類似したりする機能または活性を有することができる他種のポリペプチドまたはポリヌクレオチドを確認する段階において、配列同一性での類似度が利用される。例えば、類似した配列は、50%以上、55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上または100%の配列同一性を有することができる。
本明細書に記載された用語「外因性(exogenous)」、及びそれと類似したものは、宿主細胞に導入された参照分子(例:核酸)または参照活性を言う。核酸は、適切な方式で、外因性として宿主に導入される。例えば、該核酸は、宿主細胞に導入され、宿主染色体にも挿入され、または核酸は、非染色体性遺伝物質、例えば、宿主染色体に統合されない発現ベクター(例:プラスミド)にも導入される。タンパク質をコーディングする核酸は、発現可能な形態(すなわち、それにより、核酸が転写及び翻訳される)で導入されなければならない。外因性遺伝子は、相同性遺伝子、すなわち、内因性(endogenous)遺伝子と同一な遺伝子、または異種遺伝子を含んでもよい。
一様相は、モノホスホリル脂質A(MLA:monophosphoryl lipid A)を構成的に(constitutively)生産する細菌を提供する。
前記細菌は、親細菌細胞と比べ、LpxEポリペプチドをコーディングする遺伝子の発現を増加させる遺伝的変形を含んでもよい。前記細菌の染色体は、ウンデカプレニルピロホスフェートホスファターゼ(Und−PPホスファターゼ)の突然変異、ホスファチジルグリセロールリン酸ホスファターゼ(PGPホスファターゼ:phosphatidylglycerophosphateホスファターゼ)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
前記モノホスホリル脂質Aの脂質Aモイエティは、2個のグルコサミン(炭水化物または糖)に付着したアシル鎖からなり、一般的に、各グルコサミンに、1つのリン酸基を含む。2つのジサッカライド(disaccharide)は、β(1→6)連結でも連結される。アシル鎖は、グルコサミンジサッカライドのC−2,C−2’,C−3及びC−3’位置に、ヒドロキシ残基の基から選択されたヒドロキシ残基に直接付着することができる。アシル鎖は、例えば、そのC−3位置、にヒドロキシ残基を有することができ、さらなるアシル鎖が、前記アシル鎖が位置したヒドロキシ残基に付着することができる。付着した各アシル鎖は、同一であっても異なっていてもよい。アシル鎖の個数により、トリ−アシル化された脂質A、テトラ−アシル化された脂質A、ペンタ−アシル化された脂質A、ヘキサ−アシル化された脂質A、またはヘプタ−アシル化された脂質Aでもある。免疫系を良好に活性化させる脂質Aは、6個のアシル鎖を含む脂質Aと知られている。グルコサミンに直接付着した4個のアシル鎖は、長さが10個ないし22個の炭素からなるベータヒドロキシアシル鎖であり、2個のさらなるアシル鎖が、主にベータヒドロキシ基に付着したものでもある。
前記MLAは、1つのリン酸基だけがグルコサミンジサッカライドのC−1位置またはC−4’位置に結合されたモノホスホリル脂質を言う。前記MLAは、トリ−アシル化された脂質A、テトラ−アシル化された脂質A、ペンタ−アシル化された脂質A、ヘキサ−アシル化された脂質A、またはヘプタ−アシル化されたMLAでもある。例えば、前記MLAは、1−脱リン酸−脂質A、1−脱リン酸−テトラ−アシル脂質A、1−脱リン酸−ペンタ−アシル脂質A、またはそれらの組み合わせでもある。
前記MLAは、2−ケト−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソネート(Kdo:2−keto−3−deoxy−D−manno−octulosonate)を含まないものでもある。Kdoは、ほとんど全てのLPSで保存されたLPSの構成成分である。
前記MLAは、生きている細菌の膜、例えば、外膜に存在するものでもある。
用語「細菌(bacteria)」は、原核細菌を言う。前記細菌は、グラム陰性(Gram-negative)細菌でもある。グラム陰性細菌は、グラム染色法に使用されるクリスタルバイオレットに染色されない種類の細菌を言う。グラム陰性細菌の膜は、それぞれの二重膜からなる外膜と内膜とからなっており、薄いペブチドグリカン層が存在する。前記細菌は、エスケリチア(Escherichia)属細菌、シゲラ(Shigella)属細菌、サルモネラ(Salmonella)属細菌、カンピロバクター(Campylobacter)属細菌、ナイセリア(Neisseria)属細菌、ヘモフィルス(Haemophilus)属細菌、エロモナス(Aeromonas)属細菌、フランシセラ(Francisella)属細菌、エルシニア(Yersinia)属細菌、クレブシエラ(Klebsiella)属細菌、ボルデテラ(Bordetella)属細菌、レジオネラ(Legionella)属細菌、コリネバクテリア(Corynebacteria)属細菌、シトロバクター(Citrobacter)属細菌、クラミジア(Chlamydia)属細菌、ブルセラ(Brucella)属細菌、シュードモナス(Pseudomonas)属細菌、ヘリコバクター(Helicobacter)属細菌、バークホルデリア(Burkholderia)属細菌、ポルフィロモナス(porphyromonas)属細菌、リゾビウム(Rhizobium)属細菌、メソリゾビウム(Mesorhizobium)属細菌及びビブリオ(Vibrio)属細菌からなるグループから選択された細菌でもある。該細菌は、例えば、大腸菌である。
1以上の具体例による細菌は、MLAを構成的に生産することができる。本明細書に記載された用語「構成的に」は、発現誘導剤、発現誘導刺激、または抗生物質の存在有無とかかわらず生産されるものを意味する。
1以上の具体例による細菌は、増加されたコピー数のLpxEポリペプチドをコーディングする遺伝子を含んでもよい。前記細菌は、LpxEポリペプチドをコーディングする1以上の外来(exogenous)ポリヌクレオチドを含んでもよい。
前記LpxEポリペプチドは、EC 3.1.3.−に属する。前記LpxEは、脂質ホスフェートホスファターゼ(lipid phosphate phosphatase)ファミリーに属する。前記LpxEポリペプチドは、3個アミノ酸モチーフからなる(tripartite)活性部位と、6個の膜通過ヘリックスとを含んでもよい。脂質リン酸ホスファターゼは、リン酸モノエステル結合に特異的に結合する加水分解酵素であり、リン酸基を含む脂質から、リン酸基を除去することができる。前記LpxEは、1−位置を特異的に脱リン酸化させるホスフェートホスファターゼでもある。前記LpxEポリペプチドは、アキフェックス(Aquifex)属細菌、ヘリコバクター属細菌、フランシセラ属細菌、ボルデテラ属細菌、ブルセラ属細菌、リゾビウム属細菌、メソリゾビウム属細菌、レジオネラ属細菌、アグロバクテリウム属細菌、クロロビウム属細菌、ロドスピリルム(Rhodospirillum)属細菌、マグネトスピリルム(Magnetospirillum)属細菌、クロロバクルム(Chlorobaculum)属細菌、ペロディクティオン(Pelodictyon)属細菌、シュードビブリオ(Pseudovibro)属細菌、フェロスピリラム(Phaeospirillum)属細菌、シントロフォバクター(Syntrophobacter)属細菌、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属細菌、ポルフィロモナス(Porphyromonas)属細菌、ラルストニア(Ralstonia)属細菌、Limnohabitans属細菌及びサーモデスルホバクテリウム(Thermodesulfobacterium)属細菌からなる群から選択された細菌のLpxEポリペプチドでもある。前記アキフェックス属細菌は、アキフェックス・エオリカス(Aquifex aeolicus)またはアキフェックス・ピロフィラス(Aquifex pyrophilus)を含んでもよい。アキフェックス属細菌は、好熱性細菌であり、約85℃ないし95℃範囲の温度で最も良好に育つことができる。前記アキフェックス属細菌は、アキフェックス・エオリカスでもある。前記ヘリコバクター属細菌は、ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)でもある。例えば、前記LpxEポリペプチドは、アキフェックス・エオリカス由来LpxEポリペプチド(AaLpxE:Aquifex aeolicus LpxEポリペプチド)またはヘリコバクター・ピロリ由来LpxE(HpLpxE:Helicobactor pylori LpxEポリペプチド)でもある。前記LpxEポリペプチドは、配列番号12のアミノ酸配列を含むポリペプチド、あるいは配列番号12のアミノ酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%または約10%以上の配列同一性を有するポリペプチドでもある。前記LpxEポリペプチドは、突然変異されたポリペプチドでもある。
