KR20020060242A - Method for obtaining nucleic acids from an environment sample, resulting nucleic acids and use in synthesis of novel compounds - Google Patents
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Abstract
본 발명은 환경 샘플로부터 핵산의 제조방법, 좀더 구체적으로 샘플로부터 핵산 라이브러리의 수득방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법으로 수득한 핵산 라이브러리의 핵산, 신규 화합물, 특히 치료 목적의 신규 화합물 합성에서의 이들의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 신규 벡터와 같은 핵산의 수득방법에 사용된 신규 수단 및 이러한 벡터, 또는 이러한 핵산을 함유하는 재조합 숙주세포의 신규 제조방법에 관한 것이다. 최종적으로, 본 발명은 상기 방법으로 생성되는 핵산 라이브러리내 해당 핵산의 검출방법, 및 상기 방법으로 검출된 핵산과 상기 핵산에 의해 암호화된 폴리펩타이드에 관한 것이다.The present invention relates to a method of preparing nucleic acids from environmental samples, and more particularly to a method of obtaining nucleic acid libraries from samples. The invention also relates to their use in the synthesis of nucleic acids, new compounds, especially new compounds for therapeutic purposes, of nucleic acid libraries obtained by this method. The invention also relates to novel means used in the method for obtaining nucleic acids such as novel vectors and to novel methods for producing such vectors or recombinant host cells containing such nucleic acids. Finally, the present invention relates to a method for detecting a nucleic acid in a nucleic acid library produced by the method, and a nucleic acid detected by the method and a polypeptide encoded by the nucleic acid.
Description
액티노마이시트에 의한 스트렙토마이신의 생산을 발견한 이래로, 치료용 신규 화합물, 좀더 구체적으로 말하면 신규 항생물질에 대한 조사는 토양 미생물에 의해 생산되는 대사산물의 스크리닝 방법을 점점 더 사용하게 되었다.Since discovering the production of streptomycin by actinomycites, the investigation of novel compounds for treatment, more specifically new antibiotics, has increasingly used screening methods for metabolites produced by soil microorganisms.
이러한 방법은 주로 땅에서 나는 미생물총의 유기체를 분리하여 이것을 특수 변용한 영양 배지에서 배양한 다음 경우에 따라 1 이상의 선행 분리 및/또는 정제 단계가 진행된 배양균 상등액 또는 세포 용해물에서 발견되는 산물의 약학적 활성을 검출하는 단계로 이루어진다.This method is primarily used to isolate organisms from the ground microflora and incubate them in specially modified nutrient media and, if appropriate, the products found in culture supernatants or cell lysates with one or more prior separation and / or purification steps. Detecting the pharmaceutical activity.
따라서, 땅에서 나는 미생물총을 구성하는 유기체의 시험관내 분리 및 배양 방법은, 지금까지 약 40,000개 분자의 특징규명을 가능하게 하였고, 이들 중 약 절반이 생물학적 활성을 보인다.Thus, the in vitro isolation and cultivation methods of the organisms that make up the ground microbiota have enabled the characterization of about 40,000 molecules so far, about half of which show biological activity.
항생물질(페니실린, 에리쓰로마이신, 액티노마이신, 테트라사이클린, 세팔로스포린), 항암제, 항-콜레스테롤혈증제 또는 살충제와 같은 주요 산물이 이러한 시험관내 배양방법에 따라 특징규명되었다.Major products such as antibiotics (penicillin, erythromycin, actinomycin, tetracycline, cephalosporin), anticancer agents, anti-cholesterolemia or insecticides have been characterized according to these in vitro culture methods.
지금까지 알려져 있는 치료용 미생물 기원의 치료용 산물은 주로(약 70%) 액티노마이시트, 좀더 구체적으로 말하면 스트렙토마이시즈(Streptomyces) 속으로부터 기원한다. 그러나, 테코플라닌, 젠타마이신 및 스피노신과 같은 다른 치료용 화합물은 마이크로모노스포라(Micromonospora), 액티노마두라(Actinomadura), 액티노플레인즈(Actinoplanes), 노카디아(Nocardia), 스트렙토스포란지움(Streptosporangium), 키타사토스포리아(Kitasatosporia) 또는 사카로모노스포라(Saccharomonospora)와 같은 배양하기가 더욱 어려운 미생물 속으로부터 분리되었다.Therapeutic products of therapeutic microbial origin known to date originate mainly from (about 70%) actinomycite, more specifically from Streptomyces genus. However, other therapeutic compounds, such as tecoplanin , gentamicin and spinosine , are known as Micromonospora , Actinomadura , Actinoplanes , Nocardia , Streptosporangium (Streptosporangium), Kita Sato sports Ria (Kitasatosporia), or Saccharomyces Homes in North Fora were separated from the more difficult to culture microorganisms such as (Saccharomonospora).
그러나, 토양 미생물총의 미생물에 의해 합성된 신규 천연 산물의 특징규명이 부분적으로 시험관내 배양 단계가 통상 이미 알려져 있는 유기체의 선별을 초래한다는 사실 때문에, 제한된다는 것이 경험으로 설명된다.However, it is empirically explained that characterization of new natural products synthesized by microorganisms in soil microbiota is limited in part due to the fact that the in vitro culture step usually results in the selection of known organisms.
따라서 해당 신규 화합물을 동정하기 위한 땅에서 나는 유기체의 시험관내 분리 및 배양 방법은 여러가지 한계가 있다.Thus, in vitro isolation and cultivation of organisms from the land to identify new compounds has several limitations.
예를 들면, 액티노마이시트에서, 이미 알려져 있는 항생물질의 재발견 수준은 약 99%이다. 구체적으로 설명하면, 형광 현미경검사 기술이 토양 1 g에서 1010보다 많은 박테리아 세포를 카운팅할 수 있도록 하였고, 반면 이러한 박테리아의 0.1 내지 1%만이 배양 배지에 접종한 후에 분리될 수 있었다.For example, in actinomycite, the level of rediscovering of known antibiotics is about 99%. Specifically, fluorescence microscopy technology allowed counting more than 10 10 bacterial cells in 1 g of soil, whereas only 0.1-1% of these bacteria could be isolated after inoculation into the culture medium.
DNA 재조합 역학 기술을 통해, 12,000 내지 18,000 박테리아 종이 토양 1 g에 함유되어 있을 수 있고, 반면 지금까지 모든 서식지를 고려하여 겨우 5000의 비-진핵 미생물만이 설명되었다는 것을 알 수 있게 되었다.DNA recombination dynamics techniques have shown that 12,000 to 18,000 bacterial species can be contained in 1 g of soil, while so far only 5000 non-eukaryotic microorganisms have been accounted for in all habitats.
분자 생태학 연구가 환경 DNA로부터 16S rDNA의 여러가지 신규 서열을 증폭시키고 클로닝하는 것을 가능하게 하였다.Molecular ecology studies have made it possible to amplify and clone several novel sequences of 16S rDNA from environmental DNA.
이러한 연구의 결과는 이미 특징규명된 박테리아 분류를 세 배로 증가시켰다.The results of these studies tripled the bacterial classification already characterized.
현재, 박테리아는 40가지로 세분되고, 이들 중 일부는 배양될 수 없는 박테리아만으로 구성된다. 이러한 최근의 결과는 지금까지 이용되지 않은 미생물의 생물 다양성 폭의 증거가 되었다.Currently, bacteria are divided into 40 types, some of which consist only of bacteria that cannot be cultured. These recent results provide evidence of the breadth of biodiversity of microorganisms that have not been used to date.
최근의 연구는 구체적으로 산업용, 특히 치료용 화합물을 분리하고 특징규명하기 전에 시험관내에서 배양하는 단계를 포함하는, 토양 미생물총의 생물 다양성에 접근하는 데 있어서 여러가지 장애를 극복하고자 하였다.Recent studies have sought to overcome various obstacles in accessing the biodiversity of soil microflora, specifically including the step of culturing in vitro before separating and characterizing industrial, especially therapeutic compounds.
따라서 경우에 따라, 토양 샘플에 함유되어 있는 유기체의 선행 분리 후에 땅에서 나는 유기체로부터 DNA를 추출하는 단계를 포함하는 방법이 개발되었다.Thus, in some cases, methods have been developed that include extracting DNA from an organism from the land after prior separation of the organism contained in the soil sample.
선행 시험관내 배양 없이 박테리아 세포를 용해시킨 후에, 토양 박테리아로부터 기원하는 DNA의 라이브러리를 구성하기 위해, 이렇게 추출된 DNA를 숙주 유기체를 형질감염시키는 데 사용되는 벡터에 클로닝한다.After lysing bacterial cells without prior in vitro culture, the thus extracted DNA is cloned into a vector used to transfect the host organism to construct a library of DNA originating from soil bacteria.
재조합 클론의 이러한 라이브러리는 치료용 화합물을 암호화하는 유전자의 존재를 검출하거나 이와 달리 이러한 재조합 클론에 의한 치료용 화합물의 생산을 검출하는 데 사용된다.Such libraries of recombinant clones are used to detect the presence of genes encoding therapeutic compounds or alternatively to detect the production of therapeutic compounds by such recombinant clones.
그러나, 선행기술에 설명되어 있는 토양 미생물총 DNA에 직접적으로 접근하기 위한 방법은 전술한 각 단계의 실행 중에 단점을 제공하였고, 이러한 단점은 수득되고 이용 가능한 유전자 물질의 양과 질에 상당히 영향을 끼치는 특성을 갖는다.However, the methods for direct access to soil microbiota DNA described in the prior art provided disadvantages during the implementation of each of the above mentioned steps, which disadvantages the properties that significantly affect the quantity and quality of the genetic material obtained and available. Has
토양 샘플로부터 기원하는 DNA의 라이브러리를 구성하기 위한 각 단계에 관한 선행기술이, 본 출원인에 의해 확인되었고 본 발명에 따라 극복되는 기술적 단점과 함께, 하기에 상세히 설명되었다.Prior art relating to each step for constructing a library of DNA originating from soil samples has been described in detail below, along with technical disadvantages identified by the applicant and overcome in accordance with the present invention.
1. 토양 샘플로부터 DNA의 추출 단계1. Extraction of DNA from Soil Samples
1.1 환경 DNA의 직접 추출1.1 Direct Extraction of Environmental DNA
이것은 본질적으로 통상 샘플 내 유기체의 선행 원위치 용해 후에, 환경 샘플로 직접 수행되는 DNA 추출 기술을 사용하는 방법이다.This is essentially a method using DNA extraction techniques which are usually performed directly with environmental samples after prior in situ dissolution of the organism in the sample.
이러한 기술은 수성 배지인 담수와 해수 모두로부터 기원하는 샘플에 사용되었다. 이것은 일반적으로 상이한 여과 장치, 예를 들면 통상의 멤브레인 여과, 접선여과 또는 회전 여과 또는 한외여과로 물 다량을 여과하는 단계로 이루어지는, 유리 형태 또는 입자 형태로 존재하는 세포를 예비농축시키는 제 1 단계를 포함한다.This technique has been used for samples originating from both aqueous and fresh water. This generally involves the first step of preconcentrating cells present in free or particulate form, consisting of filtering a large amount of water with a different filtration device, for example conventional membrane filtration, tangential filtration or rotary filtration or ultrafiltration. Include.
세공 크기는 0.22 내지 0.45 mm이고 큰 용적의 처리로 인한 막힘을 피하기 위해 종종 예비여과를 요한다.The pore size is 0.22 to 0.45 mm and often requires prefiltration to avoid clogging due to large volumes of treatment.
제 2 단계에서, 수확된 세포를 소량의 용액에서 효소적 및/또는 화학적 처리로 필터 상에서 직접 용해시킨다.In the second step, harvested cells are lysed directly on the filter by enzymatic and / or chemical treatment in small amounts of solution.
이 기술은 예를 들면, 리보솜 DNA를 암호화하고 해수 플랑크톤의 아캐박테리아(Archaebacteria)로부터의 전사 연장 인자(EF2)를 암호화하는 유전자의 클로닝을 기술하고 있는 Stein 등, 1996, Journal of Bacteriology, Vol. 178 (3): 591-599의 연구에 의해 예시되었다.This technique is described, for example, in Stein et al., 1996, Journal of Bacteriology, Vol., Which describes the cloning of genes encoding ribosome DNA and encoding transcriptional prolongation factor (EF2) from Archaebacteria in seawater plankton. 178 (3): illustrated by the study of 591-599.
원위치에서 수행되는 물리적, 화학적 또는 효소적 용해의 프로토콜을 기초로하는, 토양 또는 퇴적층 샘플로부터 DNA의 직접 추출 기술 또한 기술되었다.Techniques for direct extraction of DNA from soil or sedimentary layers are also described, based on protocols of physical, chemical or enzymatic lysis performed in situ.
예를 들면, 미국 특허 No. 5 824 485(Chromaxome Corporation)가 구아니듐 이소티오시아네이트를 기본으로 하는 고온 용해 완충액의 첨가에 의해 취해진 샘플에서 직접적인 박테리아의 화학적 용해를 기술하고 있다.For example, U.S. Patent No. 5 824 485 (Chromaxome Corporation) describes direct chemical lysis of bacteria in samples taken by the addition of hot lysis buffer based on guanidium isothiocyanate.
국제 특허 출원 No. WO 99/20799(Wisconsin Alumni Research Foundation)이 프로테아제 및 SDS를 함유하는 추출 완충액을 사용하는 박테리아의 원위치 용해 단계를 기술하고 있다.International Patent Application No. WO 99/20799 (Wisconsin Alumni Research Foundation) describes an in situ lysis step of bacteria using extraction buffer containing protease and SDS.
샘플을 동결-해동시킨 다음 해동된 샘플을 고압 압축하는 여러 번의 사이클을 수행하는 것과 같은 다른 기술도 사용되었다. 일련의 초음파처리, 마이크로파로의 가열 및 열 쇼크 단계를 사용하는 박테리아 용해 기술 또한 사용되었다(Picard 등, 1992).Other techniques have also been used, such as performing several cycles of freeze-thawing of the sample followed by high pressure compression of the thawed sample. Bacterial dissolution techniques using a series of sonication, heating with microwave and heat shock steps have also been used (Picard et al., 1992).
그러나, DNA를 직접 추출하기 위한 전술한 선행 기술은 정량적 및 정성적 측면에서 매우 가변적인 효능을 가진다.However, the aforementioned prior art for direct extraction of DNA has very variable efficacy in terms of quantitative and qualitative.
따라서, 원위치에서의 샘플의 화학적 또는 효소적 처리는 이들의 불균질 형태로 인한 용해 단계에 대해 토착성 각종 미생물의 선택적인 내성 때문에 특정 카테고리의 미생물만을 용해시키는 단점을 가진다.Thus, chemical or enzymatic treatment of samples in situ has the disadvantage of dissolving only a specific category of microorganisms due to the selective resistance of indigenous various microorganisms to the dissolution step due to their heterogeneous form.
따라서, 그램-양성 박테리아는 고온 SDS 세제 처리에 견디는 반면 실질적으로 모든 그램-음성 세포는 용해된다.Thus, Gram-positive bacteria tolerate hot SDS detergent treatment while substantially all Gram-negative cells are lysed.
또한, 전술한 직접 추출 프로토콜 중 일부는 추출된 핵산의 샘플의 미네럴 입자로의 흡착을 촉진하여, 이용 가능한 DNA의 양을 상당히 감소시킨다.In addition, some of the direct extraction protocols described above promote the adsorption of the extracted nucleic acid onto the mineral particles, thereby significantly reducing the amount of available DNA.
또한, 선행기술의 프로토콜 중 일부가 취해진 샘플에서 미생물을 용해시키기 위한 기계적 처리 단계를 기술하고 있지만, 이러한 기계적 용해 단계는 추출 완충액 중의 액체 배지에서 체계적으로 수행되고, 이것은 샘플에 존재하는 유기체 다양성에 최고로 접근할 수 있게 하는, 출발 샘플의 미립자 형태로의 양호한 균질화를 허용하지 않는다. 분쇄 시험 또한 유리 비드를 사용하여 원료 토양 샘플로 수행되었지만, 추출된 DNA의 양은 적었다.In addition, although some of the prior art protocols describe mechanical treatment steps for dissolving microorganisms in a sample taken, this mechanical dissolution step is carried out systematically in liquid medium in extraction buffer, which is the best for the organism diversity present in the sample. It does not allow good homogenization of the starting sample into particulate form, which makes it accessible. Grinding tests were also performed with raw soil samples using glass beads, but the amount of extracted DNA was small.
액체 배지에서의 원위치 기계적 용해의 첫 번째 단계가 추출될 수 있는 DNA의 양에 불리하게 영향을 미친다는 것이 본 발명에 따라 관찰되었다.It has been observed according to the invention that the first step of in situ mechanical lysis in liquid medium adversely affects the amount of DNA that can be extracted.
재조합 벡터에서 클로닝을 위해 직접 사용될 수 있는 DNA의 양은 또한 추출 후의 정제 단계에 좌우된다.The amount of DNA that can be used directly for cloning in recombinant vectors also depends on the purification step after extraction.
선행기술에서, 추출된 DNA는 이어서, 예를 들면 폴리비닐폴리피롤리돈을 사용함으로써, 암모늄 아세테이트 또는 칼륨 아세테이트의 존재하에 침전시킴으로써, 세슘 클로라이드 구배로 원심분리함으로써, 또는 특히 하이드록시아파타이트 지지체, 이온-교환 칼럼 또는 분자체에서의 크로마토그래피 기술에 의해, 또는 아가로스 겔 상에서의 전기영동 기술에 의해 정제된다.In the prior art, the extracted DNA is then precipitated in the presence of ammonium acetate or potassium acetate, for example by using polyvinylpolypyrrolidone, by centrifugation with a cesium chloride gradient, or in particular with hydroxyapatite supports, ion-exchange Purification by chromatography on a column or molecular sieve, or by electrophoresis on agarose gels.
이미 설명한 DNA 정제 기술은 특히, 전술한 환경 DNA의 추출 기술과 조합되면 DNA와 제거하기 어려운 초기 샘플로부터 기원하는 억제 화합물의 동시-정제를 유도할 수 있다.The DNA purification techniques already described, in particular when combined with the extraction techniques of environmental DNA described above, can induce co-purification of inhibitory compounds originating from DNA and early samples that are difficult to remove.
억제 화합물의 DNA와의 동시-추출은 초기 추출된 DNA의 상당한 손실을 유도하고 동시에 샘플에 초기에 함유되어 있는 유전자 물질의 다양성과 양을 감소시키는 복수 정제 단계의 증가를 요한다.Co-extraction of the inhibitory compound with DNA requires an increase in multiple purification steps that induce a significant loss of the initially extracted DNA while simultaneously reducing the diversity and amount of genetic material initially contained in the sample.
본 발명의 또다른 목적은 기존의 정제 프로토콜의 단점을 극복하고 한편으로는 초기 샘플에서 DNA의 최적의 다양성 수준을 유지하면서 또다른 한편으로는 정량적으로 이의 생산을 촉진하도록 할 수 있는 DNA 정제 단계를 개발하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a DNA purification step that can overcome the disadvantages of existing purification protocols and on the one hand maintain the optimal level of diversity of DNA in the initial sample while quantitatively promoting its production on the other hand. To develop.
좀더 구체적으로, DNA 정제의 정성적 및 정량적 개선은 후술될, 본 발명에 따른 직접 DNA 추출방법과 후속 정제 단계의 조합이 사용될 때 최대가 된다.More specifically, the qualitative and quantitative improvements of DNA purification are maximal when the combination of the direct DNA extraction method according to the invention and subsequent purification steps described below is used.
1.2. 환경 DNA의 간접 추출1.2. Indirect Extraction of Environmental DNA
이러한 기술은 실제 DNA 추출 단계 전에, 출발 샘플의 다른 구성물로부터 땅에서 나는 미생물총의 각종 유기체를 분리하는 제 1 단계를 포함한다.This technique involves the first step of separating the various organisms of the ground microbiota from other components of the starting sample before the actual DNA extraction step.
선행기술에서, 토양 샘플로부터 미생물 부분의 기존의 분리방법은 예를 들어, Waring Blender 또는 모르타르와 같은 장치를 사용하여 액체 배지에서 이를 분쇄함에 의한 샘플의 물리적 분산 단계를 통상 포함한다.In the prior art, existing methods of separating microbial parts from soil samples typically involve physical dispersion of a sample by grinding it in a liquid medium using an apparatus such as, for example, Waring Blender or mortar.
화학적 분산, 예를 들면 이온-교환 수지 상의 분산 또는 나트륨 데옥시콜레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 비-특이적 세제를 사용하는 분산 또한 기술되었다. 어떤 분산방법이든지, 토양 샘플은 물, 포스페이트 완충액 또는 식염수에 현탁되어야 한다.Chemical dispersions, for example dispersions on ion-exchange resins or dispersions using non-specific detergents such as sodium deoxycholate or polyethylene glycol, have also been described. Whatever the method of dispersion, soil samples should be suspended in water, phosphate buffer or saline.
물리적 또는 화학적 분산 단계에 이어서 샘플에 함유되어 있는 세포와 이 샘플의 입자의 분리를 가능하게 하는 밀도 구배에서의 원심분리가 수행될 수 있는데, 박테리아가 대부분의 토양 입자보다 낮은 밀도를 가지는 것은 당연하다.Following a physical or chemical dispersion step, centrifugation in a density gradient that allows separation of the cells contained in the sample and particles of the sample can be performed, which is natural for bacteria to have a lower density than most soil particles. .
또한 이와 달리 물리적 분산 단계에 이어서 저속 원심분리 또는 세포 현탁분리 단계가 수행될 수도 있다.Alternatively, a slower centrifugation or cell suspension may be performed following the physical dispersion step.
이어서 DNA는 이용 가능한 용해방법에 의해 분리된 세포로부터 추출될 수 있고 상기 단락 1.1에 기술된 정제 방법을 포함하는 다수의 방법에 의해 정제될 수 있다. 특히, 용해를 조절하기 위해 저온-용융 아가로스에 세포를 포함시킬 수 있다.DNA can then be extracted from the cells separated by the available lysis methods and purified by a number of methods, including the purification method described in paragraph 1.1 above. In particular, cells may be included in cold-melt agarose to control lysis.
그러나, 본 출원인이 알고 있는 선행기술에 기술된 방법은 추출된 DNA를 함유하는 분획에 DNA의 최종 양과 질에 상당한 영향을 미치는 출발 샘플의 원치않는 구성물의 존재 때문에 불만족스럽다.However, the methods described in the prior art known to the applicant are unsatisfactory because of the presence of the unwanted composition of the starting sample, which significantly affects the final quantity and quality of the DNA in the fraction containing the extracted DNA.
본 발명은 후술될, 선행기술의 방법에서 직면하게 되는 기술적 난관의 해결책을 제시하였다.The present invention provides a solution to the technical difficulties encountered in the prior art methods, which will be described later.
2. 추출된 DNA의 분자적 특징규명2. Molecular Characterization of Extracted DNA
환경 샘플, 특히 토양 샘플로부터 DNA 라이브러리를 작제하는 것이 소망될 때, 이것이 적당한 벡터에 삽입되기 전에 추출되고 정제된 DNA 기원의 양과 다양성을 검토하는 것이 유리하다.When it is desired to construct DNA libraries from environmental samples, in particular soil samples, it is advantageous to examine the amount and diversity of extracted and purified DNA origin before it is inserted into a suitable vector.
추출되고 정제된 DNA의 이러한 분자적 특징규명의 목적은 이 DNA 추출물에 존재하는 다양한 박테리아 분류군의 비율을 나타내는 프로필을 얻는 것이다. 추출되고 정제된 DNA의 분자적 특징규명은 인공물이 다양한 추출 및 정제 단계의 실행 중에 도입되는지 또는 그렇지 않은지와, 경우에 따라 추출되고 정제된 DNA의 원래 다양성이 샘플, 특히 토양 샘플에 초기에 존재하는 미생물 다양성을 나타내는지 또는 그렇지 않은지를 결정할 수 있게 한다.The purpose of this molecular characterization of the extracted and purified DNA is to obtain a profile indicating the proportion of the various bacterial taxa present in the DNA extract. The molecular characterization of the extracted and purified DNA indicates whether or not artifacts are introduced during the execution of the various extraction and purification steps, and in some cases the original diversity of the extracted and purified DNA is initially present in the sample, particularly the soil sample. Allows you to determine whether or not it represents microbial diversity.
본 출원인이 알기로는, 선행기술은 상이한 박테리아 그룹에 대해 특이적이고 환경으로부터 추출된 DNA에 직접 적용되는 올리고뉴클레오타이드 탐침을 사용하는 정량적 하이브리드화 과정을 이용한다.To the best of our knowledge, the prior art utilizes a quantitative hybridization process using oligonucleotide probes that are specific for different groups of bacteria and are applied directly to DNA extracted from the environment.
불행히도, 이러한 접근법은 비교적 부정확하고 소량으로 존재하는 분류군 또는 속을 검출할 수가 없다.Unfortunately, this approach is relatively inaccurate and incapable of detecting taxa or genera that exist in small amounts.
선행기술은 또한 MPN-PCR 또는 경쟁적 정량 PCR과 같은 정량 PCR 과정을 기술하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 중요한 단점을 가진다.The prior art also describes quantitative PCR procedures such as MPN-PCR or competitive quantitative PCR. However, this technique has significant disadvantages.
이에 따라, MPN-PCR은 다수의 샘플 또는 프라이머 커플에 부적당하게 하는, 희석의 증가 및 반복 때문에 수행하기가 복잡하다.Accordingly, MPN-PCR is complex to perform because of increased dilution and repetition, which makes it unsuitable for multiple samples or primer couples.
아울러, 경쟁적 정량 PCR은 표적 DNA에 대해 특이적이고, 또한 임의 바이어스 또는 인공물 자체가 경쟁하지 않도록 하는 경쟁자를 작제할 필요성 때문에 수행하기가 어렵다.In addition, competitive quantitative PCR is difficult to perform because of the need to construct competitors that are specific for the target DNA and that do not compete with any bias or the artifacts themselves.
본 발명에 따라서, 본 공정은 신속하고 간단하며 믿을만하고, 미리 추출되고 정제된 DNA의 특성을 시험할 수 있도록 하여 이 정제된 출발 DNA로부터 제조된 클론의 라이브러리를 작제하는 가치를 결정하는, 환경 샘플로부터 기원하는 DNA 라이브러리의 예비스크리닝을 위해 제안되었다.In accordance with the present invention, the process allows for rapid, simple, reliable, testing of the properties of pre-extracted and purified DNA to determine the value of constructing a library of clones prepared from this purified starting DNA. It has been proposed for prescreening DNA libraries originating from.
3. 환경 샘플로부터 추출되고 정제된 DNA를 클로닝하기 위한 벡터3. Vectors for Cloning DNA Purified and Purified from Environmental Samples
환경 샘플로부터 예비추출된 DNA를 클로닝하기 위한 다수의 벡터가 선행기술에서 이미 기술되었다.Many vectors for cloning DNA extracted from environmental samples have already been described in the prior art.
따라서, 국제 특허 출원 No. WO 99/20799의 설명에 따라, 바이러스 벡터, 파지, 플라스미드, 파지미드, 코스미드, 포스미드, BAC(박테리아 인공 염색체) 유형의 벡터 또는 박테리오파지 P1, PAC(박테리오파지 P1를 기본으로 하는 인공 염색체) 유형의 벡터, YAC(효모 인공 염색체) 유형의 벡터, 효모 플라스미드 또는 안정하게 게놈 DNA를 유지하고 발현시킬 수 있는 임의의 기타 벡터가 사용될 수 있다.Therefore, the international patent application No. As described in WO 99/20799, viral vectors, phages, plasmids, phagemids, cosmids, phosmids, vectors of the BAC (bacterial artificial chromosome) type or bacteriophage P1, PAC (artificial chromosome based on bacteriophage P1) type Vector, YAC (yeast artificial chromosome) type, yeast plasmid or any other vector capable of stably maintaining and expressing genomic DNA can be used.
PCT 특허 출원 No. WO 99/20799의 실시예 1은 BAC 유형의 벡터로 클로닝함에 의한 게놈 DNA 라이브러리의 작제를 기술하고 있다.PCT Patent Application No. Example 1 of WO 99/20799 describes the construction of genomic DNA libraries by cloning into vectors of the BAC type.
본 출원인이 알기로는, 환경 샘플로부터 기원하는 DNA 라이브러리는 아직까지 접합성 벡터로는 효과적으로 생산되지 않았는데, 이러한 기술은 본 발명의 교시에 의해 최초로 당업자에 의해 이용되고 재현가능하게 되었다.To the best of our knowledge, DNA libraries originating from environmental samples have not yet been produced effectively as conjugation vectors, and this technique has been first utilized and reproducible by those skilled in the art by the teachings of the present invention.
4. 숙주세포4. Host cell
선행기술에서, 다수의 숙주세포가 환경 샘플로부터 추출되고 정제된 DNA로부터 기원하는 DNA의 삽입물을 함유하는 벡터를 수용하기 위해 사용될 수 있는 것으로 기술되었다.In the prior art, it has been described that a number of host cells can be used to receive vectors containing inserts of DNA derived from purified and purified DNA from environmental samples.
이에 따라, PCT 특허 출원 No. WO 99/20799가 이.콜라이(Escherichia coli), 특히 DH 10B 균주 또는 294(ATCC 31446) 균주, 이.콜라이 B 균주, 이.콜라이 X 1776(ATCC No. 31.537), 이.콜라이 DH5 α및 이.콜라이 W3110(ATCC No. 27.325)와 같은 다수의 적당한 숙주세포를 인용하고 있다.Accordingly, PCT patent application No. WO 99/20799 discloses Escherichia coli , in particular DH 10B strain or 294 (ATCC 31446) strain, E. coli B strain, E. coli X 1776 (ATCC No. 31.537), E. coli DH5 α and A number of suitable host cells are cited, such as Coli W3110 (ATCC No. 27.325).
이 PCT 특허 출원은 또한 엔테로박터(Enterobacter), 어위니아(Erwinia), 클렙시엘라(Klebsiella), 프로테우스(Proteus), 살모넬라(Salmonella), 세라티아(Serratia), 시겔라(Schigella)와 같은 다른 적당한 숙주세포 또는 B. 서브틸리스(B.subtilis) 및 B. 리케니포미스(B.licheniformis)와 같은 바실러스형 계통과 슈도모나스(Pseudomonas), 스트렙토마이시즈(Streptomyces) 또는 액티노마이시즈(Actinomyces) 속의 박테리아도 인용하였다.The PCT Patent Application also other suitable, such as Enterobacter (Enterobacter), control Winiah (Erwinia), keulrep when Ella (Klebsiella), Proteus (Proteus), Salmonella (Salmonella), Serratia marcescens (Serratia), Shigella (Schigella) host cell or B. subtilis (B. subtilis) and B. Li Kenny Po Ms (B. licheniformis) and Bacillus-type strains and Pseudomonas (Pseudomonas), Streptomyces sheath (Streptomyces) or liquid Martino My sheath (Actinomyces) of The bacteria in the genus were also cited.
미국 특허 No. 5 824 485는 특히 스트렙토마이시즈 리비단(Streptomyces lividan) TK66 균주 또는 사카로마이시즈 폼브(Saccharomyces pombe)와 같은 효모 세포를 인용하였다.U.S. Patent No. 5 824 485 specifically refers to yeast cells, such as Streptomyces lividan TK66 strain or Saccharomyces pombe .
5. 환경 샘플로부터 기원하는 DNA 라이브러리에서 해당 유전자의 특징규명5. Characterization of the genes in DNA libraries derived from environmental samples
PCT 특허 출원 No. WO 99/20799가 B. 세레우스(B. cereus)의 DNA 라이브러리에 속하는 상이한 클론(각각 헤모라이신을 생산하는 클론, 에스쿨린을 가수분해하는 클론 또는 오렌지 색소를 생산하는 클론)의 표현형의 동정을 기술하고 있다.PCT Patent Application No. Identification of phenotypes of different clones (respectively hemolysine-producing clones, clones that hydrolyze esculin or clones that produce orange pigments) WO 99/20799 belong to the DNA library of B. cereus It describes.
pho A 효소를 암호화하는 트랜스포손의 사용을 기초로 하는 돌연변이 유발 기술이 돌연변이된 클론을 후속 분리하고 관찰된 표현형에 대해 책임이 있는 서열을 특징규명할 수 있게 하였다.Mutagenesis techniques based on the use of transposons encoding the pho A enzyme allowed subsequent isolation of mutated clones and characterization of sequences responsible for the observed phenotype.
Stein 등(1996)의 전술한 논문이 해수 플랑크톤 아캐박테리아의 게놈 DNA 라이브러리의 특정 클론에 의해 삽입된 DNA를 지니고 있는 벡터로 증폭시키기 위한 리보솜 DNA에 대해 특이적인 프라이머의 사용 및 이렇게 증폭된 DNA에서 다수의 암호화 서열의 동정을 기술하고 있다.The aforementioned paper by Stein et al. (1996) describes the use of primers specific for ribosome DNA for amplifying a vector with DNA inserted by a particular clone of a genomic DNA library of seawater plankton acabacteria, and many of the amplified DNAs. Describes the identification of the coding sequence.
Borschert S. 등(1992)의 논문이 바실러스 서브틸리스의 게놈에서 하나 이상의 상응하는 유전자를 동정하기 위해 알려져 있는 펩타이드 합성효소의 보존 영역과 하이브리드화된 여러 쌍의 프라이머를 사용하는 바실러스 서브틸리스의 게놈DNA 라이브러리의 스크리닝 방법을 기술하고 있다.A paper by Borschert S. et al. (1992) describes a Bacillus subtilis using several pairs of primers hybridized with a conserved region of known peptide synthase to identify one or more corresponding genes in the genome of Bacillus subtilis. A method for screening genomic DNA libraries is described.
이 기술은 서팩틴 생합성 오페론의 일부를 지니고 있는 약 26 kb의 염색체 DNA 단편을 검출할 수 있게 하였다.This technique enabled the detection of about 26 kb of chromosomal DNA fragments carrying portions of the serpentine biosynthetic operon.
Kah-Tong S. 등(1997)의 논문이 II형 폴리케타이드의 생합성 경로를 담당하는 오페론의 보존 서열과 하이브리드화된 프라이머를 통한 토양으로부터 기원하는 DNA 라이브러리의 스크리닝 방법을 기술하고 있고 이 DNA 라이브러리에서 PKS-β유전자에 속하는 서열의 동정을 보여준다. 이 논문은 또한 폴리케타이드 생합성을 담당하는 오페론에서 자연 발견되는 PKS-β서브유닛의 서열이 DNA 라이브러리에서 발견되는 각종 유사 서열로 대체된 하이브리드 발현 카세트의 작제를 기술하고 있다.Kah-Tong S. et al. (1997) describe a method for screening DNA libraries derived from soil through primers hybridized with conserved sequences of operons responsible for the biosynthetic pathways of type II polyketides. Shows the identification of sequences belonging to the PKS-β gene. The paper also describes the construction of hybrid expression cassettes in which the sequences of PKS-β subunits found naturally in operons responsible for polyketide biosynthesis have been replaced with various similar sequences found in DNA libraries.
마찬가지로, Hong-Fu 등(1995)의 논문이 폴리케타이드 생합성을 담당하는 오페론의 다양한 개방 판독 프레임을 함유하는 발현 카세트의 작제를 기술하고 있고, 다양한 발현 카세트는 스트렙토마이시즈 코엘리컬러(Streptomyces coelicolor)의 게놈에 자연 발견되지 않는 개방 판독 프레임을 조합함으로써 인공적으로 작제된다. 이 논문은 인공 발현 카세트에서 상이한 박테리아 균주로부터 기원하는 개방 판독 프레임의 조합이 바실러스 서브틸리스 및 바실러스 세레우스에 대해 상이한 구조 특징과 비교적 큰 항생물질 활성을 가지는 폴리케타이드의 생산을 가능하게 한다는 것을 보여준다.Likewise, Hong-Fu et al. (1995) describe the construction of expression cassettes containing various open reading frames of operons responsible for polyketide biosynthesis, and the various expression cassettes are described in Streptomyces coelicolor. ) Is artificially constructed by combining an open reading frame that is not naturally found in the genome. This paper demonstrates that the combination of open reading frames originating from different bacterial strains in artificial expression cassettes enables the production of polyketides with different structural features and relatively high antibiotic activity for Bacillus subtilis and Bacillus cereus. Shows.
폴리케타이드는 매우 다양한 생물학적 활성을 가지는 다양한 구조의 천연 산물의 큰 부류의 일부를 형성한다. 폴리케타이드 중에서, 그 예로 테트라사이클린 및 에리쓰로마이신(항생물질), FK506(면역억제 물질), 독소루비신(항암제),모넨신(콕시디오스태틱제) 및 아베르멕틴(항기생충제)를 들 수 있다.Polyketides form part of a large class of natural products of various structures with a wide variety of biological activities. Among the polyketides, examples include tetracycline and erythromycin (antibiotic), FK506 (immunosuppressant), doxorubicin (anticancer agent), monensin (coccidiotic) and avermectin (antiparasitic). Can be.
이러한 분자는 아실 티오에스테르(일반적으로 아세틸, 프로피오닐, 말로닐 또는 메틸말로닐 티오에스테르) 간의 반복 축합 사이클을 촉매하는 폴리케타이드 합성효소로 알려져 있는 다기능 효소에 의해 합성된다. 각 축합 사이클은 탄소쇄의 성장시 β-케토 그룹의 형성을 초래하고 이어서 이것은 경우에 따라 1 이상의 일련의 환원 단계를 겪을 수 있다.These molecules are synthesized by multifunctional enzymes known as polyketide synthetases that catalyze the repeat condensation cycle between acyl thioesters (typically acetyl, propionyl, malonyl or methylmalonyl thioesters). Each condensation cycle results in the formation of β-keto groups upon growth of the carbon chain, which in turn may undergo one or more series of reduction steps.
폴리케타이드, 이들의 통상의 생합성 메커니즘 및 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 유전자 그룹 간에 관찰되는 높은 보존 정도가 임상적으로 주요 관심사이기 때문에, 유전공학에 의한 신규 폴리케타이드의 개발에 대한 관심이 증가하였다.Interest in the development of new polyketides by genetic engineering is of primary concern because polyketides, their conventional biosynthetic mechanisms, and the high degree of conservation observed between groups of genes encoding polyketide synthase are of clinical interest. Increased.
이에 따라 메데르호딘 A 또는 디하이드로그라나터호딘과 같은 신규 인공 폴리케타이드가 유전공학에 의해 생산되었다. 유전공학에 의해 수득되는 다량의 신규 폴리케타이드 분자는 구조면에서 상응하는 천연 폴리케타이드와 매우 상이하다.As a result, novel artificial polyketides, such as Mederhodin A or Dihydrogranaterhodin, have been produced by genetic engineering. The large quantities of novel polyketide molecules obtained by genetic engineering are very different in structure from corresponding natural polyketides.
선행기술로부터, 해당 신규 폴리케타이드, 좀더 구체적으로는 이들의 천연 동족체와 비교하여 특히 증가된 수준의 항생물질 활성 또는 상이한 스펙트럼의 항생물질 활성(공지 폴리케타이드보다 더 넓다)을 가지거나, 또다른 한편으로 더욱 선택적인 치료용 폴리케타이드를 수득할 필요성이 생겼다.From the prior art, it has a particularly increased level of antibiotic activity or a different spectrum of antibiotic activity (which is wider than known polyketides) compared to the corresponding novel polyketides, more specifically their natural homologs, or On the other hand there is a need to obtain more selective therapeutic polyketides.
후술될 것처럼, 이러한 필요성은 부분적으로 본 발명에 따라 충족된다.As will be described later, this need is partially fulfilled in accordance with the present invention.
본 발명은 환경 샘플로부터 핵산의 제조방법, 좀더 구체적으로 말하면 샘플로부터 핵산 컬렉션의 수득방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 방법에 따라 수득되는 핵산 또는 핵산 컬렉션과 신규 화합물, 특히 치료용 신규 화합물의 합성에서 이들의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing nucleic acid from an environmental sample, and more particularly to a method for obtaining a nucleic acid collection from a sample. The invention also relates to the nucleic acids or nucleic acid collections obtained according to the method and their use in the synthesis of novel compounds, in particular novel compounds for treatment.
본 발명은 또한 신규 벡터와 같은, 핵산의 상기 수득방법에 사용되는 신규 수단 및 이러한 벡터나 이와 달리 본 발명의 핵산을 포함하는 재조합 숙주세포의 신규 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to novel means for use in the above method for obtaining nucleic acids, such as novel vectors, and to novel methods for producing recombinant host cells comprising such vectors or, alternatively, nucleic acids of the present invention.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 수득된 핵산 컬렉션에서의 해당 핵산의 검출방법과, 이러한 방법에 의해 검출된 핵산 및 이러한 핵산에 의해 암호화되는 폴리펩타이드에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for detecting a corresponding nucleic acid in a nucleic acid collection obtained according to the above method, and to a nucleic acid detected by such a method and a polypeptide encoded by such a nucleic acid.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 수득되고 검출된 핵산, 특히 β-락탐, 아미노글리코사이드, 헤테로사이클릭 뉴클레오타이드 또는 폴리케타이드와 같은 항생물질의 생합성 경로에 참여하는 효소를 암호화하는 핵산 및, 이러한 핵산에 의해 암호화되는 효소, 이러한 핵산의 발현에 의해 생산되는 폴리케타이드와, 최종적으로 이러한 핵산의 발현에 의해 생산되는 폴리케타이드 약학적 유효량을 포함하는 약학 조성물에 관한 것이다.The invention also relates to nucleic acids obtained and detected according to the above methods, in particular nucleic acids encoding enzymes participating in the biosynthetic pathway of antibiotics such as β-lactams, aminoglycosides, heterocyclic nucleotides or polyketides, and such nucleic acids. A pharmaceutical composition comprising an enzyme encoded by a polyketide produced by expression of such nucleic acid, and finally a polyketide pharmaceutically effective amount produced by expression of such nucleic acid.
본 발명은 또한 하기 도면과 실시예에 의해 설명될 것이고, 이에 제한되지는 않는다.The invention will also be illustrated by the following figures and examples, which are not limiting.
도 1은 실시예 1에 기술되어 있는 프로토콜 1, 2, 3n, 4a, 5a 및 5b에 따라 수행되는 다양한 용해 단계의 개요를 도해한다.1 illustrates an overview of various dissolution steps performed according to protocols 1, 2, 3n, 4a, 5a and 5b described in Example 1. FIG.
도 2는 다양한 용해 처리(프로토콜 1 내지 5, 참조: 도 1) 후에 토양 No3(St Andre coast) 300 mg으로부터 추출된 DNA의 0.8% 아가로스 겔에서의 전기영동을 도해한다. M: 람다 파지 분자량 마커.FIG. 2 illustrates electrophoresis on 0.8% agarose gel of DNA extracted from 300 mg of soil No3 (St Andre coast) after various dissolution treatments (Protocols 1 to 5, see FIG. 1). M: lambda phage molecular weight marker.
도 3은 처리 1 내지 5(참조: 도 1) 후에 배양된 액티노마이시트의 다양한 속의 비율을 도해한다. cfu(콜로니-형성 단위) 값은 이 그룹의 박테리아에 대해 선택적인 배지에서 측정된다. 약 400 콜로니의 전체값이 분석되었다.FIG. 3 illustrates the proportions of various genera of actinomycetes cultured after treatments 1-5 (see FIG. 1). cfu (colony-forming units) values are measured in media selective for bacteria of this group. The total value of about 400 colonies was analyzed.
도 4는 분쇄 전(G)후(G*)에 상이한 농도로 토양에 첨가된 HindIII로 분해된 람다 파지 DNA의 회수를 도해한다. 처리 T(열 쇼크) 및 S(초음파처리)가 부가의 용해 처리이다. 정량은 돗-블롯 하이브리드화 후에 포스포-이미저(phospo-imager)로의 분석에 의해 수행된다. 토양 샘플 각각이 첨가된 람다 파지의 농도 각각에 대해 사용된다. 토양의 특징은 표 1에 나타나 있다. 첨가된 DNA 10 내지 15 ㎍에 상응하는 샘플은 처리되지 않았다.Figure 4 illustrates the recovery of lambda phage DNA digested with HindIII added to soil at different concentrations prior to grinding (G) and after (G * ). Treatments T (heat shock) and S (ultrasonic treatment) are additional dissolution treatments. Quantification is performed by analysis with a phospho-imager after dot-blot hybridization. Each soil sample is used for each concentration of lambda phage added. Soil characteristics are shown in Table 1. Samples corresponding to 10-15 μg of added DNA were not processed.
도 5는 프로토콜 1, 2, 3, 5a 및 5b에 따라 토양 No 3으로부터 추출된 DNA의 PCR 증폭을 도해한다. 프라이머 FGPS 122 및 FGPS 350(표 2)이 토착 스트렙토스포란지움 종(Streptosporangium spp)을 표적화하는 데 사용된다. 추출된 DNA는 희석되지 않았거나 10배 내지 100배 희석된 상태로 사용된다. M: 123 bp 분자량 마커(Gibco BRL), C: DNA-비함유 증폭 대조군.5 illustrates PCR amplification of DNA extracted from soil No 3 according to protocols 1, 2, 3, 5a and 5b. Primers FGPS 122 and FGPS 350 (Table 2) are used to target indigenous Streptosporangium spp . The extracted DNA is used undiluted or diluted 10 to 100 times. M: 123 bp molecular weight marker (Gibco BRL), C: DNA-free amplification control.
도 6은 상이한 농도로 토양에 접종된 S. 리비단 OS48.3의 포자(a) 또는 균사체(b)를 접종한 후에 추출되는 DNA의 양을 도해한다. 토양에 첨가된 균사체의 양은 발아 배지에 접종된 포자의 수에 상응한다. 발아된 포자의 약 50% 및 발아된 포자균사에 함유되어 있는 세포 또는 게놈의 수는 측정되지 않았다. 따라서 접종된 포자 및 균사체의 양을 직접 비교할 수는 없다. 추출 프로토콜은 프로토콜 6(참조: 재료 및 방법 섹션)에 따라 수행된다. 기호 (')은 RNA가 추출 완충액에 포함되어 있음을 나타낸다. 표적 DNA는 프라이머 FGPS 516 및 FGPS 517를 사용하여 PCR에 의해 증폭되고, 정량은 탐침 FGPS 518을 사용하는 돗-블롯 하이브리드화 후에 포스포-이미저로 수행된다. 토양 샘플 각각이 균사 또는 포자의 농도 각각에 대해 사용된다. 토양의 특징은 표 1에 기술되어 있다.FIG. 6 illustrates the amount of DNA extracted after inoculation of spores (a) or mycelium (b) of S. lipid OS48.3 inoculated into soil at different concentrations. The amount of mycelium added to the soil corresponds to the number of spores inoculated into the germination medium. About 50% of germinated spores and the number of cells or genomes contained in germinated spore mycelia were not measured. Therefore, the amount of spores and mycelium inoculated cannot be directly compared. Extraction protocol is performed according to Protocol 6 (see Materials and Methods section). The symbol (') indicates that RNA is included in the extraction buffer. Target DNA is amplified by PCR using primers FGPS 516 and FGPS 517 and quantification is performed with phospho-imagers after dot-blot hybridization using probe FGPS 518. Each soil sample is used for each concentration of mycelia or spores. The soil characteristics are described in Table 1.