前記LpxEポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドは、前記細菌の染色体に存在するものでもある。前記LpxEポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドは、配列番号13の核酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%または約10%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチドでもある。前記ポリヌクレオチドは、突然変異されたヌクレオチド配列でもある。例えば、前記ポリヌクレオチドは、野生型LpxEポリペプチドのN−末端から17番目アミノ酸であるセリン(17Ser)をコーディングするヌクレオチド配列に対する、AGCからTCGへの突然変異を含んでもよい。
前記LpxEポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドは、構成的にも発現される。用語「構成的に発現(constitutively express)」は、発現誘導剤または発現誘導刺激の存在なしも、遺伝子を発現させることができるものであると言うことができる。
1以上の具体例による前記細菌は、前記細菌の染色体において、ウンデカプレニルピロホスフェートホスファターゼ(Und−PPホスファターゼ:undecaprenyl pyrophosphate ホスファターゼ)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、ホスファチジルグリセロールリン酸ホスファターゼ(PGPホスファターゼ:phosphatidylglycerophosphate ホスファターゼ)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。用語「細菌染色体(bacterial chromosome)」は、細菌の遺伝情報を含むものであり、環形のDNAでもある。前記細菌染色体は、プラスミド(plasmid)を除外させることができる。該プラスミドは、細菌染色体と物理的に分離されており、独立して複製することができる環形のDNAを言う。
前記Und−PPホスファターゼは、ウンデカプレニルピロホスフェートの脱リン酸化を触媒し、ウンデカプレニルホスフェートを生産する酵素である。ウンデカプレニルホスフェートは、細菌の外被(envelope)に送られる炭化水素重合体のためのグリカン生合成中間体(intermediate)の脂質運搬体である。
前記Und−PPホスファターゼをコーディングするポリヌクレオチドは、bacA遺伝子、pgpB遺伝子、ybjG遺伝子、またはそれらの組み合わせでもある。bacA遺伝子は、過発現時、抗生物質であるバシトラシン(bacitracin)に抵抗性を引き起こす遺伝子である。pgpB遺伝子は、ホスファチジルグリセロールリン酸(PGP)を脱リン酸化させ、ホスファチジルグリセロール(PG:phosphatidyl glycerol)を生成する過程を触媒する酵素をコーディングする遺伝子である。該酵素は、Und−PPホスファターゼ活性を有することができる。前記ybjG遺伝子は、過発現時、Und−PPホスファターゼ活性を増大させ、バシトラシンに対する抵抗性を増大させることができる遺伝子である。
前記PGPホスファターゼをコーディングするポリヌクレオチドは、pgpB遺伝子、pgpA遺伝子、pgpC遺伝子、またはそれらの組み合わせでもある。pgpA遺伝子またはpgpC遺伝子は、PGPをホスファチジルグリセロール(PG)で脱リン酸化させる脂質ホスファターゼをコーディングする遺伝子である。
前記細菌は、例えば、bacA遺伝子の突然変異、pgpB遺伝子の突然変異及びybjG遺伝子の突然変異を含んでもよい。
用語「遺伝子(gene)」は、遺伝情報の単位であり、ポリペプチドをコーディングする開かれた解読枠(ORF:open reading frame)、及び遺伝子の転写(transcription)を調節する調節配列(regulatory sequence)を含んでもよい。前記調節配列は、遺伝子の転写を開始するDNA領域であるプローモーター(promoter)、転写を促進することができるエンハンサー(enhancer)、転写を抑制することができるサイレンサー(silencer)、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
用語「突然変異(mutation)」は、遺伝物質の変異を言い、点突然変異、格子移動(frame shift)突然変異、挿入、欠失、逆位または転座を含んでもよい。例えば、前記突然変異は、欠失(deletion)、挿入(insertion)、点突然変異(point mutation)、格子移動突然変異(frame shift mutation)、またはそれらの組み合わせでもある。前記点突然変異は、ミスセンス(missense)突然変異またはナンセンス(nonsense)突然変異でもある。前記突然変異により、遺伝物質が、前記細菌のゲノムから欠失されたり導入されたりする。
1以上の具体例による前記細菌は、LpxLポリペプチド及びLpxMポリペプチドからなる群から選択されたポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドをさらに含んでもよい。前記ポリヌクレオチドは、誘導的または構成的にも発現される。誘導性発現は、発現誘導剤または発現誘導刺激(例えば、熱処理)による発現を言う。構成的発現は、発現誘導剤または発現誘導刺激なしも発現されるものを言う。前記ポリヌクレオチドは、Pプローモーター、Pプローモーター及びPR’プローモーターからなる群から選択されたプローモーターによっても発現される。前記Pプローモーター、Pプローモーター及びPR’プローモーターは、ラムダファージ(lambda phage)由来プローモーターでもある。
前記LpxLポリペプチドは、EC 2.3.1.241に属することができる。前記LpxLポリペプチドは、脂質A生合成ラウロイル転移酵素(lauroyl transferase)であり、ラウロイル−アシル伝達タンパク質(ACP:acyl carrier protein)から、Kdo−脂質IVにラウレート(laurate)を転移し、Kdo−(ラウロイル)−脂質IVを形成することを触媒する酵素である。前記LpxLポリペプチドは、エスケリチア属細菌、シゲラ属細菌、サルモネラ属細菌、カンピロバクター属細菌、ナイセリア属細菌、ヘモフィルス属細菌、エロモナス属細菌、フランシセラ属細菌、エルシニア属細菌、クレブシエラ属細菌、ボルデテラ属細菌、レジオネラ属細菌、コリネバクテリア属細菌、シトロバクター属細菌、クラミジア属細菌、ブルセラ属細菌、シュードモナス属細菌、ヘリコバクター属細菌、バークホルデリア属細菌、ポルフィロモナス属細菌、リゾビウム属細菌、メソリゾビウム属細菌及びビブリオ属細菌からなるグループから選択された細菌のLpxLポリペプチドでもある。例えば、前記LpxLポリペプチドは、大腸菌のLpxLポリペプチド(EcLpxL)でもある。前記LpxLポリペプチドは、配列番号1のアミノ酸配列、または配列番号1のアミノ酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有するポリペプチドでもある。前記LpxLポリペプチドは、配列番号2の核酸配列、または配列番号2の核酸配列に、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有する核酸配列を含むポリヌクレオチドによってコーディングされるものでもある。
前記LpxMポリペプチドは、EC 2.3.1.243に属することができる。前記LpxMポリペプチドは、脂質A生合成ミリストイル転移酵素(myristoyl transferase)であり、ミリストイル−アシル伝達タンパク質、からミリステート(myristate)をKdo−ラウロイル−脂質IVAに転移し、Kdo−脂質Aを形成することを触媒する酵素である。前記LpxMポリペプチドは、エスケリチア属細菌、シゲラ属細菌、サルモネラ属細菌、カンピロバクター属細菌、ナイセリア属細菌、ヘモフィルス属細菌、エロモナス属細菌、フランシセラ属細菌、エルシニア属細菌、クレブシエラ属細菌、ボルデテラ属細菌、レジオネラ属細菌、コリネバクテリア属細菌、シトロバクター属細菌、クラミジア属細菌、ブルセラ属細菌、シュードモナス属細菌、ヘリコバクター属細菌、バークホルデリア属細菌、ポルフィロモナス属細菌、リゾビウム属細菌、メソリゾビウム属細菌及びビブリオ属細菌からなるグループから選択された細菌のLpxMポリペプチドでもある。例えば、前記LpxMポリペプチドは、大腸菌のLpxMポリペプチド(EcLpxM)でもある。前記LpxMポリペプチドは、配列番号5のアミノ酸配列を含むポリペプチド、または配列番号5のアミノ酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有するポリペプチドでもある。前記LpxMポリペプチドは、配列番号6の核酸配列、または配列番号6の核酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有するポリヌクレオチドによってコーディングされるものでもある。
1以上の具体例による前記細菌は、LpxTポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチド、PagPポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチド、KdtAポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチド、またはそれらの組み合わせさらに含んでもよい。前記LpxTポリペプチドは、EC 2.7.4.29に属することができる。前記LpxTポリペプチドは、内膜タンパク質(inner membrane protein)LpxTでもある。前記LpxTポリペプチドは、配列番号18のアミノ酸配列、または配列番号18のアミノ酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチドでもある。例えば、前記LpxTポリペプチドは、大腸菌LpxTポリペプチド(EcLpxT)でもある。前記PagPポリペプチドは、EC 2.1.1.251に属することができる。前記PagPポリペプチドは、パルミテート(palmitate)を含むヘプタ−アシル脂質A種類の生合成に必要な脂質Aパルミトイル転移酵素(palmitoyltransferase)でもある。前記KdtAポリペプチドは、EC 2.4.99.122.4.99.132.4.99.142.4.99.15に属することができる。前記KdtAポリペプチドは、脂質IVAにKdoを付着させる酵素である。前記KdtAポリペプチドは、配列番号22のアミノ酸配列、または配列番号22のアミノ酸配列に、約99%、約97%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%、またはそれら以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチドでもある。前記KdtAポリペプチドは、大腸菌KdtAポリペプチドでもある。
1以上の具体例による前記細菌は、発現誘導剤、発現誘導刺激、またはそれらの組み合わせによる発現誘導なしに、モノホスホリル脂質A(MLA)を生産することができる。前記発現誘導剤は、遺伝子の発現を引き起こすことができる化合物でもある。例えば、前記発現誘導剤は、イソプロピルβ−D−1−チオガラクトピラノシド(IPTG:isopropyl β−D−1−thiogalactopyranoside)、アラビノース、テトラサイクリン、トリプトファン、またはそれらの組み合わせでもある。前記発現誘導刺激は、遺伝子の発現を引き起こすことができる物理的刺激であり、例えば、熱処理(heat treatment)または熱ショック(heat shock)でもある。
前記細菌は、抗生物質なしにも培養される。前記抗生物質は、例えば、カナマイシン、アンピシリン、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、ストレプトマイシン、またはそれらの組み合わせでもある。
他の様相は、前述の具体例のうちいずれか一つによる細菌を培養して培養物を得る段階と、前記培養物から前記細菌を得る段階と、得られた細菌からMLAを得る段階と、を含むMLAを生産する方法を提供する。
1以上の具体例による方法と係わり、前述の用語「MLA」、「構成的に」及び「細菌」は、前述の通りである。
1以上の具体例による方法は、MLAを構成的に生産する前述のもののうち一つによる細菌を培養する段階を含んでもよい。
前記培養は、公知された方法を利用して手も行われる。例えば、前記培養方法は、回分培養(batch culture)、流加培養(fed-batch culture)、連続培養(continuous culture)、醗酵(fermentation)、またはそれらの組み合わせでもある。
培養液の種類、培養温度、培養条件などは、公知されたようなものでもある。培養温度は、例えば、約10℃ないし約43℃、約20℃ないし約43℃、約20℃ないし約40℃、約25℃ないし約43℃、約25℃ないし約35℃、約27℃ないし約33℃、約10℃ないし約15℃、約15℃ないし約20℃、約20℃ないし約25℃、約25℃ないし約30℃、約30℃ないし約33℃、約33℃ないし約37℃、約37℃ないし約40℃、または約40℃ないし約43℃でもある。前記細菌は、回分培養、流加培養または連続培養の方式によっても培養される。前記培養は、静置(stationary)、または振盪の条件でも培養される。培養期間は、例えば、約1時間ないし約1週間、約3時間ないし約6日、約6時間ないし約5日、約9時間ないし約4日、約12時間ないし約3日、約18時間ないし約2日、約1日、または一晩でもある。培養培地は、抗生物質を含んでも含まなくともない。前記抗生物質は、例えば、カナマイシン、アンピシリン、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、ストレプトマイシン、またはそれらの組み合わせでもある。
前記細菌を培養する段階は、発現誘導剤、発現誘導刺激、またはそれらの組み合わせなしにも遂行される。
1以上の具体例による前記方法は、培養物から細菌を得る段階を含んでもよい。培養物から細菌を得る方法は、公知された方法を利用して遂行されることができる。例えば、前記細菌を得る段階は、遠心分離によっても遂行される。得られた細菌は、緩衝液によっても洗浄される。
1以上の具体例による前記方法は、得られた細菌からMLAを得る段階を含んでもよい。
前記MLAは、前記細菌の脂質からも分離される。前記脂質は、公知された方法を利用しても得られる。前記MLAは、物理的または化学的な方法を利用しても得られる。前記物理的方法は、超音波または冷解凍を反復的に利用することができる。化学的方法は、有機溶媒または沈澱を利用した抽出でもある。例えば、有機溶媒は、クロロホルム、フェノール、石油エーテル、ジクロロメタン、メタノール、ヘキサン、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、エタノール、ブタノール、またはそれらの組み合わせでもある。例えば、脂質を抽出する方法は、ブライ・ダイアー(Bligh and Dyer)抽出法(Bligh, E.G. and Dyer, W.J., Can. J. Biochem. Physiol., 1959, vol. 37, pp. 911-917)でもある。前記方法は、前記脂質からMLAを精製する段階をさらに含んでもよい。前記得られた脂質Aは、遊離(free)形態、すなわち、Kdoモイエティに接合されていない形態でもあるために、Kdoモイエティを除去する加水分解段階を含まない。
以下、添付図面に図示になった実施例参照して詳細に説明し、参照番号は、全体にわたし、類似要素を指す。それと係わり、本具体例は、他の形態を有することができ、ここに記載された説明に制限されることに解釈されてはいけない。従って、具体例は、図面を参照し、本説明の様態について説明するために、以下に記載するのみである。本願に使用された用語「及び/または」は、関連する列挙された項目のうち1以上の任意及び全部の組み合わせを含む。「1以上」のような表現は、構成要素目録の前にある場合、構成要素の全体目録を変形し、その目録の個別的な構成要素を変形するものではない。