도 7은 배양된 참조 박테리아에 대한 토양 DNA 라이브러리에 함유되어 있는 16S rDNA 서열의 위치를 정하는, Neighbour Joining algorithm으로 얻어지는 계통발생도를 나타낸다. 회색: 라이브러리 클론의 풀로부터 수득되는 서열.FIG. 7 shows phylogenetic diagrams obtained with the Neighbor Joining algorithm, which locates 16S rDNA sequences contained in soil DNA libraries for cultured reference bacteria. Gray: sequence obtained from a pool of library clones.
부트스트랩(bootstrap) 값이 100회 반복한 재-샘플링 후에 노드(node)에서 나타난다. 스케일 바(scale bar)는 부위당 치환수를 나타낸다. Genbank 데이터베이스 서열의 액세스 수는 괄호에 나타나 있다.Bootstrap values appear at nodes after 100 re-samplings. Scale bars represent the number of substitutions per site. Access numbers of Genbank database sequences are shown in parentheses.
도 8은 벡터 pOSint 1의 개략도를 나타낸다.8 shows a schematic of the vector pOSint 1.
도 9는 벡터 pWED 1의 개략도를 나타낸다.9 shows a schematic of the vector pWED 1.
도 10은 벡터 pWE15(ATCC No 37503)의 개략도를 나타낸다.10 shows a schematic diagram of the vector pWE15 (ATCC No 37503).
도 11은 벡터 pOS700I의 개략도를 나타낸다.11 shows a schematic of the vector pOS700I.
도 12는 벡터 pOSV010의 개략도를 나타낸다.12 shows a schematic of the vector pOSV010.
도 13은 벡터 pOSV303의 작제 중에 플라스미드 pOSV010에 삽입된 "cos" 부위를 함유하는 단편을 나타낸다.Figure 13 shows a fragment containing the "cos" site inserted in plasmid pOSV010 during the construction of vector pOSV303.
도 14는 벡터 pOSV303의 개략도를 나타낸다.14 shows a schematic of the vector pOSV303.
도 15는 벡터 pE116의 개략도를 나타낸다.15 shows a schematic of the vector pE116.
도 16은 벡터 pOS700R의 개략도를 나타낸다.16 shows a schematic of the vector pOS700R.
도 17은 벡터 pOSV001의 개략도를 나타낸다.17 shows a schematic of the vector pOSV001.
도 18은 벡터 pOSV002의 개략도를 나타낸다.18 shows a schematic of the vector pOSV002.
도 19는 벡터 pOSV014의 개략도를 나타낸다.19 shows a schematic of the vector pOSV014.
도 20은 벡터 pBAC11의 개략도를 나타낸다.20 shows a schematic of the vector pBAC11.
도 21은 벡터 pOSV403의 개략도를 나타낸다.21 shows a schematic of the vector pOSV403.
도 22는 PKS-I 올리고뉴클레오타이드로 스크리닝된 라이브러리의 양성 클론의 효소 BamHI 및 Dral로의 분해 후에 라이브러리 DNA의 전기영동 겔을 나타낸다.FIG. 22 shows electrophoretic gels of library DNA following digestion of positive clones of libraries screened with PKS-I oligonucleotides with enzymes BamHI and Dral.
도 23은 S. 알보니거 야생형 균주의 생산과 비교한 S. 리비단 재조합체에 의한 퓨로마이신의 생산을 도해한다.Figure 23 illustrates the production of puromycin by S. lividan recombinants compared to the production of S. alboniger wild type strains.
도 24는 다른 PKS의 보존된 활성 부위를 가지는 토양 PKS의 정렬을 도해한다. 각 펩타이드에 대한 참조가 나타나 있다. 베타-케토아실 합성효소 도메인은 GCG PILEUP 프로그램(미국 위스콘신 매디슨 소재의 Genetics Computer Group의 Wisconsin Package Version 9.1)을 사용하여 정렬된다.24 illustrates the alignment of soil PKS with conserved active sites of other PKS. References to each peptide are shown. Beta-ketoacyl synthetase domains are aligned using the GCG PILEUP program (Wisconsin Package Version 9.1 of the Genetics Computer Group, Madison, Wisconsin).
도 25는 통합 접합성 코스미드의 작제를 도해한다.25 illustrates the construction of integrated conjugated cosmids.
도 26은 통합 접합성 BAC의 작제를 도해한다.26 illustrates the construction of an integrated bond BAC.
도 27은 벡터 pOSV308의 작제를 위한 개요를 도해한다.27 illustrates an overview for the construction of the vector pOSV308.
도 28은 벡터 pOSV306의 작제를 위한 개요를 도해한다.28 illustrates an overview for the construction of the vector pOSV306.
도 29는 벡터 pOSV307의 작제를 위한 개요를 도해한다.29 illustrates an overview for the construction of the vector pOSV307.
도 30은 벡터 PMBD-1의 작제를 위한 개요를 도해한다.30 illustrates an overview for constructing a vector PMBD-1.
도 31은 플라스미드 pMBD-2의 상세한 지도와 또한 벡터 pMBD-3의 작제를 위한 개요를 보여준다.FIG. 31 shows a detailed map of plasmid pMBD-2 and also an overview for the construction of vector pMBD-3.
도 32는 플라스미드 pMBD-4의 상세한 지도를 도해한다.32 illustrates a detailed map of plasmid pMBD-4.
도 33든 플라스미드 pMBD-1로부터 플라스미드 pMBD-5를 작제하기 위한 개요를 도해한다.33 shows an outline for constructing plasmid pMBD-5 from plasmid pMBD-1.
도 34는 벡터 pBTP-3의 상세한 지도를 도해한다.34 illustrates a detailed map of the vector pBTP-3.
도 35는 벡터 pMBD-1로부터 벡터 pMBD-6의 작제를 위한 개요를 도해한다.35 illustrates an overview for the construction of the vector pMBD-6 from the vector pMBD-1.
도 36은 DNA 삽입물이 다수의 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 개방 판독 프레임을 함유하는 코스미드 a26G1의 지도를 도해한다.FIG. 36 illustrates a map of cosmid a26G1 in which the DNA insert contains an open reading frame encoding a plurality of polyketide synthase.
도 37은 다수의 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 다양한 판독 프레임이 위치한, 코스미드 a26G1의 DNA 삽입물(+ 스트랜드)을 나타내는 개략도이다.FIG. 37 is a schematic showing the DNA insert (+ strand) of cosmid a26G1 in which various read frames encoding multiple polyketide synthase are located.
첫째 본 발명은 환경 샘플로부터 기원하는 DNA 라이브러리의 작제방법에 관한 것이고, 이러한 샘플은 균등하게 예를 들어, 식물, 곤충 또는 해수 유기체로부터 기원하고 관련 미생물총을 가지는 샘플과 같이, 수성 배지(담수 또는 해수), 토양 샘플(표토, 심토 또는 퇴적층) 또는 관련 미생물총을 함유하는 진핵 유기체 샘플일 수 있다.First, the present invention relates to a method for constructing a DNA library originating from an environmental sample, which sample is evenly distributed in an aqueous medium (fresh water or fresh water, for example, such as a sample originating from a plant, insect or seawater organism and having an associated microflora) Seawater), soil samples (topsoil, subsoil or sediment) or eukaryotic organism samples containing associated microflora.
환경 샘플, 좀더 구체적으로 토양 샘플로부터의 DNA 라이브러리의 작제방법의 개발은 이의 실행이 해당 핵산의 함량이 초기에 설정된 목적을 만족시키는 DNA의 라이브러리를 수득하도록 반드시 최적화되어야 하는 중요한 단계를 포함한다.The development of methods for constructing DNA libraries from environmental samples, more specifically soil samples, involves an important step in which its implementation must be optimized to obtain a library of DNA whose content of nucleic acid satisfies the purpose initially set.
중요한 제 1 단계는 샘플에 초기에 함유되어 있는 핵산, 즉 주로 이 샘플의 미생물총으로 구성된 각종 유기체에 함유되어 있는 핵산을 추출한 다음 정제하는 단계로 이루어진다.An important first step consists in extracting and then purifying the nucleic acid initially contained in the sample, that is, the nucleic acid contained in the various organisms consisting primarily of the microflora of the sample.
추출된 DNA의 정제 특성이 달성되는 결과를 결정하는 인자이다.Purification properties of the extracted DNA are factors that determine the achieved results.
환경 샘플로부터 기원하는 핵산 라이브러리 작제방법의 중요한 제 2 단계는 추출되고 정제된 핵산의 유전자 다양성 평가이다. 적어도 부분적으로 출발 샘플에 초기에 존재하는 유기체의 계통발생적 다양성 때문인지를 확인하기 위한 추출되고 정제된 DNA의 간단하고 믿을만한 예비-스크리닝 단계의 개발은 핵산 라이브러리 자체의 작제를 위해 추출되고 정제된 DNA의 초기 기원의 가치를 결정하거나 그렇지 않으면 사용할 수 있도록 하거나, 이에 반하여 핵산을 추출하고 정제할 때 도입된 다량의 인공물 때문에 핵산 라이브러리의 작제를 계속할 수 없게 한다. 또한 본 발명에 따라 라이브러리를 작제하기 위해 벡터에 도입된 삽입물의 특성이 결정 인자라는 것도 확인되었다. 따라서 환경 샘플로부터 추출되고 정제된 DNA를 절단하기위한 제한 효소의 사용이 수득되는 삽입 구조물에 인공물 또는 "바이어스"를 도입하는 특성을 가지는 것으로 판단되었다. 특히, 토양 또는 다른 환경으로부터 추출되고, 대부분의 경우에 비배양성 유기체로부터 기원하는 DNA는 G 및 C 염기의 함량을 정의상으로 알 수 없고 추가로 이러한 유기체 기원의 함수로서 가변성인 분자로 이루어진다.An important second step in the construction of nucleic acid library originating from environmental samples is the assessment of the gene diversity of the extracted and purified nucleic acids. The development of a simple and reliable pre-screening step of extracted and purified DNA to determine whether it is at least partly due to the phylogenetic diversity of the organisms initially present in the starting sample has led to the construction of the extracted and purified DNA for the construction of the nucleic acid library itself. Determining or otherwise making use of the value of the initial origin, or, on the other hand, makes the construction of the nucleic acid library impossible due to the large amount of artifacts introduced when extracting and purifying the nucleic acid. It was also confirmed that the nature of the insert introduced into the vector for constructing the library was a determinant. Therefore, it was judged that the use of restriction enzymes for cleaving purified and extracted DNA from environmental samples had the property of introducing artifacts or "biases" into the insert construct. In particular, DNA extracted from soil or other environments and, in most cases, originating from non-cultured organisms, consists of molecules whose content of G and C bases are by definition unknown and further variable as a function of such organism origin.
주요한 제 3 단계는 한편으로는 추출되고 정제된 핵산을 선택된 길이의 핵산을 통합할 수 있는 벡터에 삽입하고, 또다른 한편으로는 주어진 숙주세포의 게놈을 형질감염시키거나 통합하며, 경우에 따라 이러한 숙주세포에서의 발현을 가능하게 하는 단계이다.The main third step is to insert, on the one hand, the extracted and purified nucleic acid into a vector capable of incorporating nucleic acids of the selected length, and on the other hand to transfect or integrate the genome of a given host cell, This step enables expression in the host cell.
큰 핵산, 즉 크기가 100 kb보다 큰 핵산을 통합할 수 있는 벡터는 추구하는 목적이 산업용 화합물, 특히 약학적 또는 작물학적으로 흥미로운 화합물의 완전한 생합성 경로를 유도할 수 있는 완전한 오페론을 클로닝하고 동정하는 데 있는 해당 벡터를 구성한다.Vectors capable of incorporating large nucleic acids, i.e. nucleic acids larger than 100 kb in size, can be used to clone and identify complete operons that can lead to the complete biosynthetic pathway of industrial compounds, especially those of pharmaceutical or cropological interest. Construct the corresponding vector
정의Justice
본 발명의 목적상, 용어 "핵산", "폴리뉴클레오타이드" 및 "올리고뉴클레오타이드"는 DNA 및 RNA 서열과 일본쇄 또는 이본쇄 형태의 2개보다 많은 뉴클레오타이드의 하이브리드 RNA/DNA 서열을 의미한다.For the purposes of the present invention, the terms "nucleic acid", "polynucleotide" and "oligonucleotide" refer to a hybrid RNA / DNA sequence of DNA and RNA sequences and more than two nucleotides in single- or double-stranded form.
용어 "라이브러리" 또는 "컬렉션"은 본 설명에서 환경 샘플로부터 기원하는 추출되고, 경우에 따라 정제된 핵산 세트, 재조합 벡터 세트(재조합 벡터 세트의 각각은 전술한 추출되고 경우에 따라 정제된 핵산의 세트로부터 기원하는 핵산을포함한다) 또는 전술한 추출되고, 경우에 따라 정제된 핵산의 세트로부터 기원하는 하나 이상의 핵산을 포함하는 재조합 숙주세포 세트(핵산은 하나 이상의 재조합 벡터에 의해 운반되거나 재조합 숙주세포의 게놈으로 통합된다)를 언급하는 데 사용된다.The term “library” or “collection” in this description is derived from a set of extracted, optionally purified nucleic acids, recombinant vector sets (each of the recombinant vector set described above is a set of extracted and optionally purified nucleic acids originating from environmental samples). From a set of recombinant host cells comprising one or more nucleic acids originating from the set of extracted and optionally purified nucleic acids described above, wherein the nucleic acid is carried by one or more recombinant vectors or Is integrated into the genome).
표현 "환경 샘플"은 균등하게, 수성 기원, 예를 들면 담수 또는 해수로부터의 샘플 또는 표토, 퇴적층 또는 토양 하층(심토)으로부터 기원하는 땅에서 나는 샘플과 식물 기원의, 해수 유기체 또는 곤충으로부터 기원하고 관련 미생물총을 가지는 다세포일 수 있는 진핵 유기체 샘플(관련 미생물총은 해당 유기체를 구성한다)을 나타낸다.The expression “environmental sample” is equally derived from seawater organisms or insects of aquatic origin, for example, samples from fresh or seawater, or from land and samples originating from the topsoil, sedimentary or soil subsoil (soil). Represents a sample of eukaryotic organisms which may be multicellular with associated microbiota (the microbiota constitutes that organism).
본 발명에 따라서, 용어 "오페론"은 전사 및/또는 해독이 전사 및/또는 해독을 조절하기 위한 시그널의 특이적 세트에 의해 동시에 조절되는 개방 판독 프레임의 세트를 의미한다. 본 발명에 따라서, 오페론은 또한 전사 및/또는 해독을 조절하기 위한 시그널을 포함할 수도 있다.According to the present invention, the term “operon” means a set of open reading frames in which transcription and / or translation are simultaneously regulated by a specific set of signals for regulating transcription and / or translation. In accordance with the present invention, the operon may also comprise a signal for modulating transcription and / or translation.
본 발명의 목적상, 표현 "대사 경로" 또는 "생합성 경로"는 제 1 화학종의 제 2 화학종으로의 전환을 초래하는 동화작용 또는 이화작용의 생화학반응 세트를 의미한다.For the purposes of the present invention, the expression "metabolic pathway" or "biosynthetic pathway" means a set of biochemical reactions of assimilation or catabolism which results in the conversion of the first species to the second species.
예를 들면, 항생물질의 생합성 경로는 1차 대사산물을 항생물질 중간 산물로 전환시킨 다음 항생물질로 전환시키는 생화학반응의 세트로 이루어진다.For example, the biosynthetic pathway of antibiotics consists of a set of biochemical reactions that convert primary metabolites to antibiotic intermediates and then to antibiotics.
표현 "발현이 소망되는 뉴클레오타이드 서열에 작동적으로 결합된 조절 서열"은 전사 조절 서열(들)이 발현이 소망되는 해당 뉴클레오타이드 서열에 대해,해당 서열의 발현을 가능하게 하도록 위치하고, 발현의 조절은 조절 뉴클레오타이드 서열과 상호반응하는 요소에 좌우된다.The expression “regulatory sequence operably linked to the nucleotide sequence desired for expression” is positioned so that the transcriptional control sequence (s) are capable of expression of that sequence for that nucleotide sequence desired for expression, and control of expression is regulated. It depends on the elements that interact with the nucleotide sequence.
또다른 용어법에 따라, 발현이 소망되는 해당 뉴클레오타이드 서열은 전사-조절 뉴클레오타이드 서열의 "조절하"에 있다고 말해질 수 있다.According to another terminology, the corresponding nucleotide sequence for which expression is desired may be said to be "under control" of the transcription-regulating nucleotide sequence.
본 발명의 목적상, 용어 "분리된"이란 최초 환경(원래 위치했던 환경)으로부터 추출된 생물학적 물질을 의미한다.For the purposes of the present invention, the term "isolated" means a biological material extracted from the original environment (the environment in which it was originally located).
예를 들어, 유기체(바이러스, 박테리아, 진균, 효모, 식물 또는 동물)에 자연상태로 존재하는 폴리뉴클레오타이드 또는 폴리펩타이드는 분리되지 않는다. 자연 환경으로부터 분리된 동일한 폴리펩타이드 또는 유기체의 게놈에 자연적으로 삽입되는 인접 핵산으로부터 분리된 동일한 폴리뉴클레오타이드가 분리된다.For example, polynucleotides or polypeptides that exist naturally in organisms (viruses, bacteria, fungi, yeasts, plants or animals) are not isolated. Isolation of the same polynucleotide isolated from the same polypeptide isolated from the natural environment or from adjacent nucleic acid naturally inserted into the genome of the organism.
이러한 폴리뉴클레오타이드는 벡터에 포함될 수 있고/있거나 이러한 폴리뉴클레오타이드는 조성물에 포함될 수 있는데 그럼에도 불구하고 벡터 또는 조성물이 이의 자연 환경을 구성하지는 않기 때문에, 분리된 형태로 존재한다.Such polynucleotides may be included in a vector and / or such polynucleotides may be included in a composition, but nevertheless exist in discrete form because the vector or composition does not constitute its natural environment.
용어 "정제된"이란 다른 화합물의 존재를 배제하는, 절대적으로 순수한 형태로 존재하는 물질일 필요는 없다. 오히려, 이것은 상대적인 정의이다.The term “purified” does not need to be a substance present in an absolutely pure form, excluding the presence of other compounds. Rather, this is a relative definition.
폴리펩타이드 또는 폴리뉴클레오타이드는 적어도 1차로, 바람직하게는 2차 또는 3차로, 더욱 바람직하게는 4차 또는 5차로 출발 물질을 정제한 후의 정제 형태이다.The polypeptide or polynucleotide is in the form of a tablet after purifying the starting material at least primary, preferably secondary or tertiary, more preferably fourth or fifth.
본 발명의 목적상, 뉴클레오타이드 또는 아미노산의 두 서열 간에 "동일성 %"은 비교창에 최적으로 정렬된 두 서열을 비교함으로써 측정될 수 있다.For the purposes of the present invention, “% identity” between two sequences of nucleotides or amino acids can be determined by comparing two sequences optimally aligned in the comparison window.
따라서 비교창에서 뉴클레오타이드 또는 폴리펩타이드 서열 일부가 비교 서열(이러한 첨가 또는 결실을 포함하지 않음)과 비교하여 첨가 또는 결실(예: "갭")을 포함하여 두 서열의 최적 정렬을 수득할 수 있다.Thus, an optimal alignment of the two sequences can be obtained by including additions or deletions (eg, "gaps") in the comparison window when some of the nucleotide or polypeptide sequences include the comparison sequences (which do not include such additions or deletions).
퍼센티지는 동일한 핵산 염기 또는 동일한 아미노산 잔기가 비교되는 두 서열(핵산 또는 펩타이드)에 대해 관찰되는 위치 수를 측정한 다음, 두 염기 또는 아미노산 잔기 간에 동일한 위치 수를 비교창에서의 전체 위치 수로 나누고, 이어서 서열 동일성의 퍼센티지를 얻기 위해 100을 곱함으로써 계산된다.The percentage measures the number of positions observed for two sequences (nucleic acid or peptide) where the same nucleic acid base or the same amino acid residue is compared, then divides the same number of positions between the two base or amino acid residues by the total number of positions in the comparison window, and then Calculated by multiplying by 100 to obtain the percentage of sequence identity.
비교를 위한 서열의 최적 정렬은 Wisconsin Genetics Software Package, Genetics Computer Group(GCG), 575 Science Doctor(미국 위스콘신 매디슨 소재)로부터의 패키지에 포함된 공지 알고리듬을 통해 컴퓨터로 달성될 수 있다.Optimal alignment of sequences for comparison can be achieved by computer through known algorithms included in packages from the Wisconsin Genetics Software Package, Genetics Computer Group (GCG), 575 Science Doctor (Madison, Wisconsin).
설명을 통해, 서열 동일성의 퍼센티지는 디폴트(default) 파라미터(S.F. Altschul et al., J. Mol. Biol. 1990 215:403-410, S.F. Altschul et al., Nucleic Acids Res. 1997 25: 3389-3402)를 독점적으로 사용하는 BLAST 소프트웨어(1996년 3월의 BLAST 버전 1.4.9, 1998년 2월의 BLAST 2.0.4 및 1998년 9월의 BLAST 2.0.6)를 사용하여 측정될 수 있다. Altschul 등의 Blast ~[Blast search for sequences similar/homologous to a reference "request" sequence, with the aid of the algorithm]. 조사 서열 및 사용되는 데이터베이스는 펩타이드 또는 핵산의 특성을 가질 수 있고, 임의 조합도 가능하다.By way of explanation, the percentage of sequence identity is determined by default parameters (SF Altschul et al., J. Mol. Biol. 1990 215: 403-410, SF Altschul et al., Nucleic Acids Res. 1997 25: 3389-3402 ) Can be measured using BLAST software (BLAST version 1.4.9 from March 1996, BLAST 2.0.4 from February 1998 and BLAST 2.0.6 from September 1998). Blast to Blast search for sequences similar / homologous to a reference "request" sequence, with the aid of the algorithm. The search sequence and the database used can have the properties of peptides or nucleic acids, and any combination.
환경 샘플로부터 기원하는 핵산의 추출 및 정제Extraction and Purification of Nucleic Acids Derived from Environmental Samples
1. 핵산의 직접 추출1. Direct Extraction of Nucleic Acids
토양 샘플에 함유되어 있는 유기체로부터 기원하는 핵산의 라이브러리를 수득하기 위해서는 한편으로 샘플에서 다양한 유기체가 핵산의 후속 추출 단계에 이용될 수 있어야 하고, 또다른 한편으로 토양 샘플의 초기 처리 단계가 샘플에서 유기체의 최고 기계적 용해를 가능하게 하여, 이것이 이러한 유기체의 핵산, 주로 게놈 및 플라스미드 DNA가 후속 추출 단계를 위해 사용되는 완충액에 직접 이용 가능하도록 하는 특징을 가지는 조건을 창조하는 것이 중요함을 본 발명으로부터 알 수 있다.In order to obtain a library of nucleic acids originating from the organisms contained in the soil sample, on the one hand, various organisms in the sample must be available for subsequent extraction of the nucleic acid, and on the other hand, the initial treatment step of the soil sample is performed by the organism in the sample. It is understood from the present invention that it is important to create conditions that allow for the highest mechanical lysis of the organism so that it is characterized by the direct availability of nucleic acids, mainly genomic and plasmid DNA, of such organisms to the buffer used for subsequent extraction steps. Can be.
따라서 토양 샘플로부터의 미생물로부터 기원하는 핵산의 최고 이용 가능성은 미립자를 수득하기 위해 예비-건조된 토양 샘플의 철저한 건식-분쇄를 통해 달성되었다는 것이 본 발명에 따라 입증되었다. 따라서 본 출원인은 임의의 후속 처리 전에 토양 샘플의 건조가 원료 토양 샘플의 응집을 상당히 감소시키고 그 결과 적당한 분쇄 처리가 수행되었을 때 미립자 형태로의 후속 분열이 촉진된다고 판단하였다.It was thus demonstrated according to the invention that the highest availability of nucleic acids originating from microorganisms from soil samples was achieved through thorough dry-milling of the soil samples pre-dried to obtain particulates. Applicants have therefore determined that drying of the soil sample prior to any subsequent treatment significantly reduces cohesion of the raw soil sample and consequently promotes subsequent cleavage in particulate form when proper grinding treatment is performed.
놀랍게도, 본 출원인은 건조 토양 샘플의 미립자가 사실상 출발 토양 샘플에 초기에 존재하는 유기체의 유전자 다양성을 나타낼 수 있는 핵산 최적량의 추출에 호적한 이화학적 성질을 조합한다는 것을 발견하였다, 좀더 구체적으로 본 발명에 따른 핵산의 직접 추출방법이 매우 희귀한 스트렙토마이시즈 또는 포자를 형성하는 미생물과 같은 희귀한 미생물로부터 기원하는 DNA의 추출을 가능하게 한다는 것이밝혀졌다.Surprisingly, the Applicant has found that the particulates in a dry soil sample actually combine physicochemical properties suitable for the extraction of an optimal amount of nucleic acid which may indicate the genetic diversity of the organisms initially present in the starting soil sample. It has been found that the direct extraction method of nucleic acids according to the invention enables the extraction of DNA originating from rare microorganisms such as microorganisms that form very rare streptomyces or spores.
본 발명의 목적상, 용어 토양 샘플의 "미립자"는 약 50 ㎛의 평균 크기, 즉 45 내지 55 ㎛의 평균을 가지는 샘플로부터 유도된 입자를 의미한다.For the purposes of the present invention, the term “particulates” in soil samples means particles derived from samples having an average size of about 50 μm, ie an average of 45 to 55 μm.
본 발명에 따라서, 액체 완충액 배지에 수득된 미립자를 재현탁시키기 전에 미립자는 예비-건조되거나 예비-탈수된 다음 2 ㎛ 내지 50 ㎛의 평균 크기를 가지는 미립자가 수득될 때까지 분쇄된 토양 샘플로부터 수득된다.According to the invention, before resuspending the fines obtained in the liquid buffer medium, the fines are pre-dried or pre-dehydrated and then obtained from the ground soil sample until fines having an average size of 2 μm to 50 μm are obtained. do.
이러한 액체 완충액 배지는 핵산 추출 완충액, 특히 당업자에게 잘 알려져 있는 통상의 DNA 추출 완충액으로 이루어질 수 있다.Such liquid buffer medium may consist of nucleic acid extraction buffers, especially conventional DNA extraction buffers well known to those skilled in the art.
토양 샘플의 미립자로의 분쇄는 초기 토양 샘플에 존재하는 유기체 대부분을 기계적으로 용해하고 이 기계적 처리에 의해 용해되지 않은 유기체는 화학적 및/또는 효소적 용해의 임의의 후속 단계에 이용되도록 하는 두 가지 기능을 가진다.Crushing the soil sample into fines is a two function that mechanically dissolves most of the organisms present in the initial soil sample and allows the undissolved organisms to be used in any subsequent step of chemical and / or enzymatic dissolution. Has
따라서, 본 발명의 첫 번째 주제는 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법에 관한 것이고, 상기 방법은 예비-건조되거나 예비-탈수된 토양 샘플을 분쇄함으로써 미립자를 수득하는 제 1 단계 I-(a)에 이어서 액체 완충액 배지에 미립자를 현탁시키는 단계를 포함한다.Accordingly, the first subject of the present invention relates to a method for preparing a nucleic acid collection from soil samples containing organisms, the method comprising the first step I- of obtaining fine particles by grinding a pre-dried or pre-dehydrated soil sample. (a) followed by suspending the particulates in the liquid buffer medium.
매우 바람직한 방식으로, 분쇄 단계는 아게이트 또는 텅스텐 비드를 구비한 장치를 사용하거나 이와 달리 텅스텐 링을 구비한 장치를 사용하여 수행된다. 아게이트 또는 텅스텐과 같은 물질의 경도가 전술한 크기 미립자의 생성을 상당히 촉진하기 때문에 이러한 장치가 선호된다. 이러한 이유 때문에, 훨씬 덜 효율적인 것으로 밝혀진 유리 비드를 구비한 분쇄 장치의 사용은 바람직하게는 선택되지 않거나회피될 것이다.In a very preferred manner, the grinding step is carried out using a device with an agate or tungsten beads or alternatively with a device with a tungsten ring. Such a device is preferred because the hardness of the material, such as agate or tungsten, greatly facilitates the generation of the above-mentioned fine particles. For this reason, the use of grinding devices with glass beads that have been found to be much less efficient will preferably be unselected or avoided.
토양 샘플의 건조 또는 분류는 당업자에게 알려져 있는 임의의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 조 토양 샘플은 실온에서 24 내지 48시간 동안 건조될 수 있다.Drying or sorting of soil samples can be carried out by any method known to those skilled in the art. For example, the crude soil sample can be dried at room temperature for 24 to 48 hours.
전술한 바와 같이, 액체 완충액 배지는 미립자로 존재하는 DNA를 추출하기 위한 배지로 구성될 수 있다. 가장 바람직하게는 각각 트리스 50 mM, EDTA 20 mM, NaCl 100 mM 및 폴리비닐폴리피롤리돈 1%(중량/용적)를 함유하는 TENP로 알려져 있는 추출 완충액(pH 9.0)이 사용될 것이다.As mentioned above, the liquid buffer medium may consist of a medium for extracting DNA present as particulates. Most preferably an extraction buffer (pH 9.0), known as TENP, containing Tris 50 mM, EDTA 20 mM, NaCl 100 mM and polyvinylpolypyrrolidone 1% (weight / volume), respectively, will be used.
토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법은 또한 예비-건조되었거나 예비-탈수된 토양 샘플을 분쇄함으로써 미립자를 수득하는 단계에 이어 미립자로 존재하는 핵산을 추출하는 단계 I-(b)가 수행됨을 특징으로 한다.The method of making a nucleic acid collection from a soil sample is also characterized in that the step of obtaining the microparticles by grinding the pre-dried or pre-dehydrated soil sample followed by the step I- (b) of extracting the nucleic acid present as microparticles. .
핵산의 추출이 원치않는 토양 구성물 및/또는 화합물의 동시-추출을 수반하여 추출된 핵산의 후속 정제가 필요하다는 것이 일반적인 의견이고, 이러한 후속 정제 단계는 원치않는 토양 구성물 및/또는 화합물의 제거를 가능하게 하기에 충분히 선택적일 필요가 있고, 이의 생산량이 예비-추출된 DNA의 양에 비해 약간만 손실되도록 하기에 충분해야 한다.It is a general opinion that extraction of nucleic acids requires subsequent purification of the extracted nucleic acid accompanied by co-extraction of unwanted soil components and / or compounds, and such subsequent purification steps may allow removal of unwanted soil components and / or compounds. It needs to be selective enough to allow it, and its production should be sufficient to allow only a slight loss relative to the amount of pre-extracted DNA.
전술한 선택성과 수율 기준을 충족시키는 토양 샘플의 미립자로부터 추출된 DNA의 정제 단계가 추출된 DNA의 2 연속 크로마토그래피(각각 분자체 상에서의 크로마토그래피 및 음이온-교환 크로마토그래피) 단계 조합으로의 처리를 포함한다는 것을 본 발명에 따라 알 수 있다.Purification of the DNA extracted from the microparticles of the soil sample that meets the selectivity and yield criteria described above is subject to treatment with a combination of two consecutive chromatography (chromatography and anion-exchange chromatography) steps of the extracted DNA. It can be seen according to the invention that it includes.
상기 방법의 또다른 특징에 따라서, 핵산의 추출 단계 I-(b)에 이어 추출된 핵산을 하기의 두 크로마토그래피 단계로 정제하는 단계 I-(c)가 수행된다:According to another feature of the method, extraction step I- (b) of nucleic acid is followed by step I- (c) of purifying the extracted nucleic acid by two chromatographic steps as follows:
- 핵산을 함유하는 용액을 분자체 상으로 흐르게 한 다음, 핵산이 풍부한 용출 분획을 회수;Flowing the solution containing the nucleic acid onto the molecular sieve and then recovering the elution fraction enriched in the nucleic acid;
- 핵산이 풍부한 용출 분획을 음이온-교환 크로마토그래피 지지체 상으로 흐르게 한 다음, 핵산을 함유하는 용출 분획을 회수.The elution fraction enriched in nucleic acid is flowed onto an anion-exchange chromatography support and then the elution fraction containing nucleic acid is recovered.
상기 크로마토그래피 단계의 특성 및 순서는 예비-건조되었거나 예비-탈수된 토양 샘플의 미립자로부터 예비-추출된 DNA 정제 단계의 양호한 선택성 및 우수한 수율을 위해 필수적이다.The nature and sequence of the chromatography steps are essential for good selectivity and good yield of the DNA purification step pre-extracted from the fines of the pre-dried or pre-dehydrated soil samples.
매우 유리한 방식으로, 상기의 핵산 정제 단계에서 "분자체" 유형의 크로마토그래피 지지체는 SephacrylRS400 HR 유형의 크로마토그래피 지지체 또는 동등한 특징의 크로마토그래피 지지체로 이루어진다.In a very advantageous manner, in the nucleic acid purification step, the "molecular sieve" type of chromatography support consists of a chromatography support of type Sephacryl R S400 HR or a chromatography support of equivalent character.
매우 바람직한 방식으로, 추출된 DNA를 정제하기 위한 제 2 단계에 사용되는 음이온-교환 크로마토그래피 지지체는 ElutipRd 유형의 지지체 또는 동등한 특징의 크로마토그래피 지지체이다.In a very preferred manner, the anion-exchange chromatography support used in the second step for purifying the extracted DNA is a support of Elutip R d type or a chromatography support of equivalent character.
건조한 토양 샘플의 미립자를 수득하는 단계 I-(a), 미립자로 존재하는 핵산을 추출하는 I-(b) 및 전술한 크로마토그래피 단계에 의한 정제 단계 I-(c)를 조합함으로써, 본 발명에 따라 샘플에 초기에 함유되어 있는 유기체 세포의 선행 정제 없이 직접적으로 토양으로부터 DNA를 추출하면서, 반면 동시에 예를 들어, 선행기술의 공정에서 관찰되는 휴민산과 같은 토양 오염물의 동시-추출을 회피하는 것이 가능하다.By combining step I- (a) of obtaining fine particles of a dry soil sample, I- (b) of extracting nucleic acids present as fine particles and purification step I- (c) by the above-described chromatography step, Thus extracting DNA from the soil directly without prior purification of the organic cells initially contained in the sample, while at the same time avoiding co-extraction of soil contaminants such as humic acid, as observed in the prior art processes. It is possible.
휴민산과 같은 오염물은 분석 및 정제가 바람직한 핵산의 후속 사용을 심각하게 손상시킨다.Contaminants such as humic acid seriously impair subsequent use of nucleic acids for which analysis and purification is desirable.
상기 방법에 따라서, 토양 샘플에 초기에 존재하는 유전적으로 다양한 핵산의 실질적으로 총체적인 컬렉션을 수득하기 위해, 토양 샘플의 미립자를 수득하는 단계 I-(a) 중에 기계적으로 용해되지 않은 유기체에 함유되어 있는 핵산에의 접근도 가능하다. 따라서, 토양 샘플의 미립자는 화학적, 효소적 또는 물리적 용해 처리의 후속 단계 또는 화학적, 효소적 또는 물리적 처리의 조합을 겪을 수 있다.According to the method, in order to obtain a substantially overall collection of the genetically diverse nucleic acid initially present in the soil sample, it is contained in an organism that has not been mechanically dissolved during step I- (a) of obtaining particulates of the soil sample. Access to nucleic acids is also possible. Thus, the fines of the soil sample may undergo a subsequent step of chemical, enzymatic or physical dissolution treatment or a combination of chemical, enzymatic or physical treatment.
첫 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법은 또한 단계 I-(a)에 이어서 하기 단계가 수행됨을 특징으로 할 수 있다:According to a first aspect, the method for preparing a nucleic acid collection from a soil sample according to the invention may also be characterized in that the following steps are carried out following step I- (a):
ㆍ액체 완충액 배지 중의 토양 현탁액의 초음파처리;Sonication of the soil suspension in liquid buffer medium;
ㆍ핵산의 추출 및 회수.ㆍ Extraction and recovery of nucleic acid.
바람직한 방식으로, 초음파처리를 위해서는, Bioblock에 의해 시판되고 있는 600 W Vibracell Ultrasonicator 장치 또는 Cup Horn형의 초음파처리기와 같은 티타늄 마이크로-포인트형 장치가 사용될 것이다.In a preferred manner, for sonication, a titanium micro-point type device such as a 600 W Vibracell Ultrasonicator device or Cup Horn type sonicator sold by Bioblock will be used.
매우 바람직한 방식으로, 초음파처리 단계는 7 내지 10분의 지속시간 동안 15 W의 전력으로 수행되고 초음파처리의 연속 사이클을 포함하며, 초음파처리 자체는 각 사이클 지속시간의 50% 동안 수행된다.In a very preferred manner, the sonication step is carried out at a power of 15 W for a duration of 7 to 10 minutes and comprises a continuous cycle of sonication, the sonication itself being carried out for 50% of the duration of each cycle.
두 번째 일면에 따라서, 상기 방법은 또한 단계 I-(a)에 이어서 하기 단계가수행됨을 특징으로 할 수 있다:According to a second aspect, the method may also be characterized in that the following steps are performed following step I- (a):
ㆍ액체 완충액 배지 중의 토양 현탁액의 초음파처리;Sonication of the soil suspension in liquid buffer medium;
ㆍ초음파처리 후에 라이소자임 및 아크로모펩티다제의 존재하 37℃에서 현탁액의 배양;Culture of the suspension at 37 ° C. in the presence of lysozyme and acromopeptidase after sonication;
ㆍ핵산의 원심분리 및 침전 전에 SDS의 첨가;Addition of SDS prior to centrifugation and precipitation of nucleic acids;
ㆍ침전된 핵산의 회수.Recovery of precipitated nucleic acid.
바람직하게는, 라이소자임 및 아크로모펩티다제의 존재하 배양 단계는 두 효소 각각의 0.3 mg/㎖ 최종 농도에서, 바람직하게는 30분간 37℃에서 수행될 것이다.Preferably, the culturing step in the presence of lysozyme and acromopeptidase will be carried out at a final concentration of 0.3 mg / ml of each of the two enzymes, preferably at 37 ° C. for 30 minutes.
바람직하게는, SDS는 1%의 최종 농도로 사용될 것이고 원심분리 및 침전 전에 1시간 동안 60℃의 온도에서 배양된다.Preferably, SDS will be used at a final concentration of 1% and incubated at 60 ° C. for 1 hour prior to centrifugation and precipitation.
세 번째 일면에 따라서, 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 상기 제조방법은 또한 단계 I-(a)에 이어서 하기 단계가 수행됨을 특징으로 한다:According to a third aspect, the method for preparing a nucleic acid collection from a soil sample is also characterized in that the following steps are performed following step I- (a):
- 토양 현탁액의 철저한 혼합(와동) 단계에 이어서, 간단한 교반으로의 균질화;Thorough mixing (vortexing) of the soil suspension, followed by homogenization with simple stirring;
- 균질 현탁액의 동결에 이어서, 해동;Freezing of the homogeneous suspension, followed by thawing;
- 해동 후에 현탁액의 초음파처리;Sonication of the suspension after thawing;
- 초음파처리 후에 라이소자임 및 아크로모펩티다제의 존재하 37℃에서 현탁액 배양;Suspension culture at 37 ° C. in the presence of lysozyme and acromopeptidase after sonication;
- 핵산의 원심분리 및 침전 전에 SDS 첨가;Addition of SDS prior to centrifugation and precipitation of nucleic acids;
- 핵산의 회수.Recovery of nucleic acid.
바람직하게는, 토양 미립자의 현탁액을 와동기에서 혼합한 다음 2시간의 지속시간 동안 원회전하는 교반기에서 부드럽게 교반함으로써 균질화하고, 이후에 -20℃에서 동결시킨다.Preferably, the suspension of soil fines is mixed in a vortex and then homogenized by gentle stirring in a circulating stirrer for a duration of 2 hours and then frozen at -20 ° C.
바람직하게는, 현탁액을 해동 후 및 초음파처리 단계 전에 10분간 와동기로 다시 철저하게 교반한다.Preferably, the suspension is thoroughly stirred again with a vortex for 10 minutes after thawing and before the sonication step.
전술한 핵산의 직접 추출방법의 양태에 의해 추출된 핵산이 바람직하게는 분자체 상에 1차로 흘린 다음 분자체 상에서의 크로마토그래피 후에 수득되는 용출 분획을 음이온-교환 크로마토그래피 지지체 상에 흘리는 단계로 이루어지는 정제 단계에 따라 정제된다는 것은 자명하다.The nucleic acid extracted by the above-described direct extraction method of nucleic acid preferably flows first on a molecular sieve, and then eluted fraction obtained after chromatography on molecular sieve is flowed on an anion-exchange chromatography support. It is obvious that the purification is carried out according to the purification step.
2. 핵산의 간접 추출2. Indirect Extraction of Nucleic Acids
본 발명에 따른 환경 샘플로부터 핵산 컬렉션 제조방법의 두 번째 양태에 따라서, 환경 샘플은 이 샘플에 함유되어 있는 유기체의 샘플의 다른 거대-구성물로부터의 분리를 가능하게 하는 특성을 가지는 1차 처리를 겪는다.According to a second aspect of the method for preparing a nucleic acid collection from an environmental sample according to the invention, the environmental sample undergoes a primary treatment having the property of enabling the separation of the sample of the organism contained in the sample from another macro-constitution. .
본 발명에 따른 핵산 컬렉션 제조방법의 이 두 번째 양태는 전술한 본 발명에 따른 방법의 첫 번째 양태에 따라 수득하기가 실질적으로 불가능한, 큰 핵산의 생산을 촉진하고, 미립자를 수득하기 위해 수행되는 기계적 용해 단계는 또한 토양 샘플 중의 핵산 또는 토양 샘플 중의 유기체에 함유되어 있는 핵산을 물리적으로 파괴하는 효과를 가진다.This second aspect of the method for producing a nucleic acid collection according to the present invention promotes the production of large nucleic acids, which is substantially impossible to obtain according to the first aspect of the method according to the invention described above, and is carried out to obtain microparticles. The dissolution step also has the effect of physically destroying the nucleic acid in the soil sample or the nucleic acid contained in the organism in the soil sample.
큰 핵산의 생산은 적어도 부분적으로, 산업용 화합물의 생합성을 유도할 수있는 동일한 오페론에 속하는 암호화 서열 모두를 포함하는 핵산을 분리하고 특징규명하기 위해 본 출원인에 의해 시도되었다.Production of large nucleic acids has been attempted by the applicant to at least partially isolate and characterize nucleic acids comprising all of the coding sequences belonging to the same operon capable of inducing the biosynthesis of industrial compounds.
바람직하게는, 본 발명에 따른 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션 제조방법의 두 번째 양태를 수행함으로써, 크기가 100 kb, 바람직하게는 200, 250 또는 300 kb보다 큰 핵산, 가장 바람직하게는 크기가 400, 500 또는 600 kb보다도 큰 핵산이 수득된다.Preferably, by carrying out the second aspect of the method for preparing a nucleic acid collection from a soil sample according to the invention, nucleic acids larger than 100 kb, preferably 200, 250 or 300 kb, most preferably 400, 500 Or nucleic acids larger than 600 kb are obtained.
본 발명에 따른 환경 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법의 이 두 번째 양태는 전술한 특징을 가지는 핵산을 수득하기 위한 연속 4 단계의 조합으로 이루어진다.This second aspect of the method of making a nucleic acid collection from an environmental sample according to the invention consists of a combination of four consecutive steps for obtaining nucleic acids having the above-mentioned characteristics.
환경 샘플이 토양 샘플이면, 토양 샘플을 액체 배지에 분산시킴으로써 현탁액을 수득하는 첫 번째 단계가 세포의 상당한 기계적 용해를 초래하지 않으면서 샘플에 함유되어 있는 유기체의 이용 가능성을 촉진한다는 것이 본 발명에 따라 알려졌다.If the environmental sample is a soil sample, the first step of obtaining a suspension by dispersing the soil sample in liquid medium promotes the availability of the organisms contained in the sample without causing significant mechanical lysis of the cells. Became known.
상기 토양 샘플의 분산액을 수득하는 첫 번째 단계는 샘플 중의 유기체가 외부 배지에 접근가능하게 하고 또한 샘플 중의 유기체 및 거대-구성물의 부분 분리를 가능하게 한다. 따라서 이것은 샘플에 초기에 함유되어 있는 유기체를 이 샘플의 다른 구성물로부터 후속 분리하는 것이 가능하게 한다.The first step of obtaining a dispersion of the soil sample makes the organism in the sample accessible to the external medium and also enables partial separation of the organism and macro- constructs in the sample. This thus makes it possible to subsequently separate the organisms initially contained in the sample from the other constituents of the sample.
환경 샘플이 예를 들어, 식물, 해수 유기체 또는 곤충으로부터 기원하면, 분쇄에 의한 전처리가 관련 미생물총의 유기체가 공정의 후속 단계에 이용 가능하도록 하기 위해 필요하다.If the environmental sample originates, for example, from plants, seawater organisms or insects, pretreatment by grinding is necessary to make the organisms of the relevant microflora available for subsequent steps in the process.
따라서, 본 방법은 유기체를 밀도 구배에서의 원심분리에 의해 상기에서 수득된 다른 무기 및/또는 유기 구성물로부터 분리하는 단계를 포함한다. 이렇게 분리된 유기체는 이어서 용해 단계에 가해진 다음 핵산의 추출에 가해진다.Thus, the method includes the step of separating the organism from the other inorganic and / or organic constructs obtained above by centrifugation in a density gradient. The organisms thus isolated are then subjected to a dissolution step followed by extraction of the nucleic acid.
밀도 구배에서의 원심분리 단계는 놀랍게도 샘플 현탁액에 함유되어 있는 토양 입자 중의 유기체 세포를 분리할 수 있도록 한다. 사실, 세포 일정 비율이 구배의 거대입자에 포획될 것이라고 예견될 수 있다. 또한, 밀도 구배에서의 토양 샘플의 원심분리가 수성 상/구배 경계면에서 출발 샘플에 존재하는 유기체의 다양성을 나타내는 유기체 집단을 발견하도록 하는데, 그 이유는 이러한 유기체가 용적, 밀도 및 형태에 있어서 매우 가변적이기 때문이라는 것이 지금까지는 입증되지 않았었다. 수성 상/밀도 구배 경계면에서의 수성 상에서 또는 밀도 구배 자체에서 발견될 것이라고 합리적으로 가정할 수 있다.The centrifugation step in the density gradient surprisingly makes it possible to separate the organism cells in the soil particles contained in the sample suspension. In fact, it can be foreseen that a certain percentage of the cells will be trapped in the gradient of large particles. In addition, centrifugation of soil samples in density gradients leads to the discovery of populations of organisms that exhibit the diversity of organisms present in the starting sample at the aqueous phase / gradient interface, because these organisms are highly variable in volume, density, and shape. This has not been proven so far. It can be reasonably assumed that it will be found in the aqueous phase at the aqueous phase / density gradient interface or in the density gradient itself.
따라서, 당업자는 사용된 밀도 구배의 밀도(1.2 내지 1.5 g/㎖, 바람직하게는 1.3 g/㎖ 밀도 구배의 밀도)보다 작거나 큰 밀도를 가지는 유기체는 회수될 수 없고, 이의 효과는 바이어스를 효과적으로 분리된 대표적인 유기체에 도입시켜 그 결과 추출된 핵산의 다양성에 도입할 것임을 예견할 수 있다.Thus, those skilled in the art will not be able to recover an organism having a density less than or greater than the density gradient used (the density of 1.2 to 1.5 g / ml, preferably the density of 1.3 g / ml), and the effect thereof is to effectively bias the bias. It can be foreseen that they will be introduced into an isolated representative organism and consequently into the diversity of the extracted nucleic acid.
또한, 본 방법의 일 특정 양태에서, 특히 액티노마이시트의 포자 발아 단계가 수행되는데, 이의 효과는 회수되는 액티노마이시트 DNA의 양을 상당히 증가시키는 것이다.In addition, in one particular embodiment of the method, in particular the spore germination step of actinomycete is carried out, the effect of which being to significantly increase the amount of actinomycete DNA recovered.
최종 단계는 이에 따라 추출된 핵산을 세슘 클로라이드 구배에서 정제하는 단계로 이루어진다.The final step consists in purifying the extracted nucleic acid in a cesium chloride gradient.
놀랍게도, 세슘 클로라이드 구배에서의 핵산의 정제는 밀도 구배를 구성하는 물질의 실질적이거나 심지어 완전한 제거를 가능하게 한다. 경우에 따라, 밀도 구배가 추출된 핵산의 벡터에의 삽입물을 제조하는 데 사용되는 효소의 촉매 활성을 억제할 수 있는 강력한 효소 억제제인 것으로 알려져 있기 때문에, 정제된 핵산의 후속 사용에 있어서 이러한 특징이 결정 인자이다.Surprisingly, purification of the nucleic acid in the cesium chloride gradient allows for substantial or even complete removal of the material making up the density gradient. Occasionally, this is a feature of subsequent use of the purified nucleic acid because the density gradient is known to be a potent enzyme inhibitor capable of inhibiting the catalytic activity of the enzyme used to prepare the insert of the extracted nucleic acid into the vector. It is a deciding factor.
이 두 번째 양태에 따라서, 본 발명에 따른 유기체를 함유하는 환경 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법은 하기의 연속 단계를 포함한다:According to this second aspect, the method for preparing a nucleic acid collection from an environmental sample containing an organism according to the invention comprises the following successive steps:
(i) 환경 샘플을 액체 배지에 분산시킴으로써 현탁액을 생성한 다음 수득된 현탁액을 부드럽게 교반함으로써 균질화하고;(i) producing a suspension by dispersing the environmental sample in a liquid medium and then homogenizing by gently stirring the obtained suspension;
(ii) 밀도 구배에서 원심분리함으로써 단계 (i)에서 수득된 균질 현탁액의 다른 무기 및/또는 유기 구성물로부터 유기체를 분리하며;(ii) separating the organism from the other inorganic and / or organic constituents of the homogeneous suspension obtained in step (i) by centrifuging in a density gradient;
(iii) 단계 (ii)에서 분리된 미생물을 용해시키고 핵산을 추출한 다음;(iii) dissolving the microorganism isolated in step (ii) and extracting the nucleic acid;
(iv) 핵산을 세슘 클로라이드 구배에서 정제한다.(iv) The nucleic acid is purified in a cesium chloride gradient.
바람직하게는, 토양 샘플의 현탁액은 Waring Blender와 같은 장치 또는 동등한 특징의 장치로의 분쇄에 의해 이 샘플을 분산시킴으로써 수득된다. 매우 바람직한 방식으로, 샘플 현탁액은 3 연속 분쇄 작업 후에 수득되는데, 각각은 Waring Blender와 같은 장치에서 1분간 지속된다. 바람직하게는, 분쇄된 샘플은 각 분쇄 작업 사이에 얼음으로 냉각될 것이다.Preferably, a suspension of the soil sample is obtained by dispersing this sample by grinding into a device such as Waring Blender or a device of equivalent character. In a very preferred manner, the sample suspension is obtained after three successive grinding operations, each lasting 1 minute in a device such as Waring Blender. Preferably, the ground sample will be cooled with ice between each grinding operation.
바람직하게는, 이어서 유기체가 Nycomed Pharma AS.(노르웨이 오슬로 소재)에 의해 시판되고 있는 "Nycodenz"형 밀도 쿠션에서의 원심분리에 의해 토양 입자로부터 분리된다. 바람직한 원심분리 조건은 유리하게는 Kontron에 의해 시판되고 있는 "로터 TST 28.38"의 스윙-아웃 버킷(swing-out bucket)을 구비한 로터에서, 40분간 4℃에서 10,000×g이다.Preferably, the organism is then separated from the soil particles by centrifugation in a "Nycodenz" type density cushion sold by Nycomed Pharma AS., Oslo, Norway. Preferred centrifugation conditions are advantageously 10,000 × g at 4 ° C. for 40 minutes in a rotor with a swing-out bucket of “rotor TST 28.38” sold by Kontron.
원심분리 후에, 상단의 수성상과 하단의 Nycodenz상의 경계면에 위치하는 유기체의 링이 이어서 제거되고 적당한 완충액에 세포 펠릿을 취하기 전에 원심분리로 세척한다.After centrifugation, the ring of organisms located at the interface between the top aqueous phase and the bottom Nycodenz phase is then removed and washed by centrifugation prior to taking the cell pellet in the appropriate buffer.
전술한 단계 (ii)에서 분리된 유기체의 용해 단계 (iii)는 당업자에게 알려져 있는 임의의 방식으로 수행될 수 있다.Dissolution step (iii) of the organism separated in step (ii) described above may be carried out in any manner known to those skilled in the art.
유리하게는, 세포는 10 mM 트리스-100 mM EDTA 용액에서, pH 8.0에서, 라이소자임 및 아크로모펩티다제의 존재하에, 유리하게는 1시간 동안 37℃에서 용해된다.Advantageously, the cells are lysed in 10 mM Tris-100 mM EDTA solution at pH 8.0 in the presence of lysozyme and acromopeptidase, advantageously at 37 ° C. for 1 hour.
DNA의 실제 추출 단계는 유리하게는 단백질 가수분해 효소 K의 존재하에 라우릴 사르코실(용액 최종 중량의 1%) 용액을 첨가하고 최종 용액을 37℃에서 30분간 배양함으로써 수행될 수 있다.The actual extraction step of DNA can advantageously be carried out by adding a lauryl sarcosyl (1% of the final weight of solution) solution in the presence of proteolytic enzyme K and incubating the final solution at 37 ° C. for 30 minutes.
이어서 단계 (iii)에서 추출된 핵산은 세슘 클로라이드 구배에서 정제된다. 바람직하게는, 세슘 클로라이드 구배에서의 핵산의 정제 단계는 35,000 rpm에서 36시간 동안, 예를 들면 Kontron 65.13 형의 로터에서 원심분리함으로써 수행된다.The nucleic acid extracted in step (iii) is then purified in cesium chloride gradient. Preferably, the step of purifying the nucleic acid in the cesium chloride gradient is carried out by centrifugation at 35,000 rpm for 36 hours, for example in a rotor of type Kontron 65.13.
본 발명에 따른 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법의 특정 일면에 따라서, 상기 핵산은 배타적으로가 아닌, 주로 DNA 분자로 이루어진다.According to one particular aspect of the method for producing a nucleic acid collection from a soil sample containing an organism according to the invention, the nucleic acid consists mainly of DNA molecules, not exclusively.
또다른 일면에 따라서, 핵산은 밀도 구배에서 분리된 유기체가 아가로스 블록에 포함되고 용해, 예를 들면 화학적 및/또는 효소적 용해된 후에, 또는 유기체가 아가로스 블록에 포함된 후에 회수될 수 있다.According to another aspect, the nucleic acid can be recovered after the organism separated in the density gradient is contained in the agarose block and dissolved, eg chemically and / or enzymatically dissolved, or after the organism is included in the agarose block. .
본 발명의 또다른 주제는 본 발명에 따른 핵산 컬렉션 제조방법의 단계 II-(iv)에서 수득되거나, 이와 달리 단계 (c) 또는 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 제조방법의 후속 단계에서 수득된 핵산으로 이루어진 핵산 컬렉션에 관한 것이다.Another subject of the invention is a nucleic acid obtained in step II- (iv) of the method for producing a nucleic acid collection according to the present invention, or alternatively obtained in step (c) or a subsequent step of the method for producing a nucleic acid collection according to the present invention. A nucleic acid collection consisting of.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 핵산 컬렉션에 포함됨을 특징으로 하는 핵산에 관한 것이다.The invention also relates to a nucleic acid characterized by being included in the nucleic acid collection as described above.
첫 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션을 구성하는 이러한 핵산은 적어도 하나의 오페론 또는 오페론 일부를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 포함함을 특징으로 한다.According to a first aspect, such nucleic acids making up the nucleic acid collection according to the invention are characterized in that they comprise at least one operon or a nucleotide sequence encoding a portion of the operon.
가장 바람직하게는, 이러한 오페론은 대사 경로 전체 또는 일부를 암호화한다.Most preferably, these operons encode all or part of the metabolic pathway.
실시예 9는 스트렙토마이시즈 알보니거(Streptomyces alboniger) 균주로부터의 게놈 DNA 라이브러리의 작제 및 각각 셔틀 코스미드 pOS700I 및 pOS700R로의 클로닝을 기술하고 있다. 통합 벡터 pOS700I에서 제조된 DNA 라이브러리에서, 새로운 클론이 퓨로마이신 생합성 경로를 담당하는 오페론에 속하는 뉴클레오타이드 서열을 함유한다는 것을 본 발명에 따라 알 수 있다. 마찬가지로, 퓨로마이신 생합성 경로를 담당하는 오페론의 뉴클레오타이드 서열을 함유하는 12개의 클론이 복제 벡터 pOS 700R에서 제조된 DNA 라이브러리에서 동정되었다.Example 9 describes the construction of genomic DNA libraries from Streptomyces alboniger strains and cloning into shuttle cosmids pOS700I and pOS700R, respectively. In the DNA library prepared in the integration vector pOS700I, it can be seen according to the invention that the new clone contains a nucleotide sequence belonging to the operon responsible for the puromycin biosynthetic pathway. Likewise, twelve clones containing the nucleotide sequence of the operon responsible for the puromycin biosynthetic pathway were identified in the DNA library prepared in the replication vector pOS 700R.
특히, 생산된 라이브러리의 특정 통합성 및 복제성 코스미드는 제한 엔도뉴클레아제 Clal 및 EcoRV로의 분해 후에, 퓨로마이신 생합성 경로를 담당하는 오페론의 모든 서열을 함유할 수 있는 12-kb 단편을 가진다.In particular, the specific integrative and replicable cosmids of the produced libraries have 12-kb fragments which, after digestion with the restriction endonucleases Clal and EcoRV, may contain all sequences of operons responsible for the puromycin biosynthetic pathway.
이에 따라, 또다른 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산은 적어도 부분적으로 퓨로마이신 생합성 경로를 담당하는 오페론의 뉴클레오타이드 서열을 함유한다.Thus, according to another aspect, the nucleic acid according to the invention contains the nucleotide sequence of the operon at least partially responsible for the puromycin biosynthetic pathway.
하기 실시예 2는 린데인으로 오염된 토양으로 출발하여 pBluescript SK-벡터로의 본 발명의 방법에 따른 DNA 라이브러리의 작제를 기술하고 있다.Example 2 below describes the construction of a DNA library according to the method of the present invention with pBluescript SK - vector, starting with soil contaminated with Lindane.
재조합 벡터는 이.콜라이 DH10B 세포로 형질감염되고 이어서 형질전환된 세포는 적당한 배양 배지에서 린데인의 존재하에 배양된다. 라이브러리의 형질전환된 세포에서의 클론의 스크리닝이 10,000개의 스크리닝된 클론 중에서, 35개가 린데인 분해 표현형을 가진다는 것을 보여줄 수 있다. 이러한 클론에 linA 유전자의 존재는 이 유전자에 대해 특이적인 프라이머에 의한 PCR 증폭에 의해 확인된다.The recombinant vector is transfected with E. coli DH10B cells and the transformed cells are then cultured in the presence of Lindane in a suitable culture medium. Screening of clones in the transformed cells of the library can show that, out of 10,000 screened clones, 35 have a Lindane degradation phenotype. The presence of linA gene in these clones is confirmed by PCR amplification with primers specific for this gene.
이에 따라, 또다른 일면에 따라서 본 발명은 또한 린데인의 생분해를 일으키는 대사 경로에 대한 뉴클레오타이드 서열을 함유하는 핵산에 관한 것이다.Accordingly, according to another aspect, the present invention also relates to a nucleic acid containing a nucleotide sequence for a metabolic pathway that causes biodegradation of Lindane.
따라서 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법 및 전술한 핵산 컬렉션의 구성 핵산을 함유하는 재조합 벡터 컬렉션의 제조방법이 오페론에 포함된 뉴클레오타이드 서열의 분리 및 특징규명에 매우 적당하다는 것이 명백하게 입증된다.Therefore, as described above, a method for preparing a nucleic acid collection from a soil sample containing an organism according to the present invention and a method for preparing a recombinant vector collection containing a constituent nucleic acid of the nucleic acid collection described above is isolated and characterized from the nucleotide sequence included in the operon. It is clearly demonstrated that it is very suitable for identification.
오페론 형태로 조절되는 생합성 경로에 관여하는 암호화 뉴클레오타이드 서열의 본 발명에 따른 동정방법 능력의 추가 증거 또한 후술되었다: 이것은 주로 치료용으로, 특히 항생물질을 대표하는 분자의 특정 부류에 속하는, 폴리케타이드의 생합성 경로에 관여하는 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 서열의 클로닝 및 특징규명에 관한 것이다.Further evidence of the ability of the encoding nucleotide sequences according to the invention to participate in biosynthetic pathways regulated in operon form is also described below: this is a polyketide primarily for therapeutic use, in particular belonging to a specific class of molecules representing antibiotics. Cloning and characterization of a sequence encoding a polyketide synthase involved in the biosynthetic pathway of
따라서 본 발명의 주제는 또한 폴리펩타이드를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열 모두를 포함함을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산이다.The subject of the present invention is therefore also the constitutive nucleic acid of the nucleic acid collection according to the invention, characterized in that it comprises all of the nucleotide sequences encoding the polypeptide.
첫 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산은 원핵생물 기원이다.According to a first aspect, the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention are of prokaryotic origin.
두 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산은 박테리아 또는 바이러스로부터 기원한다.According to a second aspect, the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention are from bacteria or viruses.
세 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산은 진핵생물 기원이다.According to a third aspect, the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention are of eukaryotic origin.
특히, 이러한 핵산은 진균류, 효모, 식물 또는 동물로부터 기원함을 특징으로 한다.In particular, such nucleic acids are characterized as originating from fungi, yeasts, plants or animals.
토양으로부터 추출된 핵산 컬렉션의 분자적 특징규명Molecular Characterization of Nucleic Acid Collections Extracted from Soil
선행기술에 대해 설명하는 단락에서 기술된 환경 샘플로부터 추출되고 정제된 DNA 라이브러리의 특징규명 방법의 여러가지 기술상의 단점을 극복하기 위해, 본 출원인은 전술한 방법으로부터 수득되는 핵산을 정성적으로 및 반-정량적으로 특징규명하는 간단하고 믿을만한 방법을 개발하였다.In order to overcome various technical shortcomings of the methods of characterizing DNA libraries extracted and purified from environmental samples described in the paragraphs describing the prior art, Applicants qualitatively and semi- A simple and reliable method of quantitative characterization has been developed.
따라서 본 발명에 따른 방법은 16S형의 리보솜 DNA 서열 내에 위치하는 700 bp 단편을 보편적으로 증폭시킨 다음, 증폭된 DNA를 다양한 특이성의 올리고뉴클레오타이드 탐침과 하이브리드화시키고, 최종적으로 샘플의 하이브리드화 강도를 공지 서열 또는 기원의 DNA의 외부 측정 범위와 비교하는 단계로 이루어진다.The method according to the invention thus universally amplifies the 700 bp fragment located within the 16S ribosomal DNA sequence, then hybridizes the amplified DNA with oligonucleotide probes of various specificities, and finally the hybridization strength of the sample is known. Comparison with an external measurement range of DNA of sequence or origin.
올리고뉴클레오타이드 탐침과의 하이브리드화 전의 증폭은 비교적 희귀한 미생물 속 또는 종의 정량을 가능하게 한다. 추가로, 통상의 프라이머로의 증폭은 하이브리드화 중에 광범위한 올리고뉴클레오타이드 탐침의 사용을 가능하게 한다.Amplification prior to hybridization with oligonucleotide probes allows for the quantification of relatively rare microbial genus or species. In addition, amplification with conventional primers allows the use of a wide range of oligonucleotide probes during hybridization.
따라서, 본 발명의 주제는 또한 핵산 컬렉션, 좀더 구체적으로 말하면 환경 샘플, 바람직하게는 토양 샘플로부터 기원하는 핵산 컬렉션에 함유되어 있는 핵산의 다양성을 측정하는 방법이고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:Accordingly, the subject of the present invention is also a method of measuring the diversity of nucleic acids contained in a nucleic acid collection, more specifically in a nucleic acid collection originating from an environmental sample, preferably a soil sample, the method comprising the following steps:
- 시험할 핵산 컬렉션의 핵산을 박테리아 16S 리보솜 DNA의 서열에서 하이브리드화되는 한 쌍의 올리고뉴클레오타이드 프라이머와 접촉시키고;Contacting the nucleic acid of the nucleic acid collection to be tested with a pair of oligonucleotide primers which hybridize in the sequence of bacterial 16S ribosomal DNA;
- 적어도 3 증폭 사이클을 수행하며;Performing at least three amplification cycles;
- 증폭된 핵산을 올리고뉴클레오타이드 탐침 또는 복수의 올리고뉴클레오타이드 탐침을 사용하여 검출한 다음(각 탐침은 박테리아 계, 목, 아강 또는 속에 공통적인 16S 리보솜 DNA 서열과 특이적으로 하이브리드화된다);Amplified nucleic acid is detected using an oligonucleotide probe or a plurality of oligonucleotide probes (each probe specifically hybridizes with 16S ribosomal DNA sequences common to bacterial systems, throats, subclasses or genus);
- 경우에 따라, 선행 검출 단계로부터의 결과와 측정 범위를 구성하는 공지 서열의 핵산의 탐침 또는 복수의 탐침을 사용하는 검출의 결과를 비교한다.Optionally, compare the results from the preceding detection step with the probe of a nucleic acid of known sequence constituting the measurement range or the result of detection using a plurality of probes.
바람직하게는, 16S 리보솜 RNA에 대한 유전자의 보편적인 보존 영역과 하이브리드화된 첫 번째 쌍의 프라이머는 각각 프라이머 FGPS 612(서열번호 12) 및FGPS 669(서열번호 13)로 이루어진다.Preferably, the first pair of primers hybridized with the universal conserved region of the gene for 16S ribosomal RNA consists of primers FGPS 612 (SEQ ID NO: 12) and FGPS 669 (SEQ ID NO: 13), respectively.
본 발명에 따른 바람직한 쌍의 프라이머의 두 번째 양태는 통상의 프라이머 63f(서열번호 22) 및 1387 r(서열번호 23)의 쌍으로 이루어진다.The second embodiment of the preferred pair of primers according to the present invention consists of a pair of conventional primers 63f (SEQ ID NO: 22) and 1387 r (SEQ ID NO: 23).
핵산 컬렉션에서 핵산의 다양성을 측정하기 위한 방법의 일 특정 양태에 따라서, 한 쌍의 통상의 프라이머를 사용하는 증폭 단계는 특정 박테리아 계, 목, 아강 또는 속에 대해 특이적인 올리고뉴클레오타이드 탐침과의 하이브리드화 단계 전에, 문제의 핵산 컬렉션으로부터의 핵산이 삽입된 재조합 벡터 컬렉션으로 수행될 수 있다.According to one particular aspect of the method for measuring the diversity of nucleic acids in a nucleic acid collection, the amplification step using a pair of conventional primers is a hybridization step with an oligonucleotide probe specific for a particular bacterial system, throat, subclass or genus. Previously, nucleic acid from the nucleic acid collection in question can be performed with the inserted recombinant vector collection.
컬렉션에 포함된 핵산의 다양성을 측정하기 위한 이러한 방법은 더욱 구체적으로 설명하면 본 설명의 교시에 따라 수득되는 핵산 컬렉션에 적용 가능하다.Such methods for measuring the diversity of nucleic acids included in a collection are more specifically applicable to nucleic acid collections obtained in accordance with the teachings of the present description.
따라서, 실시예 3은 세포를 Nycodenz 구배에서 분리하기 전에 토양 샘플을 분산시키고, 세포를 용해시킨 다음 세슘 클로라이드 구배에서 DNA를 정제함에 의한 DNA의 간접 추출 단계를 포함하는, 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법을 상세히 설명하고 있다.Thus, Example 3 comprises an indirect extraction of DNA by dispersing the soil sample before separating the cells from the Nycodenz gradient, lysing the cells and purifying the DNA in a cesium chloride gradient from the soil sample containing the organism. The preparation of nucleic acid collections is described in detail.
이에 따라 수득된 핵산 컬렉션은 수득된 그대로 또는 16S rDNA에 대한 전술한 통상의 프라이머를 사용하는 증폭 방법에서 코스미드 유형의 벡터에의 삽입물 형태로 사용되고, 이어서 증폭된 DNA는 표 4에 나타나 있는 서열번호 14 내지 서열번호 21 서열의 올리고뉴클레오타이드 탐침을 사용하는 검출 단계에 가해진다.The nucleic acid collection thus obtained is used as such or in the form of an insert into a cosmid type vector in an amplification method using conventional primers described above for 16S rDNA, followed by the amplified DNA sequence shown in Table 4. To a detection step using an oligonucleotide probe of SEQ ID NO: 14 to SEQ ID NO: 21.
결과는 본 발명에 따른 유기체를 함유하는 토양 샘플로 출발하는 핵산 컬렉션의 제조방법이 땅에서 나는 전체 미생물총의 14%보다 많은 DNA, 즉 토양 그램당2 ×108세포를 이용 가능하게 하고, 반면 배양될 수 있는 전체 미생물총은 전체 미생물 집단의 2%만을 나타낸다는 것을 보여준다.The results show that the method of preparing a nucleic acid collection starting with a soil sample containing an organism according to the present invention makes available more than 14% of the total microbiota in the ground, ie 2 x 10 8 cells per gram of soil, The total microbiota that can be cultured shows only 2% of the total microbial population.
본 발명에 따라 제조된 핵산 컬렉션의 계통발생적 다양성을 측정하기 위해, 16S rRNA 유전자의 47개 서열이 분리되고 서열분석된다. 이러한 서열은 각각 서열번호 60 내지 서열번호 106의 뉴클레오타이드 서열에 상응한다.To determine the phylogenetic diversity of the nucleic acid collections prepared according to the present invention, 47 sequences of 16S rRNA genes are isolated and sequenced. These sequences correspond to the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 60 to SEQ ID NO: 106, respectively.
서열번호 60 내지 서열번호 106의 서열을 포함하는 핵산 또한 본 발명의 일부를 형성하고, 적어도 99%, 바람직하게는 99.5% 또는 99.8% 공학처리된 핵산도 마찬가지이다(이들 핵산은 서열번호 60 내지 서열번호 106의 서열을 포함하는 핵산과 동일하다). 이러한 서열은 특히 DNA 라이브러리의 클론을 스크리닝하여 라이브러리의 클론 중에서, 이러한 서열을 함유하는 것들을 동정하기 위한 탐침으로 사용될 수 있고, 이러한 서열은 항생물질 대사산물, 예를 들면 폴리케타이드의 생합성 경로에 관여하는 효소를 암호화하는 서열과 같은 해당 암호화 서열에 근접할 수 있다.Nucleic acids comprising the sequences of SEQ ID NOs: 60 to 106 also form part of the present invention, and at least 99%, preferably 99.5%, or 99.8% engineered nucleic acids (these nucleic acids include SEQ ID NOs: 60 to Identical to the nucleic acid comprising the sequence of No. 106). Such sequences can be used as probes to identify clones of the library, particularly those containing such sequences, by screening clones of DNA libraries, which sequences are involved in the biosynthetic pathway of antibiotic metabolites such as polyketides. To the corresponding coding sequence, such as the sequence encoding the enzyme.
본 발명에 따라 제조된 DNA 라이브러리로부터의 16S rRNA 서열의, RDP 데이터베이스(Maidak B.L., Cole J.R., Parker C.T., Garrity G.M., Larsen N., Li B., Lilburn T.G., McCaughey, M.J., Olsen G.J., Overbeek R., Pramanik S., Schmidt T.M., Tiedje J.M., Woese C.R. (1999) "A new project of the RDP(Ribosomal Database Project)" Nucleic Acids Research Vol. 27: 171-173)에 일람되어 있는 서열과의 비교가 본 발명에 따른 핵산 컬렉션에 포함된 핵산이 α-프로테오박테리아, β-프로테오박테리아, δ-프로테오박테리아, γ-프로테오박테리아, 액티노마이시트 및 애시도박테리아와 관련있는 속으로부터 기원한다고 판단할 수 있게 한다. 표 7 및 도 7의 계통발생도에 나타나 있는 이러한 결과는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 DNA 라이브러리에 포함된 핵산의 상당한 계통발생적 다양성을 고려한 것이다.RDP database (Maidak BL, Cole JR, Parker CT, Garrity GM, Larsen N., Li B., Lilburn TG, McCaughey, MJ, Olsen GJ, Overbeek R) of 16S rRNA sequences from DNA libraries prepared according to the present invention , Pramanik S., Schmidt ™, Tiedje JM, Woese CR (1999) "A new project of the Ribosomal Database Project (RDP)" Nucleic Acids Research Vol. 27: 171-173). It is said that the nucleic acids included in the nucleic acid collection according to the present invention originate from genes associated with α-proteobacteria, β-proteobacteria, δ-proteobacteria, γ-proteobacteria, actinomycetes and ashdobacteria. Make judgment. These results, shown in the phylogenetic diagrams of Table 7 and FIG. 7, take into account the significant phylogenetic diversity of the nucleic acids included in the DNA libraries prepared by the method according to the invention.
클로닝 및/또는 발현 벡터Cloning and / or Expression Vectors
본 발명에 따라 제조된 핵산 컬렉션에 포함된 핵산은 각각 클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입될 수 있다.Nucleic acids included in the nucleic acid collections prepared according to the present invention may be inserted into cloning and / or expression vectors, respectively.
이 목적을 위해, 바이러스 벡터, 파지, 플라스미드, 파지미드, 코스미드, 포스미드, BAC 유형의 벡터, P1 박테리오파지, BAC 유형의 벡터, YAC 유형의 벡터, 효모 플라스미드 또는 선행기술에서 당업자에게 알려져 있는 임의의 기타 벡터와 같은 선행기술에 알려져 있는 임의 유형의 벡터가 사용될 수 있다.For this purpose, viral vectors, phages, plasmids, phagemids, cosmids, phosmids, vectors of type BAC, P1 bacteriophages, vectors of type BAC, vectors of type YAC, yeast plasmids or any known to those skilled in the art Any type of vector known in the art, such as other vectors of may be used.
본 발명에 따라 DNA 라이브러리 핵산의 안정한 발현을 가능하게 하는 벡터가 유리하게 사용될 것이다. 이 목적을 위해, 이러한 벡터는 바람직하게는 게놈 삽입물과 작동적으로 결합된 전사-조절 서열을 포함하여 DNA 삽입물의 적어도 일부의 발현을 개시 및/또는 조절하도록 한다.In accordance with the present invention vectors that enable stable expression of DNA library nucleic acids will be advantageously used. For this purpose, such vectors preferably comprise a transcription-regulatory sequence operably linked with a genomic insert to initiate and / or regulate expression of at least a portion of the DNA insert.
본 발명이 또한 본 발명에 따른 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션 제조방법의 단계 II-(iv) 또는 단계 I-(c) 또는 임의의 다른 후속 단계에서 수득되는 핵산이 클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입됨을 특징으로 하는, 재조합 벡터 컬렉션의 제조방법에 관한 것이라는 것이 상기에 나타나 있다.The present invention also provides a method for cloning and / or expression vectors for nucleic acids obtained in step II- (iv) or step I- (c) or any other subsequent step of a method for preparing a nucleic acid collection from soil samples containing an organism according to the present invention. It is indicated above that the invention relates to a method of making a recombinant vector collection, characterized in that it is inserted in.
클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입하기 전에, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산은 이들의 크기에 따라, 예를 들면 경우에 따라 제한 엔도뉴클레아제로의 분해 후에 아가로스 겔에서의 전기영동에 의해 분리될 수 있다.Prior to cloning and / or insertion into an expression vector, the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention are subjected to electrophoresis in an agarose gel, depending on their size, for example after digestion with restriction endonucleases. Can be separated.
또다른 일면에 따라서, 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산의 평균 크기는 클로닝 및/또는 발현 벡터에 이것을 삽입하기 전에 물리적 파열 단계를 수행함으로써 실질적으로 균일한 크기가 되도록 할 수 있다.According to another aspect, the average size of the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention can be made to be substantially uniform in size by performing a physical disruption step prior to cloning and / or inserting it into the expression vector.
핵산의 이러한 물리적 또는 기계적 파열 단계는 용액으로, 약 0.4 mm 직경의 금속 채널, 예를 들면 이러한 직경을 가지는 시린지 바늘의 채널에 이러한 핵산을 연속적으로 통과시키는 단계로 이루어질 수 있다.This physical or mechanical rupture step of the nucleic acid may consist of continuously passing such nucleic acid in solution into a metal channel of about 0.4 mm diameter, for example a channel of a syringe needle having this diameter.
핵산의 평균 크기는, 이 경우에 30 내지 40 kb의 길이를 가질 수 있다.The average size of the nucleic acid may in this case be 30 to 40 kb in length.
본 발명에 따라 바람직한 벡터의 작제는 도 25(접합성 통합 코스미드) 및 26(통합 BAC)에 개략적으로 나타나 있다.Construction of preferred vectors according to the present invention is schematically illustrated in FIGS. 25 (conjugated integrated cosmid) and 26 (integrated BAC).
본 발명에 따른 DNA 라이브러리 또는 컬렉션에 포함된 핵산을 삽입하기 위해 유리하게 사용될 수 있는 클로닝 및/또는 발현 벡터는 특히, 유럽 특허 No EP 0 350 341 및 미국 특허 No 5 688 689에 기술되어 있는 벡터이고, 이러한 벡터는 액티노마이시트 균주의 형질전환에 특히 적당하다. 이러한 벡터는 삽입 DNA 서열 외에, 연결 서열att및 액티노마이시트 균주에서 기능성인 인티그라제(int서열)를 암호화하는 DNA 서열을 함유한다.Cloning and / or expression vectors which can be advantageously used for inserting nucleic acids contained in a DNA library or collection according to the invention are in particular the vectors described in European Patent No. EP 0 350 341 and US Patent No 5 688 689. Such vectors are particularly suitable for transformation of actinomycete strains. Such vectors contain, in addition to the insert DNA sequence, a linking sequence att and a DNA sequence encoding an integrase ( int sequence) that is functional in the actinomycete strain.
그러나, 특정 클로닝 및/또는 발현 벡터는 단점을 가지고, 이들의 이론상의 기능적인 능력이 실제로는 달성되지 않는다는 것이 본 발명에 따라 관찰되었다.However, it has been observed in accordance with the present invention that certain cloning and / or expression vectors have disadvantages and that their theoretical functional capacity is not actually achieved.
따라서, 선행기술의 벡터, 특히 유럽 특허 No EP 0 350 341에 기술되어 있는 벡터에 포함된 통합 시스템이 실제로는 라이브러리로부터의 DNA 삽입물의 박테리아 염색체로의 양호한 통합을 허용하지 않는다는 것이 보여진다.Thus, it is shown that the integration system included in prior art vectors, in particular the vectors described in European Patent No. EP 0 350 341, does not in fact allow good integration of DNA inserts from the library into bacterial chromosomes.
이러한 벡터의 박테리아 염색체로의 통합에서 기능상의 결함이 이러한 벡터에 존재하는 인티그라제 유전자의 발현 결함 때문이라는 가설로부터, 본 출원인은 우선 초기 전사 프로모터를 인티그라제 전사체의 수를 상당히 증가시킬 수 있는 전사 프로모터로 대체함으로써 인티그라제 유전자의 발현을 증가시키고자 하였다.From the hypothesis that functional defects in the integration of such vectors into the bacterial chromosomes are due to expression defects in the integrase genes present in these vectors, we can first increase the initial transcription promoter to significantly increase the number of integrase transcripts. The expression of the integrase gene was increased by replacement with a transcriptional promoter.
결과는 실망적이었고 이러한 벡터의 염색체로의 통합 기능은 개선되지 않았다.The results were disappointing and the integration of these vectors into the chromosome was not improved.
놀랍게도, 이러한 부류의 통합 벡터에서 발견되는 인티그라제 발현 어려움이 전사체 발현량 때문이 아니고, 전사체의 안정성 때문이라는 것이 본 발명에 따라 보여졌다.Surprisingly, it has been shown according to the present invention that the integrase expression difficulty found in this class of integration vectors is not due to the amount of transcript expression, but because of the stability of the transcript.
두 번째 가설에 따라서, 본 출원인은 인티그라제 전사체의 안정성 결함이 상응하는 메신저 RNA의 전사 종결 결함에 의해 초래된다는 것을 알 수 있었다.According to the second hypothesis, Applicants have found that the stability defect of the integrase transcript is caused by the transcription termination defect of the corresponding messenger RNA.
이에 따라 본 출원인은 벡터의 인티그라제를 암호화하는 서열의 하류에 정지 부위를 삽입하여 주어진 크기의 메신저 RNA를 수득하였다. 부가의 종결 시그널을 벡터의 인티그라제를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열의 하류에 삽입하는 것은 코스미드 유형 및 BAC 유형의 통합 백터 부류를 수득할 수 있게 하였다.Accordingly, Applicant inserted a stop site downstream of the sequence encoding the integrase of the vector to obtain a messenger RNA of a given size. Inserting an additional termination signal downstream of the nucleotide sequence encoding the integrase of the vector made it possible to obtain an integrated vector class of cosmid type and BAC type.
바람직하게는, 정지 부위는 연결 부위att의 하류에 위치한다.Preferably, the stop site is located downstream of the linking site att .
또한, 본 출원인은 본 발명의 방법에 따라 제조된 핵산 컬렉션의 구성 핵산을 삽입하는 데 유리하게 사용될 수 있는 신규 접합성 벡터 및 코스미드 유형의 신규 복제 벡터와 BAC 유형의 신규 접합 벡터를 개발하였다.Applicants have also developed novel conjugation vectors and cosmid type novel replication vectors and BAC type novel conjugation vectors that can be advantageously used to insert constituent nucleic acids of nucleic acid collections prepared according to the methods of the invention.
평균 크기의 DNA 단편의 삽입이 소망되면, 약 50 kb의 최고 크기를 가지는 삽입물을 수용할 수 있는 코스미드 유형의 벡터가 바람직하게는 사용된다.If insertion of an average size DNA fragment is desired, a cosmid type vector capable of accepting an insert having a maximum size of about 50 kb is preferably used.
이러한 코스미드 벡터는 초기 토양 샘플에 함유되어 있는 유기체의 기계적 용해에 의해 직접적으로 DNA를 추출하는 제 1 단계를 포함하는, 본 발명의 방법에 따라 수득되는 핵산 컬렉션의 구성 핵산을 삽입하는 데 특히 적당하다.Such cosmid vectors are particularly suitable for inserting the constituent nucleic acids of the nucleic acid collections obtained according to the method of the invention, comprising the first step of extracting DNA directly by mechanical lysis of the organisms contained in the initial soil sample. Do.
큰 핵산, 특히 크기가 100 kb보다 큰 핵산, 또는 심지어 200, 300, 400, 500 또는 600 kb보다 큰 핵산의 삽입이 소망되면, 이어서 바람직하게는 이러한 크기의 DNA 삽입물을 수용할 수 있는 BAC 유형의 벡터가 사용될 것이다.If insertion of large nucleic acids, in particular nucleic acids larger than 100 kb in size, or even nucleic acids larger than 200, 300, 400, 500 or 600 kb is desired, then preferably of the BAC type which can accommodate DNA inserts of this size Vector will be used.
BAC 유형의 이러한 벡터는 본 발명의 방법에 따라 수득되는 핵산 컬렉션의 구성 핵산을 삽입하는 데 특히 적당하고, 여기에서 제 1 단계는 초기 토양 샘플에 함유되어 있는 유기체를 선행 분리한 다음 토양 샘플로부터 거대-구성물을 제거함에 의한 DNA의 간접 추출로 이루어진다.Such vectors of the BAC type are particularly suitable for inserting constituent nucleic acids of the nucleic acid collection obtained according to the method of the present invention, wherein the first step is to pre-separate the organisms contained in the initial soil sample and then to separate the bulk from the soil sample. Indirect extraction of DNA by removing constructs
특히, BAC 유형의 벡터는 유리하게는 적어도 부분적으로 오페론의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 큰 핵산을 삽입하는 데 사용된다.In particular, vectors of the BAC type are advantageously used to insert large nucleic acids which at least partly comprise the nucleotide sequence of an operon.
따라서, 본 발명에 따른 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터 컬렉션의 제조방법은 또한 클로닝 및/또는 발현 벡터가 플라스미드형임을 특징으로 한다.Thus, the method for producing a recombinant cloning and / or expression vector collection according to the invention is also characterized in that the cloning and / or expression vector is plasmid type.
또다른 일면에 따라서, 이러한 방법은 클로닝 및/또는 발현 벡터가 코스미드형임을 특징으로 한다.According to another aspect, this method is characterized in that the cloning and / or expression vector is cosmid.
첫 번째 일면에 따라서, 이것은 이.콜라이에서는 복제성이고 스트렙토마이시즈에서는 통합성인 코스미드일 수 있다. 이러한 한정에 상응하는 매우 바람직한 코스미드는 실시예 3에 기술되어 있는 코스미드 pOS700I이다.According to the first aspect, this may be cosmid that is replicable in E. coli and integrative in Streptomyces. A very preferred cosmid corresponding to this limitation is the cosmid pOS700I described in Example 3.
또다른 일면에 따라서, 코스미드 벡터는 스트렙토마이시즈에서 접합성 및 통합성이다.According to another aspect, the cosmid vector is conjugative and integrative in Streptomyces.
일반적으로, 이들의 뉴클레오타이드 서열에 "접합 기원"으로 알려져 있는 세포성 효소 기구에 의해 인식되는 유닛을 포함하는 코스미드형 또는 BAC형의 접합 벡터가 자동화하기 어려운 형질전환 기술에의 의존을 회피하는 것이 소망될 때 사용된다.In general, avoiding dependence on transformation techniques that are difficult to automate in cosmid or BAC-type conjugation vectors containing units recognized by cellular enzyme machinery known as "conjugated origins" in their nucleotide sequences. Used when desired.
예를 들면, 이.콜라이 세포가 초기에 지니고 있는 벡터의 스트렙토마이시즈 세포로의 형질감염은 통상적으로 이.콜라이 세포에 함유되어 있는 재조합 벡터를 회수한 다음 스트렙토마이시즈 원형질체를 형질전환시키는 단계 전에 이것을 정제하는 단계를 요한다. 1000개의 이.콜라이 클론 조합체의 스트렙토마이시즈로의 형질감염은 각 이.콜라이 클론이 나타날 기회를 가지도록 약 8000개 클론의 생산을 요한다는 것이 통상 받아들여진다.For example, transfection of a vector initially possessed by E. coli cells to Streptomyces cells typically involves recovery of the recombinant vector contained in the E. coli cells, followed by transformation of the Streptomyces protoplasts. This requires a step of purification. It is commonly accepted that transfection of 1000 E. coli clone combinations with Streptomyces requires the production of about 8000 clones so that each E. coli clone has a chance to appear.
이와 반대로, 이.콜라이가 지니고 있는 벡터를 스트렙토마이시즈 세포에 접합시킴에 의한 형질감염 단계는 각 미생물의 동수의 클론을 요하고, 접합 단계는 "클론 대 클론"으로 일어나고 아울러 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜의 존재하에 원형질체의 형질전환으로 유전 물질을 전달하는 단계와 관련하여 기술상의 어려움을 포함하지 않는다.In contrast, the transfection step by conjugating the vector of E. coli to Streptomyces cells requires an equal number of clones of each microorganism, and the conjugation step occurs as "clones versus clones" and, for example, polyethylene It does not include technical difficulties with respect to the step of delivering the genetic material by transformation of the protoplasts in the presence of glycols.
스트렙토마이시즈에서의 DNA 라이브러리의 작제를 최적화하기 위해, 접합 단계의 최고 효율을 가능하게 하는 특성을 가지는 코스미드형 및 BAC형의 신규 접합성 벡터가 본 발명에 따라 개발되었다.In order to optimize the construction of DNA libraries in Streptomyces, novel conjugation vectors of cosmid type and BAC type have been developed in accordance with the present invention that have properties that enable the highest efficiency of the conjugation step.
특히, 본 발명에 따른 신규 접합성 벡터는 선별 마커 유전자를 수용 박테리아의 말단에 전달된 벡터의 DNA 말단에 둠으로써 작제된다. 이러한 선행기술에 대한 접합 벡터의 개량은 모든 벡터 DNA, 그 결과 모든 해당 삽입 DNA를 수용하는 수용 박테리아만을 실제적으로 선택하도록 한다.In particular, the novel conjugation vectors according to the invention are constructed by placing the selectable marker gene at the DNA terminus of the vector delivered at the terminus of the recipient bacterium. Improvement of the conjugation vector to this prior art allows the practical selection of only the accepting bacteria that receive all the vector DNA and consequently all of the corresponding insert DNA.
스트렙토마이시즈에서 접합성이고 통합성이며 본 발명에 따라 선호되는 코스미드는 실시예 5에 기술되어 있는 코스미드 pOSV303, pOSV306 및 pOSV307이다.The cosmids conjugated, integrative and preferred in accordance with the present invention in Streptomyces are the cosmids pOSV303, pOSV306 and pOSV307 described in Example 5.
또다른 일면에 따라서, 본 발명에 따른 재조합 벡터 컬렉션의 제조방법은 이.콜라이와 스트렙토마이시즈 모두에서 복제성인 코스미드를 사용하여 수행된다. 이러한 코스미드는 유리하게는 실시예 6에 기술되어 있는 코스미드 pOS700R이다.According to another aspect, the method for producing a recombinant vector collection according to the present invention is carried out using a cosmid that is replicable in both E. coli and Streptomyces. This cosmid is advantageously the cosmid pOS700R described in Example 6.
또다른 일면에 따라서, 상기 방법은 이.콜라이 및 스트렙토마이시즈에서 복제성이고 스트렙토마이시즈에서 접합성인 코스미드로 수행될 수 있다.According to another aspect, the method can be performed with cosmids that are replicable in E. coli and Streptomyces and conjugated in Streptomyces.
이러한 복제성 및 접합성 코스미드는 벡터 pOSV303의 작제를 위해 실시예 5에 기술되어 있는 바와 같이, RK2와 같은 적당한 전달 기원을 삽입함으로써 본 발명에 따른 복제성 코스미드로부터 수득될 수 있다.Such replicable and conjugated cosmids can be obtained from the replicable cosmid according to the present invention by inserting a suitable delivery origin such as RK2, as described in Example 5 for the construction of the vector pOSV303.
본 발명에 따른 재조합 벡터 컬렉션의 제조방법의 또다른 유리한 양태에 따라서, BAC 유형의 클로닝 및/또는 발현 벡터가 사용된다.According to another advantageous embodiment of the method for producing a recombinant vector collection according to the invention, cloning and / or expression vectors of the BAC type are used.
첫 번째 일면에 따라서, BAC 유형의 벡터는 스트렙토마이시즈에서 통합형 및접합성이다.According to the first aspect, the vector of the BAC type is integrated and conjugated in Streptomyces.
매우 바람직한 방식으로, 스트렙토마이시즈에서 통합성 및 접합성인 이러한 BAC 벡터는 실시예 8에 기술되어 있는 벡터 BAC pOSV403이거나 그 외에 실시예 15에 기술되어 있는 벡터 BAC pMBD-1, pMBD-2, pMBD-3, pMBD-4, pMBD-5 및 pMBD-6이다.In a very preferred manner, these BAC vectors which are integrative and conjugative in Streptomyces are the vector BAC pOSV403 described in Example 8 or else the vectors BAC pMBD-1, pMBD-2, pMBD- described in Example 15. 3, pMBD-4, pMBD-5 and pMBD-6.