以下、本発明の1以上の具体例について、下記実施例参照して詳細に説明する。しかし、それら実施例は説明のためのものであるのみ、本開示の1以上の具体例の範囲を制限するものではない。
[実施例1.大腸菌LpxL及び大腸菌LpxMをコーディングするポリヌクレオチドを含むベクターの準備]
[1.1.pWSK29−EcLpxLEcLpxMの準備]
大腸菌LpxLポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドを得るために、大腸菌W3110ゲノム(GenBank Accession No.NC_000918.1)(ATCC)から、下記プライマー対を使用した第1重合酵素連鎖反応(PCR)を行い、リボゾーム結合部位(RBS:ribosome binding site)を含むEcLpxLポリペプチド(GenBank Accession No.BAA35852.1、配列番号1)をコーディングするポリヌクレオチド(GenBank Accession No.AP009048.1(c1118159,1117239、配列番号2)を増幅した:
LpxL順方向プライマーP1:
5’−CGCAGTCTAGAAAGGAGATATATTGATGACGAATCTACCCAAGTTCTC−3’(配列番号3)
LpxL逆方向プライマーP2:
5’−CGCTATTATTTTTTTTCGTTTCCATTGGTATATCTCCTTCTTATTAATAGCGTGAAGGAACGCCTTC−3’(配列番号4)
大腸菌LpxMポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドを得るために、大腸菌W3110ゲノムから、下記プライマー対を利用した第2 PCRを行い、RBSを含むEcLpxMポリペプチド(GenBank Accession No.BAA15663.1、配列番号5)をコーディングするポリヌクレオチド(GenBank Accession No.AP009048.1(c1941907.1940936、SEQIDNO:6)を増幅した(図2参照):
LpxM順方向プライマーP3:
5’−GAAGGCGTTCCTTCACGCTATTAATAAGAAGGAGATATACCAATGGAAACGAAAAAAAATAATAGCG−3’(配列番号7)
LpxM逆方向プライマーP4:
5’−GCAGAAGCTTTTATTTGATGGGATAAAGATCTTTGCG−3’(配列番号8)
前記第1 PCRから得られたEcLpxLポリヌクレオチド、及び第2 PCRから得られたEcLpxMポリヌクレオチドをテンプレートにし、前記LpxL順方向プライマーP1とLpxM逆方向プライマーP4とを使用した第3 PCRを行い、EcLpxLポリヌクレオチドとEcLpxMポリヌクレオチドよが融合されたEcLpxLEcLpxMポリヌクレオチドを増幅した。
前記PCRのために、KODホットスタートDNA重合酵素(Novagen)を使用し、T3000 thermocycler(Biometra)で行った。
増幅された産物を、DokDo−Prep PCR purification kit(ELPIS−BIOTECH.Inc.)を使用して精製し、精製された産物をpWSK29プラスミド(Wang, R. F., and Kushner, S. R., Gene (1991), vol. 100, pp. 195-199)に導入した。クローニングされたプラスミドを、大腸菌DH5αに、電気穿孔法(electroporation)で形質転換させ、LB−アンピシリンプレートで選別した。クローニングされたプラスミドをpWSK29−EcLpxLEcLpxMと命名した(図2参照)。
[1.2.pKHSC0004の準備]
pWSK29−EcLpxLEcLpxMのプローモーター配列を、Pプローモーター配列(5’−TTGACATAAATACCACTGGCGGTGATACT−3’、配列番号9)に変異させるために、1.1で準備されたpWSK29−EcLpxLEcLpxMをテンプレートにし、下記プライマー対を使用し、部位特異的突然変異誘導(site-directed mutagenesis)を行った:
プローモーター順方向プライマー:5’−GGCAGTGAGCGCAACGCAGAATTCTTGACATAAATACCACTGGCGGTGATACTTTCACACAGGAAACAGCTATGACC−3’(配列番号10)
プローモーター逆方向プライマー:5’−GGTCATAGCTGTTTCCTGTGTGAAAGTATCACCGCCAGTGGTATTTATGTCAAGAATTCTGCGTTGCGCTCACTGCC−3’(配列番号11)
前記PCRのために、Quikchange Site-Directed Mutagenesis Kit(Agilent)を使用し、T3000 thermocycler(Biometra)で行った。
部位特異的突然変異誘導を行った後、反応物を、Dpn1制限酵素(ELPIS−BIOTECH.Inc.)で処理した。その後、大腸菌DH5αに電気穿孔法で形質転換させ、LB−アンピシリン固体培地で選別した。得られたプラスミドをpKHSC0004と命名した。
[1.3.pBAD30−HpLpxE−frt−kan−frtの準備]
[1.3.1.pBAD30−HpLpxEの準備]
ヘリコバクター・ピロリLpxE(HpLpxE:Helicobactor pylori LpxE)をコーディングする遺伝子hp0021において、HindIII制限酵素認識配列を欠失させるために、N−末端から17番目アミノ酸であるセリン(17Ser)をコーディングするヌクレオチド配列を、AGCからTCGに突然変異させた。突然変異されたhp0021遺伝子は、Integrated DNA technology(mBiotech、ROK)で合成した。
突然変異されたhp0021をテンプレートにし、下記プライマー対を使用し、HpLpxEアミノ酸配列(配列番号12)をコーディングするポリヌクレオチド(配列番号13)を増幅した:
突然変異HpLpxE増幅用順方向プライマー:
5’−GATCCTCTAGAAAGGAGATATATTGATGAAAAAATTCTTATTTAAACAAAAATTT−3’(配列番号14)
突然変異HpLpxE増幅用逆方向プライマー:
5’−AGCTACAAGCTTTTAAGGCTTTTTGGGGC−3’(配列番号15)
PCRのために、KODホットスタートDNAポリメラーゼ(Novagen)を使用し、T3000 thermocycler(Biometra)で行った。
1.1.に記載されたようにPCRを行い、増幅された産物を精製した。精製された産物を、pBAD30(Guzman, L. M., Belin, D., Carson, M. J., Beckwith, J., J Bacteriol (1995). 177(14), pp. 4121-4130)にクローニングした。クローニングされたプラスミドを、1.1.に記載されたように、大腸菌に形質転換して選別した。クローニングされたプラスミドをpBAD30−HpLpxEと命名した。
[1.3.2.pBAD30−HpLpxE−frt−kan−frtの準備]
HindIII制限酵素認識配列を両側に有したfrt−kan−frtポリヌクレオチドは、下記プライマー対と、テンプレートとしてのpKD4(Kirill A. Datsenko, and Barry L. Wanner PNAS (2000), vol. 97, pp. 6640-6645)プラスミドとを利用して増幅した:
frt−kan−frt増幅用順方向プライマー:
5’−GCAGAAGCTTGTGTAGGCTGGAGCTGCTTC−3’(配列番号16)
frt−kan−frt増幅用逆方向プライマー:
5’−GCAGAAGCTTATGAATATCCTCCTTAGTTCCTAT−3’(配列番号17)
PCRは、pfu DNAポリメラーゼ(ELPIS−BIOTECH.Inc.)を使用し、T3000 thermocycler(Biometra)で行った。
PCR後、増幅された産物は、1.1.に記載されたように精製した。精製された産物を1.3.1.に記載されたように得られたpBAD30−HpLpxEにクローニングした。クローニングされたプラスミドを、1.1.に記載されたように、大腸菌に形質転換して選別した。クローニングされたプラスミドを、pBAD30−HpLpxE−frt−kan−frtと命名した。