본 발명의 주제는 또한 하기 재조합 벡터 중에서 선택됨을 특징으로 하는 재조합 벡터이다:The subject of the invention is also a recombinant vector, characterized in that it is selected from the following recombinant vectors:
a) 본 발명에 따른 핵산 컬렉션의 구성 핵산을 포함하는 벡터;a) a vector comprising the constituent nucleic acids of the nucleic acid collection according to the invention;
b) 전술한 바와 같이, 삽입될 DNA 단편에 제한 엔도뉴클레아제 작용의 관여를 회피하는 방법에 따라 수득되는 벡터.b) A vector obtained according to a method which avoids the involvement of restriction endonuclease action in the DNA fragment to be inserted as described above.
매우 바람직한 방식으로, 본 발명은 또한 하기 벡터 중에서 선택되는 벡터에 관한 것이다:In a very preferred manner, the invention also relates to a vector selected from the following vectors:
- 코스미드 pOS700I;Cosmid pOS700I;
- 코스미드 pOSV303;Cosmid pOSV303;
- 코스미드 pOSV306;Cosmid pOSV306;
- 코스미드 pOSV307;Cosmid pOSV307;
- 코스미드 pOS700R;Cosmid pOS700R;
- 벡터 BAC pOSV403;Vector BAC pOSV403;
- 벡터 BAC pMBD-1;Vector BAC pMBD-1;
- 벡터 BAC pMBD-2;Vector BAC pMBD-2;
- 벡터 BAC pMBD-3;Vector BAC pMBD-3;
- 벡터 BAC pMBD-4;Vector BAC pMBD-4;
- 벡터 BAC pMBD-5;Vector BAC pMBD-5;
- 벡터 BAC pMBD-6.Vector BAC pMBD-6.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법 중 하나에 의해 수득되는 재조합 벡터 컬렉션에 관한 것이다.The invention also relates to a collection of recombinant vectors obtained by one of the methods according to the invention.
본 발명에 따른 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터의 제조방법Method for producing recombinant cloning and / or expression vector according to the present invention
재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터를 제조하기 위해 벡터에 DNA를 삽입하기 위한 통상의 기술은 통상적으로 제한 엔도뉴클레아제가 삽입된 DNA 및 수용 벡터와 함께 배양되어, 재조합 벡터의 생산을 가능하게 하는 최종 연결 단계 전에 두 DNA의 조합을 허용하는, 삽입된 DNA와 벡터 DNA 간의 상용성 말단을 형성하는 제 1 단계를 포함한다.Conventional techniques for inserting DNA into a vector to produce recombinant cloning and / or expression vectors are typically incubated with a restriction endonuclease-inserted DNA and a recipient vector, resulting in a final ligation that allows for the production of the recombinant vector. And a first step of forming a compatible terminus between the inserted DNA and the vector DNA, allowing for the combination of the two DNAs before the step.
그러나, 이러한 통상의 기술은 좀더 구체적으로 큰 핵산을 클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입하는 것이 소망될 때, 현저한 단점을 가진다.However, such conventional techniques have significant drawbacks when more specifically it is desired to insert large nucleic acids into cloning and / or expression vectors.
특히, 벡터에 삽입하고자 하는 DNA 단편에서 제한 효소의 선행 작용이 벡터에 삽입되기 전에 이 DNA의 크기를 감지될 정도로 감소시킬 수 없다. 벡터에 삽입되기 전에 DNA 크기의 상당한 감소가 발현이 산업용 대사산물, 특히 치료용 화합물의 완전한 생합성 경로를 구성하는 오페론의 모든 암호화 서열 및, 경우에 따라 조절 서열도 함유할 수 있는 큰 DNA 단편을 클로닝하는 것이 소망될 때 특히 비호적한 상황이라는 것은 자명하다.In particular, in the DNA fragment to be inserted into the vector, the preceding action of the restriction enzyme cannot be reduced to a detectable size before insertion into the vector. Significant reduction in DNA size prior to insertion into the vector clones large DNA fragments where expression may contain all coding sequences of the operon and, in some cases, regulatory sequences, which constitute the complete biosynthetic pathway of industrial metabolites, particularly therapeutic compounds. It is obvious that this is especially unfavorable when it is hoped to do.
선행기술의 단점을 극복하기 위해, 벡터에 도입되기 전에 삽입된 DNA에 제한 엔도뉴클레아제를 사용하지 않는 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터를 제조하기 위한 두 가지 방법이 본 발명에 따라 개발되었다. 그 결과 이러한 방법은 적어도 부분적으로 생합성 경로를 담당하는 완전한 오페론의 모든 암호화 서열과, 경우에 따라 조절 서열도 함유할 수 있는 긴 DNA 단편의 클로닝에 매우 적당하다.To overcome the shortcomings of the prior art, two methods have been developed in accordance with the present invention for preparing recombinant cloning and / or expression vectors that do not use restriction endonucleases in the inserted DNA prior to introduction into the vector. As a result, this method is well suited for the cloning of long DNA fragments that may at least partially contain the coding sequence of the complete operon responsible for the biosynthetic pathway and, optionally, the regulatory sequence.
첫 번째 일면에 따라서, 본 발명에 따른 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터의 일 제조방법은 핵산의 클로닝 및/또는 발현 벡터에의 삽입이 하기 단계를 포함함을 특징으로 한다:According to a first aspect, one method for preparing a recombinant cloning and / or expression vector according to the invention is characterized in that the cloning and / or insertion of the nucleic acid into the expression vector comprises the following steps:
- 클로닝 및/또는 발현 벡터를 선택된 클로닝 부위에서 적당한 제한 엔도뉴클레아제를 사용하여 열고;Cloning and / or opening the expression vector using a suitable restriction endonuclease at the selected cloning site;
- 제 1 단독중합체 핵산을 개방 벡터의 유리 3' 말단에 첨가하며;Adding a first homopolymeric nucleic acid to the free 3 'end of the open vector;
- 서열이 제 1 단독중합체 핵산에 대해 상보성인 제 2 단독중합체 핵산을 벡터에 삽입된 핵산의 자유 3' 말단에 첨가하며;Adding a second homopolymer nucleic acid whose sequence is complementary to the first homopolymer nucleic acid to the free 3 ′ end of the nucleic acid inserted into the vector;
- 서로 상보성인 서열의 제 1 및 제 2 단독중합체 핵산을 하이브리드화함으로써 벡터의 핵산과 핵산을 조합한 다음;Combining the nucleic acid and the nucleic acid of the vector by hybridizing the first and second homopolymer nucleic acids of the sequences complementary to each other;
- 연결에 의해 벡터를 폐쇄한다.-Close the vector by concatenation
이러한 방법은 하기 실시예 10 및 13에 기술되어 있다.This method is described in Examples 10 and 13 below.
유리하게는, 상기 방법은 개별적으로 또는 함께 하기의 특징을 포함할 수 있다:Advantageously, the method may include the following features individually or together:
- 제 1 단독중합체 핵산은 poly(A) 또는 poly(T) 서열이다;The first homopolymer nucleic acid is a poly (A) or poly (T) sequence;
- 제 2 단독중합체 핵산은 poly(T) 또는 poly(A) 서열이다.The second homopolymer nucleic acid is a poly (T) or poly (A) sequence.
매우 바람직한 방식으로, 단독중합체 핵산은 25 내지 100개의 뉴클레오타이드 염기, 바람직하게는 25 내지 70개의 뉴클레오타이드 염기 길이를 가진다.In a very preferred manner, the homopolymer nucleic acid has a length of 25 to 100 nucleotide bases, preferably 25 to 70 nucleotide bases.
전술한 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터의 제조방법은 BAC 유형의 벡터에서 DNA 라이브러리를 작제하는 데 특히 적당하다. 이에 따라, 전술한 재조합 벡터 제조방법의 유리한 일 양태에 따라서, 상기 방법은 또한 삽입된 핵산의 크기가 적어도 100 kb이고 바람직하게는 적어도 200, 300, 400, 500 또는 600 kb임을 특징으로 한다.The above-described methods for producing recombinant cloning and / or expression vectors are particularly suitable for constructing DNA libraries in vectors of the BAC type. Thus, according to one advantageous aspect of the recombinant vector preparation method described above, the method is also characterized in that the size of the inserted nucleic acid is at least 100 kb and preferably at least 200, 300, 400, 500 or 600 kb.
따라서 이러한 제조방법은 본 발명의 방법에 따라 수득된 핵산 컬렉션에 포함된 핵산의 삽입에 특히 적당하다.This method of preparation is therefore particularly suitable for the insertion of nucleic acids contained in the nucleic acid collections obtained according to the methods of the invention.
큰 DNA 단편을 클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입하기 위해, 벡터에 삽입하고자 하는 DNA에 제한 엔도뉴클레아제를 사용하지 않아도 되도록 하는 두 번째 방법이 본 발명에 따라 개발되었다.In order to insert large DNA fragments into cloning and / or expression vectors, a second method has been developed in accordance with the present invention that does not require the use of restriction endonucleases in the DNA to be inserted into the vector.
본 발명에 따른 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터의 이러한 제조방법은 핵산을 클로닝 및/또는 발현 벡터에 삽입하는 단계가 하기 단계를 포함함을 특징으로 한다:Such a method for preparing a recombinant cloning and / or expression vector according to the invention is characterized in that the step of inserting the nucleic acid into the cloning and / or expression vector comprises the following steps:
- 돌출성 3' 서열을 제거하고 돌출성 5' 서열을 충진함으로써 컬렉션의 핵산 말단에서 평활 말단을 형성하고;Forming a blunt end at the nucleic acid end of the collection by removing the protruding 3 'sequence and filling the protruding 5' sequence;
- 적당한 제한 엔도뉴클레아제를 사용하여 선택된 클로닝 부위에서 클로닝 및/또는 발현 벡터를 열며;Opening the cloning and / or expression vector at the selected cloning site using an appropriate restriction endonuclease;
- 상보성 올리고뉴클레오타이드 어댑터를 첨가하며;Adding complementary oligonucleotide adapters;
- 돌출성 3' 서열을 제거하고 돌출성 5' 말단을 충진함으로써 벡터 핵산의 말단에서 평활 말단을 형성하고, 이어서 벡터의 재원형화를 방지하기 위해 5' 말단을 탈인산화한 다음;Forming a blunt end at the end of the vector nucleic acid by removing the protruding 3 'sequence and filling the protruding 5' end, followed by dephosphorylation of the 5 'end to prevent recirculation of the vector;
- 컬렉션의 핵산을 리게이션에 의해 벡터에 삽입한다.The nucleic acid of the collection is inserted into the vector by ligation.
바람직하게는, 돌출성 3' 서열의 제거는 클레나우 효소와 같은 엑소뉴클레아제를 사용하여 수행된다.Preferably, removal of the protruding 3 'sequence is performed using exonucleases such as the Klenow enzyme.
바람직하게는, 돌출성 5' 서열의 충진은 폴리머라제, 가장 바람직하게는 T4 폴리머라제를 사용하여 4 뉴클레오타이드 트리포스페이트의 존재하에 수행된다.Preferably, filling of the protruding 5 'sequence is carried out in the presence of 4 nucleotides triphosphate using polymerase, most preferably T4 polymerase.
전술한 바와 같은, 돌출성 3' 서열을 제거하고 돌출성 5' 서열을 충진에 의한 재조합 클로닝 및/또는 발현 벡터의 제조방법은 코스미드형의 벡터로부터 DNA 라이브러리의 작제에 특히 적당하다.As described above, methods for preparing recombinant cloning and / or expression vectors by removing the salient 3 'sequences and filling the salient 5' sequences are particularly suitable for the construction of DNA libraries from cosmid-type vectors.
이러한 재조합 벡터 수득방법이 실시예 12에 기술되어 있다.This method of obtaining a recombinant vector is described in Example 12.
본 발명에 따른 재조합 벡터의 일 특정 제조방법에서, 하나 이상의 희귀한 제한 부위를 포함하는 올리고뉴클레오타이드가 실시예 10의 교시에 따라, 삽입된 DNA의 클로닝 부위에서 벡터에 첨가된다. 올리고뉴클레오타이드의 이러한 첨가는 이의 절단 없이 삽입물의 후속 회수를 촉진한다.In one particular method of making a recombinant vector according to the present invention, oligonucleotides comprising one or more rare restriction sites are added to the vector at the cloning site of the inserted DNA, according to the teachings of Example 10. This addition of oligonucleotides facilitates subsequent recovery of the insert without its cleavage.
숙주세포Host cell
임의 유형의 숙주세포가 본 발명에 따른 핵산 또는 재조합 벡터로의 형질감염 또는 형질전환에 사용될 수 있지만, 생리학적, 생화학적 및 유전적 성질이 잘특징규명되었고, 대규모로 용이하게 배양될 수 있으며 대사산물의 생산을 위한 배양 조건이 잘 알려져 있는 숙주세포, 특히 원핵 또는 진핵의 숙주세포가 바람직하게 사용될 것이다.Although any type of host cell can be used for transfection or transformation with a nucleic acid or recombinant vector according to the invention, its physiological, biochemical and genetic properties are well characterized, can be easily cultured on a large scale and metabolized Host cells in which the culture conditions for the production of the products are well known, in particular prokaryotic or eukaryotic host cells, will be preferably used.
바람직하게는, 본 발명에 따른 핵산 또는 재조합 벡터를 수용하는 숙주세포는 핵산이 기원하는 환경 샘플에 초기에 함유되어 있는 도너(donor) 유기체와 계통발생적으로 근접하다.Preferably, the host cell containing the nucleic acid or recombinant vector according to the present invention is phylogenetically close to the donor organism initially contained in the environmental sample from which the nucleic acid originates.
가장 바람직한 방식으로, 본 발명에 따른 숙주세포는 환경 샘플, 좀더 구체적으로는 토양 샘플에 초기에 존재하는 도너 유기체와 유사하거나, 적어도 근접한 코돈 용법을 가져야 한다.In the most preferred manner, the host cell according to the invention should have a codon usage similar or at least in close proximity to the donor organism initially present in environmental samples, more specifically in soil samples.
목적하는 해당 뉴클레오타이드 서열을 지닐 수 있는 DNA 단편의 크기는 다양할 수 있다. 따라서, 1 kb의 평균 크기를 가지는 유전자에 의해 암호화되는 효소는 작은 크기의 삽입물을 사용하여 발현될 수 있고, 반면 2차 대사산물의 발현은 숙주 유기체에서 훨씬 큰 단편, 예를 들어 40 kb 내지 100 kb, 200 kb, 300 kb, 400 kb 또는 600 kb의 유지를 요할 것이다.The size of the DNA fragment that can carry the corresponding nucleotide sequence of interest can vary. Thus, enzymes encoded by genes having an average size of 1 kb can be expressed using small size inserts, whereas expression of secondary metabolites is much larger fragments in the host organism, for example 40 kb to 100 It will require maintenance of kb, 200 kb, 300 kb, 400 kb or 600 kb.
따라서, 이.콜라이 숙주세포가 큰 DNA 단편을 클로닝하기 위한 바람직한 선택이다.Thus, E. coli host cells are the preferred choice for cloning large DNA fragments.
가장 바람직한 방식으로, BAC 벡터로의 클로닝을 위한 프로토콜이 최적화되도록, DH10B로 알려져 있고 Shizuya 등(1992)에 의해 설명된 이.콜라이 균주가 사용될 것이다.In the most preferred manner, the E. coli strain known as DH10B and described by Shizuya et al. (1992) will be used so that the protocol for cloning into BAC vectors is optimized.
그러나, 이.콜라이 Sure, 이.콜라이 DH5 α또는 이.콜라이 294(ATCC No.31446) 균주와 같은 다른 계통의 이.콜라이가 본 발명에 따라 DNA 라이브러리를 작제하는 데 유리하게 사용될 수 있다.However, other strains of E. coli, such as E. coli Sure, E. coli DH5 α or E. coli 294 (ATCC No. 31446) strains can be advantageously used to construct DNA libraries according to the present invention.
또한, 본 발명에 따라 이.콜라이 세포를 재조합 벡터로 형질감염시킴에 의한 DNA 라이브러리의 작제 또한 가능한데, 바실러스(Bacillus), 써모토가(Thermotoga), 코리네박테리움(Corynebacterium), 락토바실러스(Lactobacillus) 또는 클로스트리듐(Clostridium)과 같은 다양한 원핵생물의 유전자 발현이 PCT 특허 출원 No WO 99/20799에 기술되어 있다.In addition, according to the present invention, it is also possible to construct a DNA library by transfecting E. coli cells with a recombinant vector, including Bacillus , Thermotoga , Corynebacterium , and Lactobacillus. Gene expression of various prokaryotes, such as) or Clostridium , is described in PCT patent application No WO 99/20799.
일반적으로, 이.콜라이 숙주세포는 모든 경우에 본 발명에 따른 재조합 벡터가 매우 효과적으로 유지될 수 있는 일시적 숙주를 구성할 수 있는데, 이것은 유전 물질이 쉽게 다뤄질 수 있고 안정하게 달성될 수 있도록 한다.In general, E. coli host cells can constitute a temporary host in which in all cases the recombinant vector according to the invention can be maintained very effectively, which allows genetic material to be easily handled and achieved stably.
가장 광범위한 다양성의 분자를 발현하기 위해, 바실러스, 슈도모나스(Pseudomonas), 스트렙토마이시즈, 믹소코쿠스(Myxococcus), 아스퍼질러스 니둘란(Aspergillus nidulan) 또는 뉴로스포라 크라사(Neurospora crassa) 세포와 같은 다른 숙주세포 또한 유리하게 사용될 수 있다.The most comprehensive for a variety expressing the molecule, Bacillus, Pseudomonas (Pseudomonas), such as Streptomyces sheath, Mick Socorro kusu (Myxococcus), Aspergillus you dulran (Aspergillus nidulan) or Neuro spokes la Klein Inc. (Neurospora crassa) cells Other host cells can also be used to advantage.
또한 스트렙토마이시즈 리비단 세포가 성공적으로 사용될 수 있고 이.콜라이에 대해 상보성인 발현 시스템을 구성한다는 것이 본 발명에 따라 알려졌다.It is also known in accordance with the present invention that Streptomyces Libidan cells can be used successfully and constitute an expression system complementary to E. coli.
스트렙토마이시즈 리비단은 스트렙토마이시즈 속을 연구하기 위한 모델을 구성하고 또한 다수의 2차 대사산물의 이종성 발현을 위한 숙주로서 사용되었다. 다른 액티노마이시트와 마찬가지로 스트렙토마이시즈 코엘리컬러(Streptomyces coelicolor), 스트렙토마이시즈 그리세우스(Streptomyces griseus), 스트렙토마이시즈 프라디애(Streptomyces fradiae) 및 스트렙토마이시즈 그리서크로모겐(Streptomyces griseochromogene)과 같은 스트렙토마이시즈 리비단은 예를 들어, 폴리케타이드 생합성 경로 또는 매우 다양한 구조의 분자 부류를 나타내는 비-리보솜 폴리케타이드의 생합성 경로와 같은 복잡한 생합성 경로의 전체 또는 일부의 발현을 위해 필요한 전구체 분자 및 조절 시스템을 가진다.Streptomyces lividan has constructed a model for studying the genus Streptomyces and has also been used as a host for heterologous expression of many secondary metabolites. Like other actinomycetes, Streptomyces coelicolor , Streptomyces griseus , Streptomyces fradiae and Streptomyces griseochromogene Streptomyces lividans such as precursors required for the expression of all or part of complex biosynthetic pathways, such as, for example, polyketide biosynthetic pathways or biosynthetic pathways of non-ribosomal polyketides representing molecular classes of a wide variety of structures. Have molecular and regulatory systems.
스트렙토마이시즈 리비단은 또한 고 형질전환 효율로 외래 DNA를 수용하는 장점을 가진다.Streptomyces lividan also has the advantage of accepting foreign DNA with high transformation efficiency.
이에 따라, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 핵산 컬렉션의 구성물인 본 발명에 따른 핵산을 포함하는 재조합 숙주세포 또는 전술한 바와 같은 재조합 벡터를 포함하는 재조합 숙주세포에 관한 것이다.Accordingly, the present invention also relates to a recombinant host cell comprising a nucleic acid according to the invention which is a constituent of a nucleic acid collection produced by the method according to the invention or a recombinant host cell comprising a recombinant vector as described above.
첫 번째 일면에 따라서, 이것은 원핵생물 또는 진핵생물 기원의 재조합 숙주세포일 수 있다.According to the first aspect, it may be a recombinant host cell of prokaryotic or eukaryotic origin.
유리하게는, 본 발명에 따른 재조합 세포는 박테리아이고, 가장 바람직하게는 이.콜라이 및 스트렙토마이시즈 중에서 선택된 박테리아이다.Advantageously, the recombinant cell according to the invention is a bacterium, most preferably a bacterium selected from E. coli and Streptomyces.
또다른 일면에 따라서, 본 발명에 따른 재조합 숙주세포는 이것이 효모 또는 사상균임을 특징으로 한다.According to another aspect, the recombinant host cell according to the invention is characterized in that it is a yeast or filamentous fungus.
본 발명은 또한 재조합 숙주세포의 컬렉션에 관한 것인데, 컬렉션의 구성 숙주세포 각각은 전술한 바와 같은 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법에 따라 제조되는 핵산 컬렉션으로부터 기원하는 핵산을 포함한다.The present invention also relates to a collection of recombinant host cells, each constituent host cell comprising a nucleic acid originating from a nucleic acid collection prepared according to the method for producing a nucleic acid collection from a soil sample containing an organism as described above.
본 발명은 또한 재조합 숙주세포의 컬렉션에 관한 것이고, 컬렉션의 구성 숙주세포 각각은 본 발명에 따른 재조합 벡터를 포함한다.The invention also relates to a collection of recombinant host cells, each constituent host cell of the collection comprising a recombinant vector according to the invention.
삽입물의 크기가 크기 때문에, 최고 형질전환 효율을 가질 필요가 있다. 이러한 목적을 위해, 벡터의 부위-특이적 통합을 촉진하기 위해 pSAM2 인티그라제를 구조적으로 발현하는 스트렙토마이시즈 리비단의 수용 균주가 바람직하다. 이를 위해, 강력한 프로모터의 조절하에 있는 int 유전자가 염색체로 통합된다. 인티그라제의 과생산은 절단 현상을 유도하지 않는다(Raynal 등, 1998).Because the size of the insert is large, it is necessary to have the highest transformation efficiency. For this purpose, a receiving strain of Streptomyces lividan which structurally expresses pSAM2 integrase to promote site-specific integration of the vector is preferred. To do this, the int gene, under the control of a strong promoter, is integrated into the chromosome. Overproduction of integrase does not induce cleavage (Raynal et al., 1998).
삽입물로부터의 신규 대사산물의 생산은 삽입물이 생산된 항생물질에 대해 내성인 유전자를 함유하지 않거나 이 유전자가 발현되지 않거나 약간만 발현되면 스트렙토마이시즈에 유독할 수 있다. 스트렙토마이시즈 암보파시엔(Streptomyces ambofacien)이 생산된 항생물질에 대해 내성이도록 하기 위한 다양한 유전자의 능력이 연구되었다(Gourmelen 등, 1998; Pernodet 등, 1998). 이러한 유전자 중 일부는 광범위한 스펙트럼의 내성을 부여할 수 있는 ABC 유형의 트랜스포터를 암호화한다. 이러한 유전자는 스트렙토마이시즈 리비단 숙주 균주에 도입되어 과발현될 수 있다.Production of new metabolites from an insert may be toxic to Streptomyces if the insert does not contain a gene that is resistant to the antibiotic produced or if this gene is not expressed or is only slightly expressed. The ability of various genes to make Streptomyces ambofacien resistant to the produced antibiotics has been studied (Gourmelen et al., 1998; Pernodet et al., 1998). Some of these genes encode ABC-type transporters that can confer a broad spectrum of resistance. Such genes can be introduced and overexpressed in Streptomyces ligand host strains.
이와 반대로, 라이브러리에서 내성 유전자의 존재를 검출하기 위해 항생물질에 과민한 균주가 사용될 수 있다(Pernodet 등, 1996). 구체적으로 설명하면, 항생물질-생산 미생물에서, 이러한 내성 유전자는 종종 항생물질의 생합성 경로를 위한 유전자와 결합한다. 내성 클론의 선별이 클론에 의해 생산된 신규 대사산물의 더욱 복잡한 검출 시험 전에 용이하게 1차 분류를 수행할 수 있도록 한다.In contrast, strains sensitive to antibiotics can be used to detect the presence of resistance genes in the library (Pernodet et al., 1996). Specifically, in antibiotic-producing microorganisms, such resistance genes often associate with genes for the biosynthetic pathway of antibiotics. Selection of resistant clones allows for easy primary sorting before more complex detection tests of novel metabolites produced by the clones.
폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 신규 뉴클레오타이드 서열의 분리 및 특징규명Isolation and Characterization of Novel Nucleotide Sequences Encoding Polyketide Synthetase
본 발명에 따라서, 재조합 숙주세포의 컬렉션이 숙주 세포를 각각 본 발명에 따른 방법으로 제조된 핵산 컬렉션으로부터 기원하는 핵산 삽입물을 함유하는 재조합 벡터의 컬렉션으로 형질감염시킨 후에 수득된다.According to the invention, a collection of recombinant host cells is obtained after transfecting the host cells with a collection of recombinant vectors, each containing a nucleic acid insert originating from a collection of nucleic acids produced by the method according to the invention.
좀더 구체적으로 설명하면, 토양 샘플에 함유되어 있는 유기체로부터 DNA의 간접 추출단계가 수행되는 본 발명의 방법에 따라 수득되는 DNA 단편은 통합형 코스미드 pOS700I에 1차 클로닝된다.More specifically, the DNA fragment obtained according to the method of the present invention, in which an indirect extraction step of DNA from an organism contained in a soil sample is performed, is first cloned into the integrated cosmid pOS700I.
DNA 단편을 통합형 코스미드 pOS700I에 삽입하는 단계는 단독중합체 폴리뉴클레오타이드 테일 poly(A) 및 poly(T)가 각각 벡터 핵산 및 삽입된 DNA 단편의 3' 말단에 첨가되는 본 발명의 방법에 따라 수행된다.Inserting the DNA fragment into the integrated cosmid pOS700I is carried out according to the method of the present invention in which homopolymer polynucleotide tails poly (A) and poly (T) are added to the 3 'end of the vector nucleic acid and the inserted DNA fragment, respectively. .
이에 따라 작제된 재조합 벡터는 람다 파지 헤드에 캡시드화되고 수득된 파지는 당업자에게 잘 알려져 있는 기술에 따라 이.콜라이 세포를 감염시키는 데 사용된다.The recombinant vector thus constructed is encapsidated in the lambda phage head and the resulting phage is used to infect E. coli cells according to techniques well known to those skilled in the art.
약 5000개의 이.콜라이 클론의 라이브러리가 수득된다.A library of about 5000 E. coli clones is obtained.
이 클론의 라이브러리는 폴리케타이드 생합성 경로에 관여하는 효소인 β-케토아실 합성효소로도 알려져 있는 I PKS 효소 유형을 암호화하는 뉴클레오타이드 서열에 대해 특이적인 프라이머로 스크리닝된다.This clone's library is screened with primers specific for the nucleotide sequence encoding the I PKS enzyme type, also known as β-ketoacyl synthetase, an enzyme involved in the polyketide biosynthetic pathway.
폴리케타이드가 티로신, 모넨신, 버멕틴, 에리쓰로마이신, 독소루비신 또는 FK506과 같은 다수의 약학적 대상의 분자를 포함하는 구조적으로 매우 다양한 화학적 카테고리를 구성한다는 것이 여기에서 상기된다.It is recalled here that the polyketide constitutes a wide variety of structural chemical categories, including molecules of many pharmaceutical subjects such as tyrosine, monensin, vermectin, erythromycin, doxorubicin or FK506.
폴리케타이드는 폴리케타이드 합성효소(PKS)로 알려져 있는 효소의 작용하에 아세테이트 분자의 축합에 의해 합성된다. 두 가지 유형의 폴리케타이드 합성효소가 존재한다. II형 폴리케타이드 합성효소가 일반적으로 폴리사이클릭 방향족 항생물질의 합성에 관여하고 아세테이트 단위의 반복 축합을 촉매한다.Polyketides are synthesized by the condensation of acetate molecules under the action of an enzyme known as polyketide synthase (PKS). There are two types of polyketide synthase. Type II polyketide synthase is generally involved in the synthesis of polycyclic aromatic antibiotics and catalyzes the repeat condensation of acetate units.
I형 폴리케타이드 합성효소는 마크로사이클릭 또는 마크로라이드 폴리케타이드의 합성에 관여하고 다기능성 효소를 구성한다.Type I polyketide synthase is involved in the synthesis of macrocyclic or macrolide polyketides and constitutes a multifunctional enzyme.
이것이 치료용이면, 당분야에서 신규 약학적 화합물, 특히 항생물질 활성을 가지는 신규 약학적 화합물의 생산을 위해 사용될 수 있는 신규 폴리케타이드 합성효소를 분리하고 특징규명할 필요가 있다.If this is for therapeutic use, there is a need to isolate and characterize novel polyketide synthetases that can be used for the production of novel pharmaceutical compounds, especially novel pharmaceutical compounds with antibiotic activity.
전술한 재조합 클론의 라이브러리를 I형 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 선택적으로 증폭시키는 PCR 프라이머를 사용하여 스크리닝하는 것이 신규 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 DNA 삽입물을 함유하는 재조합 클론을 동정할 수 있게 하였다. 이러한 신규 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 33 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 서열로 언급된다.Screening libraries of the recombinant clones described above with PCR primers that selectively amplify the nucleotide sequences encoding the Type I polyketase synthetase contains a DNA insert comprising a nucleotide sequence encoding the new polyketide synthase To identify recombinant clones. Nucleotide sequences encoding such novel polyketase synthetase are referred to as SEQ ID NO: 33 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120.
본 발명의 또다른 주제는 서열번호 34 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 뉴클레오타이드 서열 중 하나를 포함함을 특징으로 하는, 신규 폴리케타이드 합성효소 I을 암호화하는 핵산에 관한 것이다.Another subject of the invention relates to a nucleic acid encoding novel polyketase synthase I, characterized in that it comprises one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 34 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120.
바람직하게는, 이러한 핵산은 분리되고/되었거나 정제된 형태이다.Preferably, such nucleic acid is in isolated and / or purified form.
본 발명은 또한 서열번호 34 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 서열 중 하나를 포함하는 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 재조합 벡터에 관한 것이다.The present invention also relates to a recombinant vector comprising a polynucleotide comprising one of SEQ ID NOs: 34 to 44 and SEQ ID NOs: 115 to 120.
본 발명은 또한 서열번호 34 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 뉴클레오타이드 서열 중 하나를 포함하는 폴리뉴클레오타이드 중에서 선택된 핵산을 포함하는 재조합 숙주세포 및 서열번호 34 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 뉴클레오타이드 서열 중 하나를 포함하는 폴리뉴클레오타이드가 삽입된 재조합 벡터를 포함하는 재조합 숙주세포에 관한 것이다.The invention also provides a recombinant host cell comprising a nucleic acid selected from polynucleotides comprising one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 34 to 44 and SEQ ID NOs: 115 to 120 and SEQ ID NOs: 34 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 115 It relates to a recombinant host cell comprising a recombinant vector inserted with a polynucleotide comprising one of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 120.
유리하게는, 본 발명에 따른 신규 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 DNA 삽입물을 함유하는 재조합 벡터가 클로닝 및 발현 벡터이다.Advantageously, the recombinant vector containing the DNA insert encoding the novel polyketide synthase type I according to the present invention is a cloning and expression vector.
바람직하게는, 전술한 바와 같은 재조합 숙주세포는 박테리아, 효모 또는 사상균이다.Preferably, the recombinant host cell as described above is a bacterium, yeast or filamentous fungus.
토양 샘플에 함유되어 있는 유기체로부터 기원하는 신규 폴리케타이드 합성효소의 아미노산 서열은 상기의 서열번호 34 내지 서열번호 44 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 뉴클레오타이드 서열로부터 기원한다. 이들은 서열번호 48 내지 서열번호 59 및 서열번호 121 내지 서열번호 126의 아미노산 서열 중 하나를 포함하는 폴리펩타이드이다.The amino acid sequence of the novel polyketase synthase originating from the organism contained in the soil sample is derived from the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 34 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120 above. These are polypeptides comprising one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 48 to SEQ ID NO: 59 and SEQ ID NO: 121 to SEQ ID NO: 126.
본 발명은 또한 서열번호 48 내지 서열번호 59 및 서열번호 121 내지 서열번호 126의 서열 중에서 선택된 아미노산 서열을 포함하는 신규 폴리케타이드 합성효소에 관한 것이다.The present invention also relates to a novel polyketide synthetase comprising an amino acid sequence selected from SEQ ID NOs: 48 to 59 and SEQ ID NOs: 121 to 126.
각각 서열번호 121 내지 서열번호 126 서열의 폴리펩타이드를 암호화하는 6 개방 판독 프레임을 포함하는 서열번호 114의 뉴클레오타이드 서열 또한 본 발명의 일부를 형성한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 114, which includes 6 open reading frames each encoding a polypeptide of SEQ ID NO: 121 to SEQ ID NO: 126, also forms part of the present invention.
서열번호 114의 서열에 상보성인 서열을 함유하는 a26G1 코스미드의 서열번호 113의 뉴클레오타이드 서열 또한 본 발명의 일부를 형성한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 113 of a26G1 cosmid containing a sequence complementary to the sequence of SEQ ID NO: 114 also forms part of the present invention.
스트렙토마이시즈 코엘리컬러(ATCC No. 101.478), 스트렙토마이시즈 암보파시엔(NRRL No. 2.420), 스트렙토마이시즈 락타만두란(Streptomyces lactamanduran, ATCC No. 27.382), 스트렙토마이시즈 리모수스(Streptomyces rimosus, ATCC No. 109.610), 바실러스 서브틸리스(ATCC No. 6633) 또는 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 및 사카로폴리스포라 에리쓰레아(Saccharopolyspora erythrea)와 같은 순수한 박테리아 균주로부터 기원하는 게놈 DNA 또한 본 발명에 따라 추출되고 증폭된다.Streptomyces coelicolor (ATCC No. 101.478), Streptomyces ambopaciene (NRRL No. 2.420), Streptomyces lactamanduran (ATCC No. 27.382), Streptomyces rimosus , Genomic DNA derived from pure bacterial strains such as Bacillus subtilis (ATCC No. 6633) or Bacillus licheniformis and Saccharopolyspora erythrea . Extracted and amplified according to the invention.
전술한 박테리아 균주 각각으로부터 DNA의 PCR 증폭은 폴리케타이드 합성효소 I형의 핵산 서열에 특이적인 프라이머를 사용하여 수행된다.PCR amplification of DNA from each of the aforementioned bacterial strains is performed using primers specific for the nucleic acid sequence of polyketide synthase type I.
신규 박테리아 폴리케타이드 합성효소 I형 유전자가 이에 따라 분리되고 특징규명될 수 있다. 이들은 서열번호 30 내지 서열번호 32의 핵산 서열이다.New bacterial polyketide synthase type I genes can thus be isolated and characterized. These are the nucleic acid sequences of SEQ ID NO: 30 to SEQ ID NO: 32.
따라서, 본 발명의 주제는 또한 서열번호 30 내지 서열번호 32의 뉴클레오타이드 서열 중 하나를 포함하는 폴리뉴클레오타이드 중에서 선택된 신규 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 뉴클레오타이드 서열이다.Accordingly, the subject of the present invention is also a nucleotide sequence encoding a novel polynucleotide synthase type I selected from polynucleotides comprising one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 30-32.
전술한 신규 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 벡터 또한 본 발명의 일부를 형성한다.Recombinant vectors comprising a nucleotide sequence encoding the novel polyketase synthase type I described above also form part of the present invention.
본 발명은 또한 이들이 서열번호 30 내지 서열번호 32의 서열 중에서 선택된 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 신규 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 핵산을 함유함을 특징으로 하는 재조합 숙주세포 및 전술한 바와 같은 재조합 벡터를 포함하는 재조합 숙주세포에 관한 것이다.The invention also provides a recombinant host cell and a recombinant vector as described above, characterized in that they contain a nucleic acid encoding a novel polynucleotide synthase type I comprising a nucleotide sequence selected from the sequences of SEQ ID NOs: 30-32 It relates to a recombinant host cell comprising a.
본 발명의 주제는 또한 서열번호 30 내지 32의 핵산을 포함하는 서열에 의해 암호화되는 폴리펩타이드, 좀더 구체적으로 말하면 서열번호 47 내지 서열번호 50의 아미노산 서열을 포함하는 폴리펩타이드이다.Subject of the invention is also a polypeptide encoded by a sequence comprising a nucleic acid of SEQ ID NOs: 30 to 32, more specifically a polypeptide comprising an amino acid sequence of SEQ ID NOs: 47 to SEQ ID NO: 50.
본 발명의 주제는 또한 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형의 생산방법이고, 상기 생산방법은 하기 단계를 포함한다:The subject of the present invention is also a method of producing polyketide synthase type I according to the present invention, the production method comprising the following steps:
- 서열번호 33 내지 서열번호 44 및 서열번호 30 내지 서열번호 32 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 서열 중에서 선택된 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 핵산을 포함하는 재조합 숙주세포를 생산하고;A recombinant host cell comprising a nucleic acid encoding a polynucleotide synthase type I comprising a nucleotide sequence selected from SEQ ID NO: 33 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 30 to SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120 To produce;
- 재조합 숙주세포를 적당한 배양 배지에서 배양한 다음;Incubating the recombinant host cell in a suitable culture medium;
- 회수하여 경우에 따라, 배양균 상등액 또는 세포 용해물로부터 폴리케타이드 합성효소 I형을 정제한다.Recover and optionally purify polyketide synthase type I from culture supernatant or cell lysate.
전술한 방법에 따라 수득되는 신규 폴리케타이드 합성효소 I형은 이러한 폴리케타이드 합성효소를 인식하는 항체가 미리 고정된 면역-친화성 크로마토그래피 칼럼과 결합시킴으로써 특징규명될 수 있다.The novel polyketide synthase type I obtained according to the method described above can be characterized by binding an antibody that recognizes this polyketide synthase with a pre-immobilized immuno-affinity chromatography column.
본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형, 좀더 구체적으로 말하면 전술한 재조합 폴리케타이드 합성효소는 또한 예를 들면, 당업자에게 잘 알려져 있는 역상 크로마토그래피 기술 또는 음이온-교환 또는 양이온-교환 크로마토그래피 기술과 같은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의해 정제될 수 있다.Polyketide synthase type I according to the present invention, more specifically, the above-mentioned recombinant polyketide synthase may also be used, for example, in reverse phase chromatography techniques or anion-exchange or cation-exchange chromatography techniques well known to those skilled in the art. It can be purified by high performance liquid chromatography (HPLC) such as.
본 발명에 따른 재조합 또는 비-재조합 폴리케타이드 합성효소가 항체의 제조를 위해 사용될 수 있다.Recombinant or non-recombinant polyketide synthase according to the present invention can be used for the preparation of antibodies.
또다른 일면에 따라서, 본 발명의 주제는 또한 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형 또는 이러한 폴리케타이드 합성효소의 펩타이드 단편을 특이적으로 인식하는 항체이다.According to another aspect, the subject of the present invention is also an antibody that specifically recognizes a polyketide synthase type I or a peptide fragment of such polyketide synthase according to the present invention.
본 발명에 따른 항체는 모노클로날 또는 폴리클로날일 수 있다. 모노클로날 항체는 Kohler 및 Milstein C. (1975), Nature, Vol. 256:495에 의해 설명된 기술에 따라 하이브리도마 세포로부터 제조될 수 있다.Antibodies according to the invention may be monoclonal or polyclonal. Monoclonal antibodies are described in Kohler and Milstein C. (1975), Nature, Vol. It can be prepared from hybridoma cells according to the technique described by 256: 495.
폴리클로날 항체는 포유류, 특히 마우스, 래트 또는 토끼를 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형으로, 경우에 따라 완전한 프로인트 보조제, 불완전 프로인트 보조제, 알루미늄 하이드록사이드 또는 뮤라밀 펩타이드 부류로부터의 화합물과 같은 면역-보조 화합물의 존재하에 면역화시킴으로써 제조될 수 있다.Polyclonal antibodies are polyketide synthase type I according to the invention of mammals, in particular mice, rats or rabbits, optionally from complete Freund's adjuvant, incomplete Freund's adjuvant, aluminum hydroxide or muramyl peptide class. It can be prepared by immunization in the presence of an immuno-adjuvant compound such as a compound of.
본 발명의 목적상, Fab, Fab', F(ba')2또는 Martineau 등(1998) J. Mol. Biol., Vol. 280 (1):117-127 또는 미국 특허 4 946 778에 기술되어 있는 가변성 부분(ScFv)을 함유하는 일본쇄 항체 단편과 같은 항체 단편 및 Reinmann KA등(1997), AIDS Res. Hum. Retroviruses, Vol. 13(11):933-943 또는 Leger O.J. 등(1997), Hum. Antibodies, Vol. 8 (1):3-16에 의해 설명된 인간화 항체 또한 "항체"를 구성한다.For the purposes of the present invention, Fab, Fab ', F (ba') 2 or Martineau et al. (1998) J. Mol. Biol., Vol. 280 (1): 117-127 or antibody fragments such as single-chain antibody fragments containing the variable moiety (ScFv) described in US Pat. No. 4,946,778 and Reinmann KA et al. (1997), AIDS Res. Hum. Retroviruses, Vol. 13 (11): 933-943 or Leger OJ et al. (1997), Hum. Antibodies, Vol. The humanized antibody described by 8 (1): 3-16 also constitutes an “antibody”.
본 발명에 따른 항체 제조방법은 특히 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형의 존재를 간단하게 검출하거나 예를 들면, 이러한 효소를 생산할 수 있는 박테리아 균주의 배양균 상등액 또는 세포 용해물에서 이 폴리케타이드 합성효소의 양을 정량하기 위한 정성적 또는 정량적 면역 시험에 유용하다.The method for producing an antibody according to the present invention is particularly useful for the simple detection of the presence of polyketide synthase type I according to the present invention or for example in the culture of supernatant or cell lysate of bacterial strains capable of producing such enzymes. Useful for qualitative or quantitative immunoassays to quantify the amount of ketase synthase.
본 발명의 또다른 주제는 샘플에서 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형 또는 이 효소의 펩타이드 단편의 검출방법에 관한 것이고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:Another subject of the invention relates to a method for detecting a polyketide synthase type I or a peptide fragment of the enzyme in a sample, said method comprising the following steps:
a) 본 발명에 따른 항체를 시험할 샘플과 접촉시키고;a) contacting the antibody according to the invention with a sample to be tested;
b) 형성된 항원/항체 복합체를 검출한다.b) detect the antigen / antibody complex formed.
본 발명은 또한 하기를 포함하는, 샘플에서 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형을 검출하기 위한 키트 또는 장치에 관한 것이다:The invention also relates to a kit or a device for detecting a polyketide synthase type I according to the invention in a sample comprising:
a) 본 발명에 따른 항체;a) an antibody according to the invention;
b) 경우에 따라, 형성된 항원/항체 복합체를 검출하기 위해 필요한 시약.b) optionally a reagent required to detect the antigen / antibody complex formed.
본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형에 대한 항체는 당업자에게 잘 알려져 있는 방법에 따라, 동위원소 또는 비-동위원소의 검출 가능한 표지를 사용하여 표지될 수 있다.Antibodies to polyketide synthase type I according to the present invention can be labeled using detectable labels of isotopes or non-isotopes, according to methods well known to those skilled in the art.
퓨로마이신 생합성 경로의 서열, 린데인의 생분해에 관여하는linA유전자서열 또는 폴리케타이드 합성효소 I형을 암호화하는 서열과 같이 존재가 소망되는 표적 서열과 하이브리드화된 한 쌍의 프라이머를 사용하는 본 발명에 따른 DNA 라이브러리의 스크리닝이 상기에 상세히 설명되었다.The present invention uses a pair of primers hybridized with a desired target sequence, such as the sequence of the puromycin biosynthetic pathway, the linA gene sequence involved in the biodegradation of lindene, or the sequence encoding polyketase synthase type I. Screening of the DNA library according to has been described in detail above.
따라서 본 발명의 주제는 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 재조합 숙주세포의 컬렉션에서 주어진 뉴클레오타이드 서열, 또는 뉴클레오타이드 서열이 주어진 뉴클레오타이드 서열과 구조적으로 유사한 핵산의 검출방법이다:A subject of the present invention is therefore a method for detecting a given nucleotide sequence, or a nucleic acid structurally similar to a given nucleotide sequence, in a collection of recombinant host cells according to the invention, characterized in that it comprises the following steps:
- 재조합 숙주세포 컬렉션을 주어진 뉴클레오타이드 서열 또는 주어진 뉴클레오타이드 서열과 구조적으로 유사한 뉴클레오타이드 서열과 하이브리드화된 한 쌍의 프라이머와 접촉시키고;Contacting the recombinant host cell collection with a pair of primers hybridized with a given nucleotide sequence or a nucleotide sequence structurally similar to a given nucleotide sequence;
- 적어도 3 증폭 사이클을 수행한 다음;Performing at least three amplification cycles;
- 증폭된 임의 핵산을 검출한다.Detecting any nucleic acid that has been amplified.
목적하는 표적 서열에 따라 적합한 증폭 조건을 위해, 당업자는 유리하게 하기의 실시예를 언급할 수 있다.For suitable amplification conditions depending on the target sequence of interest, one skilled in the art can advantageously refer to the following examples.
또다른 일면에 따라서, 본 발명은 또한 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 재조합 숙주세포 컬렉션에서, 핵산, 주어진 뉴클레오타이드 서열 또는 주어진 뉴클레오타이드 서열과 구조적으로 유사한 뉴클레오타이드 서열의 검출방법에 관한 것이다:According to another aspect, the invention also relates to a method for detecting a nucleic acid, a given nucleotide sequence or a nucleotide sequence structurally similar to a given nucleotide sequence, in a collection of recombinant host cells according to the invention, characterized in that it comprises the following steps: will be:
- 재조합 숙주세포 컬렉션을 주어진 뉴클레오타이드 서열 또는 주어진 뉴클레오타이드 서열과 구조적으로 유사한 뉴클레오타이드 서열과 하이브리드화된 탐침과 접촉시키고;Contacting the recombinant host cell collection with a probe hybridized with a given nucleotide sequence or a nucleotide sequence structurally similar to a given nucleotide sequence;
- 탐침과 컬렉션의 벡터에 포함된 핵산 사이에 형성된 하이브리드를 검출한다.Detecting a hybrid formed between the probe and the nucleic acid included in the vector of the collection.