[実施例2.大腸菌ストレーンの準備]
[2.1.大腸菌KHSC0044(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)ストレインの準備]
[2.1.1.lpxT遺伝子がゲノムから除去された大腸菌の準備]
大腸菌ゲノムにおいて、LpxTポリペプチド(配列番号18)をコーディングするlpxT遺伝子(配列番号19)に、カナマイシンカセットが挿入された大腸菌ストレインlpxT::kan,W3110を準備した。
その後、pCP20プラスミド(Kirill A. Datsenko, and Barry L. Wanner PNAS (2000), vol. 97, pp. 6640-6645)を、lpxT::kan,W3110に形質転換した。選別された大腸菌をLB固体培地に接種し、42℃の温度で選別し、lpxTとカナマイシンカセットとが除去された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,W3110を準備した。
[2.1.2.pagP及びlpxT遺伝子がゲノムから除去された大腸菌の準備]
大腸菌ゲノムにおいてpagP遺伝子にカナマイシンカセットが挿入された大腸菌ストレインJW0617(pagP::kan)(Keio E.coli knockout library)から、P1ウイルスを準備した。2.1.1で準備された△lpxT,W3110にP1ウイルスを形質導入させ、LB−カナマイシン固体培地で選別し、pagP遺伝子の代わりに、pagP::kanが挿入された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,pagP::kan,W3110を準備した。
2.1.1.に記載されたようなpCP20プラスミドを、前記△lpxT,pagP::kan,W3110に形質転換し、その後、形質転換された大腸菌をLB−アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌をLB固体培地に接種し、42℃の温度で選別し、pagPとカナマイシンカセットとが除去された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,W3110を準備した。
[2.1.3.lpxT及びpagP遺伝子がゲノムから除去され、ゲノムのbacA遺伝子がHpLpxE−frt−kan−frtポリヌクレオチドで代替された大腸菌の準備]
bacA遺伝子と相同組換えを行うことができるbacA::HpLpxE−frt−kan−frtポリヌクレオチドを準備するために、1.3.2.で準備されたpBAD30−HpLpxE−frt−kan−frtをテンプレートにし、下記プライマー対を利用して増幅した:
bacA::HpLpxE−frt−kan−frt増幅用順方向プライマー:
5’−AACCTGGTCATACGCAGTAGTTCGGACAAGCGGTACATTTTAATAATTTAGGGGTTTATTGATGAAAAAATTCTTATTTAAACAAAAAT−3’(配列番号20)
bacA::HpLpxE−frt−kan−frt増幅用逆方向プライマー:
5’−TGACAACGCCAAGCATCCGACACTATTCCTCAATTAAAAGAACACGACATACACCGCAGCCGCCACATGAATATCCTCCTTAGTTCCTA−3’(配列番号21)
PCRのために、pfu DNAポリメラーゼ(ELPIS)を使用し、T3000thermocycler(Biometra)で行った。
PCR後、1増幅された産物を、1.に記載されたように精製した。精製された産物は、大腸菌DY330(Yu, D., et. al., PNAS. (2000). 97 (11), pp. 5978-5983)に、電気穿孔法で形質転換した。形質転換により、DY330ゲノムのbacA遺伝子の上下塩基配列との相同組換え過程を介して、bacA::HpLpxE−frt−kan−frt,DY330大腸菌を製造した(図3参照)。
大腸菌bacA::HpLpxE−frt−kan−frt,DY330から、P1ウイルスを準備した。前記P1ウイルスを、2.1.2.で準備された大腸菌△lpxT,△pagP,W3110ストレインに形質導入し、LB−カナマイシン固体培地で選別した。選別された大腸菌を、△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE−frt−kan−frt,W3110と命名した(図3参照)。
[2.1.4.lpxT及びpagP遺伝子がゲノムから除去され、ゲノムのbacA遺伝子がHpLpxE遺伝子で代替された大腸菌の準備]
2.1.1.に記載されたようなpCP20プラスミドを、2.1.3.に記載されたように準備された△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE−frt−kan−frt,W3110に形質転換させ、LB−アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌をLB固体培地に接種し、42℃の温度で選別し、bacAとカナマイシンカセットとが除去され、HpLpxEが導入された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110を準備した(図3及び図4の最初行で左側参照)。
[2.1.5.大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110ストレインの準備]
1.1.に記載されたように準備されたpWSK29−EcLpxLEcLpxMプラスミドを、2.1.4で記載されたように準備された△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110に、電気穿孔法で形質転換させた。形質転換された大腸菌を選別し、大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110ストレインを準備した(図4の最初行で真ん中参照)。
[2.1.6.大腸菌KHSC0044ストレインの準備]
大腸菌染色体において、KdtAポリペプチド(配列番号22)をコーディングするkdtA遺伝子(配列番号23)にカナマイシンカセットが挿入されており、pEcKdtAプラスミドを含んでいる大腸菌、すなわち、HSC1/pEcKdt(Chung, H. S., and Raetz, C. R., Biochemistry (2010), vol. 49 (19), pp. 4126-4137)から、P1ウイルスを準備した。前記P1ウイルスを、2.1.5.で準備された大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110ストレインに形質導入し(図3参照)、この大腸菌を選別した。選別された大腸菌を、KHSC0044(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)と命名した(図4の最初行で右側参照)。
[2.2.大腸菌KHSC0031(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)ストレインの準備]
[2.2.1.lpxT,pagP,ybjG遺伝子がゲノムから除去され、ゲノムのbacA遺伝子がHpLpxE遺伝子で代替された大腸菌の準備]
大腸菌ゲノム中のybjG遺伝子に、カナマイシンカセットが挿入された大腸菌ストレイン(JW5112(ybjG::kan))(Keio E.coli knockout library)からP1ウイルスを準備した。2.1.4.で準備された△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,W3110にP1ウイルスを形質導入した。大腸菌をLB−カナマイシン固体培地で選別し、ybjG遺伝子の代わりに、ybjG::kanが挿入された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,ybjG::kan,W3110を準備した。
2.1.1.に記載されたようなpCP20プラスミドを、前記△lpxT,△pagP,bacA::HpLpxE,ybjG::kan,W3110に形質転換させ、LB−アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌をLB−アンピシリン固体培地で選別した後、接種して42℃の温度で選別し、ybjGとカナマイシンカセットとが除去された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,W3110を準備した(図4の2行目で左側参照)。
[2.2.2.大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110ストレインの準備]
1.1.に記載されたように準備されたpWSK29−EcLpxLEcLpxMプラスミドを、2.2.1.で記載されたように準備された△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,W3110に電気穿孔法で形質転換させた。形質転換された大腸菌をLB−アンピシリン固体培地で選別し、大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,W3110ストレインを準備した(図4の2行目で真ん中参照)。
[2.2.3.大腸菌KHSC0031ストレインの準備]
2.1.6.に記載されたようなHSC1/pEcKdtからP1ウイルスを準備した。前記P1ウイルスを、2.2.2.で準備された大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,W3110ストレインに形質導入し、LB−カナマイシン/アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌を、KHSC0031(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)と命名した(図4の2行目で右側参照)。
[2.3.大腸菌KHSC0045(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)ストレインの準備]
[2.3.1.lpxT,pagP,ybjG及びpgpB遺伝子がゲノムから除去され、ゲノムのbacA遺伝子がHpLpxE遺伝子で代替された大腸菌の準備]
大腸菌ゲノム中のpgpB遺伝子にカナマイシンカセットが挿入された大腸菌ストレイン(JW1270(pgpB::kan))(Keio E.coli knockout library)からP1ウイルスを準備した。2.2.1.で準備された△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,W3110にP1ウイルスを形質導入させ、LB−カナマイシン固体培地で選別し、pgpB遺伝子の代わりに、pgpB::kanが挿入された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,pgpB::kanW3110を準備した。
2.1.1.に記載されたようなpCP20プラスミドを、前記△lpxT,△pagP,△ybjG,bacA::HpLpxE,pgpB::kan,W3110に形質転換させ、LB−アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌をLB固体培地に接種し、42℃の温度で選別し、pgpBとカナマイシンカセットとが除去された大腸菌ストレイン、すなわち、△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110を準備した(図4の3行目で左側参照)。
[2.3.2.大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110ストレインの準備]
1.1.で準備されたpWSK29−EcLpxLEcLpxMプラスミドを、2.3.1で準備された△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110に電気穿孔法で形質転換させた。形質転換された大腸菌をLB−アンピシリン固体培地で選別し、大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110ストレインを準備した(図4の3行目で真ん中参照)。
[2.3.3.大腸菌KHSC0045ストレインの準備]
2.1.6.に記載されたようなHSC1/pEcKdt(Chung, H. S., and Raetz, C. R., Biochemistry (2010), vol. 49 (19), pp. 4126-4137)からP1ウイルスを準備した。前記P1ウイルスを、2.3.2.で準備された大腸菌pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110ストレインに形質導入し、LB−カナマイシン/アンピシリン固体培地で選別した。選別された大腸菌をKHSC0045(pWSK29−EcLpxLEcLpxM,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)と命名した(図4の3行目で右側参照)。KHSC0045ストレインは、2017年7月6日付けで、ブダペスト条約により、国際寄託機関である韓国生命工学研究院(the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology)に寄託した(受託番号:KCTC 13296BP)。
[2.4.大腸菌KHSC0055(pKHSC0004,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110)ストレインの準備]
[2.4.1大腸菌pKHSC0004,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::kan,W3110ストレインの準備]
1.2.で準備されたpKHSC0004プラスミドを、2.3.1で準備された△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110に電気穿孔法で形質転換させた。形質転換された大腸菌をLB−アンピシリン固体培地で選別し、大腸菌pKHSC0004,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110ストレインを準備した(図4の4行目で左側参照)。
[2.4.2.大腸菌KHSC0055ストレインの準備]
大腸菌染色体中のKdtAポリペプチド(配列番号22)をコーディングするkdtA遺伝子(配列番号23)に、カナマイシンカセット(frt−kan−frt)が挿入され、pEcKdtAプラスミドを含んでいる大腸菌を下記方法で準備した。
kdtA遺伝子と相同組換えすることができるkdtA::frt−kan−frtポリヌクレオチドを増幅するために、pKD4(Kirill A. Datsenko, and Barry L. Wanner PNAS (2000), vol. 97, pp. 6640-6645)プラスミドをテンプレートにし、下記プライマーカップルを利用して増幅した:
kdtA::frt−kan−frt増幅用順方向プライマー:
5’−GCTAAATACATAGAATCCCCAGCACATCCATAAGTCAGCTATTTACTATGCTCGAATTGCGTGTAGGCTGGAGCTGCTTC−3’(配列番号24)
kdtA::frt−kan−frt増幅用逆方向プライマー:
5’−ATCGATATGACCATTGGTAATGGGATCGAAAGTACCCGGATAAATCGCCCGTTTTTGCATTGAATATCCTCCTTAGTTCCTATTCC−3’(配列番号25)
PCRのために、pfu DNAポリメラーゼ(ELPIS)を使用し、T3000thermocycler(Biometra)で行った。
PCR後、増幅された産物を、1.1.に記載されたように精製した。精製された産物を、pEcKdtA(Chung, H. S., and Raetz, C. R., Biochemistry (2010), vol. 49 (19), pp. 4126-4137)プラスミドを含んでいる大腸菌DY330に電気穿孔法で形質転換し、DY330ゲノムのkdtA遺伝子の上下塩基配列との相同組換え過程を介し、pEcKdtA,kdtA::frt−kan−frt,DY330大腸菌を製造した(図3参照)。