린데인을 분해할 수 있는 폴리펩타이드를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열의 존재를 검출하기 위한 본 발명에 따른 DNA 라이브러리의 스크리닝을 수행하기 위해, 해당 재조합 클론은 이들의 린데인 분해능에 상응하는 표현형을 기초로 검출된다. 이 목적을 위해, 분리된 클론 및/또는 제조된 DNA 라이브러리의 클론 세트가 린데인의 존재하에 배양 배지에서 배양되고 린데인 분해는 세포 주위 환경에서 희미한 헤일로(halo)의 형성에 의해 관찰된다.In order to perform the screening of the DNA libraries according to the invention for detecting the presence of nucleotide sequences encoding polypeptides capable of degrading Lindane, the corresponding recombinant clones are detected based on the phenotype corresponding to their Lindane resolution. do. For this purpose, isolated clones and / or clone sets of the prepared DNA libraries are cultivated in the culture medium in the presence of Lindane and Lindane degradation is observed by faint halo formation in the environment around the cells.
본 발명은 또한 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 재조합 숙주세포의 컬렉션에서 하나 이상의 재조합 숙주세포에 의한 해당 화합물 생산의 동정방법에 관한 것이다:The invention also relates to a method for the identification of a compound of interest by one or more recombinant host cells in a collection of recombinant host cells according to the invention, characterized in that it comprises the following steps:
- 컬렉션의 재조합 숙주세포를 적당한 배양 배지에서 배양하고;Incubating the collection of recombinant host cells in a suitable culture medium;
- 배양된 하나 이상의 재조합 세포의 배양균 상등액 또는 세포 용해물에서 해당 화합물을 검출한다.Detecting the compound in culture supernatant or cell lysate of one or more recombinant cells in culture.
본 발명의 주제는 또한 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 재조합 숙주세포의 컬렉션에서 해당 화합물을 생산하는 재조합 숙주세포의 선별방법이다:A subject of the invention is also a method for screening recombinant host cells for producing the compound in a collection of recombinant host cells according to the invention, characterized in that it comprises the following steps:
- 컬렉션의 재조합 숙주세포를 적당한 배양 배지에서 배양하고;Incubating the collection of recombinant host cells in a suitable culture medium;
- 배양된 하나 이상의 재조합 숙주세포의 배양균 상등액 또는 세포 용해물에서 해당 화합물을 검출하며;Detecting the compound in culture supernatant or cell lysate of the cultured one or more recombinant host cells;
- 해당 화합물을 생산하는 재조합 숙주세포를 선별한다.Select recombinant host cells that produce the compound.
본 발명은 또한 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는, 해당 화합물의 생산방법에 관한 것이다:The invention also relates to a process for the production of the compound, characterized in that it comprises the following steps:
- 전술한 방법에 따라 선별된 재조합 숙주세포를 배양하고;Culturing selected recombinant host cells according to the methods described above;
- 회수하여, 경우에 따라 재조합 숙주 세포에 의해 생산된 화합물을 정제한다.Recovery to optionally purify the compound produced by the recombinant host cell.
본 발명은 또한 전술한 방법에 따라 수득됨을 특징으로 하는 해당 화합물에 관한 것이다.The invention also relates to the corresponding compounds, characterized in that they are obtained according to the process described above.
본 발명에 따른 해당 화합물은 서열번호 33 내지 서열번호 44 및 서열번호 30 내지 서열번호 32 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 서열 중에서 선택된 서열을 포함하는 적어도 하나의 뉴클레오타이드 서열을 발현시킴으로써 생산되는 폴리케타이드로 이루어질 수 있다.The compound according to the present invention is a polyke produced by expressing at least one nucleotide sequence comprising a sequence selected from SEQ ID NO: 33 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 30 to SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120 It can be made of tide.
본 발명은 또한 서열번호 33 내지 서열번호 44 및 서열번호 30 내지 서열번호 32 및 서열번호 115 내지 서열번호 120의 서열 중에서 선택된 서열을 포함하는 적어도 하나의 뉴클레오타이드 서열을 발현함으로써 생산되는 폴리케타이드를 포함하는 조성물에 관한 것이다.The present invention also includes a polyketide produced by expressing at least one nucleotide sequence comprising a sequence selected from SEQ ID NO: 33 to SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 30 to SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 115 to SEQ ID NO: 120 It relates to a composition to be.
상기의 적어도 하나의 뉴클레오타이드 서열을 발현함으로써 생산되는 폴리케타이드는 바람직하게는 해독 산물이 폴리케타이드의 합성을 위해 필요한 각종 효소인 기능성 오페론에 포함된 다수의 암호화 서열의 활성을 가지는 산물이고, 상기서열 중 하나는 상기 오페론에 포함되고 발현된다. 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 본 발명에 따른 핵산 서열을 포함하는 이러한 오페론은 예를 들면, Borchert 등(1992)의 교시에 따라 작제될 수 있다.The polyketide produced by expressing the at least one nucleotide sequence is preferably a product having the activity of a plurality of coding sequences contained in a functional operon in which the translation product is various enzymes required for the synthesis of the polyketide, and One of the sequences is included in and expressed in the operon. Such operons comprising a nucleic acid sequence according to the invention encoding a polyketide synthetase can be constructed, for example, according to the teachings of Borchert et al. (1992).
본 발명은 또한, 경우에 따라 약학적으로 상용성인 비히클과 배합된 본 발명에 따른 폴리케타이드 약학적 유효량을 포함하는 약학 조성물에 관한 것이다.The invention also relates to a pharmaceutical composition comprising a polyketide pharmaceutically effective amount according to the invention, optionally in combination with a pharmaceutically compatible vehicle.
이러한 약학 조성물은 유리하게는 하루에 1 ㎍/kg 내지 10 mg/kg, 바람직하게는 하루에 적어도 0.01 mg/kg, 가장 바람직하게는 하루에 0.01 내지 1 mg/kg 범위의 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형에 의해 합성되는 폴리케타이드 양의 투여, 예를 들면 비경구 투여를 위해 변형될 것이다.Such pharmaceutical compositions advantageously comprise the polyke according to the invention in the range of 1 μg / kg to 10 mg / kg per day, preferably at least 0.01 mg / kg per day and most preferably 0.01 to 1 mg / kg per day. It will be modified for the administration of polyketide amounts synthesized by tide synthase type I, for example parenteral administration.
본 발명에 따른 약학 조성물은 경구, 직장, 비경구, 정맥내, 피하 또는 경피 투여될 수 있다.The pharmaceutical compositions according to the invention can be administered orally, rectally, parenterally, intravenously, subcutaneously or transdermally.
본 발명은 또한 의약품, 특히 항생물질 활성을 가지는 약품의 제조를 위한 본 발명에 따른 폴리케타이드 합성효소 I형을 발현함으로써 수득되는 폴리케타이드의 용도에 관한 것이다.The invention also relates to the use of a polyketide obtained by expressing a polyketide synthase type I according to the invention for the manufacture of a medicament, in particular a drug with antibiotic activity.
실시예 1: 토양 샘플로부터 DNA의 직접 추출 단계를 포함하는, 유기체를 함유하는 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법Example 1 Method for Preparing Nucleic Acid Collections from Soil Samples Containing Organisms, Including Direct Extraction of DNA from Soil Samples
1. 재료 및 방법1. Materials and Methods
1.1 토양 : 이 연구에 사용되는 6 가지 토양의 특징이 표 1에 일람되어 있다. 1.1 Soil : The characteristics of the six soils used in this study are listed in Table 1.
점토 함량 및 유기물 함량은 각각 9 내지 47% 및 1.7 내지 4.7%의 범위이고, pH는 4.3 내지 5.8의 범위이다.Clay content and organic content range from 9 to 47% and 1.7 to 4.7%, respectively, and pH range from 4.3 to 5.8.
토양 샘플을 깊이 5 내지 10 cm의 표층으로부터 수집한다. 모든 가시적인 뿌리를 제거하고 토양을 필요시 4℃에서 수일간 저장하고, 이 후에 이것을 24시간 동안 실온에서 건조시킨 다음 스크리닝(평균 메쉬 크기: 2 mm)하고, 이어서 수개월간 4℃에서 저장한다.Soil samples are collected from surface layers 5-10 cm deep. All visible roots are removed and the soil stored for several days at 4 ° C. after which it is dried at room temperature for 24 hours and then screened (mean mesh size: 2 mm) and then stored at 4 ° C. for several months.
1.2 박테리아 균주 및 배양 조건 : 세포외 DNA 및 토양 샘플을 접종시키는 데 사용되는 영양 세포, 포자 또는 균사를 제공하는 박테리아 균주가 이들의 존재가 특이적으로 모니터링되도록 선택된다. 1.2 Bacterial Strains and Culture Conditions : Bacterial strains that provide feeder cells, spores or mycelium used to inoculate extracellular DNA and soil samples are selected so that their presence is specifically monitored.
다량의 세포외 DNA를 수득하기 위해서는, 람다 파지 CI857 Sam7을 함유하는 이.콜라이 1192 Hfr P4X(metB)의 용원성 균주를 Luria-Bertani(LB) 배지에서 차례로 2시간 동안 30℃에서, 30분간 40℃에서, 3시간 동안 37℃에서 배양한다. 람다 파지 DNA를 Sambrook J. 등(1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd, ed. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor N.Y.에 의해 설명된 기술에 따라 추출한다.To obtain a large amount of extracellular DNA, a lysogenic strain of E. coli 1192 Hfr P4X (metB) containing lambda phage CI857 Sam7 was incubated for 2 hours at 30 ° C. for 30 hours at 30 ° C. in Luria-Bertani (LB) medium. Incubate at 37 ° C. for 3 hours. Lambda phage DNA was described in Sambrook J. et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd, ed. Extract according to the technique described by Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor N.Y.
바실러스 안트라시스(Bacillus anthracis, STERNE 7700)의 무독성 균주가 박테리아 세포 접종체로 사용된다. 바실러스 안트라시스는 "트립티카제 소이 브로쓰"(TSB)(프랑스 리용 소재의 Biomerieux) 배양 브로쓰에서 약 6시간 동안 증식시키고, OD600이 0.6 미만으로 유지되도록 확인한다. 이러한 조건은 영양 세포가 포자의 형성 없이 성장하도록 한다(Patra 등, (1996), FEMS Immunol. Medical Microbiology, vol. 15:223-231). 스트렙토마이시즈 리비단 OS48.3(Clerc-Bardin등, 비공개)의 포자를 R2YE 배지에서의 유기체 배양균으로부터 기계적으로 제거한다(Hopwood 등, (1985), Genetic Manipulation of Streptomyces-A Laboratory Manual. 영국 노위치 소재의 The John Innes Foundation). S. 리비단 OS48.3의 균사가 예비-발아된 포자로부터 수득되는데, 그 이유는 짧은 균사의 사용이 DNA의 파열 및 후속 손실을 최소화하는 것으로 예견되기 때문이다. 포자를 TES 완충액(N-트리스[하이드록시메틸]메틸-2-아미노에탄-설폰산; 프랑스 소재의 Sigma-Aldrich Chimie)(0.05 M; pH 8)(Holben WE 등, (1998), APPL. Environ. Microbiol. vol. 54:703-711)에 현탁시키고, 이어서 열 쇼크에 가한다(10분간 50℃에서 열 쇼크를 가한 다음 저온의 흐르는 물로 냉각시키고, 이어서 예비-발아 배지(1% 효모 추출액, 1% 카사미노산, 0.01 M CaCl2) 동량에 첨가한다).Non-toxic strains of Bacillus anthracis (STERNE 7700) are used as bacterial cell inoculum. Bacillus anthracis is grown for about 6 hours in a "trypticase soy broth" (TSB) (Biomerieux, Lyon, France) culture broth and confirmed that the OD 600 is maintained below 0.6. This condition allows feeder cells to grow without the formation of spores (Patra et al., (1996), FEMS Immunol. Medical Microbiology, vol. 15: 223-231). Spores of Streptomyces lividane OS48.3 (Clerc-Bardin et al., Undisclosed) are mechanically removed from organism cultures in R2YE medium (Hopwood et al., (1985), Genetic Manipulation of Streptomyces-A Laboratory Manual. The John Innes Foundation, Witch. Mycelium of S. lividan OS48.3 is obtained from pre-germinated spores because the use of short mycelium is predicted to minimize rupture and subsequent loss of DNA. Spores in TES buffer (N-tris [hydroxymethyl] methyl-2-aminoethane-sulfonic acid; Sigma-Aldrich Chimie, France) (0.05 M; pH 8) (Holben WE et al., (1998), APPL.Environ Microbiol. Vol. 54: 703-711) and then heat shock (heat shock at 50 ° C. for 10 minutes and then cooling with cold running water, followed by pre-germination medium (1% yeast extract, 1% casamino acid, 0.01 M CaCl 2 ) to the same amount).
용액을 37℃에서 교반기에서 배양한다. 발아된 포자의 비율은 Hopwood 등(1985)의 결과에 따라 약 50%로 추정된다. 원심분리 후에, 펠릿을 TSB 배지 3%에 첨가된 TES 완충액에 재현탁시키고 37℃에서 0.15의 OD450이 달성될 때까지 배양한다(Hopwood 등, (1985)). 스트렙토마이시즈 하이그로스코피쿠스(Streptomyces hygroscopicus) SWN 736 및 스트렙토스포란지움 프래자일(Streptosporangium fragile) AC1296(모스코바 소재의 Institute Pushino)를 Hickey 및 Tresner(1952)에 의해 설명된 기술에 따라 배양한다.The solution is incubated in a stirrer at 37 ° C. The proportion of germinated spores is estimated to be about 50% according to the results of Hopwood et al. (1985). After centrifugation, the pellet is resuspended in TES buffer added to 3% TSB medium and incubated at 37 ° C. until an OD 450 of 0.15 is achieved (Hopwood et al. (1985)). Streptomyces hygroscopicus SWN 736 and Streptosporangium fragile AC1296 (Institute Pushino, Moscow) are incubated according to the techniques described by Hickey and Tresner (1952).
S. 리비단의 포자 및 균사의 DNA를 후술된 용해 프로토콜 6에 따라 순수한 배양균으로부터 추출하고(분쇄가 수행되지 않는다는 것을 제외), 반면 S. 하이그로스코피쿠스 및 S. 프래자일의 포자를 화학적/효소적 용해(Hintermann 등, 1981)에 의해 추출한다.Spores and hyphae DNA of S. lividan are extracted from pure cultures (except that no pulverization is performed) according to the dissolution protocol 6 described below, while spores of S. hygroscopicus and S. praxyl Extraction by chemical / enzymatic lysis (Hintermann et al., 1981).
1.3 추출 완충액의 선택 : Picard(1992)에 의해 개발된 TENP 완충액(50 mM의 트리스, 20 mM의 EDTA, 100 mM의 NaCl, 1% 중량/용적의 폴리비닐폴리피롤리돈)이 사용된다. 유사한 완충액이 다른 사람에 의해 후속 사용된다(Clegg 등, 1997; Kuske 등, 1998; Zhou 등, 1996). 1.3 Selection of Extraction Buffer TENP buffer (50 mM Tris, 20 mM EDTA, 100 mM NaCl, 1% weight / volume polyvinylpolypyrrolidone) developed by Picard (1992) is used. Similar buffers are subsequently used by others (Clegg et al., 1997; Kuske et al., 1998; Zhou et al., 1996).
트리스 및 EDTA는 DNA를 뉴클레아제 활성으로부터 보호하고, NaCl은 분산능을 제공하며 PVPP는 휴민산 및 기타 페놀 화합물을 흡수한다(Holben 등, (1998); Picard 등, (1992)).Tris and EDTA protect DNA from nuclease activity, NaCl provides dispersibility and PVPP absorbs humic acid and other phenolic compounds (Holben et al. (1998); Picard et al. (1992)).
이 연구에서, 이 완충액의 추출능은 상이한 pH 값(6.0-10.0)에서 5.8 내지 8.3 범위의 pH 및 0.2 내지 6.3%의 유기물 함량을 가지는 20 가지의 상이한 토양을 사용하여 평가된다. 이러한 20 가지의 토양(다른 특징은 나타나 있지 않다)이 이 실험에서만 사용된다. DNA의 양을 Richard(1974)에 의해 설명되었고 후술된 측색방법으로 측정한다.In this study, the extractability of this buffer was assessed using 20 different soils with pH ranging from 5.8 to 8.3 and organic content between 0.2 and 6.3% at different pH values (6.0-10.0). These 20 soils (other features are not shown) are used only in this experiment. The amount of DNA is measured by the colorimetric method described by Richard (1974) and described below.
1.4 원위치 용해 및 DNA 추출 프로토콜 : 단계 수가 점점 증가하는 다수의 프로토콜이 원위치에서 토양 미생물을 용해하기 위한 다양한 기술의 효능을 평가하기 위해 시험되었다. 이러한 실험을 위해, 토착 토양 미생물총이 6 가지 토양에서 표적화되었다. 부가의 실험이 토양에 미리 첨가된 람다 파지 DNA로부터 기원하는 회수된 DNA의 양과 질을 분석함으로써, 방출된 DNA의 용해 처리 효능을 연구하기 위해 수행되었다. 1.4 In situ Lysis and DNA Extraction Protocols : A number of protocols with increasing number of steps have been tested to evaluate the efficacy of various techniques to dissolve soil microorganisms in situ. For this experiment, indigenous soil microflora was targeted in six soils. Additional experiments were conducted to study the efficacy of lysis treatment of released DNA by analyzing the quantity and quality of recovered DNA originating from lambda phage DNA pre-added to the soil.
일단 최적화된 프로토콜(프로토콜 6으로 언급)이 개발되면, 이 프로토콜이 토착 액티노마이시트로부터 기원하는 DNA 및 선택된 토양에 접종된 그램-양성 박테리아로부터 기원하는 DNA를 정량하는 데 사용된다. 모든 경우에, 토양 샘플은 전술한 바와 같이 건조되고 스크리닝된다.Once an optimized protocol (referred to as Protocol 6) is developed, this protocol is used to quantify DNA originating from indigenous actinomycetes and DNA originating from Gram-positive bacteria inoculated into selected soils. In all cases, soil samples are dried and screened as described above.
분쇄 후에, 완충액이 비분쇄 토양에 첨가되는 프로토콜 1을 제외하고는, TENP 완충액 0.5 ㎖를 건량 200 mg의 토양에 첨가한다.After grinding, 0.5 ml of TENP buffer is added to the dry 200 mg soil, except for Protocol 1, where the buffer is added to the unground soil.
다양한 용해 처리(하기 참조)를 위해, 토양 현탁액을 10분간 와동시키고 원심분리(5분간 4000 ×g)한 후에, 상등액의 분취량(25 ㎕)을 겔 전기영동(0.8% 아가로스)으로 분석한다.For various dissolution treatments (see below), the soil suspension is vortexed for 10 minutes and centrifuged (4000 x g for 5 minutes), then aliquots (25 μl) of supernatant are analyzed by gel electrophoresis (0.8% agarose). .
일반적으로 350 ㎕인 기지 용적을 나타내는 상등액의 또다른 분취량을 이소프로판올로 침전시킨다.Another aliquot of the supernatant, usually having a known volume of 350 μl, is precipitated with isopropanol.
5 분취량(토양 1 g으로부터 유도된 DNA를 나타낸다)을 합하여 정제(프로토콜 D, 하기 참조) 및 전체 DNA의 하이브리드화(Dot-Blot) 또는 PCR 증폭 산물의 하이브리드화(Dot-Blot)에 의한 정량(하기 참조) 전에 멸균 TE 완충액(10 mM의 트리스, 1 mM의 EDTA, pH 8.0) 100 ㎕에 재현탁시킨다.5 aliquots (representing DNA derived from 1 g of soil) were combined to purify (Protocol D, see below) and quantification by hybridization (Dot-Blot) or total amplification of PCR amplification products (Dot-Blot) Resuspend in 100 μl of sterile TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.0) before (see below).
하이브리드화 시그널은 포스포레슨스 이미징("포스포-이미징" 기술, 하기 참조)으로 정량한다.Hybridization signals are quantified by phosphorescence imaging (“phospho-imaging” technology, see below).
1.5 원위치 세포 용해 방법의 평가 : 여러 차례의 용해 처리 단계(프로토콜 2-5b) 후에 추출된 DNA의 질과 양을 토양을 추출 완충액으로 세척한 후에(프로토콜 1: 도 1 참조) 수득된 세포외 DNA의 그것과 비교한다. 1.5 Evaluation of in situ cell lysis method : Extracellular DNA obtained after washing the soil with extraction buffer for the quality and quantity of DNA extracted after several lysis treatment steps (Protocol 2-5b) (Protocol 1: see FIG. 1). Compare with that of.
프로토콜 1: 용해 무처리Protocol 1: No Dissolution
TENP 완충액을 비분쇄 토양에 첨가하고, DNA 추출 단계를 전술한 바와 같이 수행한다.TENP buffer is added to the unground soil and the DNA extraction step is performed as described above.
프로토콜 2: 토양의 분쇄에 이은 DNA 추출Protocol 2: DNA Extraction Following Soil Crushing
두 가지 상이한 유형의 장치가 토양을 분쇄하는 데 사용된다.Two different types of apparatus are used to grind the soil.
이들 각각의 효능을 비교하기 위해, 건조한 토양 5 g을 30초간 텅스텐 링을 함유하는 분쇄기에서 또는 60분까지의 다양한 시간 동안 모르타르 및 아게이트 비드(직경 20 mm)를 함유하는 토양 분쇄기에서 분쇄한다.To compare their respective efficacy, 5 g of dry soil is ground in a mill containing tungsten rings for 30 seconds or in a soil mill containing mortar and agate beads (20 mm diameter) for various times up to 60 minutes.
이어서 TENP 완충액을 첨가하고 DNA를 전술한 바와 같이 추출한다.TENP buffer is then added and the DNA is extracted as described above.
겔 전기영동 결과는 텅스텐 링을 사용하여 30초간 분쇄한 후에 수득되는 것과 동량의 추출 DNA를 수득하기 위해서는 아게이트 비드를 사용하는 40분간의 분쇄가 필요하다는 것을 보여준다.Gel electrophoresis results show that 40 minutes of grinding using agate beads is necessary to obtain the same amount of extracted DNA after 30 seconds of grinding using a tungsten ring.
DNA 단편의 크기 분포는 어떤 방법이 사용되어도 유사하다.The size distribution of the DNA fragments is similar no matter which method is used.
따라서, 이러한 처리는 동등한 것으로 간주되고 그 결과 후술된 프로토콜에 사용되는 것은 특별히 명시하지 않을 것이다.Accordingly, such processing is considered equivalent and as a result will not be specifically specified for use in the protocol described below.
프로토콜 3 내지 5에서, 토양을 분쇄한 후에 다수의 다른 용해 처리 효능이 개별적으로 또는 상이하게 조합되어 시험된다.In protocols 3 to 5, after grinding the soil, a number of different dissolution treatment efficiencies are tested individually or in different combinations.
프로토콜 3:Protocol 3:
이 프로토콜은 5분간 최고 속도의 절반에서 Ultra-turrax형 혼합기(독일 소재의 IKA Labortechnik의 Janker 및 Kunkel) 세트를 사용하는 균질화 단계를 포함한다는 것을 제외하고는, 프로토콜 2와 동일하다.This protocol is identical to Protocol 2, except that it includes a homogenization step using a set of Ultra-turrax type mixers (Janker and Kunkel from IKA Labortechnik, Germany) at half the maximum speed for 5 minutes.
프로토콜 4a 및 4b:Protocol 4a and 4b:
이러한 프로토콜은 추가의 초음파처리 단계를 제외하고는 프로토콜 3과 동일하다.This protocol is the same as Protocol 3 except for further sonication steps.
두 유형의 초음파처리기 장치가 비교되었다: 티타늄 마이크로포인트 초음파처리기(600 W Vibracell Ultrasonicator, 프랑스 일키르쉬 비오블록 소재)(프로토콜 4a) 및 Cup Horn 타입의 초음파처리기(프로토콜 4b).Two types of sonicator devices were compared: a titanium micropoint sonicator (600 W Vibracell Ultrasonicator, Ilkirche Bioblock, France) (protocol 4a) and a cup horn type sonicator (protocol 4b).
초음파를 생성하는 Vibracell 마이크로포인트는 토양 용액과 직접 접촉된다.Vibracell micropoints that generate ultrasound are in direct contact with the soil solution.
Cup Horn 타입 장치의 경우, 초음파가 통과하는 수조에 안치된 튜브에 토양 용액을 보관한다.For Cup Horn type devices, the soil solution is stored in a tube placed in a bath through which ultrasonic waves pass.
예비실험을 수행하여 두 초음파처리기에 대한 최적 조건을 결정한다(결과는 제시하지 않았음).Preliminary experiments are performed to determine the optimal conditions for both sonicators (results not shown).
추출된 DNA의 양과 단편 크기로 환산하여 최상의 타협은 티타늄 마이크로포인트와 Cup Horn 타입 초음파처리기에 의해 각각 7분 및 10분간 초음파처리하는 것으로 이루어진다(전력은 15 W로 조정하고 50% 활성 사이클).The best compromise, in terms of the amount and fragment size of the extracted DNA, consists of sonication for 7 and 10 minutes by titanium micropoint and Cup Horn type sonicator respectively (power is adjusted to 15 W and 50% active cycle).
프로토콜 5a 및 5b:Protocol 5a and 5b:
티타늄 마이크로포인트 또는 Cup Horn 타입의 장치로 초음파처리한 후(각각, 프로토콜 4a 및 4b), 라이소자임과 아크로모펩티다제를 각각의 효소에 최종 농도 0.3 mg/ml로 가한다.After sonication with a titanium micropoint or Cup Horn type device (protocols 4a and 4b, respectively), lysozyme and acromopeptidase are added to each enzyme at a final concentration of 0.3 mg / ml.
토양 현탁액을 30분간 37℃에서 배양한 후, 라우릴 설페이트를 최종 농도 1%로 가한 다음, 현탁액을 전술한 바와 같이 원심분리 및 침전시키기 전에 1시간 동안 60℃에서 배양시킨다.After the soil suspension is incubated at 37 ° C. for 30 minutes, lauryl sulfate is added to a final concentration of 1% and then the suspension is incubated at 60 ° C. for 1 hour before centrifugation and precipitation as described above.
전술한 프로토콜 외에도, 토양에 사전에 첨가된 HindIII로 분해시킨 람다 파지 DNA에 미치는 초음파처리(Cup Horn, 프로토콜 4b 참조) 및 열 쇼크(액체 질소에서 30초, 이어서 비등수에서 3분, 처리를 3회 반복)의 효과를 검사한다(하기 참조).In addition to the protocol described above, sonication (see Cup Horn, protocol 4b) and heat shock (30 seconds in liquid nitrogen, followed by 3 minutes in boiling water) and 3 treatments on lambda phage DNA digested with HindIII previously added to the soil Examine the effect of the repetition (see below).
열 쇼크는 현장 세포 용해를 위한 수단으로서 선행기술에 제안되어 있다(Picard et al., (1992)). 그러나, 이러한 처리가 유리 DNA에 유해한 효과를 준다는 사실 때문에(결과 섹션 참조), 전술한 프로토콜에는 포함시키지 않았다.Heat shock has been proposed in the prior art as a means for in situ cell lysis (Picard et al., (1992)). However, due to the fact that such treatment has a deleterious effect on the free DNA (see results section), it has not been included in the above protocol.
최적화된 프로토콜Optimized Protocol
다양한 용해 처리를 평가한 후, 최적화된 프로토콜을 정의하고 프로토콜 6으로 칭한다. 프로토콜 6은 초음파처리 전에, 토양 현탁액을 와동 처리한 다음 -20℃에서 동결시키기 전에 두 시간 동안 휠 상에서 회전에 의해 교반시키는 것을 제외하고는, 프로토콜 5b와 동일하다.After evaluating the various dissolution treatments, an optimized protocol is defined and referred to as Protocol 6. Protocol 6 is identical to Protocol 5b, except that before sonicating, the soil suspension is vortexed and then stirred by rotation on a wheel for two hours before freezing at -20 ° C.
해동시킨 후, 토양 현탁액을 초음파처리 전 10분간 와동시킨다. 프로토콜 6은 토양을 박테리아 세포와 배양시킨 실험, 및 토착종 액티노마이시트를 정량하는 실험에 사용하였다(하기 참조).After thawing, the soil suspension is vortexed for 10 minutes before sonication. Protocol 6 was used for experiments in which soil was incubated with bacterial cells and for quantifying indigenous actinomycetes (see below).
1.6 현미경에 의한 카운팅 : 박테리아 세포의 용해방법으로서 토양의 분쇄 효능을 현미경으로 검사한다. 1.6 Microscopic Counting : As a method of lysis of bacterial cells, the soil grinding effect is examined under a microscope.
건조시킨 원료 토양 5 g을 1.5분간 초순수 멸균수 50 ml와 Waring Blender장치에서 혼합시키고; 동시에, 분쇄한 토양(프로토콜 2) 1 g(건량)을 10분간 교반에 의해 10 ml에 현탁시킨다. 토양 현탁액을 연속 희석시킨 다음 아크리딘 오렌지를 최종 농도 0.001%로 가한다.5 g of the dried raw soil was mixed with 50 ml of ultrapure sterile water for 1.5 minutes in a Waring Blender apparatus; At the same time, 1 g (dry weight) of ground soil (protocol 2) is suspended in 10 ml by stirring for 10 minutes. The soil suspension is serially diluted and then acridine orange is added to a final concentration of 0.001%.
2분 후, 현탁액을 0.2 ㎛ 블랙 타입의 뉴클레오포어 브랜드 멤브레인을 통해 여과시킨다. 각각의 필터를 용해된 멸균수로 세정하고, 1분간 이소프로판올 1 ml로 처리하여 박테리아 세포를 고정시킨 다음, 재차 세정한다.After 2 minutes, the suspension is filtered through a Nucleopore brand membrane of 0.2 μm black type. Each filter is washed with lysed sterile water, treated with 1 ml of isopropanol for 1 minute to fix bacterial cells, and then washed again.
100x 대물렌즈를 갖춘 Zeiss Universal epifluorescence 현미경을 사용하여 카운팅한다. 토양형 각각에 대해, 3리터를 카운팅하고, 적어도 200개 세포가 필터 각각에서 카운팅되었다.Count using a Zeiss Universal epifluorescence microscope with a 100x objective. For each soil type, 3 liters were counted and at least 200 cells were counted in each of the filters.
1.7 배양 가능한 액티노마이시트의 카운팅 및 콜로니-형성 단위(CFU)의 총수 : 용해 처리에서(프로토콜 1-5) 살아남은 액티노마이시트를 토양 No. 3(세인트 안드레 해안, 표 1 참조)로 구체적으로 검사한다. 1.7 Counting of cultivable actinomycetes and total number of colony-forming units (CFUs) : Actinomycetes that survived dissolution treatment (protocols 1-5) were loaded into soil No. Check specifically with 3 (St. Andre shores, see Table 1).
효모 추출액(6% 중량/부피) 및 SDS(0.05%)의 용액을 10배 희석시켜 발아를 유도한 후(Hayakawa et al., (1988)), 토양 현탁액을 멸균수에서 연속 희석시키고, 40℃에서 20분간 배양한 다음 HV 배지(Hayakawa et al., 1987)에 접종한다.After 10-fold dilution of a solution of yeast extract (6% weight / volume) and SDS (0.05%) to induce germination (Hayakawa et al., (1988)), the soil suspension was serially diluted in sterile water and 40 ° C. Incubate for 20 minutes at and then inoculate in HV medium (Hayakawa et al., 1987).
HV 배지에 액티디온(50 mg/l) 및 니스타틴(50 mg/l)을 보충한다.Replenish HV medium with activinone (50 mg / l) and nystatin (50 mg / l).
15일간 28℃에서 배양한 후, 액티노마이시트 콜로니를 카운팅한다.After incubation at 28 ° C. for 15 days, the actinomycete colonies are counted.
통틀어 약 400개의 콜로니가 검사되었다. 거시 및 미시의 형태적 특징과 분리체의 디아미노피멜산 함량 분석을 토대로 동정하였다(Shirling et al., 1996); Staneck et al., 1974; Williams et al., 1993).In total, about 400 colonies were examined. Identification was based on the morphological characteristics of macro and micro and diaminopimelic acid content analysis of isolates (Shirling et al., 1996); Staneck et al., 1974; Williams et al., 1993).
배양 가능한 박테리아의 총량(전체 CFU)도 용해 프로토콜 1 내지 5 각각에 대해 측정되었다. 토양 현탁액을 연속 희석하고 니스타틴과 액티디온으로 보충한(각각 50 mg/l) Bennett 아가 배지(Waksman et al., 1961)에 3개 1조로 접종한다.The total amount of cultureable bacteria (total CFU) was also measured for each of the lysis protocols 1-5. The soil suspension is serially diluted and inoculated in pairs in Bennett agar medium (Waksman et al., 1961) supplemented with nistatin and activion (50 mg / l each).
각각의 페트리 디쉬를 셀룰로스 나이트레이트 필터(Millipore)로 덮고 3일간 28℃에서 배양시킨다. 멤브레인상의 콜로니를 카운팅한 후, 필터를 제거하고 페트리 디쉬를 7일간 28℃에서 재배양한 다음 다시 카운팅한다.Each Petri dish is covered with a cellulose nitrate filter (Millipore) and incubated at 28 ° C. for 3 days. After counting colonies on the membrane, the filter is removed and the Petri dishes are rearranged at 28 ° C. for 7 days and then counted again.
1.8 토양에 첨가된 람다 파지 DNA의 회수 : 1.8 Recovery of Lambda Phage DNA Added to Soil :
람다 파지 DNA를 HindIII로 분해시키고, 페놀-클로로포름 혼합물로 추출하여, 침전시킨 다음 표준 프로토콜에 따라 초순수 멸균수에 재현탁시킨다(Sambrook et al., 1989).Lambda phage DNA is digested with HindIII, extracted with a phenol-chloroform mixture, precipitated and resuspended in ultrapure sterile water according to standard protocols (Sambrook et al., 1989).
각각 토양의 건량 g당 DNA 0, 2.5, 5, 7.5, 10 및 15 ㎍에 상응하는 희석액을 60 ㎕ 용적으로 제조한다. 이들 DNA 희석액을 건조 토양 5 g 뱃치에 가하고 이어서 분쇄에 앞서 5분간 강력하게 와동시킨다.Dilutions corresponding to 0, 2.5, 5, 7.5, 10 and 15 μg of DNA per g dry weight of the soil are prepared in 60 μl volumes, respectively. These DNA dilutions are added to a 5 g batch of dry soil and then vigorously vortexed for 5 minutes prior to grinding.
또한 람다 파지 DNA를 분쇄 전에 토양의 건량 g당 DNA 0, 10 및 15 ㎍에 상응하는 농도로 토양에 가한다.In addition, lambda phage DNA is added to the soil at concentrations corresponding to 0, 10 and 15 μg of DNA per gram dry weight of the soil.
분쇄 후에 추출 완충액을 가하고 DNA를 프로토콜 2에 따라 추출한다(상기 참조).After grinding, extraction buffer is added and DNA is extracted according to protocol 2 (see above).
1.9 RNA에 의한 흡착 부위의 포화: 토양 콜로이드의 핵산 흡착 부위의 포화가 DNA의 회수 수준을 증가시킬 수 있는 지 여부를 측정하기 위하여, 사질 배합토(토양 No. 4)와 점토질 토양(토양 No. 5)을 여타 처리 전에 RNA 용액과 배양한다. 1.9 Saturation of Adsorption Sites by RNA: To determine whether saturation of the nucleic acid adsorption sites of soil colloids can increase the level of DNA recovery, sand mix (Soil No. 4) and clay soil (Soil No. 5). ) Is incubated with RNA solution before any other treatment.
시판 사카로마이시즈 세레비지애 RNA(Boehringer Mannheim, 프랑스 메이랑 소재)를 포스페이트 완충액(pH 7.1)에 희석시킨 다음 건조되고 체로 걸러낸 토양 샘플(토양 그램당 2 ml)을 토양의 건량 그램당 RNA 20, 50 및 100 mg의 최종 농도로 가한다.Commercially available Saccharomyces cerevisiae RNA (Boehringer Mannheim, Meylang, France) was diluted in phosphate buffer (pH 7.1), and then dried and sieved soil samples (2 ml per gram soil) RNA per gram dry weight of soil To final concentrations of 20, 50 and 100 mg.
토양 현탁액을 함유하는 튜브를 두 시간 동안 실온에서 회전에 의해 교반시킨다. 원심분리 후, 토양 펠릿을 오븐에서(50℃) 밤새 건조시킨다. 람다 파지 DNA를 이어서 토양(토양의 건량 그램당 0, 20 또는 50 ㎍)에 가하여 세포 용해 후 방출된 DNA의 운명을 시뮬레이션한다.The tube containing the soil suspension is stirred by rotation at room temperature for two hours. After centrifugation, the soil pellets are dried overnight in an oven (50 ° C.). Lambda phage DNA is then added to the soil (0, 20 or 50 μg per gram dry weight of soil) to simulate the fate of the DNA released after cell lysis.
DNA를 프로토콜 2에 따라 추출한다. 이어서, DNA의 회수에 미치는 RNA 첨가의 동일한 효과가 추출 완충액에 RNA를 직접 첨가함으로써 달성될 수 있음이 측정되었다.DNA is extracted according to protocol 2. It was then determined that the same effect of RNA addition on the recovery of DNA can be achieved by adding RNA directly to the extraction buffer.
이러한 단순화된 절차를 미생물을 토양에 접종한 실험에서 점토질 토양 No. 5를 위해 사용한다.This simplified procedure was performed in clay soil no. Use for five.
이어서, RNA를 토양의 건량 그램당 RNA 50 mg에 상응하는 농도로 가한다.RNA is then added at a concentration corresponding to 50 mg of RNA per gram dry weight of soil.
1.10 추출 프로토콜의 효능의 정성 및 정량 측정 :DNA의 품질(분해 없음)을 DNA 단편의 크기 또는 0.8% 아가로스 겔상 DNA 용액의 분취량 분획의 전기영동 후 DNA 이동 밴드의 상대적인 위치를 기초로 평가한다. 1.10 Qualitative and Quantitative Determination of the Efficacy of the Extraction Protocol : DNA quality (no degradation) is assessed based on the size of the DNA fragment or the relative position of the DNA transfer band after electrophoresis of an aliquot fraction of the DNA solution on 0.8% agarose gel. .
형광 강도는 추출 수율의 반-정량적 평가를 허용한다.Fluorescence intensity allows for semi-quantitative evaluation of extraction yield.
하이브리드화(Dot-Blot)에 의한 DNA 함량의 정량적 측정 및 포스포-이미저에 의한 분석에 또다른 분취량 분획을 사용한다. Dot Blot 하이브리드화 프로토콜은Simonet 등(1990)에 의해 기재되었다.Another aliquot fraction is used for quantitative determination of DNA content by Dot-Blot and analysis by phospho-imager. The Dot Blot hybridization protocol was described by Simonet et al. (1990).
하이브리드화 멤브레인(GeneScreen plus, Life Science Products, 미국 보스턴 소재)을 6 ml의 20 x SSC, 1 ml의 덴하르트 용액, 1 ml의 10% SDS 및 5 mg의 연어 정충 DNA를 함유하는 용액 20 ml에서 적어도 2시간 동안 예비하이브리드화시킨다.Hybridization membranes (GeneScreen plus, Life Science Products, Boston, USA) were placed in 20 ml of a solution containing 6 ml of 20 x SSC, 1 ml of Denhardt's solution, 1 ml of 10% SDS and 5 mg of salmon sperm DNA. Prehybridize for at least 2 hours.
실온에서 5분간 SSC 2 x 완충액에서 멤브레인을 두 번 세척하기에 앞서 표지된 탐침의 존재하에 동일 용액에서 밤새 하이브리드화를 수행한 다음, SSC 2 x, 0.1% SDS 완충액에서 세 번째 세척 및 SSC 1 x, 0.1% SDS 완충액에서 네 번째 세척을 30분간 하이브리드화 온도에서 수행한다.Prior to washing the membrane twice in SSC 2 × buffer for 5 minutes at room temperature, hybridization was carried out overnight in the same solution in the presence of labeled probes, followed by a third wash in SSC 2 ×, 0.1% SDS buffer and SSC 1 × , A fourth wash in 0.1% SDS buffer is performed at hybridization temperature for 30 minutes.
하이브리드화 시그널을 Biorad 방사능분석 이미징 시스템(Molecular Analyst Software, BIORAD, 프랑스 이브리-쉬르-세느 소재)으로 정량한다.Hybridization signals are quantified with a Biorad radiometric imaging system (Molecular Analyst Software, BIORAD, Ibri-sur-Seine, France).
토착 미생물총으로부터 유래한 DNA의 총량을 정량하기 위하여, 다양한 토양을 프로토콜 1 내지 5에 따라 추출한다. 비-증폭 DNA를 Dot-Blot 멤브레인에 적용하고 유니버셜 탐침 FGPS431을 사용하여 하이브리드화 한다(표 2).In order to quantify the total amount of DNA derived from the indigenous microflora, various soils are extracted according to protocols 1-5. Non-amplified DNA is applied to the Dot-Blot membrane and hybridized using the universal probe FGPS431 (Table 2).
이.콜라이 16S rDNA 유전자(Amann et al., (1995))의 위치 1392-1406과 하이브리드화하는 이러한 탐침을 이의 말단에 폴리뉴클레오타이드 T4 키나제(Boehringer Mannheim, 프랑스 멜랑 소재)를 사용하여32P ATPα(Amann et al., (1995))로 표지시킨다.This probe, which hybridizes with position 1392-1406 of the E. coli 16S rDNA gene (Amann et al., (1995)) at its end, uses polynucleotide T4 kinase (Boehringer Mannheim, Melang, France) to 32 P ATPα ( Amann et al., (1995).
이.콜라이 DH5αDNA를 사용하여 검량선을 작도한다. 이.콜라이에 대한 바와같이, 카피의 평균수(rrn)가 7이라는 가정으로부터 출발하여, 토양 박테리아에 대한 계산으로의 변환은 단순화를 요한다.A calibration curve is constructed using E. coli DH5α DNA. As for E. coli, starting from the assumption that the average number of copies (rrn) is 7, the conversion to calculation for soil bacteria requires simplification.
HindIII로 분해한 람다 파지 DNA를 사용하여 세포외 DNA의 회수를 정량한다. 람다 파지 DNA가 첨가된 토양으로부터의 비-증폭 추출물을, HindIII로 분해하고 클레나우 단편(Boehringer Mannheim, 프랑스 멜랑 소재)을 사용하여 무작위로 표지한 람다 파지 DNA와 하이브리드화시킨다.The recovery of extracellular DNA is quantified using lambda phage DNA digested with HindIII. Non-amplified extracts from soil to which lambda phage DNA was added are digested with HindIII and hybridized with randomly labeled lambda phage DNA using Klenau fragment (Boehringer Mannheim, Melang, France).
DNA의 양은 정제된 DNA로 작도한 검량선을 이용하여 보간법으로 계산한다.The amount of DNA is calculated by interpolation using a calibration curve constructed with purified DNA.
프로토콜 2(분쇄)에 따라 토양 1, 2, 3, 4 및 6으로부터 추출한 DNA의 총량을 또한 Richard(1974)에 의해 기재된 기술에 따라 측색 수단에 의해 정량한다.The total amount of DNA extracted from soils 1, 2, 3, 4 and 6 according to protocol 2 (crushing) is also quantified by colorimetric means according to the technique described by Richard (1974).
간단히 말해서, DNA를 진한 HClO4(HClO4의 최종 농도는 1.5 N이다)과 혼합한다. 이 용액 2.5 용적을 DPA(디페닐아민, Sigma-Aldrich, 프랑스) 1.5 용적과 혼합한 다음 혼합물을 600 nm에서 OD를 측정하기에 앞서, 18시간 동안 실온에서 배양시킨다. 토양 DNA 추출물을 표준 프로토콜(Sambrook et al., (1989))에 따라 이.콜라이 DH5α로부터 추출된 DNA로 작도한 표준곡선에 대해 정량한다.In short, the DNA is mixed with concentrated HClO 4 (the final concentration of HClO 4 is 1.5 N). 2.5 volumes of this solution are mixed with 1.5 volumes of DPA (diphenylamine, Sigma-Aldrich, France) and then the mixture is incubated at room temperature for 18 hours before measuring the OD at 600 nm. Soil DNA extracts are quantified against standard curves constructed with DNA extracted from E. coli DH5α according to standard protocols (Sambrook et al., (1989)).
1.11 PCR 증폭과 하이브리드화를 이용한 DNA 정량술의 개발: PCR 증폭을 위해, DNA Taq 폴리머라제(Appligene Oncor, 프랑스)를 제조업자의 지시에 따라 사용한다. 1.11 Development of DNA Quantitation Using PCR Amplification and Hybridization: For PCR amplification, DNA Taq polymerase (Appligene Oncor, France) is used according to the manufacturer's instructions.
모든 증폭에 사용된 PCR 프로그램은 다음과 같다: 95℃에서 3분간 초기 변성, 이어서 95℃에서 1분, 55℃에서 1분 및 72℃에서 1분으로 이루어진 35 사이클및 72℃에서 3분간 최종 연장.The PCR program used for all amplifications was as follows: initial denaturation at 95 ° C. for 3 minutes followed by 35 cycles of 1 minute at 95 ° C., 1 minute at 55 ° C. and 1 minute at 72 ° C. and final extension at 72 ° C. for 3 minutes. .
스트렙토스포란지움 프래자일로부터 분리 정제한 DNA를 100 fg 내지 100 ng 범위의 농도에서 대조군으로 사용한다.DNA purified from Streptosporangium praxyl is used as a control at concentrations ranging from 100 fg to 100 ng.
이러한 박테리아 속의 DNA를 특이적으로 증폭시키기 위해, 액티노마이시트 16S rDNA의 서열을 정렬시킨 후, 16S rDNA의 일부와 상보적인 프라이머 FGPS122 및 FGPS350(표 2)를 선택한다. 이들의 특이성을 액티노마이시트 균주 컬렉션(스트렙토마이시즈, 스트렙토스포란지움 및 다른 고도로 유사한 속)에서 시험한다.To specifically amplify the DNA in this bacterium, the sequences of the actinomycete 16S rDNA are aligned and the primers FGPS122 and FGPS350 (Table 2) complementary to a portion of the 16S rDNA are selected. Their specificity is tested in the Actinomycete strain collection (Streptomyces, Streptosporangium and other highly similar genera).