pEcKdtA,kdtA::frt−kan−frt,DY330からP1ウイルスを準備した。前記P1ウイルスを2.4.1.で準備された大腸菌pKHSC0004,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,W3110ストレインに形質導入し、LB−カナマイシン固体培地で選別した。選別された大腸菌をKHSC0055(pKHSC0004,△lpxT,△pagP,△ybjG,△pgpB,bacA::HpLpxE,kdtA::frt−kan−frt,W3110)と命名した(図4の4行目で右側参照)。KHSC0055ストレインは、2017年7月6日付けで、ブダペスト条約により、国際寄託機関である韓国生命工学研究院(the Kkorea Research Institute of Bioscience and Biotechnology)に寄託した(受託番号:KCTC 13297BP)。
[実施例3.KHSC0044,KHSC31,KHSC0045及びKHSC0055大腸菌での脂質組成の確認]
[3.1.KHSC0044、KHSC0031及びKHSC0045の培養]
それぞれ2.1.6.、2.2.3.及び2.3.3.に記載されたように、大腸菌KHSC0044,KHSC0031及びKHSC0045を準備した。
各大腸菌ストック(stock)から、50μg/mLのアンピシリン(EMD millipore)、及び1mMのイソプロピルβ−D−1−チオガラクトピラノシド(IPTG)(UBP Bio)を含むLB固体培地に接種し、再培養した。KHSC0044(8個コロニー)、KHSC0031(7個コロニー)及びKHSC0045(7個コロニー)を選択し、それぞれ50μg/mLのアンピシリン(EMD millipore)、及び1mMのIPTGを含む3mLのLB液体培地に接種し、30℃で一晩中培養した。培養液を50μg/mLのアンピシリン、及び1mMのIPTGを含む200mLのLB液体培地に接種し、OD600が0.06ないし0.1になるように希釈し、30℃で一晩中培養した。
[3.2.KHSC0055の培養]
2.4.2.に記載されたように、大腸菌KHSC0055を準備した。
KHSC0055ストックから、50μg/mLのアンピシリン含有/非含有のLB液体培地3mLに接種し、30℃で一晩中培養した。培養液を、50μg/mLのアンピシリン含有/非含有の200mLのLB液体培地に接種し、30℃で一晩中培養した。
[3.3.KHSC0044,KHSC0031,KHSC0045及びKHSC0055大腸菌からの脂質抽出]
3.1.及び3.2.に記載されたように培養した大腸菌培養液を、常温で4,000xgの速度で約20分間遠心分離し、各ストレインの大腸菌を得た。得られた大腸菌を30mLのPBSで洗浄した後、8mLのPBSに再懸濁した。
再懸濁された大腸菌に、10mLのクロロホルム及び20mLのメタノールを加え、時折振盪しながら、約1時間常温でインキュベーションした。順に、インキュベーションされた混合物を、常温で2,500xgの速度で約30分間遠心分離して上澄み液を得た。得られた上澄み液に、10mLのクロロホルム、及び10mLの水を加えて完全に混合した後、常温で、2,500xgの速度で約20分間遠心分離した。遠心分離された混合物から有機溶媒層を分離し、上部の水性層に、あらかじめ平衡化された有機溶媒層を添加し、有機溶媒層を2回抽出した。有機溶媒層をプーリング(pooling)し、回転蒸発機で乾燥させて脂質を得た。得られた脂質を、5mLの4:1(v/v)クロロホルム:メタノールに溶解させ、水槽で超音波を照射した。超音波が照射された脂質を新たな試験管に移し、得られた脂質を常温で窒素ガス下で乾燥させた後、−80℃で保管した。
[3.4.薄膜クロマトグラフィ(TLC)による脂質分析]
3.3.に記載されたように分離され各ストレインの大腸菌からの膜脂質は、陽性対照群として、MPLA Synthetic(InvovoGen、カタログコード:tlrl−mpls)、合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(図5のレーン6、図6のレーン1)及びMPLA−SM(InvovoGen、カタログコードtlrl−mpla、サルモネラミネソタR595のLPSを酸塩基加水分解した後で分離精製した1−脱リン酸−脂質A(図5のレーン7)を使用して分析した。
薄膜クロマトグラフィ(TLC:thin layer chromatography)を遂行するために、3.2.に記載されたように、200mLの大腸菌培養液から脂質を得て、得られた総脂質の1/3を200μLの4:1(v/v)クロロホルム:メタノールに溶解させた。その後、5μLないし15μLを10x10cm高性能TLC(HPTLC:high-performance TLC)プレート(EMD Chemicals)にスポッティング(spotting)し、40:25:4:2(v/v)のクロロホルム:メタノール:水:アンモニウムヒドロキシド(28%(v/v)アンモニア)の溶媒で展開した。展開されたプレートを乾燥させ、10%(v/v)硫酸(エタノール中)に噴霧して視覚化させ、300℃のホットプレートで加熱した。脂質のTLC結果を図5、図6及び図7に示した。
図5は、大腸菌ゲノムのbacAを除去し、脱リン酸化酵素で代替された菌株から抽出された脂質のTLC結果を示す写真である。図5において、レーン1は、1−脱リン酸−脂質Aを生産するKHSC0044(同一細胞ストックで培養したコロニー8個のうち2個)であり、レーン2は、1−脱リン酸−脂質Aを生産することができないKHSC0044(同一細胞ストックで培養したコロニー8個のうち6個)であり、レーン3は、1−脱リン酸−脂質Aを生産するKHSC0031(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち6個)であり、レーン4は、1−脱リン酸−脂質Aを生産することができないKHSC0031(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち1個)であり、レーン5は、1−脱リン酸−脂質Aを安定して生産する大腸菌KHSC0045(同一細胞ストックで培養したコロニー7個のうち7個全部)であり、レーン6は、合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(InvovoGen、カタログコードtlrl−mpls)であり、レーン7は、サルモネラミネソタR595から、酸塩基加水分解後に分離及び精製された1−脱リン酸−脂質A(InvovoGen、カタログコード:tlrl−mpla)である。
図6は、大腸菌KHSC0045と大腸菌KHSC0055との脂質TLC結果を示す写真である。図6において、レーン1は、合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(InvovoGen、カタログコードtlrl−mpls)であり、レーン2は、過発現誘導剤を使用し、脂質化酵素の過発現を誘導して培養したKHSC0045であり、レーン3は、過発現誘導剤の使用なしに培養したKHSC0055である。
図7は、大腸菌KHSC0045,KHSC0055の脂質のTLC結果を示す写真であり、レーン1は、抗生物質と培養したKHSC0055であり、レーン3は、抗生物質の使用なしに培養したKHSC0055である。
図5に示されているように、KHSC0044及びKHSC0031は、それぞれ1つのコロニーから作られた細胞ストックであるにもかかわらず、選択された8個のKHSC0044コロニーのうち、1−脱リン酸−脂質Aが検出されたコロニー(レーン1、8個のコロニー中の2個)と、それが検出されないコロニー(レーン2、8個のコロニーのうち6個)、並びに選択された7個のKHSC0031コロニーのうち、1−脱リン酸−脂質A街検出されたコロニー(レーン3、7個のコロニーのうち6個)と、それが検出されないコロニー(レーン4、7個のコロニーのうち1個)が含まれるということを確認した。しかし、1−脱リン酸−脂質Aは、KHSC0045の選択された7個のコロニーいずれもで検出された(レーン5)。
そのような結果は、大腸菌のゲノムに脱リン酸化酵素を挿入する場合、大腸菌は、1−脱リン酸−脂質Aを生産する菌株において、挿入された脱リン酸化酵素の活性を不活性化させ、1−脱リン酸−脂質Aを生産することができない菌株として、容易に自然突然変異体大腸菌を形成することを示す。