PCR 산물을 올리고뉴클레오타이드 탐침 FGPS643과 하이브리드화시킨다(표 2). 토양으로부터 추출한 DNA로 일상적으로 수득된 순도 수준을 시뮬레이션하기 위해, S. 프래자일로부터의 순수한 DNA의 대조군을 용해 프로토콜 4b와 5b에 따라 처리하여 수득한 다음 고 프로토콜 D에 따라 정제한 토양 추출물과 혼합시킨다.PCR products are hybridized with oligonucleotide probe FGPS643 (Table 2). To simulate the purity levels routinely obtained with DNA extracted from soil, a control of pure DNA from S. fragile was obtained by treatment according to dissolution protocols 4b and 5b, followed by soil extracts purified according to high protocol D. Mix.
사용 전에, 토양 추출물을 DNase(DNase/ml 1 단위, Gibco BRL)로 30분간 실온에서 처리한다. 이어서, DNase를 65℃에서 10분간 가열하여 불활성화시킨다. 불활성화의 입증은 PCR로 수행된다. 휴민(humic) 산 농도를 시판 휴민산(Sigma)의 표준곡선에 대해 분광측광법(OD280nm)으로 측정한다.Prior to use, the soil extract is treated with DNase (DNase / ml 1 unit, Gibco BRL) for 30 minutes at room temperature. The DNase is then inactivated by heating at 65 ° C. for 10 minutes. Demonstration of inactivation is performed by PCR. Humic acid concentrations are determined by spectrophotometry (OD 280 nm) against the standard curve of commercial humic acid (Sigma).
비희석, 10배 희석 및 100배 희석된 DNase로 처리한 토양 용액을 PCR 증폭에 앞서 S. 프래자일 DNA 100 fg 내지 100 ng과 혼합한다. 실험의 다른 시리즈에서, 스트렙토마이시즈 하이그로스코피쿠스 DNA(100 pg 내지 1 ㎍)의 증가하는 농도를 S. 프래자일 DNA에 가하여 비-표적 DNA의 존재 및 PCR 공정에 대한 이의 영향을 시뮬레이션한다.Soil solutions treated with undiluted, 10-fold and 100-fold diluted DNase are mixed with 100 fg to 100 ng of S. fragile DNA prior to PCR amplification. In another series of experiments, increasing concentrations of Streptomyces hygroscopicus DNA (100 pg to 1 μg) are added to S. fragile DNA to simulate the presence of non-target DNA and its effect on the PCR process. .
1.12 원료 DNA 추출물의 정제: 4 가지 DNA 정제방법을 비교한다. DNA를 프로토콜 4a에 따라 1 g(토양의 건량)으로부터 추출하여 완충액 TE8(50 mM 트리스, 20 mM EDTA, pH 8.0) 100 ㎕에 재현탁시킨다. 1.12 Purification of Raw DNA Extraction: Compare the four DNA purification methods. DNA is extracted from 1 g (dry amount of soil) according to protocol 4a and resuspended in 100 μl of buffer TE8 (50 mM Tris, 20 mM EDTA, pH 8.0).
프로토콜 AProtocol A
두 연속 Elutip d 칼럼(Schleicher and Schuell, 독일 다셀 소재)(Picard et al., (1992))을 통한 용출.Elution through two consecutive Elutip d columns (Schleicher and Schuell, Dassel, Germany) (Picard et al., (1992)).
프로토콜 B : Protocol B :
세파크릴 S200 칼럼(Pharmacia Biotech, 스웨덴 웁살라 소재)을 통한 용출, 이어서 Elutip d 칼럼(Nesme et al., (1995))을 통한 용출.Elution through Sephacryl S200 column (Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden) followed by Elutip d column (Nesme et al., (1995)).
프로토콜 C:Protocol C:
PEG 8000(Merck, 독일 다름슈타트 소재) 17.9%(중량/중량) 및 (NH4)2SO4(Zaslavsky, (1995)) 14.3%(중량/중량)를 갖는 2-상 수성 시스템을 사용한 분리.Separation using a 2-phase aqueous system with PEG 8000 (Merck, Darmstadt, Germany) 17.9% (w / w) and (NH 4 ) 2 SO 4 (Zaslavsky, (1995)) 14.3% (w / w).
강력한 와동 혼합 후, 두 상을 분리되도록 실온에서 방치한다.After vigorous vortex mixing, the two phases are left to stand at room temperature to separate.
각각의 상 1 ml를 또다른 튜브에 옮기고, 샘플 100 ㎕와 혼합한 다음 4℃에서 밤새 분리되도록 방치한다.Transfer 1 ml of each phase to another tube, mix with 100 μl of sample and leave to separate at 4 ° C. overnight.
과량의 TE 7.5 완충액(10 mM 트리스, pH 7.5에서의 1 mM EDTA 및 1M MgCl2) 존재하에 Millipore 멤브레인을 통해 1시간 동안 투석시켜 과량의 염을 제거한다.Excess salt is removed by dialysis through a Millipore membrane for 1 hour in the presence of excess TE 7.5 buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA and 1M MgCl 2 at pH 7.5).
프로토콜 D:Protocol D:
Microspin 세파크릴 S400 HR 칼럼(Pharmacia Biotech, 스웨덴 웁살라 소재)을 통한 용출, 이어서 Elutip d 칼럼을 통한 용출.Elution through Microspin Sephacryl S400 HR column (Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden) followed by Elutip d column.
각각의 프로토콜은 에탄올 침전단계로 완료되고 DNA를 TE 7.5 완충액 10 ㎕에 재현탁시킨다. 정제 프로토콜의 효능은 표준 프로토콜을 사용하여, DNA 용액의 비희석 분취량 분획 및 10배 및 100배 희석 분취량 분획의 PCR 증폭에 의해 검토한다(하기 참조).Each protocol is completed with an ethanol precipitation step and the DNA is resuspended in 10 μl of TE 7.5 buffer. The efficacy of the purification protocol is examined by PCR amplification of undiluted aliquots and 10-fold and 100-fold dilution aliquots of DNA solution using standard protocols (see below).
1.13 접종 미생물로부터 DNA의 회수 : 1.13 Recovery of DNA from Inoculated Microorganisms :
세포, 포자 및 균사를 2회 세척하고 플레이트 상에서 카운팅으로 또는 직접 현미경 카운팅으로 카운트한다. 건조되고 체로 걸른 토양(토양 2, 3 및 5)의 5 g 뱃치를 토양 건량 그램당 0, 103, 105, 107및 109포자에 상응하는 농도의 S. 리비단스 포자 및 균사 현탁액 100 ㎕로, 또는 토양 건량 그램당 0, 107및 109세포에 상응하는 농도의 B. 안트라시스 영양 세포로 접종한다.Cells, spores and hyphae are washed twice and counted on the plate by counting or by direct microscopic counting. 5 g batches of dried and sifted soil (Soils 2, 3 and 5) were subjected to S. libidans spores and mycelium suspension at concentrations corresponding to 0, 10 3 , 10 5 , 10 7 and 10 9 spores per gram dry soil 100 Inoculate with μL or with B. anthracy vegetative cells at concentrations corresponding to 0, 10 7 and 10 9 cells per gram dry soil.
S. 리비단스 균사의 양을 이들이 기원하는 포자수를 기준으로 계산해낸다. 박테리아 현탁액을 첨가한 후, 토양 샘플을 분쇄 전에 5분간 강력하게 와동시킨다. DNA를 프로토콜 6에 따라 추출한다(하기 참조).Calculate the amount of S. lividans hyphae based on the number of spores from which they originate. After the bacterial suspension is added, the soil sample is vigorously vortexed for 5 minutes before grinding. DNA is extracted according to protocol 6 (see below).
PCR 증폭, 이어서 Dot-Blot 하이브리드화 및 포스포레슨스 이미징(포스포-이미징)을 이용하여 세포와 포자로부터 및 토양에 접종한 박테리아 균사체로부터 회수한 DNA의 양을 정량한다.PCR amplification followed by Dot-Blot hybridization and phosphorescence imaging (phospho-imaging) is used to quantify the amount of DNA recovered from cells and spores and from bacterial mycelium inoculated into soil.
DNA 추출을 용해 프로토콜 6에 따라 수행한다. PCR 증폭과 하이브리드화를 전술한 바와 같이 수행한다. 프라이머와 탐침을 16S 영역 밖에 위치하고, 각각의 유기체에 대해 고도로 특이성인 염색체 영역 상에 표적화하여 백그라운드 시그널을 피한다.DNA extraction is performed according to Lysis Protocol 6. PCR amplification and hybridization are performed as described above. Primers and probes are located outside the 16S region and targeted on chromosomal regions that are highly specific for each organism to avoid background signals.
B. 안트라시스로 접종한 토양의 경우, 프라이머 R499 및 R500을 사용하여(Patra et al., (1996)) 증폭 산물을 올리고뉴클레오타이드 탐침 C501과 하이브리드화시킨다(표 2).B. For soil inoculated with anthracis, amplification products are hybridized with oligonucleotide probe C501 using primers R499 and R500 (Patra et al., (1996)) (Table 2).
S. 리비단스로 접종한 토양의 경우, PCR 반응은 프라이머 FGPS516 및 FGPS517을 사용하여 수행하고, 증폭 산물을 올리고뉴클레오타이드 탐침 FGPS518과 하이브리드화시킨다(표 2).For soil inoculated with S. lividans, PCR reactions are performed using primers FGPS516 and FGPS517, and the amplification products are hybridized with oligonucleotide probe FGPS518 (Table 2).
증폭된 영역은 균주 OS48.3(Clerc-Bardin et al., 미발표)를 특이적으로 수득하기 위해 작제된 카세트의 일부이다.The amplified region is part of a cassette constructed to specifically obtain strain OS48.3 (Clerc-Bardin et al., Unpublished).
표적 유기체로부터의 정제된 DNA를 사용하여 모든 경우에 검량 카운트를 수득한다.Calibrated counts are obtained in all cases using purified DNA from target organisms.
2. 결과2. Results
2.1 추출 완충액의 선택:2.1 Selection of Extraction Buffer:
20개의 상이한 토양을 사용하여 DNA 추출 완충액의 최적 pH를 측정한다. 모든 고체의 경우, 완충액 pH가 증가함에 따라 DNA 수율이 증가한다. 각 토양에 대한 최고치의 %로 계산한 각 pH에 대한 수율(±sd)은 다음과 같다: pH 6.0: 31±13; pH 7.0:43±16; pH 8.0: 60±14; pH 9.0: 82±12; pH 10.0: 98±3.Twenty different soils are used to determine the optimal pH of the DNA extraction buffer. For all solids, the DNA yield increases with increasing buffer pH. The yield (± sd) for each pH, calculated as% of the highest for each soil, is as follows: pH 6.0: 31 ± 13; pH 7.0: 43 ± 16; pH 8.0: 60 ± 14; pH 9.0: 82 ± 12; pH 10.0: 98 ± 3.
20개의 토양 중 16개에 대해, pH 10.0에서 최고 수율이 수득되고, 반면에 나머지 4개 토양에 대해서는, 최고 수율이 pH 9.0에서 수득되었다. 그러나, pH 9.0에서와 비교하여(결과 비제시) pH 10.0에서, 좀더 다량의 휴민산 물질이 방출되었다. 결과적으로, pH 9.0이 하기에 제시된 모든 실험에 대해 선택되었다.For 16 of 20 soils, the highest yield was obtained at pH 10.0, while for the remaining 4 soils, the highest yield was obtained at pH 9.0. However, at pH 10.0 compared to at pH 9.0 (not shown), higher amounts of humic acid were released. As a result, pH 9.0 was chosen for all the experiments presented below.
2.2 DNA 추출 프로토콜의 효능:2.2 Efficacy of DNA Extraction Protocol:
토착 토양 유기체로부터의 전체 DNA를 추출하고 정량하여 여러 현장 세포 용해 프로토콜의 효능을 평가한다. 토양 샘플 1-6(표 1)을 재료와 방법 섹션에 기술된 프로토콜 1 내지 5에 따라 처리한다(도 1).Whole DNA from indigenous soil organisms is extracted and quantified to assess the efficacy of several in situ cell lysis protocols. Soil samples 1-6 (Table 1) are treated according to protocols 1-5 described in the Materials and Methods section (FIG. 1).
DNA 추출 후에, 토양 현탁액을 이소프로판올로 침전시키고, 재현탁된 펠릿의 분취량 분획을 제 1 단계에서 겔 전기영동으로 분석하여 방출된 DNA의 품질과 양을 평가한다.After DNA extraction, the soil suspension is precipitated with isopropanol and an aliquot of the resuspended pellet is analyzed by gel electrophoresis in the first step to assess the quality and amount of released DNA.
그러나, 휴민산과 같은 화합물과 DNA의 공-추출에 기인하여, 용출단계의 수가 증가함에 따라 DNA 추출물의 색은 점점 어두워졌다.However, due to the co-extraction of DNA with a compound such as humic acid, the color of the DNA extract became darker as the number of elution steps increased.
이들 어두운 색을 띠는 조 추출물의 일부는 아가로스 겔에서 예상된 방식으로 이동하지 않는다.Some of these dark colored crude extracts do not migrate in the way expected in agarose gels.
따라서, 원료 DNA 용액을 정량 전에 정제하였다(프로토콜 B). 다양한 용해 처리 후에 수득한 정제 용액의 겔 전기영동을 토양 3에 대한 실시예로 나타내었다(도 2).Thus, the raw DNA solution was purified before quantification (protocol B). Gel electrophoresis of the purification solution obtained after various dissolution treatments is shown as an example for soil 3 (FIG. 2).
유색 DNA의 강도의 자외선 조사에 의한 가시적 비교는 처리 효능의 반-정량적 평가를 허용한다. 또한, DNA 단편의 다양한 크기의 이동 프로필(불연속 밴드)의존재 및 길이가 긴 단편의 소멸은 DNA의 분해가 일어났음을 표시한다.Visible comparison by ultraviolet irradiation of the intensity of colored DNA allows for a semi-quantitative assessment of treatment efficacy. In addition, the presence of various size migration profiles (discontinuous bands) of DNA fragments and the disappearance of long length fragments indicate that DNA degradation has occurred.
점토질 토양 No. 5에서는 어떠한 DNA도 추출될 수 없었다.Clay soil No. At 5 no DNA could be extracted.
프로토콜 1 내지 5에 따라 추출된, 모든 토양으로부터의 DNA의 더욱 정확한 정량은 사전 PCR 증폭 단계 없이 및 16S rDNA 영역의 고도로 보존된 서열에 상보적인 올리고뉴클레오타이드 탐침(탐침 FGPS 431, 표 2)을 사용하여 Dot-Blot 하이브리드화에 의해 수행하였다.More accurate quantification of DNA from all soils, extracted according to protocols 1 to 5, was performed using an oligonucleotide probe (probe FGPS 431, Table 2), which is complementary to the highly conserved sequence of the 16S rDNA region and without a pre-PCR amplification step. It was performed by Dot-Blot hybridization.
점토질 토양 No. 5를 제외하고는, 각각의 다양한 용해 단계 후에 모든 토양의 추출물에서 DNA가 검출되었다.Clay soil No. Except for 5, DNA was detected in extracts of all soils after each of the various lysis steps.
결과는 겔 전기영동 후 행해진 평가와 일치한다.The results are consistent with the assessments made after gel electrophoresis.
독립 정량법과의 비교를 위해, 프로토콜 2에 따라 추출한 DNA(토양 No. 5를 제외한 모든 토양으로부터)도 측색 DNA 검출법(Richard, 1974)을 이용하여 정량하였다.For comparison with independent quantification, DNA extracted from Protocol 2 (from all soils except soil No. 5) was also quantified using colorimetric DNA detection (Richard, 1974).
이러한 측색 기술을 사용하여 정량된 DNA와 Dot-Blot 하이브리드화/방사선-이미징으로 수득한 결과 간의 양호한 상관관계가 발견되었으며(r = 0.88), 이는 토양 박테리아의 평균 카피수(rrn)가 7이라는 가설을 확인시켜 준다.Good correlation was found between DNA quantified using this colorimetric technique and results obtained with Dot-Blot hybridization / radiation-imaging (r = 0.88), which is a hypothesis that the average copy number (rrn) of soil bacteria is 7 To confirm.
하이브리드화(Dot-Blot)는 용해 처리 없이 추출하여 확인된 바(프로토콜 1), 세포외 DNA의 양이 산성 토양(No. 6)에 대해 4 ㎍/g 내지 토양 No. 3에 대해 36 ㎍/g 범위였음을 보여주었다(표 3).Hybridization (Dot-Blot) was confirmed by extraction without lysis treatment (Protocol 1), the amount of extracellular DNA is 4 μg / g to soil No. 6 for acidic soil (No. 6). 3 showed a range of 36 μg / g (Table 3).
토양의 분쇄(프로토콜 2)는 모든 토양으로부터 추출한 DNA의 양을 증가시켰다(예를 들면, 토양 No. 6에 대해 토양 26 ㎍/g 및 토양 No. 3에 대해 토양 59㎍/g)(표 3; 도 2).Soil grinding (protocol 2) increased the amount of DNA extracted from all soils (eg, soil 26 μg / g for soil No. 6 and soil 59 μg / g for soil No. 3) (Table 3 2).
두 분쇄 처리에 대해(재료 및 방법 섹션 참조), 아가로스 겔 상에서 불연속 DNA 이동이 검출되었으며, 이는 DNA 분자가 부분적으로 분해되었음을 시사한다(도 2).For both milling treatments (see section Materials and Methods), discontinuous DNA migration was detected on agarose gels, indicating that DNA molecules were partially degraded (FIG. 2).
DNA 단편의 크기는 20 내지 0.2 kb이다. 최소 단편의 밴드 강도는 매우 낮고, 이는 대부분의 단편이 1 kb보다 훨씬 크다는 것을 나타낸다.The size of the DNA fragment is 20 to 0.2 kb. The band strength of the minimum fragments is very low, indicating that most fragments are much larger than 1 kb.
프로토콜 3은 토양 샘플에 추출 완충액을 첨가한 후 Ultra-turrax 혼합 장치에서의 균질화 단계를 포함한다. 이러한 단계는 토양 중 둘(사질 토양 No.3 및 산성 토양 No. 6)에 대해 Dot-Blot 하이브리드화로 측정한 바, 추출된 DNA량의 증가를 초래하는 반면에, 유기물이 풍부한 두 토양(토양 No.1 및 No. 2)은 소량의 DNA 생성을 초래하였다.Protocol 3 involves homogenization in an Ultra-turrax mixing device after adding extraction buffer to soil samples. This step results in an increase in the amount of DNA extracted, as measured by Dot-Blot hybridization on two of the soils (sand soil No. 3 and acidic soil No. 6), while two organic-rich soils (soil No. .1 and No. 2) resulted in the production of small amounts of DNA.
프로토콜 4a 및 4b는 예비-분쇄되고 예비-균질화된 토양으로부터의 DNA 수율에 대한 두 유형의 초음파처리의 효과를 평가할 수 있게 한다.Protocols 4a and 4b allow to evaluate the effects of both types of sonication on DNA yield from pre-milled and pre-homogenized soil.
프로토콜 3과 비교한 결과, 토양 No. 6를 제외하고는, 초음파처리는 DNA 수율에 어떠한 긍정적인 효과도 주지 않았다. 그러나, 두 유형의 초음파처리기에 대한 용해 효능은 상이하다. 토양 2, 3 및 4의 경우, 추출된 DNA의 최대량은 티타늄 마이크로포인트를 사용하여 수득되었으며(표 3; 도 2), 반면에 토양 No. 1과 6의 경우에, DNA 수율은 Cup Horn 장치를 사용하여 더 높았다.Compared with Protocol 3, soil No. Except for 6, sonication had no positive effect on DNA yield. However, the dissolution efficacy for the two types of sonicators is different. For soils 2, 3 and 4, the maximum amount of extracted DNA was obtained using titanium micropoints (Table 3; FIG. 2), while soil No. In cases 1 and 6, the DNA yield was higher using the Cup Horn apparatus.
초음파처리 단계 후 효소/화학 용해 단계를 부가하였을 때(프로토콜 5a 및 5b) 상반되는 결과도 수득되었으며; 특정의 경우에, 추출된 DNA의 양은 프로토콜4a 및 4b에 따라 회수된 것들보다 컸고, 반면에 다른 경우에는 수율이 더 낮았다(표 3).Contrary results were also obtained when the enzyme / chemical dissolution step was added after the sonication step (protocols 5a and 5b); In certain cases, the amount of DNA extracted was greater than those recovered according to protocols 4a and 4b, while in other cases the yield was lower (Table 3).
2.3 미생물의 직접 카운팅 : 2.3 Direct Counting of Microorganisms :
아크리딘 오렌지로 염색한 후 박테리아 세포 총수의 현미경 카운팅을 모든 토양에 대해 분쇄 전후에 수행한다.Microscopic counting of bacterial cell counts after staining with acridine orange is performed before and after grinding on all soils.
분쇄 전, 토양 건량 그램당 박테리아의 수는 열대 토양 No. 5에서 1.4 x 109(±0.4) 내지 세인트 안드레 해안에서 입수한 토양(토양 No. 3)에서 10 x 109(±0.7) 범위였다(표 1).Prior to crushing, the number of bacteria per gram of dry soil was determined by tropical soil No. 5 ranged from 1.4 x 10 9 (± 0.4) to 10 x 10 9 (± 0.7) in soils obtained from the coast of St. Andre (soil No. 3) (Table 1).
분쇄 후, 세포수는 각각 토양 No. 1 내지 6에 대한 초기값의 45, 74, 75, 54, 34 및 75%였다.After grinding, the cell numbers were respectively determined by soil No. 45, 74, 75, 54, 34 and 75% of the initial values for 1-6.
2.4 상이한 속에 속하는 배양 가능한 액티노마이시트의 카운팅 : 2.4 Counting of cultivable actinomycetes belonging to different genera :
토양 No. 3내 액티노마이시트 집단에 있어서의 변형이 다양한 용해 처리 후에 주지되었다(도 3).Soil No. Modifications in the intratrial actinomycete population were noted after various dissolution treatments (FIG. 3).
예를 들면, 용해 처리가 적용되지 않았을 때(프로토콜 1) 스트렙토마이시트 종의 콜로니가 생존 액티노마이시트 플로라를 우점하였고 동정된 콜로니 총수의 65%를 나타내었다. 분쇄 후, 스트렙토마이시즈 콜로니의 %는 51%로 떨어진 반면에, 마이크로모노스포라 속에 속하는 콜로니의 비율은 14 내지 41%까지 증가하였다.For example, when no lysis treatment was applied (Protocol 1), the colonies of Streptomycin species predominant over the surviving actinomycete flora and represented 65% of the total colonies identified. After grinding, the percentage of Streptomyces colonies fell to 51%, while the proportion of colonies belonging to the micromonospora increased to 14-41%.
화학/효소 용해(프로토콜 5a 및 5b)는 스트렙토마이시트의 용해에 특히 효과적인 것으로 보인다. 화학/효소 용해(프로토콜 5a 및 5b)를 포함하여 모든 용해처리가 적용되었을 때, 여전히 토양 그램당 106개 이상의 cfu를 포함하는 액티노마이시트 미생물총은 마이크로모노스포라 속에 속하는 종이 우점하였고, 반면에 소수의 스트렙토마이시즈 콜로니가 회수되거나 전혀 회수되지 않았다.Chemistry / enzyme dissolution (protocols 5a and 5b) appears to be particularly effective for dissolution of streptomycin. When all lysis treatments were applied, including chemical / enzyme lysis (protocols 5a and 5b), the actinomycete microflora, still containing more than 10 6 cfu per gram of soil, predomined in species belonging to the micromonospora, In contrast, few Streptomyces colonies were recovered or not recovered at all.
스트렙토스포란지움, 액티노마두라, 마이크로비스포라, 댁틸로스포란지움 및 액티노플레인즈와 같은 속에 속하는 유기체는 분쇄, Ultra-turrax 장치에 의한 균질화 및 초음파처리 후에 플레이트 상에 소수로 출현하였지만(동정된 콜로니 총수의 2 내지 8%), 이러한 처리가 화학/효소 용해와 병행되었을 때는 일반적으로 부재하였다.Organisms belonging to the genus, such as Streptosporangium, Actinomadura, Microbispora, Dactylosporangium and Actino Plains, appeared in small numbers on the plate after grinding, homogenization by Ultra-turrax apparatus and sonication (identification). 2-8% of the total number of colonies), which was generally absent when combined with chemical / enzyme dissolution.
각각의 용해 처리 후(프로토콜 2 내지 5) 잔류하는 배양 가능한 박테리아의 총수도 토양 No. 4에 대해 조사되었다. 결과는 배양 가능한 박테리아의 수가 용해 처리의 강도에 따라 감소되지 않음을 시사한다(모든 경우에, 및 또한 프로토콜 1에 따라 행할 때와 같이 처리가 적용되지 않을 때, 토양 그램당 약 2 x 106cfu).The total number of cultivable bacteria remaining after each lysis treatment (protocols 2 to 5) was also determined by soil no. 4 was investigated. The results suggest that the number of cultivable bacteria does not decrease with the intensity of the lysis treatment (in all cases, and also when no treatment is applied, such as when done according to Protocol 1, about 2 x 10 6 cfu per gram of soil). ).
이러한 낮은 cfu 값의 생성은 건조 토양이 사용되는 사실과 가장 내성을 띠는 박테리아만이 플레이트 상에서 증폭되었다는 사실에 기인하는 것 같다. 콜로니를 형성하는 액티노마이시트의 수는 액티노마이시트 검출 프로토콜에 포함된 포자-발아 단계가 전체 박테리아의 통제 중에 소실되었다는 사실에 기인하여 전체 cfu(모든 박테리아)의 것보다 일반적으로 크다.The production of these low cfu values is likely due to the fact that dry soil is used and that only the most resistant bacteria are amplified on the plate. The number of actinomytes forming colonies is generally greater than that of total cfu (all bacteria) due to the fact that the spore-germination stage included in the actinomycete detection protocol was lost during the control of the total bacteria.
2.5 첨가된 람다 파지 DNA의 회수 : 2.5 Recovery of Added Lambda Phage DNA :
이들 실험의 목적은 연속 용해 처리가 네이키드 DNA의 회수에 영향을 미칠수 있는 방식을 평가하고, 이러한 연속 용해 처리가 이의 분해에 기여하는지 여부를 평가하는 것이다.The purpose of these experiments is to assess how the continuous lysis treatment can affect the recovery of naked DNA and to evaluate whether this continuous lysis treatment contributes to its degradation.
DNA는 수 개월간 토양에서 지속할 수 있는(Ward et al., 1990) 이미 죽은 유기체로부터 방출된 세포외 DNA, 또는 처리의 첫 번째 단계 동안 용이하게 용해된 유기체로부터 방출된 DNA의 분획일 수 있다. 이러한 상황을 시뮬레이션하기 위해, HindIII로 분해한 람다 파지 DNA를 다양한 농도로 토양에 분쇄 전후에 가한다. 분쇄 외에도, 초음파처리(Cup Horn 장치, 프로토콜 4b 참조) 및 열 쇼크(재료 및 방법 섹션 참조)를 포함하여 다른 용해 처리의 조합도 시험한다.DNA can be extracellular DNA released from an already dead organism that can last for several months in the soil (Ward et al., 1990), or a fraction of DNA released from an easily dissolved organism during the first stage of treatment. To simulate this situation, lambd phage DNA digested with HindIII is added to the soil at various concentrations before and after grinding. In addition to grinding, combinations of other dissolution treatments are also tested, including sonication (see Cup Horn apparatus, protocol 4b) and heat shock (see Materials and Methods section).
추출 후, 람다 파지 DNA 25 내지 150 ng을 함유하는데 이론적으로 필요한 분취량 분획을 겔 전기영동으로 분석한다. 투여량 또는 토양의 종류와는 무관하게, 분쇄에 앞서 DNA를 토양 샘플에 접종하였을 때 람다 파지에 특이성인 어떠한 DNA 단편도 관찰될 수 없었다.After extraction, the aliquot fractions theoretically required to contain 25 to 150 ng of lambda phage DNA are analyzed by gel electrophoresis. Regardless of the dose or type of soil, no DNA fragments specific for lambda phage could be observed when DNA was inoculated into soil samples prior to milling.
DNA를 분쇄 후 첨가하고 부가적인 용해 처리 단계 없이 추출하였을 때, 특이적인 람다 파지 DNA 프로필이 시험된 5개 토양 중 4개의 추출물에서 검출되었다.When the DNA was added after grinding and extracted without additional lysis treatment steps, specific lambda phage DNA profiles were detected in 4 extracts of 5 soils tested.
모든 이러한 경우에, 직접 원인-및-효과 관계가 첨가된 DNA의 양과 아가로스 겔상 시그널 강도 간에 수득되었다. 그러나, 시그널 강도는 분자 표준의 것과 비교하였을 때 예상된 시그널 강도보다 적었다.In all these cases, a direct cause-and-effect relationship was obtained between the amount of DNA added and the signal intensity on the agarose gel. However, the signal intensity was less than the expected signal intensity when compared to that of the molecular standard.
더욱이, 23 kb에서의 밴드는 여러 경우에 부재하였고, 이는 길이가 짧은 단편과 비교하여 길이가 긴 단편이 토양 입자상에 우선적으로 흡착되거나, 분해에 더욱 민감함을 나타낸다.Moreover, the band at 23 kb was in many cases absent, indicating that longer fragments preferentially adsorb on soil particles or are more susceptible to degradation compared to shorter fragments.
매우 높은 점토 함량을 특징으로 하는 열대 토양 No. 5의 샘플에서는 어떠한 밴드도 검출되지 않았다(표 1).Tropical soils characterized by very high clay content. No bands were detected in the sample of 5 (Table 1).
좀더 정확한 정량을 위해, Dot-Blot 하이브리드화 후 포스포레슨스 이미징 장치(포스포-이미저)에서 DNA의 회수를 측정하였다. 이러한 기술에 따라, DNA가 검출될 수 없었던 토양 No. 5을 제외하고는, 분쇄 전에 접종한 것들을 포함한 모든 샘플에서 DNA가 검출되었다.For more accurate quantitation, DNA recovery was measured on a phosphorescence imaging device (Phospo-Imager) after Dot-Blot hybridization. According to this technique, the soil No. where DNA could not be detected. Except for 5, DNA was detected in all samples, including those inoculated prior to grinding.
모든 다른 토양에서, 추출된 DNA의 양은 접종 크기가 증가함에 따라 증가한다(도 4a-d).In all other soils, the amount of extracted DNA increases with increasing inoculation size (FIGS. 4A-D).
그러나, 람다 파지 DNA의 회수율은 낮았다. 분쇄가 적용된 유일한 용해 처리였을 때, 회수율은 이러한 DNA가 분쇄 전에 첨가되었을 때 첨가된 DNA의 0.6 내지 5.9%였고, 후자가 분쇄 후에 첨가되었을 때 첨가된 DNA의 3.6 내지 24%였다. 회수의 최고 수준은 토양 No. 2로부터 수득되었다.However, the recovery of lambda phage DNA was low. When crushing was the only lysis treatment applied, the recovery was 0.6-5.9% of the DNA added when this DNA was added before grinding, and 3.6-24% of the DNA added when the latter was added after grinding. The highest level of recovery is soil no. Obtained from 2.
열 쇼크 및 초음파처리에 의해 처리된 샘플의 분취량 분획의 겔 전기영동은 분쇄 후에 DNA가 첨가된 시험을 포함하여 어떠한 샘플에서도 DNA 밴드의 관찰을 허용하지 않았다. Dot-Blot 하이브리드화 실험은 이러한 결과를 확인시켜 준다.Gel electrophoresis of aliquot fractions of samples treated by heat shock and sonication did not allow for the observation of DNA bands in any sample, including tests in which DNA was added after grinding. Dot-Blot hybridization experiments confirm these results.
열 쇼크 및 초음파처리한 토양 현탁액으로부터 수득한 하이브리드화 시그널은 기껏해야 낮았다.Hybridization signals obtained from heat shock and sonicated soil suspensions were at most low.
최대량의 DNA(토양 건량 그램당 DNA 15 ㎍)를 보이는 샘플은 수득된 시그널이 백그라운드 수준과는 상당히 상이한 유일한 하나였다.The sample showing the maximum amount of DNA (15 μg DNA per gram dry soil) was the only one whose signal was significantly different from the background level.
열 쇼크 처리한 샘플과 열 쇼크 및 초음파처리한 것들 간에 차이는없었으며(또는 단지 작은 차이), 이는 열 쇼크가 DNA에 유해한 효과를 보임을 시사한다. 최상의 회수율은 최고 유기물 함량을 가지는 토양 No. 2에 대해 관찰되었으며(표 1), 반면에 점토질 토양 No. 5로부터는 DNA가 회수되지 않았다.There was no difference (or only a small difference) between the heat shocked samples and those heat shocked and sonicated, suggesting that heat shock has a deleterious effect on DNA. The best recovery was obtained for soil No. 2 was observed (Table 1), whereas clay soil No. DNA was not recovered from 5.
토양 그램당 람다 파지 DNA 20 내지 50 ㎍으로 접종한 토양 No. 4와 No. 5의 비-분쇄 샘플로 추가 실험을 수행한다.Soil No. inoculated with 20-50 μg of lambda phage DNA per gram of soil. 4 and No. Further experiments are performed with 5 non-milled samples.
샘플을 즉시 또는 28℃에서 1시간 배양 후 추출하고, 이어서 DNA 추출물을 정제하여 겔 전기영동으로 분석한다.Samples are extracted immediately or after 1 hour incubation at 28 ° C., and then DNA extracts are purified and analyzed by gel electrophoresis.
접종 후 1시간 동안 토양 No. 4의 배양은 배양 없이 수득된 것들 또는 DNA가 분쇄 후에 첨가된 앞서 관찰된 것들과는 정성적으로 또는 정량적으로 상이한 프로필을 부여하지 않았다.Soil No. 1 hour after inoculation The culture of 4 did not give a qualitatively or quantitatively different profile from those obtained without culturing or those previously observed in which DNA was added after grinding.
이러한 결과는 토양 뉴클레아제에 의한 효소 분해가 DNA 회수의 낮은 수준에 연루된 것으로 생각되지 않음을 시사한다. 더욱이, 분쇄 단계의 부재는 토양 No. 5로부터 DNA의 회수 증가를 허용하지 않으며, 이는 분쇄에 기인한 토양의 구조 변화가 핵산의 콜로이드에의 흡착을 현저히 증가시키지 않음을 시사한다.These results suggest that enzymatic degradation by soil nuclease is not thought to be involved in low levels of DNA recovery. Moreover, the absence of the grinding step is determined by soil No. It does not allow for increased recovery of DNA from 5, which suggests that structural changes in soil due to grinding do not significantly increase the adsorption of nucleic acids to colloids.
2.6 RNA에 의한 흡착 부위의 포화 : 2.6 Saturation of Adsorption Sites by RNA :
아가로스 겔상에서 수득된 프로필의 대부분은 RNA 처리가 수행되지 않은 선행 프로필과는 현저히 상이하지 않다.Most of the profiles obtained on agarose gels are not significantly different from the preceding profiles without RNA treatment.
예를 들면, RNA 농도 및 사용된 람다 파지 DNA 농도와는 무관하게, 점토-풍부 토양 No. 5로부터 어떠한 밴드도 검출되지 않았다.For example, regardless of RNA concentration and lambda phage DNA concentration used, clay-rich soil No. No band from 5 was detected.
또한, HindIII로 분해된 람다 파지 DNA의 특이적 밴드는 RNA가 분쇄 전에 첨가될 때 RNA로 처리된 사질 배합토에서(토양 No. 4) 검출 불가로 잔류하였다.In addition, specific bands of lambda phage DNA digested with HindIII remained undetectable in the sandy mixed soil treated with RNA (soil No. 4) when RNA was added before grinding.
분쇄 후 DNA로 접종한 샘플로부터 수득한 밴드의 강도는 RNA 농도가 증가함에 따라 증가하며, 이는 처리가 긍정적인 효과를 미칠 수 있음을 시사한다.The intensity of the bands obtained from samples inoculated with DNA after grinding increases with increasing RNA concentration, suggesting that the treatment can have a positive effect.
그러나, 하이브리드화 및 포스포레슨스 이미징에 의한 분석 후의 결과는 전기영동 결과를 확인시켜 주지 않았다. 예를 들면, DNA가 분쇄 후에 첨가되었을 때 점토질 배합토로부터 DNA의 회수에 미치는 RNA 처리의 긍정적인 효과는 뚜렷하게 나타나지는 않았다.However, the results after analysis by hybridization and phosphorescence imaging did not confirm the electrophoretic results. For example, when the DNA was added after grinding, the positive effect of RNA treatment on the recovery of DNA from clay mix was not apparent.
한편, RNA의 긍정적 효과는 DNA가 분쇄 후에 첨가되었을 때 점토-풍부 토양(No. 5)에 대해 관찰되었다.On the other hand, the positive effect of RNA was observed for clay-rich soils (No. 5) when DNA was added after grinding.
비록, 대조군 샘플에 대한 하이브리드화 시그널이 백그라운드 노이즈 수준과 상이하지는 않지만, 상당량의 DNA가 RNA 처리 샘플로부터 방출되었으며, 첨가된 DNA의 양이 증가함에 따라 및 RNA 농도가 증가함에 따라 시그널은 증가하였다.Although the hybridization signal for the control sample was not different from the background noise level, a significant amount of DNA was released from the RNA treated sample and the signal increased with increasing amount of added DNA and with increasing RNA concentration.
그러나, 최고 RNA 농도(건조 토양의 중량 그램당 100 mg)에 대해서 조차도, 회수 수준은 결코 3%를 결코 넘지 못하였다.However, even for the highest RNA concentration (100 mg per gram of dry soil), the recovery level never exceeded 3%.
2.7 조 DNA 추출물의 정제2.7 Purification of Crude DNA Extracts ::
시험된 4개의 프로토콜 중에서, 비희석 DNA 추출물(PCR 혼합물 50 ㎕ 중 추출물 1 ㎕)의 최상의 증폭은 PCR 산물의 겔 전기영동에 의해 보여지는 바와 같이 Microspin S400 칼럼을 통한 용출, 이어서 Elutip d 칼럼을 통한 용출 후에 관찰되었다.Of the four protocols tested, the best amplification of the undiluted DNA extract (1 μl of extract in 50 μl of PCR mixture) was eluted through the Microspin S400 column followed by the Elutip d column as shown by gel electrophoresis of the PCR product. Observed after elution.
2-상 수성 시스템(프로토콜 C)으로 정제한 DNA는 비희석 DNA 추출물을 출발물질로 하여 증폭 후 좀더 소량의 PCR 산물을 부여하였다.DNA purified by a two-phase aqueous system (protocol C) was given a smaller amount of PCR product after amplification using the non-diluted DNA extract as a starting material.
프로토콜 A 또는 B의 사용을 따르는 증폭 후 비희석 추출물로부터 어떠한 증폭 산물도 수득할 수 없다. 따라서, 프로토콜 B(재료 및 방법 섹션 참조)를 PCR 증폭 및/또는 Dot-Blot 하이브리드화를 수행한 모든 실험에 사용하였다.No amplification products can be obtained from the undiluted extract after amplification following the use of protocol A or B. Thus, Protocol B (see Materials and Methods section) was used for all experiments that performed PCR amplification and / or Dot-Blot hybridization.
2.8 PCR 및 하이브리드화에 의한 정량:2.8 Quantitation by PCR and Hybridization:
제 1 단계는 PCR 산물의 양이 반응 튜브에 초기에 존재하는 표적 DNA 분자의 수에 비례하는지 여부를 측정한다. 스트렙토스포란지움 프래자일로부터의 DNA를 표적으로 사용한다(재료 및 방법 섹션 참조).The first step measures whether the amount of PCR product is proportional to the number of target DNA molecules initially present in the reaction tube. DNA from Streptosporangium praxyl is used as a target (see section Materials and Methods).
사용되는 프라이머는 프라이머 FGPS122 및 FGPS350이다(표 2). PCR 산물의 겔 전기영동은 표적의 농도가 증가함에 따라 밴드 강도가 증가함을 보여준다. PCR 산물은 올리고뉴클레오타이드 탐침 FGPS643과 하이브리드화시키고(표 2), 시그널은 포스포레슨스 이미징(포스포-이미징)으로 정량한다.Primers used are primers FGPS122 and FGPS350 (Table 2). Gel electrophoresis of the PCR product shows that the band intensity increases with increasing target concentration. PCR products are hybridized with oligonucleotide probe FGPS643 (Table 2) and signals are quantified by phosphorescence imaging (phospho-imaging).
양호한 상관관계(r2= 0.98)가 로그[표적의 수]와 로그[하이브리드화 시그널의 강도]간에 발견되었다.A good correlation (r 2 = 0.98) was found between log [number of targets] and log [strength of hybridization signal].
이어서, 조사는 PCR 증폭의 효능이 휴민산과 비-표적 DNA에 의해 영향을 받는지 여부를 알아보기 위해 수행된다. 겔 전기영동에 의해 분석될 때, DNase로 처리한 토양의 추출물이 첨가되고 PCR 혼합물 50㎕에 8 ng까지 범위의 농도로 휴민산을 함유하는 DNA 용액으로 증폭을 수행하였을 때 표적 DNA의 다양한 양에 상응하는 PCR 산물에 대한 밴드의 증가된 강도는 보존되었다.The investigation is then performed to see if the efficacy of PCR amplification is affected by humic acid and non-target DNA. When analyzed by gel electrophoresis, extracts of DNase-treated soil were added to the various amounts of target DNA when amplification was performed with DNA solutions containing humic acid at concentrations ranging from 8 ng to 50 μl of PCR mixture. The increased intensity of the band for the corresponding PCR product was preserved.
PCR 혼합물 중의 휴민산 20 ng으로는 표적 DNA의 작은 수준에 상응하는 밴드가 사라지고, 80 ng의 휴민산 농도 및 더 높은 농도에서는 어떠한 밴드도 볼 수 없었다.With 20 ng of humic acid in the PCR mixture, the band corresponding to a small level of target DNA disappeared, and no band was seen at 80 ng of humic acid concentration and higher concentration.
S. 프래자일로부터의 표적 DNA의 다양한 양은, 증폭 전에, S. 프래자일 DNA를 스트렙토마이시즈 하이그로스코피쿠스 DNA와 혼합하고 100 pg 내지 1 ㎍ 범위로 PCR 혼합물 50 ㎕에 가했을 때 기대량의 PCR 산물을 공급하여 토양 미생물 총으로부터 방출된 비-표적 DNA를 시뮬레이션할 수 있게 한다.Various amounts of target DNA from S. fragile are expected when mixed with S. fragile DNA with Streptomyces hygroscopicus DNA and added to 50 μl of PCR mixture in the range of 100 pg to 1 μg prior to amplification. PCR products were supplied to enable simulation of non-target DNA released from soil microbial guns.
2.9 상이한 용해 처리 후 토착 토양 액티노마이시트의 정량2.9 Quantification of Indigenous Soil Actinomytes After Different Dissolution Treatments ::
전술한 바와 같이 정제 프로토콜 D를 적용한 다음, PCR 증폭을 수행하여, 프로토콜 1, 2, 3, 5a 및 5b에 따라 추출한 후 토양 No. 3 중의 스트렙토스포란지움 속에 속하는 액티노마이시트를 정량한다(도 5).Purification protocol D was applied as described above, followed by PCR amplification, followed by extraction according to protocols 1, 2, 3, 5a and 5b. Actinomycete belonging to the genus Streptosporanium in 3 is quantified (FIG. 5).
분쇄 후(프로토콜 2), 이러한 액티노마이시트로부터 기원하는 표적 DNA의 양을 하이브리드화(Dot-Blot)와 방사선-이미징으로 평가하면 건조 토양 중량 그램당 2.5 ±1.3 ng/g이다.After grinding (Protocol 2), the amount of target DNA originating from this actinomycete is 2.5 ± 1.3 ng / g per gram dry weight, as assessed by Dot-Blot and radio-imaging.
스트렙토마이시즈에 대해 DNA 함량이 세포당 10 fg로 가정되면(Gladek et al., 1984), 이러한 값은 대략 2.5 x 105게놈에 상응한다. 유사한 값이 다른 용해 처리 후에 수득되었다(각각 프로토콜 3 및 4b를 사용하여, 각각 건조 토양 그램당 DNA 2.6 ±1.1 및 1.8 ±1.3 ng).If the DNA content is assumed to be 10 fg per cell for Streptomyces (Gladek et al., 1984), this value corresponds to approximately 2.5 × 10 5 genomes. Similar values were obtained after different lysis treatments (protocol 2.6 ± 1.1 and 1.8 ± 1.3 ng DNA per gram of dry soil, respectively, using protocols 3 and 4b).
2.10 박테리아로 예비접종한 토양으로부터 DNA의 회수 효능 : 2.10 Efficacy of DNA recovery from soil pre-inoculated with bacteria :
3개 토양(No. 2, 3 및 5)을 상이한 농도의 스트렙토마이시즈 리비단스 포자 또는 균사로 접종한다(재료 및 방법 섹션 참조). 토양에 첨가된 균사체의 양(도 6b)은 발아 배지에 접종된 포자수에 상응한다. 이들 포자의 대략 50%가 발아하였다. 발아된 포자의 균사내 정확한 세포수는 측정되지 않았다. 따라서, 토양에 접종된 포자와 균사체의 양은 직접 비교하지 못하였다.Three soils (Nos. 2, 3 and 5) are seeded with different concentrations of Streptomyces lividans spores or mycelia (see Materials and Methods section). The amount of mycelium added to the soil (FIG. 6B) corresponds to the number of spores inoculated into the germination medium. Approximately 50% of these spores germinated. The exact number of cells in the mycelia of germinated spores was not determined. Therefore, the amount of spores and mycelium inoculated into the soil could not be directly compared.
각각의 토양 샘플에 대해, Dot-Blot 하이브리드화 및 포스포레슨스 이미징(포스포-이미징)과 병행된 추출 프로토콜 No. 6, 정제방법 D 및 PCR 증폭을 이용하여 방출된 특이적 표적 DNA를 카운트한다. 추출된 DNA는 첨가된 포자수가 토양 No. 3과 No. 5에 대해서는 105를 초과하고 토양 No. 2에 대해서는 107을 초과할 때만 백그라운드 노이즈와 명백히 구별될 수 있다(도 6a).For each soil sample, extraction protocol No. in parallel with Dot-Blot hybridization and phosphorus imaging (phospho-imaging) 6, Purification Method D and PCR amplification are used to count the specific target DNA released. The extracted DNA contained soil number of spores added. 3 and No. For 5 , exceed 10 5 and soil No. For 2 it can only be clearly distinguished from the background noise when it exceeds 10 7 (FIG. 6A).