従って、脱リン酸化酵素をゲノムに挿入し、1−脱リン酸−脂質Aを生成するために、大腸菌のゲノムに存在するウンデカプレニルピロホスフェートホスファターゼ(Und−PPホスファターゼ)遺伝子(bacA、pgpBまたはybjG)、あるいはホスファチジルグリセロールリン酸ホスファターゼ(PGPホスファターゼ)遺伝子(pgpB、pgpAまたはpgpC)のそれぞれ、あるいはそれらの組み合わせをゲノムから除去すれば(図5のレーン1、レーン3またはレーン5)、大腸菌から1−脱リン酸−脂質Aを安定して生成し、自然突然変異の確率が低下した生きている大腸菌を得る可能性があるということを確認した。
大腸菌KHSC0045に対して、培養時、脂質化酵素の過発現が、1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質Aを効果的に生成するのに必要である。合成された1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(図6のレーン1)と、過発現誘導剤を使用し、脂質化酵素の過発現を誘導して培養したKHSC0045とを陽性対照群として使用し、膜脂質成分を比較した結果、pKHSC0004に形質転換させた大腸菌KHSC0055は、過発現誘導剤の使用なしにも、1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質A(図6のレーン3)を効果的に生産する生きている大腸菌であるということを確認した(図6のレーン3)。
大腸菌KHSC0055については、プラスミドpKHSC0004は、大腸菌KHSC0055で安定して維持されるが、大腸菌KHSC0055は、抗生物質の存在(図7のレーン1)、または抗生物質の使用なしに(図7のレーン2)、1−脱リン酸−ヘキサアシル化された脂質Aを効果的に生産した。
前述のように、1以上の具体例により、MLAを構成的に生産する細菌、及び前記細菌を利用してMLAを生産する方法は、酸加水分解なしに、単にMLA及びその誘導体を生産することができ、自然突然変異の可能性を低下させ、MLA及びその誘導体の構成的発現により、MLA及びその誘導体を、上昇した収率で生産することができる。
寄託機関名称:韓国生命工学研究院生物資源センター(Korean Collection for Type Cultures)
受託番号:KCTC13296BP
受託日:July 06,2017
他1
Figure 0006980041

他2
Figure 0006980041

寄託機関名称:韓国生命工学研究院生物資源センター(Korean Collection for Type Cultures)
受託番号:KCTC13297BP
受託日:July 06,2017
他3
Figure 0006980041

他4
Figure 0006980041

本明細書に記載された具体例は、説明の意味としてのみ考慮されなければならず、限定の目的のためではないと見なされなければならない。各具体例内の特徴または様相の説明は、一般的に他の具体例での他の類似の特徴または様相に利用可能であると見なされなければならない。
1以上の具体例について、図面を参照して説明されたが、本技術分野の当業者であるならば、特許請求の範囲によって定義されたような本明細書の思想及び範囲を外れずに、形態及び細部事項の多様な変更がなされるものであると理解するであろう。

Claims (17)

  1. 2−ケト−3−デオキシ−D−マンノ−オクツロソネート(Kdo)モイエティに接合されていないモノホスホリル脂質A(MLA)を構成的に生産する細菌であり、
    前記細菌は、グラム陰性であり、かつ親細菌細胞と比べ、LpxEポリペプチドをコーディングする遺伝子の発現を増加させる遺伝的変形を含み、LpxEポリペプチドをコーディングする当該遺伝子は、前記細菌の染色体に存在し、
    前記細菌の染色体は、ウンデカプレニルピロホスフェートホスファターゼ(Und−PPホスファターゼ)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、ホスファチジルグリセロールリン酸ホスファターゼ(PGPホスファターゼ)をコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、及びKdtAポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドの突然変異を含み、前記突然変異は、親細菌細胞と比べ、前記ポリヌクレオチドの発現を減少させる、細菌。
  2. 前記MLAは、1−脱リン酸−脂質A、1−脱リン酸−テトラ−アシル化脂質A、1−脱リン酸−ペンタアシル化脂質A、またはそれらの組み合わせを含むものであることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  3. 前記Und−PPホスファターゼをコーディングするポリヌクレオチドは、bacA遺伝子、pgpB遺伝子、ybjG遺伝子、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  4. 前記PGPホスファターゼをコーディングするポリヌクレオチドは、pgpB遺伝子、pgpA遺伝子、pgpC遺伝子、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  5. 前記細菌は、bacA遺伝子の突然変異、pgpB遺伝子の突然変異、及びybjG遺伝子の突然変異を含み、前記突然変異は、親細菌細胞と比べ、前記ポリヌクレオチドの発現を減少させることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  6. 前記突然変異は、欠失、挿入、点突然変異、格子移動突然変異、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  7. 前記点突然変異は、ミスセンス突然変異またはナンセンス突然変異であることを特徴とする請求項6に記載の細菌。
  8. LpxLポリペプチド、LpxMポリペプチド、またはその組み合わせからなる群から選択されたポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  9. 前記ポリヌクレオチドは、誘導性であるか、あるいは構成的に発現されることを特徴とする請求項8に記載の細菌。
  10. 前記ポリヌクレオチドは、PLプローモーター、PRプローモーター及びPR’プローモーターからなる群から選択されたプローモーターによって発現されることを特徴とする請求項8に記載の細菌。
  11. 前記細菌は、LpxTポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、PagPポリペプチドをコーディングするポリヌクレオチドの突然変異、またはそれらの組み合わせをさらに含み、前記突然変異は、親細菌細胞と比べ、前記ポリヌクレオチドの発現を減少させることを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  12. 前記細菌は、発現誘導剤、発現誘導刺激、またはそれらの組み合わせによる発現誘導なしに、MLAを生産することを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  13. 前記発現誘導剤は、イソプロピルβ−D−1−チオガラクトピラノシド(IPTG)であることを特徴とする請求項12に記載の細菌。
  14. 前記細菌は、抗生物質の存在または非存在において、MLAを生産することを特徴とする請求項1に記載の細菌。
  15. 請求項1ないし14のうちいずれか1項に記載の細菌を培養して培養物を得る段階と、
    前記培養物から前記細菌を得る段階と、
    得られた細菌からMLAを得る段階と、を含むモノホスホリル脂質A(MLA)を生産する方法。
  16. 前記細菌を培養する段階は、発現誘導剤、発現誘導刺激、またはそれらの組み合わせなしに培養することを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 前記細菌を培養する段階は、抗生物質の存在または非存在において遂行することを特徴とする請求項15に記載の方法。
JP2019571208A 2017-07-05 2018-07-03 モノホスホリル脂質aを構成的に生産する細菌、及び細菌を利用したモノホスホリル脂質a生産方法 Active JP6980041B2 (ja)

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