균사체가 첨가될 때, 추출된 DNA는 토양 No. 2 및 No. 3에 대해서는 토양 그램당 103포자에 상응하는 양 이상에서, 및 토양 No. 5의 그램당 107포자 이상에서 검출될 수 있다(도 6b).When the mycelium is added, the extracted DNA is divided into soil No. 2 and No. For 3, at a quantity equivalent to 10 3 spores per gram of soil, and soil No. More than 10 7 spores per gram of 5 can be detected (FIG. 6B).
검출 수준 이상에서, 접종 세포의 양이 증가함에 따라 하이브리드화 시그널이 증가한다.Above the detection level, the hybridization signal increases as the amount of inoculated cells increases.
포자 접종을 위해, 접종된 세포수의 100배 증가는 DNA 수율의 100배 증가에 근접한 값을 초래한다. 이러한 증가는 균사가 특히 토양 No. 2 및 No. 3에 접종될 때보다 명백히 더 적다(도 6).For spore inoculation, a 100-fold increase in the number of inoculated cells results in a value close to a 100-fold increase in DNA yield. This increase is especially true for mycelial soils. 2 and No. Obviously less than when inoculated at 3 (FIG. 6).
이와 상반되게, 람다 파지 DNA가 접종액으로 사용될 때 수득된 결과에서, DNA는 또한 박테리아 세포가 접종액으로 사용될 때 점토-풍부 토양(No. 5)으로부터 회수된다. 그러나, 후자의 접종액의 경우에 대해서도, RNA 처리는 포자 및 균사체 모두에 대해 이러한 토양으로부터 스트렙토마이시즈 DNA의 회수를 증가시켰다(도 6).In contrast, in the results obtained when lambda phage DNA is used as the inoculum, the DNA is also recovered from clay-rich soil (No. 5) when bacterial cells are used as the inoculum. However, even for the latter inoculum, RNA treatment increased the recovery of Streptomyces DNA from this soil for both spores and mycelium (FIG. 6).
바실러스 안트라시스 영양 세포로 토양에 접종하면 스트렙토마이시즈에 대해 수득된 것들과 유사한 회수 수준을 부여한다.Inoculation into soil with Bacillus anthracis feeder cells confers recovery levels similar to those obtained for Streptomyces.
더욱이, 이러한 접종액에 대해서도 RNA 처리 후, 토양 No. 5로부터 DNA 회수 수준이 증가하였다.Moreover, the soil No. DNA recovery levels from 5 were increased.
실시예 2: 린데인으로 오염된 토양을 사용하는 저분자량 DNA(<10 kb) 라이브러리의 작제, 및 linA 유전자의 클로닝과 발현Example 2: Construction of a low molecular weight DNA (<10 kb) library using Lindane contaminated soil, cloning and expression of linA gene
본 실시예는 이.콜라이의 DNA 라이브러리 작제를 설명한다. 이는 비-배양성 미생물총으로부터 수득한 소형 유전자의 클로닝과 발현을 입증한다.This example describes the construction of an E. coli DNA library. This demonstrates the cloning and expression of small genes obtained from non-cultured microflora.
린데인은 분해가 어렵고 환경에서 지속적인 유기 염소 살충제이다. 호기성 조건하에서, 생분해는 린데인을 1,2,4-트리클로로벤젠으로 전환되게 하는, linA 유전자에 의해 암호화된 데하이드로클로리나제에 의해 촉매된다. linA 유전자는 토양으로부터 분리된 두 균주로부터만 동정되었다: 일본에서 분리된 스핑고모나스 포시모빌리스(Seeno and Wada 1989; Imai et al., 1991; Nagata et al., 1993) 및 프랑스에서 분리된 로다노박터 린다니클래스티쿠스(Thomas et al., 1996, Nalin et al., 1999).Lindane is an organic chlorine pesticide that is difficult to break down and is persistent in the environment. Under aerobic conditions, biodegradation is catalyzed by dehydrochlorinase encoded by the linA gene, causing the conversion of lindene to 1,2,4-trichlorobenzene. The linA gene was identified only from two strains isolated from the soil: sphingmonas posimobilis (Seeno and Wada 1989; Imai et al., 1991; Nagata et al., 1993) isolated from Japan and rhoda isolated from France Novbacter Lindani Classicus (Thomas et al., 1996, Nalin et al., 1999).
그러나, 방출된 클로라이드 이온의 분석 및 린데인과 접촉시키거나 접촉시키지 않은 토양으로부터 linA 유전자의 PCR 증폭에 의해 입증된 린데인의 분해능은 주변환경에 더 광범위하게 퍼져있는 것으로 보인다(Biesiekierska-Galguen, 1997).However, the resolution of lindene, as demonstrated by analysis of released chloride ions and PCR amplification of the linA gene from soil with or without contact with lindenin, appears to be more prevalent in the environment (Biesiekierska-Galguen, 1997). ).
1. 토양 DNA의 직접 추출1. Direct Extraction of Soil DNA
건조 토양을 6개의 텅스텐 비스가 구비된 Restch 원심분리력 그라인더에서 10분간 분쇄한다. 분쇄된 토양 10 그램을 pH 9 TENP 완충액(50 mM 트리스, 20 mM EDTA, 100 mM NaCl, 1% w/v 폴리비닐폴리피롤리돈) 50 ml에 현탁시키고, 10분간 와동에 의해 균질화시킨다.Dry soil is ground in a Restch centrifugal grinder with six tungsten bis for 10 minutes. 10 grams of ground soil are suspended in 50 ml of pH 9 TENP buffer (50 mM Tris, 20 mM EDTA, 100 mM NaCl, 1% w / v polyvinylpolypyrrolidone) and homogenized by vortexing for 10 minutes.
5분간 4000 x g 및 4℃에서 원심분리 후, 상등액을 나트륨 아세테이트(3 M, pH 5.2) 및 이소프로판올로 침전시킨 다음, 멸균 TE 완충액(10 mM 트리스, 1 mM EDTA, pH 8.0)에 취한다. 이어서, 추출된 DNA를 제조업자의 지침에 따라 S400 분자체 칼럼(Pharmacia) 및 Elutip d 이온 교환 칼럼(Schleicher and Schuell) 상에서 정제한 다음 TE에 보관한다.After centrifugation at 4000 × g and 4 ° C. for 5 min, the supernatant is precipitated with sodium acetate (3 M, pH 5.2) and isopropanol and then taken up in sterile TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.0). The extracted DNA is then purified on S400 molecular sieve column (Pharmacia) and Elutip d ion exchange columns (Schleicher and Schuell) according to the manufacturer's instructions and then stored in TE.
2. 벡터 pBluescript SK-내에서 토양으로부터 추출한 DNA 라이브러리의 작제2. Construction of DNA Library Extracted from Soil in Vector pBluescript SK-
벡터 pBluescript SK- 및 토양으로부터 추출된 DNA 각각을 효소 HindIII 및 BamHI(Roche)로, DNA 1 ㎍당 효소 10 단위의 비율로(37℃에서 2시간 동안 배양) 분해시킨다. 이어서, DNA를 T4 DNA 리가제(Roche)의 작용에 의해 밤새 15℃에서, DNA 300 ng당 1 효소 단위의 비율로(DNA 삽입체 약 200 ng 및 분해된 벡터 100 ng) 연결시킨다. 일렉트로컴피턴트 이.콜라이 세포, ElectroMAX DH10BTM(Gibco BRL)를 전기천공(25 μF, 200 및 500 Ω, 2.5 kV)(Biorad Gene Pulser)에 의해 연결 혼합물(2 ㎕)로 형질전환시킨다.DNA extracted from the vector pBluescript SK- and soil, respectively, is digested with enzymes HindIII and BamHI (Roche) at a rate of 10 units of enzyme per μg of DNA (incubated at 37 ° C. for 2 hours). The DNA is then linked at 15 ° C. overnight by the action of T4 DNA Ligase (Roche) at a rate of 1 enzyme unit per 300 ng of DNA (about 200 ng of DNA insert and 100 ng of degraded vector). Electrocompetent E. coli cells, ElectroMAX DH10B ™ (Gibco BRL), are transformed into ligation mixture (2 μl) by electroporation (25 μF, 200 and 500 μs, 2.5 kV) (Biorad Gene Pulser).
LB 배지에서 1시간 배양 후, 형질전환 세포를 희석시켜 디쉬당 약 100 콜로니를 수득한 다음, 앰피실린(100 mg/l), γ-HCH(500 mg/l), X-gal(5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-α-D-갈락토사이드, 60 mg/l), 및 IPTG(이소프로필티오-β-D-갈락토사이드, 40 mg/l)를 보충한 LB 배지(10 g/l 트립톤, 5 g/l 효모 추출액, 5 g/l NaCl)에 플레이팅하고 37℃에서 밤새 배양한다. γ-헥사클로로사이클로헥산(Merck-Schuchardt)가 물에 불용성이므로, 50 g/l 용액을 DMSO(디메틸 설폭사이드)(Sigma)에서 제조한다.After 1 hour incubation in LB medium, the transformed cells were diluted to yield about 100 colonies per dish, followed by ampicillin (100 mg / l), γ-HCH (500 mg / l), and X-gal (5-bro). LB medium supplemented with parent-4-chloro-3-indolyl-α-D-galactoside, 60 mg / l), and IPTG (isopropylthio-β-D-galactoside, 40 mg / l) (10 g / l tryptone, 5 g / l yeast extract, 5 g / l NaCl) and incubate overnight at 37 ° C. Since γ-hexachlorocyclohexane (Merck-Schuchardt) is insoluble in water, a 50 g / l solution is prepared in DMSO (dimethyl sulfoxide) (Sigma).
10,000 클론의 라이브러리가 수득된다.A library of 10,000 clones is obtained.
3. linA 유전자의 클로닝 및 발현3. Cloning and Expression of linA Gene
콜로니 주변의 린데인 분해 헤일로(배양 배지에서 린데인의 침전)의 가시화로 라이브러리의 스크리닝을 수행한다. 스크리닝된 10,000 클론 중에서 35개가 린데인 분해 활성을 보였다. 이들 클론내 linA 유전자의 존재는 Thomas 등(1996)에 의해 기술된 특정 프라이머의 도움하에 PCR로 확인되었다. 삽입체 및 증폭 산물에 대해 수행된 분해는 스크리닝된 모든 클론과 참조 대조군 R. 린다니클래스티쿠스간의 동일한 프로필을 보여주었다. linA 유전자를 운반하는 클론은 또한 동일한 크기의 삽입체를 가졌다(약 4 kb).Screening of the library is performed by visualization of the Lindane digestion halo (precipitation of Lindane in the culture medium) around the colonies. Of the 10,000 clones screened, 35 showed Lindane degrading activity. The presence of the linA gene in these clones was confirmed by PCR with the help of specific primers described by Thomas et al. (1996). The degradation performed on the inserts and amplification products showed the same profile between all screened clones and the reference control R. lindaniclassicus. Clones carrying the linA gene also had inserts of the same size (about 4 kb).
따라서, 토양 DNA가 이종 숙주: 이.콜라이에서 클로닝되고 발현될 수 있으며, 배양이 곤란한 미생물총에서 유래한 유전자가 발현될 수 있음이 증명되었다. 토양으로부터 추출한 DNA를 Sau3AI과 같은 제한효소로 부분 분해하여 제조한 라이브러리가 또한 구상될 수 있다.Thus, it has been demonstrated that soil DNA can be cloned and expressed in heterologous hosts: E. coli and genes derived from microbial flora that are difficult to culture. Libraries prepared by partially digesting DNA extracted from soil with restriction enzymes such as Sau3AI can also be envisioned.
실시예 3:Example 3:
간접 DNA 추출 단계를 포함하는, 토양 샘플로부터 핵산 컬렉션의 제조방법A method of making a nucleic acid collection from a soil sample, comprising an indirect DNA extraction step
1. 재료 및 방법1. Materials and Methods
1.1 토양의 박테리아 분획 추출1.1 Extraction of Bacterial Fractions from Soil
토양 5 g을 각각의 분쇄 사이에 얼음에서 냉각하면서, 3 x 1 분간 Waring Blender에서 분쇄함으로써, 50 ml의 멸균 0.8% NaCl에 분산시킨다. 이어서, Nycodenz(Nycomed Pharma AS, 노르웨이 오슬로 소재)의 밀도 쿠션 상에서 원심분리에 의해 토양 입자로부터 박테리아 세포를 분리시킨다. 원심분리 튜브에서, 1.3 g.ml-1의 밀도를 갖는 Nycodenz 용액 11.6 ml(멸균수 10 ml 중에 현탁된 Nycodenz 8 g)를 앞서 수득된 토양 현탁액 25 ml 아래에 둔다. 스윙-아웃 버킷이 달린 로토(TST 28.38 로토, Kontron)에서 40분간 4℃에서 원심분리한 후, 수성상과 Nycodenz상 사이의 경계면에 위치된 세포 링을 취하여, 멸균수 25 ml에서 세척한 다음 10,000 x g에서 20분간 원심분리시킨다. 이어서, 세포 펠릿을 10 mM 트리스; 100 mMn EDTA pH 8.0 용액에 취한다.5 g of soil are dispersed in 50 ml of sterile 0.8% NaCl by grinding in Waring Blender for 3 x 1 min, cooling on ice between each grinding. The bacterial cells are then separated from the soil particles by centrifugation on a density cushion of Nycodenz (Nycomed Pharma AS, Oslo, Norway). In a centrifuge tube, 11.6 ml (8 g of Nycodenz suspended in 10 ml of sterile water) with a density of 1.3 g · ml −1 are placed below 25 ml of the soil suspension obtained previously. Centrifuge for 40 min at 4 ° C in Roto (TST 28.38 Roto, Kontron) with a swing-out bucket, take a cell ring located at the interface between the aqueous and Nycodenz phases, wash in 25 ml of sterile water and then 10,000 Centrifuge at xg for 20 minutes. Cell pellets were then 10 mM Tris; Taken in 100 mMn EDTA pH 8.0 solution.
Waring Blender에서 토양의 분산에 앞서, 효모 추출액 용액내 토양의 농축단계를 포함시켜 특히 토양 박테리아 포자의 발아를 허용시킬 수 있다. 따라서 토양 5 g을 0.8% NaCl-6% 효모 추출액의 멸균 용액 50 ml에서 30분간 40℃에서 배양시킨다. 효모 추출액을 10분간 5000 rpm에서 원심분리로 제거하여 분쇄하는 동안 발포 형성을 피한다.Prior to soil dispersion in Waring Blender, a step of concentrating the soil in the yeast extract solution may be included to allow the germination of soil bacterial spores in particular. Therefore, 5 g of soil is incubated in 50 ml of sterile solution of 0.8% NaCl-6% yeast extract at 40 ° C. for 30 minutes. Yeast extract is removed by centrifugation at 5000 rpm for 10 minutes to avoid foam formation during grinding.
1.2 토양 박테리아 세포의 용해1.2 Solubility of Soil Bacteria Cells
-액체 배지에서 세포의 용해 및 세슘 클로라이드 구배에서 정제 Lysis of cells in liquid medium and purification in cesium chloride gradient
세포를 라이소자임 5 mg.ml-1및 아크로모펩티다제 0.5 mg.ml-1를 함유하는 10 mM 트리스, 100 mM EDTA, pH 8.0 용액 중 37℃에서 1시간 동안 용해시킨다. 이어서, 라우릴 사코실(최종 1%)과 프로테이나제 K(2 mg.ml-1)의 용액을 가하고 30분간 37℃에서 배양시킨다. 이어서, DNA 용액을 Kontron 65.13 로토상 35,000 rpm에서 36시간 동안 원심분리에 의해 세슘 클로라이드의 밀도 구배상에서 정제한다. 사용된 세슘 클로라이드 구배는 굴절율이 1.3860인 CsCl 1 g/ml의 구배이다(Sambrook et al., 1989).Cells are lysed for 1 hour at 37 ° C. in 10 mM Tris, 100 mM EDTA, pH 8.0 solution containing 5 mg.ml −1 of lysozyme and 0.5 mg.ml −1 of acromopeptidase. Then a solution of lauryl sacosyl (final 1%) and proteinase K (2 mg.ml- 1 ) is added and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. The DNA solution is then purified on a density gradient of cesium chloride by centrifugation for 36 hours at 35,000 rpm on a Kontron 65.13 rotophase. The cesium chloride gradient used is a gradient of 1 g / ml CsCl with a refractive index of 1.3860 (Sambrook et al., 1989).
-아가로스 블록내 봉입 후 세포의 용해 Lysis of cells after inclusion in agarose block
세포를 융점이 낮은 1.5%(중량/용적) Seaplaque(Agarose Seaplaque FMC Products. 프랑스 르 페레이 앙 이블린 테뷔 소재)를 함유하는 아가로스 등용적과 혼합한 다음 100 ㎕ 블록에 주입한다. 이어서 블록을 용해 용액: 250 mM EDTA, 10.3% 슈크로스, 5 mg.ml-1라이소자임 및 0.5 mg.ml-1아크로모펩티다제 중 37℃에서 3시간 동안 배양한다. 이어서, 블록을 10 mM 트리스-500 mM EDTA 용액에서 세척하고 1 mg.ml-1의 프로테이나제 K 및 1% 라우릴 사코실을 함유하는 500 mM EDTA 중 37℃에서 밤새 배양시킨다. 트리스-EDTA에서 수차례 세척한 후, 블록을 500 mM EDTA에 보관한다.Cells are mixed with agarose isovolume containing 1.5% (weight / volume) Seaplaque (Agarose Seaplaque FMC Products. Blocks are then incubated for 3 hours at 37 ° C. in lysis solution: 250 mM EDTA, 10.3% sucrose, 5 mg.ml −1 lysozyme and 0.5 mg.ml −1 acromopeptidase. The block is then washed in 10 mM Tris-500 mM EDTA solution and incubated overnight at 37 ° C. in 500 mM EDTA containing 1 mg.ml −1 proteinase K and 1% lauryl sacosyl. After several washings in Tris-EDTA, the blocks are stored in 500 mM EDTA.
이렇게 추출된 DNA의 양을 펄스-필드 전기영동으로 검토한다.The amount of DNA thus extracted is examined by pulse-field electrophoresis.
추출된 DNA의 양은 송아지 흉선 DNA의 검량 범위에 대해 전기영동 겔 상에서 평가된다.The amount of DNA extracted is assessed on an electrophoretic gel for the calibration range of calf thymus DNA.
1.3 토양으로부터 추출된 DNA의 분자적 특징규명1.3 Molecular Characterization of DNA Extracted from Soil
토양으로부터 추출된 DNA를 PCR 하이브리드화로 특징규명하며, 이러한 방법은 제 1 단계에서 16S rRNA 유전자의 보편적으로 보존된 영역에 위치한 프라이머를 사용하는 DNA 증폭, 및 이어서 증폭된 DNA를 특이성을 알고 있는 상이한 올리고뉴클레오타이드 탐침(표 4)과 하이브리드화시키는 것으로 이루어진다(게놈 DNA의 외부 검량 범위에 대한 하이브리드화 시그널의 강도를 정량하는 것이 목적임).DNA extracted from soil is characterized by PCR hybridization, which method involves amplification of DNA using primers located in a universally conserved region of the 16S rRNA gene in the first step, followed by different oligos of known specificity for the amplified DNA. And hybridization with the nucleotide probe (Table 4) (to quantify the strength of the hybridization signal against the external calibration range of the genomic DNA).
토양으로부터 추출된 DNA 및 순수한 배양균으로부터 추출된 게놈 DNA를 표준 PCR 증폭 조건하에서 프라이머 FGPS 612-669(표 1)로 증폭시킨다. 이어서, 증폭산물을 나일론 멤브레인(GeneScreen Plus, Life Science Products) 상에 침착된 등용적의 1N NaOH로 변성시키고 T4 폴리뉴클레오타이드 키나제의 작용에 의해 말단에 g32P ATP로 표지한 올리고뉴클레오타이드 탐침과 하이브리드화시킨다. 6 ml의 SSC 20X, 1 ml의 덴하르트 용액, 1 ml의 10% SDS 및 5 mg의 이종 연어 정충 DNA를 함유하는 20 ml의 용액에서 멤브레인을 예비하이브리드화한 후, 하이브리드화를 탐침에의해 규정된 온도에서 밤새 수행한다. 멤브레인을 실온에서 5분간 SSC 2X에서 2회, 이어서 SSC 2X 0.1% SDS에서 1회 및 SSC 1X, 0.1% SDS에서 2회 하이브리드화 온도에서 30분간 세척한다. 하이브리드화 시그널은 Molecular Analyst 소프트웨어(Biorad, 프랑스 이브리 쉬르 세느 소재)를 사용하여 정량되며 DNA의 양은 게놈 DNA로부터 수득된 검량선의 보간법에 의해 평가된다.DNA extracted from soil and genomic DNA extracted from pure cultures are amplified with primers FGPS 612-669 (Table 1) under standard PCR amplification conditions. The amplification product is then denatured with an equal volume of 1N NaOH deposited on a nylon membrane (GeneScreen Plus, Life Science Products) and hybridized with an oligonucleotide probe labeled g 32 P ATP at the end by the action of T4 polynucleotide kinase. . After preliminary hybridization of the membrane in 20 ml of solution containing 6 ml of SSC 20X, 1 ml of Denhardt solution, 1 ml of 10% SDS and 5 mg of heterologous salmon sperm DNA, hybridization was defined by the probe. Overnight at elevated temperature. Membranes are washed for 30 minutes at SSC 2X twice for 5 minutes at room temperature, then once in SSC 2X 0.1% SDS and twice in SSC 1X, 0.1% SDS for 30 minutes. Hybridization signals are quantified using Molecular Analyst software (Biorad, Ibri sur Seine, France) and the amount of DNA is assessed by interpolation of calibration curves obtained from genomic DNA.
2. 결과 및 토의2. Results and discussion
2.1 토양 박테리아 분획의 추출과 용해2.1 Extraction and Dissolution of Soil Bacterial Fractions
DNA 추출에 앞서, 토양 입자로부터의 미생물 세포 분리는 토양내 DNA의 직접 추출법에 비해 다수의 장점을 지닌 대안이다. 구체적으로, 미생물 분획의 추출은 DNA 추출물을 토양에 자유로이 존재하는 세포외 DNA로 또는 진핵생물 기원의 DNA로의 오염을 제한한다. 무엇보다도, 토양의 미생물 분획으로부터 추출된 DNA는 직접 용해로 추출된 DNA보다 크기가 길고 보존성이 좋은 단편을 갖는다(Jacobson and Rasmussen (1992)). 더욱이, 토양 입자의 분리는 DNA 추출물이 휴민산 및 페놀 화합물로 오염되는 것을 피할 수 있게 하며, 오염될 경우 이들 화합물은 클로닝 효능을 심각하게 손상시킬 수 있다.Prior to DNA extraction, microbial cell separation from soil particles is an alternative with a number of advantages over direct extraction of DNA in soil. Specifically, the extraction of the microbial fraction limits the contamination of the DNA extract with extracellular DNA that is freely present in the soil or with DNA of eukaryotic origin. First of all, DNA extracted from microbial fractions of soils has fragments that are longer in size and better conserved than those extracted by direct lysis (Jacobson and Rasmussen (1992)). Moreover, the separation of soil particles makes it possible to avoid contaminating DNA extracts with humic acid and phenolic compounds, which, if contaminated, can seriously impair cloning efficacy.
토양으로부터 세포 추출을 위한 결정 요인인 단계 중 하나는 토양 입자의 응집체 표면에 또는 내부에 부착하는 세포를 해리시키기 위한 토양 샘플의 분산이다. 각각 1분간 분쇄의 3회 연속 사이클은 1분 30초간 분쇄하는 단일 사이클과 비교하여, 더 양호한 세포 추출 효능과 더 다량의 회수된 DNA를 수득할 수 있게 한다.One of the determining factors for cell extraction from soil is the dispersion of soil samples to dissociate cells that adhere to or within aggregate surfaces of soil particles. Three consecutive cycles of crushing for 1 minute each make it possible to obtain better cell extraction efficacy and higher recovered DNA compared to a single cycle of crushing for 1 minute 30 seconds.
표 5는 Nycodenz 구배, 전체 생존 미생물총(아크리딘 오렌지로 염색 후 현미경으로 카운팅), 전체 배양 가능한 미생물총(고형분 10% 트립티카제-Soja 배지에서 카운팅), 및 HV 아가 배지상에서 배양 가능한 액티노마이시트 미생물총(포자의 발아를 일으키도록 6% 효모 추출물-0.05% SDS의 용액 중 40℃에서 배양 후)상에서 원심분리 후 수득한 추출 효능을 보고한다. 더욱이, 추출된 DNA는 세포를 (세슘 클로라이드 구배상에서의 정제 없이) 액체 배지에 용해시킨 후 또는 (β-아가라제로 아가로스를 분해시킨 후) 아가로스 블록에 포함된 세포를 용해시킨 후 정량된다.Table 5 shows Nycodenz gradient, total viable microflora (stained with acridine orange and counted under microscope), total cultivable microflora (counted in solid 10% trypticase-Soja medium), and cultureable solution on HV agar medium Report the extraction efficacy obtained after centrifugation on tinomysheet microbiota (after incubation at 40 ° C. in a solution of 6% yeast extract-0.05% SDS to cause germination of spores). Furthermore, the extracted DNA is quantified after lysing the cells in liquid medium (without purification on the cesium chloride gradient) or after lysing the cells contained in the agarose block (after digesting agarose with β-agarase). .
결과는 땅에서 나는 전체 미생물총의 14% 이상이 이러한 방법에 의해 회수되고(즉, 토양 그램당 2 x 108세포) 배양 가능한 전체 미생물총이 전체 미생물 집단의 겨우 2%에 지나지 않음을 보여준다.The results show that more than 14% of the total microbiota on land is recovered by this method (ie 2 x 10 8 cells per gram of soil) and that only 2% of the total microbial population can be cultured.
더욱이, 세포로부터 추출된 DNA의 양은 건조 토양 그램당 330 ng이다. 토양 미생물 세포당 DNA 함량이 1.6 내지 2.4 fg인 것으로 평가되고, 추출된 세포량이 주어지면(토양 그램당 2 x 108세포), 거의 모든 세포가 용해되고 이러한 용해가 본 연구에 주요 바이어스를 두지 않는다고 평가될 수 있다.Moreover, the amount of DNA extracted from the cells is 330 ng per gram of dry soil. Given that the DNA content per soil microbial cell is estimated to be 1.6 to 2.4 fg, and given the amount of extracted cells (2 x 10 8 cells per gram of soil), almost all cells are lysed and this lysis is not a major bias in this study. Can be evaluated.
펄스처리된-필드 전기영동은 Nycodenz 및 CsCl 구배 후 추출된 토양으로부터의 DNA가 크기에 있어 150 kb까지일 수 있고 아가로스 블록 용해는 600 kb 이상의 단편이 추출되도록 함을 보여준다.Pulsed-field electrophoresis shows that DNA from soil extracted after Nycodenz and CsCl gradients can be up to 150 kb in size and agarose block lysis allows for fragments of 600 kb or more to be extracted.
이러한 결과는 직접 DNA 추출법에 대한 대안으로서, 환경 DNA 라이브러리의 작제를 위한 배양균과 무관한 이러한 연구의 이점을 확인시켜 준다.These results confirm the benefit of this study, which is independent of cultures for the construction of environmental DNA libraries as an alternative to direct DNA extraction.
2.2 토양으로부터 추출한 DNA의 분자적 특징규명2.2 Molecular Characterization of DNA Extracted from Soil
토양으로부터 추출된 DNA의 분자량 특징규명의 목적은 DNA 추출물에 존재하는 각종 박테리아 분류군의 비율을 나타내는 프로필을 수득하는 것이다. 이는 또한, 토양에 존재하는 미생물 다양성의 직접 가시화의 부재시 직접 추출법과 비교하여, 토양의 세포 반응의 선행 분리에 의해 유도된 추출 바이어스를 아는 문제를 수반한다. 구체적으로는, 형태학적 구조(세포 직경, 사상형 또는 포자형성형)의 함수로서 Nycodenz 구배에 대한 세포 추출에 대해 적은 정보가 수집되었다.The purpose of characterizing the molecular weight of DNA extracted from soil is to obtain a profile indicating the proportion of various bacterial taxa present in the DNA extract. This also involves the problem of knowing the extraction bias induced by the prior separation of the cellular responses of the soil, compared to the direct extraction method in the absence of direct visualization of the microbial diversity present in the soil. Specifically, little information has been collected about cell extraction for the Nycodenz gradient as a function of morphological structure (cell diameter, filamentous or spore-formed).
지금까지의 방법은 하기의 방법에 기초하였다:The method so far is based on the following method:
- 환경으로부터 추출한 DNA에 직접 적용된, 상이한 박테리아 그룹에 특이적인 올리고뉴클레오타이드 탐침을 사용하는 정량 하이브리드화. 유감스럽게도, 이러한 방법은 매우 민감하지 않으며 낮은 풍부성으로 존재하는 분류군 또는 속의 검출을 허용하지 않는다(Amann(1995)).Quantitative hybridization using oligonucleotide probes specific for different groups of bacteria, applied directly to DNA extracted from the environment. Unfortunately, this method is not very sensitive and does not allow detection of taxa or genus that are present in low abundance (Amann (1995)).
- MPN-PCR(Most Probable Number)(Sykes et al., (1992))와 같은 정량 PCR 또는 경쟁적 정량 PCR(Diviacco et al., (1993)). 이러한 방법의 각각의 결점은 (i)수많은 희석과 반복에 기인한 수고로움, 이에 따라 기술이 다수의 샘플 또는 프라이머 쌍에 부적합해짐, 및 (ii)표적 DNA에 특이적이고 경쟁시 바이어스를 유도하지 않는 경쟁물질의 작제 필요성이다.Quantitative PCR or competitive quantitative PCR (Diviacco et al., (1993)) such as Most Probable Number (MPN-PCR) (Sykes et al., (1992)). Each drawback of these methods is: (i) effort due to numerous dilutions and repetitions, thus making the technique unsuitable for multiple sample or primer pairs, and (ii) specific to target DNA and not competing for bias. It is a necessity to construct competitive materials.
본 발명에 따라 도입된 방법은 16S rDNA 서열 내측에서 700 bp 단편을 보편적으로 증폭하고, 이러한 증폭물을 가변적 특이성(계, 목, 아강 또는 속에 대하여)의 올리고뉴클레오타이드 탐침과 하이브리드화시키며 샘플의 하이브리드화 강도를외부 검량 범위에 대해 비교하는 단계로 구성된다. 하이브리드화 전의 증폭은 비교적 드문 미생물 속이나 종을 정량할 수 있게 한다. 또한, 유니버셜 프라이머에 의한 증폭은 하이브리드화 동안, 광범위 시리즈의 올리고뉴클레오타이드 탐침 사용을 가능하게 해준다. 이는 잘 정의된 분류군에 대한 상이한 용해 방식(직접 또는 간접 추출)간의 비교를 허용한다.The method introduced according to the invention universally amplifies the 700 bp fragment inside the 16S rDNA sequence, hybridizes this amplification with an oligonucleotide probe of variable specificity (systemic, throat, subclass or genus) and hybridizes the sample. Comparing the intensity against an external calibration range. Amplification before hybridization allows the quantification of relatively rare microorganisms or species. In addition, amplification with universal primers allows the use of a broad series of oligonucleotide probes during hybridization. This allows a comparison between different dissolution modes (direct or indirect extraction) for well-defined taxa.
결과를 표 6에 대조하였다.The results are compared in Table 6.
이들은 두 추출방법(직접 및 간접)간에 유사한 프로필을 보여준다. 따라서, 땅에서 나는 미생물 분획의 선행 추출은 시험된 분류군 간에 어떠한 진정한 바이어스도 도입하지 않는다. 두 추출법간의 유일한 의미있는 차이는 간접 추출법에 의한 추출물내 γ-프로테오박테리아에 속하는 rDNA 서열의 더 큰 풍부성인 것으로 보인다.They show a similar profile between the two extraction methods (direct and indirect). Thus, prior extraction of land-borne microbial fractions does not introduce any true bias between the taxa tested. The only significant difference between the two extraction methods seems to be the greater abundance of rDNA sequences belonging to γ-proteobacteria in the extract by indirect extraction.
또한, 효모 추출물 용액에서 토양 샘플을 배양하는 상당한 효과가 포자형성 토양 집단(그램 양성, 낮은 %의 GC 및 액티노마이시트)에서 관찰된다. 이러한 단계는 포자의 발아를 불러오고, 첫째 이러한 유형의 세포의 더 양호한 회수를 허용하고, 둘째로 발아 세포에 대한 더 큰 용해 효능을 허용한다.In addition, significant effects of cultivating soil samples in yeast extract solutions are observed in spore forming soil populations (gram positive, low% GC and actinomycite). This step results in the germination of the spores, first allowing better recovery of this type of cell, and secondly allowing greater lysis efficacy for the germinating cells.
이러한 방법은 배양되고 통상적으로 토양에서 발견되는 미생물을 사용하여 정의된 주 분류군을 표적으로 한 반-정량적 분석을 허용한다. 유일한 분자적 도구는 다양한 분류군의 크기를 평가할 수 있게 하는데, 이유는 배양방법이 또한 제한적이고 사용되는 배지의 특이성에 좌우되기 때문이다.This method allows for semi-quantitative analysis targeting the main taxa defined using microorganisms cultured and commonly found in soil. The only molecular tool allows to assess the size of the various taxa because the culture method is also limited and depends on the specificity of the medium used.
결과는 미생물 집단의 대부분이 기술된 계통발생 그룹에서 나타나지 않음을보여주며, 따라서 지금까지는 배양되지 않았거나, 배양할 수 없는 미생물로 이루어진 신그룹의 존재를 입증한다.The results show that most of the microbial population does not appear in the described phylogenetic group, thus demonstrating the existence of a new group of microorganisms that have not been or have not been cultured to date.
따라서, 신규 탐침은 DNA 추출물의 조성의 더욱 정확한 이미지를 수득하기 위하여 토양으로부터 추출된 DNA(비-배양 미생물로 구성된 새로운 문, Ludwig et al. (1997))로 출발하는 주어진 서열을 사용하여 정의될 수 있다.Thus, new probes may be defined using a given sequence starting with DNA extracted from soil (new door consisting of non-cultured microorganisms, Ludwig et al. (1997)) to obtain a more accurate image of the composition of the DNA extract. Can be.
실시예 4: - 코스미드 POS7001의 작제Example 4: Construction of Cosmid POS7001
POS7001의 특징:POS7001 features:
이.콜라이에서 복제성Replication in E. coli
스트렙토마이시즈에서 통합성Integration in Streptomyces
이.콜라이 AmpR, HygroR 및 스트렙토마이시즈 HygroR에서 선택성Selectivity in E. coli AmpR, HygroR and Streptomyces HygroR
코스미드의 성질은 30 내지 40 kg의 대형 DNA 단편을 삽입시킬 수 있게 한다.The nature of the cosmids makes it possible to insert large DNA fragments of 30 to 40 kg.
이는this is
1 - 스트렙토마이시즈 리비단스의 유도성 프로모터 tipA1-Inducible promoter tipA of Streptomyces lividans
2 - 요소 pSAM2에 특이적인 통합 시스템Integrated system specific for 2-element pSAM2
3 - 하이그로마이신 내성 유전자3-hygromycin resistance gene
4 - pWED15로부터 유도된 코스미드 pWED14-cosmid pWED1 derived from pWED15
1) - S. 리비단스의 A 유전자의 유도성 프로모터1)-inducible promoter of the A gene of S. libidans
tipA 유전자는 전사가 항생물질 티오스트렙톤 또는 노시헵타이드에 의해 유도되는 19 KD 단백질이다. tipA는 잘 조절된다: 대수기 및 정지기에서유도(200X)(Murakami T, Holt TG, Thompson CJ., J. Bacteriol 1989; 171: 1459-66).The tipA gene is a 19 KD protein whose transcription is induced by antibiotic thiostrepton or nociheptide. tipA is well regulated: induction (200X) in logarithm and stationary phase (Murakami T, Holt TG, Thompson CJ., J. Bacteriol 1989; 171: 1459-66).
2) - 하이그로마이신- 내성 유전자2) -hygromycin-resistant gene
- 하이그로마이신: S. 하이그로스코피쿠스에 의해 생성된 항생물질Hygromycin: an antibiotic produced by S. hygroscopicus
- 내성 유전자는 포스포트랜스퍼라제(hph)를 암호화한다.The resistance gene encodes phosphotransferase (hph).
- 사용된 유전자는 Blondelet 등에 의해 작제된 카세트로부터 기원하며, 여기에서 hyg 유전자는 자신의 프로모터 및 IPTG-유도성 plac 프로모터의 통제하에 있다(Blondelet-Rouault et al.; Gene 1997; 190: 315-7).The gene used is derived from a cassette constructed by Blondelet et al. Wherein the hyg gene is under the control of its promoter and IPTG-induced plac promoter (Blondelet-Rouault et al .; Gene 1997; 190: 315-7 ).
3) - 부위-특이성 통합 시스템3)-site-specific integration system
요소 pSAM2는 부위-특이성 통합 메커니즘에 의해 염색체 중으로 통합된다. 플라스미드(attP)와 염색체(attB) 상에 존재하는 두 개의 동일한 58 bp 서열간에 재조합이 일어난다.Element pSAM2 is integrated into the chromosome by site-specific integration mechanisms. Recombination occurs between two identical 58 bp sequences present on plasmid (attP) and chromosome (attB).
attP 부위에 인접하여 위치한 int 유전자는 pSAM2의 부위-특이적 통합에 관여하고, 이의 산물은 엔테로박테리아의 용원 박테리오파지의 인티그라제와 유사성을 갖는다. attP 부착 부위 및 int 유전자만을 함유하는 pSAM2 단편이 완전한 요소로서 동일한 방식으로 통합될 수 있음이 입증되었다(프랑스 특허 No. 88 06638(1988년 5월 18일) 및 Raynal et al., Mol. Microbiol. 1998 28:333-42).The int gene, located adjacent to the attP site, is involved in site-specific integration of pSAM2, the product of which is similar to the integrase of the yong bacteriophage of enterobacteria. It has been demonstrated that pSAM2 fragments containing only the attP attachment site and the int gene can be integrated in the same way as complete elements (French Patent No. 88 06638 (May 18, 1988) and Raynal et al., Mol.Microbiol. 1998 28: 333-42).
4)- 코스미드 pOS7001의 작제4)-Construction of cosmid pOS7001
단계 1/ 프로모터 TipA를 700-염기쌍 HindIII-BamHI 단편상에 플라스미드 pPM927(Smokvina et al., Gene 1990; 94:53-9)로부터 분리하고 HindIII/BamHI으로분해한 벡터 pUC18(Yannish-Perron et al., 1985) 중으로 클로닝한다. Step 1 / Promoter TipA was isolated from plasmid pPM927 (Smokvina et al., Gene 1990; 94: 53-9) on a 700-base pair HindIII-BamHI fragment and digested with HindIII / BamHI vector pUC18 (Yannish-Perron et al. , 1985).
단계 2/ 이 HindIII-BamHI 단편을 pUC18 내지 pUC19(Yannish-Perron et al., 1985)로부터 후속적으로 전달시킨다. Step 2 / This HindIII-BamHI fragment is subsequently delivered from pUC18 to pUC19 (Yannish-Perron et al., 1985).
단계 3/ pSAM2의 int 유전자 및 attP 부위를 운반하는 1500-염기쌍 BamHI-BamHI 삽입체를 pOSint1으로부터 분리하고, 도 8에 나타내었으며(Raynal A et al., Mol Microbiol 1998 28: 333-42) 선행 벡터(pUC19/TipA)의 BamHI 부위에, int 유전자가 프로모터 TipA의 조절하에 놓이도록 하는 배향으로 클로닝시킨다. Step 3 / 1500-base pair BamHI-BamHI inserts carrying the int gene and attP site of pSAM2 were isolated from pOSint1 and shown in FIG. 8 (Raynal A et al., Mol Microbiol 1998 28: 333-42). The BamHI site of (pUC19 / TipA) is cloned in an orientation so that the int gene is placed under the control of promoter TipA.
단계 4/ int 유전자의 5′사이드상에 위치한 BamHI 부위는 BamHI으로 부분 분해한 다음 클레나우 효소로 처리하여 결실시킨다. 이렇게 하여 TipA-int-attP를 운반하는 HindIII-BamHI 단편을 pUC19로부터 분리시켜 pBR322 HindIII/BamHI 중으로 전달시킨다. Step 4 The BamHI site located on the 5 ′ side of the / int gene is partially digested with BamHI and then deleted by treatment with Klenow enzyme. Thus the HindIII-BamHI fragment carrying TipA-int-attP was isolated from pUC19 and transferred into pBR322 HindIII / BamHI.
단계 5/ HindIII-HindIII 단편상 pHP45Ωhyg(Blondelet-Rouault et al., 1997)로부터 분리된 하이그로마이신 카세트를 프로모터 TipA의 상류에 위치한 HindIII 부위 중으로 클로닝시킨다. Step 5 / HindIII-HindIII Fragment The hygromycin cassette isolated from pHP45Ωhyg (Blondelet-Rouault et al., 1997) is cloned into the HindIII site located upstream of promoter TipA.
단계 6/ ΩHyg 카세트와 프로모터 TipA 사이에 위치한 HindIII 부위를 부분 HindIII 분해 후 클레나우 처리로 결실시킨다. Step 6 / Ω HindIII site located between the Heyg cassette and promoter TipA is deleted by Klenow treatment after partial HindIII digestion.
단계 7/ 선행단계 후에 수득된 플라스미드는 클레나우 처리 후 코스미드 pWED1의 EcoRV 부위 중으로 클로닝되는, 모든 ΩHyg/TipA/int attP 요소를 운반하는 단일 HindIII-BamHI 단편을 분리시킬 수 있게 한다. 도 9에 나타낸 코스미드 pWED1는 네오마이신 유전자와 SV40 기원을 운반하는 Hpal-Hpal 단편의 결실에 의해도 10에 나타낸 코스미드 pWE15(Wahl GM, et at., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1987 84:2160-4)로부터 유도된다.The plasmid obtained after step 7 / previous step allows to isolate a single HindIII-BamHI fragment carrying all VIIIHyg / TipA / int attP elements, which are cloned into the EcoRV site of cosmid pWED1 after Clenau treatment. The cosmid pWED1 shown in FIG. 9 is the cosmid pWE15 (Wahl GM, et at., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1987) shown in FIG. 10 by deletion of the neomycin gene and the Hpal-Hpal fragment carrying SV40 origin. 84: 2160-4).
벡터 pOS 7001의 지도를 도 11에 나타내었다.A map of the vector pOS 7001 is shown in FIG. 11.
실시예 5: 스트렙토마이시즈에서 접합성이고 통합성인 코스미드, 벡터 pOSV 303, pOSV306 및 pOSV307의 작제Example 5 Construction of Conjugate and Integrative Cosmid, Vectors pOSV 303, pOSV306, and pOSV307 in Streptomyces
5.1 벡터 pOSV303의 작제5.1 Construction of the vector pOSV303
패키징이 30 kb보다 큰 클론을 선별한다고 가정하면, 클론의 10 내지 15%만이 삽입체를 함유하지 않고, 따라서 재조합체의 선별 시스템을 실제로 구축할 필요가 없으며, 이에 따라 더 작은 벡터도 작제 가능해진다.Assuming packaging selects clones larger than 30 kb, only 10-15% of the clones do not contain inserts, thus eliminating the need to actually build a screening system of recombinants, thus enabling smaller vectors to be constructed. .
작제:Construct:
단계 1: 벡터 pOSV001Step 1: Vector pOSV001
레플리콘 RK2의 전달 기원 OriT(Guiney et al., 1983)를 운반하는 800 염기쌍 PstI-PstI 단편을 PstI로 개방한 플라스미드 pUC19 중으로 클로닝한다. 이러한 클로닝 단계는 접합에 의해 이.콜라이로부터 스트렙토마이시즈로 전달가능한 벡터를 수득할 수 있게 한다.The 800 base pair PstI-PstI fragment carrying OriT (Guiney et al., 1983), the origin of delivery of replicon RK2, is cloned into plasmid pUC19 opened with PstI. This cloning step makes it possible to obtain vectors transferable from E. coli to streptomyces by conjugation.
벡터 pOSV 001의 지도는 도 17에 나타내었다.A map of the vector pOSV 001 is shown in FIG. 17.
단계 2: 벡터 pOSV002Step 2: Vector pOSV002
스트렙토마이시즈에서 선별가능한 하이그로마이신 마커(Ωhyg 카세트)를 삽입시키면, 하이그로마이신 내성 유전자가 최종적으로 전달되어, 토양 DNA 삽입체에 의한 BAC의 완전한 전달을 보장할 수 있게 한다.Insertion of a selectable hygromycin marker (Ωhyg cassette) in Streptomyces finally delivers the hygromycin resistance gene to ensure complete delivery of BAC by soil DNA inserts.
하이그로마이신 내성 유전자를 운반하는 HindIII-HindII 단편 상에 pHP45Ωhyg로 분리된 하이그로마이신 카세트를 클로닝한다. 이러한 단편을 벡터 pSOV001의 PstI 부위(위치 201)에 클로닝한다. 전달 방향이 주어지면, 이 PstI 부위는, Hygro 마커가 접합 동안 마지막에 전달되도록 선택된다. PstI 및 HindIII 말단은 DNA 폴리머라제의 클레나우 단편 처리 후 상용성으로 만들어, "평활 말단"이 생성되게 한다. Ωhyg 단편의 배향은 작제 말미에 결정된다.The hygromycin cassette isolated at pHP45Phyg is cloned on the HindIII-HindII fragment carrying the hygromycin resistance gene. This fragment is cloned into the PstI site (position 201) of the vector pSOV001. Given the direction of delivery, this PstI site is chosen such that the Hygro marker is delivered last during conjugation. PstI and HindIII ends are made compatible after treatment with Klenow fragments of DNA polymerase, resulting in "smooth ends". The orientation of the hyg fragment is determined at the end of the construct.
벡터 pOSV002의 지도는 도 18에 나타내었다.A map of the vector pOSV002 is shown in FIG. 18.
단계 3: 벡터 pOSV010Step 3: Vector pOSV010
플라스미드 pOSV02로부터 분리되고 하이그로마이신 내성 마커와 전달 기원을 함유하는 Xbal-HindIII 단편을 Xbal 및 HindIII로 분해시킨 플라스미드 pOSint1에 클로닝시킨다. 부위의 배향은 하이그로마이신 마커가 항상 마지막에 전달되게 하는 배향이다.Xbal-HindIII fragments isolated from plasmid pOSV02 and containing hygromycin resistance markers and delivery origin are cloned into plasmid pOSint1 digested with Xbal and HindIII. The orientation of the site is the orientation that ensures that hygromycin markers are always delivered last.
도 8에 나타낸 플라스미드 pOSint1은 Raynal et at.(Raynal A et al., Mol. Microbiol. 1998 28: 333-42)의 논문에 설명되어 있다.The plasmid pOSint1 shown in FIG. 8 is described in the paper by Raynal et at. (Raynal A et al., Mol. Microbiol. 1998 28: 333-42).
이러한 작제물은 이.콜라이와 스트렙토마이시즈에서 인티그라제의 발현을 허용한다.Such constructs allow expression of integrase in E. coli and Streptomyces.
단계 4: "cos" 부위의 삽입Step 4: Insert the "cos" site
원리는 "cos" 부위를 플라스미드 pOSV010에 삽입시키는 것이며, 이에 따라 도 12에 나타낸 플라스미드 pOSV010 중으로 패키징된다.The principle is to insert the "cos" site into plasmid pOSV010, which is thus packaged into plasmid pOSV010 shown in FIG.
"cos" 단편의 생성은 도 13에 나타내었다.Generation of the "cos" fragment is shown in FIG. 13.
이 단편은 PCR에 의해 수득된다. λ(박테리오파지 람다 또는 코스미드 pHC79)의 점착성 말단(cos)을 운반하는 단편을 출발물질로 하여, cos 부위에 대해 서열 -50/+130에 상응하는 올리고뉴클레오타이드를 사용하여 PCR 증폭을 수행한다. 이러한 올리고뉴클레오타이드는 또한 "평활 말단" 수득을 위한 부위인, Nsil 클로닝 부위, Pstl 상용성, XhoI 부위, SalI 상용성, 및 EcoRV 부위를 함유한다.This fragment is obtained by PCR. PCR amplification is carried out using oligonucleotides corresponding to the sequence -50 / + 130 for the cos site, with the fragment carrying the cohesive end of λ (bacteriophage lambda or cosmid pHC79) as a starting material. Such oligonucleotides also contain Nsil cloning sites, Pstl compatibility, XhoI sites, SalI compatibility, and EcoRV sites, which are sites for obtaining "smooth ends".
드문 SwaI 및 PacI 부위의 첨가는 클로닝된 삽입체를 분리 및/또는 지도 작성 가능하게 한다.The addition of rare SwaI and PacI sites makes it possible to isolate and / or map cloned inserts.
PCR 단편은 5′말단에서 PstI 부위에 의해 및 3′말단에서 HincII 부위에 의해 경계가 정해지며, 이에 따라 효소 Nsil과 EcoRV로 예비분해된 벡터 pOSV010(도 12) 중으로의 클로닝이 허용되어, laclq 리프레서의 결실이 일어나게 된다.PCR fragments are bounded by the PstI site at the 5 'end and by the HincII site at the 3' end, thereby allowing cloning into the vector pOSV010 (Figure 12), pre-digested with the enzymes Nsil and EcoRV, thereby allowing laclq repress. The fruit of the book will come about.
벡터 pOSV303의 지도를 도 14에 나타내었다. 벡터 pOSV303은 "평활 말단" 수득을 위한 Nsil 부위, PstI 상용성, XhoI 부위, SalI 상용성 또는 EcoRV 부위와 같은 클로닝 부위를 함유한다.A map of the vector pOSV303 is shown in FIG. 14. The vector pOSV303 contains a cloning site such as an Nsil site, PstI compatibility, XhoI site, SalI compatibility or EcoRV site for obtaining “smooth ends”.
5.2 벡터 pOSV306의 작제5.2 Construction of the vector pOSV306
단계 1: 벡터 pOSV308의 작제Step 1: Construction of the Vector pOSV308
벡터 pOSV308을 도 27에 도해된 과정에 따라 작제한다. Hohm B와 Collins(1980)에 의해 기술된 코스미드 벡터 pHc79로부터의 서열번호 107 및 서열번호 108 서열의 프라이머 쌍을 사용하여 cos 영역을 함유하는 643-bp 단편을 증폭시킨다.The vector pOSV308 is constructed according to the process illustrated in FIG. 27. Primer pairs of SEQ ID NO: 107 and SEQ ID NO: 108 sequences from cosmid vector pHc79 described by Hohm B and Collins (1980) are used to amplify the 643-bp fragment containing the cos region.
이러한 증폭된 뉴클레오타이드 단편을 도 27에 도해된 바와 같이 Promega사가 판매하는 pGEMT-이지 벡터 중으로 직접 클로닝시켜 벡터 pOSV306을 생성시킨다.This amplified nucleotide fragment is directly cloned into a pGEMT-easy vector sold by Promega as illustrated in FIG. 27 to generate vector pOSV306.
단계 2: 벡터 pOSV306의 작제Step 2: Construction of the vector pOSV306
벡터 pOSV010를 본 실시예의 단락 5.1에 기술된 바와 같이, 벡터 pOSV303 작제의 단계 3에서 기술한 바와 같이 작제한다.The vector pOSV010 is constructed as described in step 3 of constructing the vector pOSV303, as described in paragraph 5.1 of this embodiment.
도 28에 도해된 바와 같이, 벡터 pOSV10을 효소 EcoRV와 Nsil로 분해하여 7874-bp 단편을 절단한 다음, 계속해서 정제시킨다.As illustrated in Figure 28, the vector pOSV10 is digested with enzymes EcoRV and Nsil to cleave the 7874-bp fragment and then continue to purify.
이어서, 단계 1)에서 수득한 벡터 pOSV308을 효소 EcoRV와 PstI로 분해시켜 617-bp 단편을 절단한 다음 계속해서 정제한다.Subsequently, the vector pOSV308 obtained in step 1) is digested with the enzymes EcoRV and PstI to cleave the 617-bp fragment and then continue to purify.
이어서, 도 28에 도해된 바와 같이, 벡터 pOSV308로부터 수득한 617-bp cos 단편을 벡터 pOSV10 중으로 연결에 의해 통합시켜 벡터 pOSV306을 수득한다.28, the 617-bp cos fragment obtained from the vector pOSV308 is integrated by ligation into the vector pOSV10 to obtain the vector pOSV306.
5.3 벡터 pOSV307의 작제5.3 Construction of the vector pOSV307
코스미드 pOSV307은 스트렙토마이시즈, 예를 들면 스트렙토마이시즈의 S17-1 균주내에서 코스미드의 안정성 향상을 위해 Laclq 유전자를 여전히 함유한다.Cosmid pOSV307 still contains the Laclq gene for improving the stability of cosmid in S17-1 strains of Streptomyces, for example Streptomyces.
벡터 pOSV307을 작제하기 위해, 벡터 pOSV010을 효소 PvuII로 분해시켜 8761-bp 단편을 수득하고, 이를 정제한 다음 탈인산화한다.To construct vector pOSV307, vector pOSV010 is digested with enzyme PvuII to yield 8761-bp fragment, which is purified and then dephosphorylated.
이어서, 상기 단락 5.2의 단계 1)에서 기술한 바와 같이 수득한 벡터 pOSV303을 효소 EcoRI으로 분해시켜 663-bp 단편을 수득하고, 이를 정제한 다음 클레나우 효소로 처리한다.Subsequently, the vector pOSV303 obtained as described in step 1) of paragraph 5.2 above is digested with enzyme EcoRI to yield 663-bp fragment, which is purified and then treated with Klenow enzyme.
도 29에 도해된 바와 같이, 이렇게 처리된 뉴클레오타이드 단편을 연결 후에 벡터 pOSV010에 통합시켜 벡터 pOSV307을 수득한다.As illustrated in FIG. 29, the nucleotide fragment thus treated is integrated into the vector pOSV010 after ligation to obtain the vector pOSV307.
실시예 6: 이.콜라이-스트렙토마이시즈 복제 셔틀 코스미드 pOS700R의 작제Example 6 Construction of E. coli-Streptomyces Replication Shuttle Cosmid pOS700R
도 15에 나타낸 플라스미드 pEI16(Volff et al., 1996)의 단편을 분리하여 클레나우 처리한다. 이들 단편은 플라스미드 SCP2로부터 기원하는 복제 및 안정성에 필요한 서열을 함유한다.Fragments of plasmid pEI16 (Volff et al., 1996) shown in FIG. 15 are isolated and treated with Klenow. These fragments contain sequences necessary for replication and stability originating from plasmid SCP2.
이들 두 단편을 따로따로 코스미드 pWED1의 EcoRV 부위에 삽입시키면 2개의 상이한 클론이 생성된다.Inserting these two fragments separately into the EcoRV site of cosmid pWED1 results in two different clones.
HindⅢ-HindⅢ 단편상의 pHP45Ωhyg로부터 분리된 하이그로마이신 카세트는 PstⅠ-EcoRⅠ또는 XbaI 단편 형태의 ScP2 삽입체를 함유한 pWED1 코스미드의 HindⅢ 부위 중으로 클로닝된다. 이는 이.콜라이와 스트렙토마이시즈 모두에게서 선택될 수 있는 하이그로마이신 내성을 부여한다.Hygromycin cassettes isolated from pHP45Ωhyg on HindIII-HindIII fragments are cloned into the HindIII site of pWED1 cosmid containing ScP2 inserts in the form of PstI-EcoRI or XbaI fragments. This confers hygromycin resistance, which can be selected from both E. coli and Streptomyces.
S.리비단스의 형질전환 및 형질전환 효능의 측정Determination of Transformation and Transformation Efficacy of S. lividans
XbaI 삽입체를 함유한 코스미드는 PstⅠ EcoRⅠ 단편을 함유한 것보다 덜 안정하다. 따라서 이는 pOS700R라는 이름으로 선별된 후자 코스미드이다.Cosmids containing XbaI inserts are less stable than those containing PstI EcoRI fragments. It is therefore the latter cosmid selected under the name pOS700R.
벡터 pOS 700R의 지도는 도 16에 나타내었다.A map of the vector pOS 700R is shown in FIG. 16.
실시예 7: 통합성(pOS700Ⅰ) 및 복제성 벡터의 형질전환 효능Example 7: Integrity (pOS700I) and Transformation Efficacy of Replication Vectors
가능성Possibility
티오스트렙톤-내성 마커를 운반하는 플라스미드 pTO1에 통합시켜 S.리비단스 균주에 티오스트렙톤 내성 부여.Incorporation into plasmid pTO1 carrying thiostrepton-resistant markers confers thiostrepton resistance to S. lividans strain.
티오스트렙톤의 존재하에 배양된 S.리비단스로부터 원형질체의 제조.Preparation of Protoplasts from S. lividans incubated in the presence of thiostrepton.
pOS700Ⅰ벡터로는, 형질전환 효능은 DNA ㎍ 당 약 3000 형질전환체이다.With the pOS700I vector, the transformation efficacy is about 3000 transformants per μg DNA.
벡터 pOS700R로는, 형질전환 효능은 DNA ㎍당 약 30,000 형질전환체이다.With the vector pOS700R, the transformation efficacy is about 30,000 transformants per μg DNA.
실시예 8: 스트렙토마이시즈에서 통합성이고 접합성인 BAC 벡터의 작제Example 8 Construction of Integrative and Conjugated BAC Vectors in Streptomyces
특징:Characteristic:
이.콜라이에서 복제성Replication in E. coli
이.콜라이를 스트렙토마이시즈와 접합시켜 전달 가능Can be delivered by conjugating E. coli with streptomyces
스트렙토마이시즈에서 통합성Integration in Streptomyces
이.콜라이와 스트렙토마이시즈에서 선별 가능Selectable from E. coli and Streptomyces
큰 DNA 단편의 삽입 가능; 100 내지 300 kb의 크기 및 작은 단편으로 오염되지 않은 이용가능한 토양 DNA를 구비하여할 필요성이 지적되어야 한다. 이는 작은 단편이 매우 바람직하게 통합되기 때문이다.Insertion of large DNA fragments; It should be pointed out that the need to have available soil DNA of size from 100 to 300 kb and not contaminated with small fragments. This is because small fragments are very preferably integrated.
스크리닝은 삽입체를 운반하는 플라스미드를 선택하게 한다. 이러한 스크리닝은 그들끼리 닫혀 있고 분해되지 않은 벡터를 제거함으로써 벡터와 삽입될 DNA간에 높은 비율로 작업가능하게 하고, 따라서 라이브러리 작제에 있어 더 나은 클로닝 효능을 가질 수 있도록 해준다.Screening allows selection of a plasmid carrying the insert. This screening allows them to work at high rates between the vector and the DNA to be inserted by removing the closed and undigested vectors from each other, thus having better cloning efficacy in library construction.
작제:Construct:
단계 1: 벡터 pOSV001Step 1: Vector pOSV001
레플리콘 RK2의 전달 기원 OriT를 운반하는 800 염기쌍 PstI-PstI 단편(Guiney et al., 1983)을 PstI으로 개방된 플라스미드 pUC19로 클로닝. 이 클로닝 단계는 접합시킴으로써 이.콜라이에서 스트렙토마이시즈로 전달 가능한 벡터를 수득하게 한다.Cloning an 800 base pair PstI-PstI fragment (Guiney et al., 1983) carrying OriT of the origin of delivery of replicon RK2 into plasmid pUC19 opened with PstI. This cloning step allows conjugation to yield a vector that can be transferred from E. coli to streptomyces.
벡터 pOSV 001의 지도는 도 17에 나타내었다.A map of the vector pOSV 001 is shown in FIG. 17.
단계 2: 벡터 pOSV002Step 2: Vector pOSV002
하이그로마이신 마커의 삽입(Ωhyg 카세트), 이는 스트렙토마이시즈에서 선별가능하고, 최종적으로 하이그로마이신-내성 유전자가 전달되며, 따라서 토양 DNA 삽입체와 함께 BAC을 완전히 전달하게 한다.Insertion of hygromycin markers (Ωhyg cassette), which is selectable in Streptomyces and finally delivers hygromycin-resistant genes, thus allowing complete delivery of BAC along with soil DNA inserts.
하이그로마이신-내성 유전자를 운반하는 HindⅢ-HindⅢ 단편상의 pHP45Ωhyg로부터 분리된 하이그로마이신 카세트의 클로닝. 이 단편은 벡터 pOSV001의 PstI 부위(위치 201)로 클로닝된다. 이 PstI 부위는 전달의 방향을 부여하고, 따라서 Hygro 마커가 접합 동안에 최종적으로 전달되도록 선택된다. Pst1과 HindⅢ 말단은 DNA 폴리머라제의 클레나우 단편으로 처리한 후 "평활 말단"을 생성하기에 적당하다. Ωhyg 단편의 배향은 작제 말미에 결정된다.Cloning of the hygromycin cassette isolated from pHP45Ωhyg on HindIII-HindIII fragment carrying the hygromycin-resistant gene. This fragment is cloned into the PstI site (position 201) of the vector pOSV001. This PstI site directs the direction of delivery, and therefore the Hygro marker is chosen to be finally delivered during conjugation. The Pst1 and HindIII ends are suitable for generating "smooth ends" after treatment with the Klenow fragment of DNA polymerase. The orientation of the Ωhyg fragment is determined at the end of the construction.
벡터 pOSV002의 지도는 도 18에 나타내었다.A map of the vector pOSV002 is shown in FIG. 18.
단계 3: 벡터 pOSV010Step 3: Vector pOSV010
플라스미드 pOSV002으로부터 분리되고 하이그로마이신-내성 마커 및 전달 기원을 함유한 XbaI-HindⅢ 단편은 XbaI 및 HindⅢ로 분해된 플라스미드 pOSint1 중으로 클로닝된다. 부위의 배향은 하이그로마이신 마커가 항상 최종적으로 전달되게 하는 배향이다.XbaI-HindIII fragments isolated from plasmid pOSV002 and containing hygromycin-resistant markers and delivery origin are cloned into plasmid pOSint1 digested with XbaI and HindIII. The orientation of the site is the orientation that ensures that the hygromycin marker is always finally delivered.
도 8에 나타낸 플라스미드 pOSint1는 Raynal 등의 논문에 기재되 었다(Raynal A et al., Mol. Microbiol. 199828:333-42).The plasmid pOSint1 shown in FIG. 8 was described in Raynal et al. (Raynal A et al., Mol. Microbiol. 1998 28 : 333-42).
이 작제물은 이.콜라이 및 스트렙토마이시즈에서 인티그라제 발현을 허용한다.This construct allows for integrase expression in E. coli and Streptomyces.
단계 4: 벡터 pOSV014Step 4: Vector pOSV014
"카세트"의 첨가는 결국 외래 DNA 삽입체를 가진 플라스미드를 최종 작제물에서 선별 가능하게 한다.The addition of “cassette” eventually allows for plasmids with foreign DNA inserts to be selectable in the final construct.
이 "카세트"는 λ파지 CI 리프레서 및 테트라사이클린-내성 유전자를 암호화하는 유전자를 운반한다. 이 유전자는 비-암호화 5' 영역에서 리프레서의 표적 서열을 운반한다. DNA를 CI의 암호화 서열에 위치한 HindⅢ 부위로 삽입하는 것은 리프레서의 비-생성을 유도하고 따라서 테트라사이클린 내성의 발현을 유도한다.This "cassette" carries a gene encoding a lambda phage CI repressor and a tetracycline-resistant gene. This gene carries the target sequence of the repressor in the non-coding 5 'region. Inserting the DNA into the HindIII site located in the coding sequence of the CI induces non-production of the repressor and thus induces expression of tetracycline resistance.
이는 논문: Nilsson et al.(Nucleic Acids Res. 1983,11:8019-30)에 기재된 플라스미드 pUN99에 의해 운반된다.This is carried by plasmid pUN99 described in the article: Nilsson et al. (Nucleic Acids Res. 1983, 11 : 8019-30).
pOSV010에서 분리되고 서열 int, attP, Hygro 및 oriT를 함유하는 PvuⅡ-HindⅢ 단편은 pUN99의 MscI 부위로 클로닝된다.The PvuII-HindIII fragment isolated from pOSV010 and containing the sequences int, attP, Hygro and oriT is cloned into the MscI site of pUN99.
벡터 pOSV014의 지도는 도 19에 나타내었다.A map of the vector pOSV014 is shown in FIG. 19.
단계 5: 벡터 pOSV 403, 및 통합성와 접합 BAC 벡터Step 5: Vector pOSV 403, and Integration and Conjugation BAC Vectors
pBAC11(도 20에 나타냄) 중으로 클로닝되는 마지막 단계는 최종 플라스미드 BAC(Bacterial Artificial Chromosome) 특징, 특히 매우 큰 DNA 단편을 받아들이는 능력을 부여한다.The final step, cloned into pBAC11 (shown in FIG. 20), confers final plasmid BAC (Bacterial Artificial Chromosome) characteristics, particularly the ability to accept very large DNA fragments.
요소들의 세트와 이전에 기술한 기능을 운반하는 벡터 pOSV014의 PstI-PstI 단편은 NotI으로 분해된 플라스미드 pBAC11(pBeloBAC11)로 클로닝된다. 말단은 클레나우 효소로 처리하여 상용성이 되게 한다.The PstI-PstI fragment of vector pOSV014 carrying a set of elements and the previously described function is cloned into plasmid pBAC11 (pBeloBAC11) digested with NotI. Terminals are treated with Klenow enzymes to make them compatible.
벡터 pOSV403의 지도는 도 21에 나타내었다. 도 21의 개략도는 선택된 배향을 나타낸다.A map of the vector pOSV403 is shown in FIG. 21. The schematic of FIG. 21 shows the selected orientation.
단계 6:Step 6:
HindⅢ 및 NsiI 부위를 함유하는 벡터 pOSV403. NsiI 부위는 스트렙토마이시즈에서는 드물고 PstI와 상용성인 이점을 가진다. 한편, PstI 부위는 스트렙토마이시즈에서는 흔하며 부분적 분해를 수행하는 데 사용될 수 있다.Vector pOSV403 containing HindIII and NsiI sites. NsiI sites are rare in Streptomyces and have the advantage of being compatible with PstI. PstI sites, on the other hand, are common in Streptomyces and can be used to perform partial degradation.
CI 리프레서에 클로닝된 삽입체를 운반하고, 따라서 이 리프레서를 불활성화시키는 재조합 클론은 테트라사이클린-내성을 띠게 된다. BAC가 세포당 1 카피의 비율로만 존재한다고 가정하면, 통상의 투여량 20 ㎍/㎖보다 적은 테트라사이클린 투여량, 예를 들면 5 ㎍/㎖의 투여량으로 재조합 클론을 선별하는 것이 필요하다. 이러한 조건하에서, 백그라운드 노이즈는 없다.Recombinant clones that carry the cloned insert into the CI repressor, thus inactivating the repressor, are tetracycline-resistant. Assuming that BAC is present only at a rate of 1 copy per cell, it is necessary to select recombinant clones at a tetracycline dose, such as a dose of 5 μg / ml, less than the usual dose of 20 μg / ml. Under these conditions, there is no background noise.
InVitrogen 회사에 의해 개발되고 판매되는 시스템을 사용하는 것도 가능한데, DNA를 벡터로 삽입하면 발현시 이.콜라이에 유독한 자이레이즈 인히비터를 불활성화시킨다. 단편은 바람직하게는 벡터 pZErO-2로부터 분리된다(http://www. invitrogen. com).It is also possible to use a system developed and marketed by the InVitrogen company, incorporating DNA into the vector inactivates the zyRase inhibitor toxic to E. coli at expression. The fragment is preferably separated from the vector pZErO-2 (http: // www. Invitrogen. Com).
실시예 9: 통합성 코스미드(pOS700I) 및 복제성 코스미드(pOS700R)에서 S.알보니거(S.Example 9: S. alboniger (S. algae) in integrated cosmid (pOS700I) and replicable cosmid (pOS700R). alboniger)alboniger) 라이브러리의 작제The creation of the library
1) 라이브러리의 작제1) Construction of the library
클로닝 시스템의 효능을 평가하기 위하여, 스트렙토마이시즈 알보니거의 퓨로마이신 생합성 경로가 두 셔틀 코스미드 pOS700I 및 pOS700R 중으로 클로닝된다.퓨로마이신 생합성 경로의 유전자는 약 15 kb의 BamHI DNA 단편에 의해 운반된다.To assess the efficacy of the cloning system, the puromycin biosynthetic pathway of Streptomyces alboniger is cloned into two shuttle cosmids pOS700I and pOS700R. The genes of the puromycin biosynthetic pathway are carried by about 15 kb of BamHI DNA fragments.
스트렙토마이시즈 알보니거의 게놈 DNA가 분리되었다. 이 DNA의 90%는 펄스처리된-필드 전기영동으로 측정되는 20 내지 150 kb의 분자량을 가진다.Genomic DNA of Streptomyces alboniger was isolated. 90% of this DNA has a molecular weight of 20 to 150 kb, measured by pulsed-field electrophoresis.
두 코스미드는 효소 BamHI으로 분해된다(단일 클로닝 부위).Both cosmids are digested with the enzyme BamHI (single cloning site).
게놈 DNA의 부분적 BamHI 분해 조건이 측정되었다(50㎍의 DNA와 12 단위의 효소, 5분간 분해). 아가로스 겔 전기영동으로 크기를 체크한 다음, 부분 분해된 DNA가 벡터로 도입된다. 연결 단계에서, 15 ㎍의 게놈 DNA + 2 ㎍의 통합성 벡터 또는 복제성 벡터가 사용된다.Partial BamHI degradation conditions of genomic DNA were measured (50 μg of DNA with 12 units of enzyme, 5 min degradation). After checking the size by agarose gel electrophoresis, the partially digested DNA is introduced into the vector. In the linking step, 15 μg genomic DNA + 2 μg integrative vector or replicable vector is used.
각 연결 혼합물은 DNA를 박테리오파지 람다의 헤드로 시험관내 캡시드화하는 데 사용된다. 캡시드화 혼합물(0.5 ㎖)은 적정된다(통합성 벡터 pOS7001 = 7.5 ×105코스미드/㎖, 복제성 벡터 = 5 ×104코스미드/㎖).Each ligation mixture is used to encapsulate DNA in vitro with the head of bacteriophage lambda. The encapsidation mixture (0.5 mL) is titrated (integration vector pOS7001 = 7.5x10 5 cosmid / ml, replication vector = 5x10 4 cosmid / ml).
이.콜라이를 형질감염하는 데 사용된 코스미드는 따라서 약 25,000 앰피실린-내성 클론의 라이브러리를 생성한다. 이러한 모든 클론으로부의 DNA는 분리되고 정량된다.The cosmid used to transfect E. coli thus produces a library of about 25,000 ampicillin-resistant clones. DNA from all these clones is isolated and quantified.
라이브러리를 시험하기 위해, DNA가 정제되고 BamHI으로 분해된 일부 클론이 삽입체의 존재와 크기를 체크하기 위해서 선택된다. 시험된 클론은 20 내지 35 kb의 S.알보니거 삽입체를 함유한다.To test the library, some clones were purified with DNA and digested with BamHI to select the presence and size of the insert. The clones tested contained 20 to 35 kb of S. alboniger insert.
2)-퓨로마이신 생합성 경로를 함유하는 클론의 동정Identification of Clones Containing 2) -Puromycin Biosynthetic Pathway
완전한 퓨로마이신 생합성 경로를 함유할 것 같은 클론은 퓨로마이신-내성유전자인, 1.1 kbpac유전자(Lacalle et al., Gene 1989;79, 375-80)에 상응하는 탐침으로 하이브리드시켜 동정된다.Clones that are likely to contain a complete puromycin biosynthetic pathway are identified by hybridization with a probe corresponding to the 1.1 kb pac gene (Lacalle et al., Gene 1989; 79 , 375-80), which is a puromycin-resistant gene.
통합성 벡터 pOS 700I에서 제조된 라이브러리:Libraries made in the integration vector pOS 700I:
분석된 2000 클론 중에서, 9 클론이 탐침과 하이브리드화 되었으며 이는 약 40 kb의 삽입체를 함유한다.Of the 2000 clones analyzed, 9 clones hybridized with the probe and contained about 40 kb of insert.
복제성 벡터 pOS 700R에서 작제된 라이브러리:Libraries built on the replication vector pOS 700R:
분석된 2000 클론 중에서, 12 클론이 탐침과 하이브리드화 되었으며; 이는 약 40 kb의 삽입체를 함유한다.Of the 2000 clones analyzed, 12 clones hybridized with the probe; It contains an insert of about 40 kb.
Tercero 등에 의해 공개된 데이터(J Biol.Chem. 1996;271, 1579-90)를 사용하여, 전 생합성 경로를 함유하는 클론이 적당한 탐침과 하이브리드화 후 동정되었다. 특정 통합성 및 복제성 코스미드는 ClaI-EcoRV 분해 후에 12,360-염기쌍 단편을 함유하며, 이는 전 퓨로마이신 생합성 경로를 함유하는 삽입체라는 가정을 이끈다.Using data published by Tercero et al. (J Biol. Chem. 1996; 271 , 1579-90), clones containing the entire biosynthetic pathway were identified after hybridization with a suitable probe. Certain integrative and replicable cosmids contain 12,360-base pair fragments after ClaI-EcoRV digestion, leading to the assumption that the insert contains the entire puromycin biosynthetic pathway.
4)- 내성 클론(Rhone-Poulenc)에 의한 퓨로마이신 생성의 검토4)-Examination of Puromycin Production by Resistant Clones (Rhone-Poulenc)
a) 재료 및 방법a) materials and methods
균주 및 배양 조건:Strains and Culture Conditions:
내성 클론은 퓨로마이신의 생성을 검토하기 위해 선택된다. 이는 통합성 벡터 pOS700I내 삽입체(G20) 또는 복제성 벡터내 삽입체(G21 및 G22)를 함유하는 S.리비단스 재조합체에 상응한다.Resistant clones are selected to examine the production of puromycin. It contains S. lividans containing inserts (G20) in the integrated vector pOS700I or inserts (G21 and G22) in the replicable vector. Corresponds to the recombinant.
참조 균주는 사용된 배양 배지가 이러한 생성을 허용하는 것을 보장하는 데사용된다. 이는 S.알보니거 야생형 균주 ATCC 12461이며, 퓨로마이신 및 플라스미드 pRCP11 중으로 클로닝된 완전한 퓨로마이신 클러스터를 함유하는 S.리비단스 재조합 균주를 생성한다(Lacalle et al. 1992, the EMBO 저널, 11, 785-792)(G23).Reference strains are used to ensure that the culture medium used allows for this production. This is S. Alboniger S. lividans, wild type strain ATCC 12461 and containing a complete puromycin cluster cloned into puromycin and plasmid pRCP11 Recombinant strains are generated (Lacalle et al. 1992, the EMBO Journal, 11, 785-792) (G23).
균주는 조성이 다음과 같은 배양 배지에 접종된다:Strains are inoculated in culture medium with the following composition:
Organotechnie bacteriological 펩톤 5g/최종 배지 ℓOrganotechnie bacteriological peptone 5g / final medium ℓ
Springer 효모 추출물 5Springer Yeast Extract 5
리비히 미트 추출물 5Liebig meat extract 5
Prolabo 글루코스 15Prolabo Glucose 15
Prolabo CaCO3(1) 3Prolabo CaCO 3 (1) 3
Prolabo NaCl 5Prolabo NaCl 5
Difco 아가(2) 1Difco Baby Girl 2 1
(1)3 g의 카보네이트를 200 ml의 증류수와 혼합한 후 분리하여 멸균한다. 첨가는 멸균 후에 수행된다.(1) 3 g of carbonate is mixed with 200 ml of distilled water, separated and sterilized. The addition is carried out after sterilization.
(2)아가는 100 ml의 증류수에 미리 녹이고, 그 후에 배지의 기타 첨가물에 첨가된다.(2) The agar is pre-dissolved in 100 ml of distilled water and then added to other additives in the medium.
멸균 전에 pH를 7.2로 조정Adjust pH to 7.2 before sterilization
121℃에서 25분 동안 멸균Sterilize at 121 ° C for 25 minutes
벡터에 존재하는 마커 유전자에 의해 삽입체를 함유하는 클론에 대한 도태압을 유지하기 위하여 50 ㎍/ℓ의 하이그로마이신과 5 ㎍/ℓ의 티오스트렙톤을 멸균후에 첨가한다(티오스트렙톤-내성 유전자는 플라스미드 pRCP11에 의해 운반된다).To maintain culling pressure on clones containing the insert by the marker gene present in the vector, 50 μg / L of hygromycin and 5 μg / L of thiostrepton are added after sterilization (thiostrepton-resistant Gene is carried by plasmid pRCP11).
250 ㎖ 원추상 플라스크에 분배된 50 ㎖의 액체 배양 배지에 각 균주의 포자와 균사체의 2 ㎖ 액체 현탁액으로 접종한다. 배양균을 4일 동안 28℃에서 220 rpm으로 교반하에 배양한다. 250 ㎖ 원추상 플라스크에 분배된 50 ㎖의 생성 배지는 그 후 이 2 ㎖ 예비배양균으로 접종한다. 사용된 생성 배지는 프리스티나마이신의 제조를 위해 최적화된 공업용 배지(배지 RPR 201)이다. 배양균은 28℃에서 220 rpm으로 교반하에 배양된다. 상이한 배양 시간 후에, 각 배양의 원추상 플라스크는 pH 11이 되게 하고 1 용적 디클로로메탄으로 2회 추출한다. 유기상은 감압하에 건조될 때까지 농축되고 추출물을 10 ㎕의 메탄올에 취한다. 100 ㎕의 메탄올 용액은 다이오드-바 검출기를 갖춘 HPLC에 의해, 퓨로마이신의 검출을 위해 C18 칼럼상의 수-아세토니트릴 0.05% TFA V/V 구배 시스템에서 분석된다.50 ml of liquid culture medium dispensed into a 250 ml conical flask is inoculated with a 2 ml liquid suspension of spores and mycelium of each strain. Cultures are incubated at 28 ° C. at 220 rpm for 4 days under agitation. 50 ml of the production medium dispensed into 250 ml conical flasks are then inoculated with this 2 ml preculture. The production medium used is an industrial medium (medium RPR 201) optimized for the production of pristinemycin. The culture is incubated at 28 ° C. with 220 rpm. After different incubation times, the conical flasks of each culture are brought to pH 11 and extracted twice with 1 volume dichloromethane. The organic phase is concentrated until dryness under reduced pressure and the extract is taken up in 10 μl of methanol. 100 μl of methanol solution is analyzed in a water-acetonitrile 0.05% TFA V / V gradient system on a C18 column for detection of puromycin by HPLC with a diode-bar detector.
b) 결과b) results
다양한 균주의 배양으로부터의 비교 HPLC 분석은 24시간 또는 그 이상의 배양에서 야생형 균주의 배양에 있어서 퓨로마이신의 생성을 보여준다. 생성은 비록 낮기는 하지만, 코스미드 pOS7001을 함유하는 클론 G20의 48시간 또는 그 이상의 배양균에서 또한 명백하게 검출된다(도 23). 퓨로마이신은 또한 플라스미드 pRCP11내 화합물을 암호화하는 완전한 오페론을 함유하는 클론 G23에서 미량 검출된다. 그러나, 코스미드 pOS700R을 함유하는 클론 G21과 G22의 배양균에서는 생성이 관찰되지 않았다. 결과는 도 23에 주어진다.Comparative HPLC analysis from the cultivation of various strains shows the production of puromycin in the cultivation of wild-type strains in culture for 24 hours or longer. Although production is low, it is also clearly detected in cultures of 48 hours or longer of clone G20 containing cosmid pOS7001 (FIG. 23). Puromycin is also detected in traces in clone G23, which contains a complete operon that encodes a compound in plasmid pRCP11. However, no production was observed in the culture of clones G21 and G22 containing cosmid pOS700R. The results are given in FIG.
c)결론c) Conclusion
수득된 결과는 S.리비단스와 같은 이종 숙주에서, 그 자신의 조절 서열 제어하에 완전한 생합성 경로를 발현하기 위한 코스미드 pOS700I에 전개된 클로닝 시스템의 효능을 증명할 수 있게 한다. 또한, 이 데이터는 또한 소수의 클론 중에서, 내성 유전자와 연관된 생합성 경로를 발현시킬수 있는 재조합체의 동정을 유도하기 때문에 퓨로마이신에 내성인 클론을 기준으로 하여 수득된 라이브러리의 스크리닝을 확인한다. 다른 클론의 퓨로마이신 생성의 부재는 내성 유전자는 함유하나 화합물의 합성에 필요한 특정 조절, 형질 도입 또는 전사 서열이 결여된 오페론 일부만의 클로닝으로 설명될 수 있을 것이다.The results obtained make it possible to demonstrate the efficacy of the cloning system deployed in cosmid pOS700I to express a complete biosynthetic pathway under its own regulatory sequence control in heterologous hosts such as S. lividans. In addition, this data also confirms the screening of libraries obtained on the basis of clones resistant to puromycin because it leads to the identification of recombinants capable of expressing biosynthetic pathways associated with resistance genes among a small number of clones. The absence of puromycin production of other clones may be explained by cloning only a portion of the operon that contains the resistance gene but lacks the specific regulatory, transduction, or transcriptional sequences necessary for the synthesis of the compound.
실시예 10:- 벡터 중으로 토양 DNA의 클로닝Example 10 Cloning of Soil DNA into Vectors
1)- 클로닝될 토양 DNA의 제조1)-Preparation of soil DNA to be cloned
다양한 DNA 단편이 용도에 따라 정제될 필요가 있다.Various DNA fragments need to be purified depending on the application.
코스미드Cosmid
분자의 크기는 30 내지 40 kb이어야 한다. 이제, 토양으로부터 추출된 DNA는 크기면에서 불균질하며 200 또는 300 kb까지의 분자를 포함한다. 크기를 균질화하기 위해서, 직경 0.4 mm의 니들을 통해 용액을 통과시켜 DNA를 기계적으로 파괴한다. 30 kb 부근 크기의 단편은 니들을 통한 반복 통과에 영향받지 않으며 따라서 특히 입자내 패키징은 짧은 삽입체를 자동적으로 제거하기 때문에 크기를 기준으로 분리를 수행할 필요가 없다.The size of the molecule should be between 30 and 40 kb. Now, the DNA extracted from the soil is heterogeneous in size and contains up to 200 or 300 kb of molecules. To homogenize the size, the solution is mechanically disrupted by passing the solution through a 0.4 mm diameter needle. Fragments of size around 30 kb are not affected by repeated passage through the needle and therefore do not need to perform separation based on size, especially since intraparticle packaging automatically removes short inserts.
BACBAC
DNA의 제조DNA production
토양 DNA는 펄스처리-필드 전기영동(CHEF 타입)에 의해 100 내지 300 kb 단편이 약 5 mm의 밴드에 농축되는 조건하에서 분리된다. 이는 0.7% 정상 아가로스 또는 100초 펄스처리 시간과 함께 낮은 용융점의 1% 아가로스를 함유하는 겔에서 10℃에서 20시간 동안 이동시켜 수득된다.Soil DNA is separated by pulsed-field electrophoresis (CHEF type) under conditions where 100 to 300 kb fragments are concentrated in a band of about 5 mm. This is obtained by moving for 20 hours at 10 ° C. in a gel containing 1% agarose of low melting point with 0.7% normal agarose or 100 seconds pulsed time.
DNA의 회수DNA recovery
두 가지 방법이 사용되는데, 그의 선택은 분리시키고자 하는 크기, 150 kb 또는 그 이상의 분자 크기에 좌우된다.Two methods are used, the choice of which depends on the size to be separated, the molecular size of 150 kb or more.
150 kb 까지Up to 150 kb
0.7% 아가로스 겔의 다공성은 에티디움 브로마이드가 완전히 없는 조건에서 전기용출시킴으로써 DNA의 배출을 허용한다. 이 DNA는 이후 분자의 기계적 단편화를 피하기 위해 소수성이며 확대된 오리피스 피펫팅 장치로 다룬다.The porosity of the 0.7% agarose gel allows for the release of DNA by electroeluting in the absence of ethidium bromide. This DNA is then treated with a hydrophobic and enlarged orifice pipetting device to avoid mechanical fragmentation of the molecule.
100 내지 300 kb100 to 300 kb
100 내지 300 kb 크기의 단편을 함유하는 밴드를 절단한다. 이동을 위해서, 낮은 용융점 1% 아가로스를 함유한 겔이 사용된다. 이러한 성질은 DNA가 견딜 수 있는 65℃의 온도에서 겔을 용융가능하게 하며, 공급자의 처방전에 따라 45℃의 온도에서 아가레이즈(Boehringer사에 의해 판매)로 분해될 수 있다.Cut bands containing fragments of 100 to 300 kb in size. For migration, a gel containing a low melting point 1% agarose is used. This property allows the gel to melt at a temperature of 65 ° C. that the DNA can withstand, and can be broken down into agarase (sold by Boehringer) at a temperature of 45 ° C. according to the supplier's prescription.
2)- 통합성 코스미드 pOS7001 및 복제성 코스미드 pOS700R의 사용2)-use of integrative cosmid pOS7001 and replicable cosmid pOS700R
polyA polyT 테일의 작제construction of polyA polyT tail
원리principle
임의 클로닝 부위에서 개방된 코스미드 벡터는 반복성 폴리뉴클레오타이드를 첨가하여 3'말단이 변형된다. 또한, 클로닝될 DNA는 상기 폴리뉴클레오타이드와 쌍을 이룰 수 있는 반복성 폴리뉴클레오타이드를 첨가하여 3'말단이 변형된다.Cosmid vectors open at any cloning site are modified at the 3 ′ end by the addition of repeating polynucleotides. In addition, the DNA to be cloned is modified at the 3 ′ end by the addition of repeating polynucleotides that can be paired with the polynucleotide.
클로닝될 벡터-단편 조합체는 이 폴리뉴클레오타이드로 제조되며 벡터의cos서열은 람다 파지 캡시드 중으로 DNA의 시험관내 패키징을 허용한다.The vector-fragment combination to be cloned is made of this polynucleotide and the cos sequence of the vector allows in vitro packaging of the DNA into lambda phage capsid.
벡터의 제조Manufacture of vector
사용되는 벡터는 이.콜라이에서 자가-복제성이고 스트렙토마이시즈에서 통합성이다.The vector used is self-replicating in E. coli and integrating in Streptomyces.
선별은 이.콜라이를 위해 앰피실린 내성에서, 스트렙토마이시즈를 위해 하이그로마이신 내성에서 일어난다.Selection occurs in ampicillin resistance for E. coli and hygromycin resistance for streptomyces.
코스미드는 2개의 가능 부위(BamHI 또는 HindⅢ) 중 하나에서 개방되고 3' 말단은 효소 공급자가 50 내지 100 뉴클레오타이드의 첨가를 구상하는 조건하에 말단 트랜스퍼라제에 의해 polyA로 연장된다.The cosmid is open at one of the two possible sites (BamHI or HindIII) and the 3 'end is extended to polyA by terminal transferase under conditions where the enzyme supplier envisions the addition of 50 to 100 nucleotides.
삽입될 DNA의 제조Preparation of DNA to be Inserted
DNA의 3'말단은 벡터의 것에 필적할 만한 연장을 제공하는 조건하에 말단 트랜스퍼라제에 의해 polyT로 연장된다. 제조업자에 의해 기재된 실험 조건하, polyA polyT 테일은 30 내지 70 염기 길이이다.The 3 'end of the DNA is extended to polyT by a terminal transferase under conditions providing an extension comparable to that of the vector. Under the experimental conditions described by the manufacturer, the polyA polyT tail is 30 to 70 bases in length.
분자의 조립과 시험관내 캡시드화Assembly of molecules and in vitro encapsidation
분자의 조립을 위해서, 삽입된 DNA 분자당 1 벡터 분자가 혼합된다. DNA의 질량 농도는 500 ㎍.㎖-1이다.For assembly of molecules, one vector molecule is mixed per inserted DNA molecule. The mass concentration of DNA is 500 μg.ml −1 .
혼합물은 캡시드화되고 형질감염 효능은 수용체로 사용된 균주와 삽입된 DNA에 좌우된다: 시험 DNA와 균주 DH5α로는 0이며, 효능은 SURE 및 DH10B 균주에 필적하고; 그러나, 추출시 DNA 수율은 균주 DH10B보다 높다.The mixture is encapsidated and transfection potency depends on the strain used as the receptor and the inserted DNA: 0 with test DNA and strain DH5α, comparable to SURE and DH10B strains; However, the DNA yield at extraction is higher than strain DH10B.
탈인산화에 의한 작제Dephosphorylation
토양 DNA는 돌출성 3'서열을 제거하고 돌출성 5'서열을 충진함으로써 평활 말단이 되게 한다. 이 작업은 클레나우 효소, T4 폴리머라제, 4 뉴클레오타이드 트리포스페이트로 수행된다. 코스미드 벡터는 BamHI으로 분해되고 그후 클레나우 효소를 처리하여 말단을 평활하게 만들며, 스스로 폐쇄되는 것을 방지하기 위해서 탈인산화시킨다. 연결 후, 혼합물은 전술한 바와 같이 캡시드화되고 형질감염된다.Soil DNA is blunt-ended by removing the protruding 3 'sequence and filling the protruding 5' sequence. This operation is performed with Klenow enzyme, T4 polymerase, 4 nucleotide triphosphate. The cosmid vector is digested with BamHI and then treated with the Klenow enzyme to smooth the ends and dephosphorylation to prevent self closing. After ligation, the mixture is capsidized and transfected as described above.
3)- pBAC의 사용3)-use of pBAC
원리principle
접합성이고 통합성인 플라스미드 pBAC는 클로닝 부위로서 HindⅢ 및 NsiI을 함유한다. 이들 부위에 DNA 서열을 삽입하면 테트라사이클린-내성 유전자의 발현을 조절하는 람다 파지 CI 리프레서를 불활성화시킨다. 리프레서의 불활성화는 따라서 세포가 항생물질(5 ㎍.ml-1)에 내성을 띠도록 한다. 이들 부위의 클로닝은 벡터를 변형시키고 클로닝될 DNA를 제조함으로써 촉진된다.Conjugated and integrative plasmid pBAC contains HindIII and NsiI as cloning sites. Insertion of DNA sequences into these sites inactivates lambda phage CI repressors that regulate the expression of tetracycline-resistant genes. Inactivation of the refresher thus makes the cells resistant to antibiotics (5 μg.ml −1 ). Cloning of these sites is facilitated by modifying the vector and making the DNA to be cloned.
벡터의 제조. HindⅢ 예Preparation of the vector. HindⅢ example
벡터가 스스로 폐쇄되지 않도록, HindⅢ 부위를 변형시킨다; 최초 염기(A)는 재삽입되어 돌출성 5'서열을 형성하며, 이는 파트너와 쌍을 이루지 못한다. 이 작업은 dATP의 존재하에 클레나우 효소에 의해 수행된다.Modify the HindIII site so that the vector does not close itself; The original base (A) is reinserted to form a protruding 5 ′ sequence, which is not paired with a partner. This operation is performed by the Klenow enzyme in the presence of dATP.
이 작업의 성공은 클레나우 효소로 처리하기 전 및 후에 벡터의 자가-연결을 수행함으로써 체크된다. 동일량의 시험 DNA 경우, 처리 전에 3000 클론이 처리 후에 60 클론이 수득되었다.The success of this task is checked by performing self-linking of the vector before and after treatment with the Klenow enzyme. For the same amount of test DNA, 3000 clones were obtained before treatment and 60 clones after treatment.
DNA의 제조 (100 내지 300 kb의 크기) Preparation of DNA (Size from 100 to 300 kb)
DNA에 평활 말단의 부여Granting Smooth Terminals to DNA
DNA는 돌출성 3'서열을 제거하고 돌출성 5'서열을 충진함으로써 평활 말단을 부여받는다. 이 작업은 클레나우 효소, T4 폴리머라제, 4 뉴클레오타이드 트리포스페이트로 수행된다.DNA is given a blunt end by removing the protruding 3 'sequence and filling the protruding 5' sequence. This operation is performed with Klenow enzyme, T4 polymerase, 4 nucleotide triphosphate.
말단의 제조. HindⅢ 예Preparation of the terminal. HindⅢ example
벡터에 DNA를 첨가하는 것은 벡터의 변형된 HindⅢ 서열을 인식하는 올리고뉴클레오타이드에 의해 수행된다. 올리고뉴클레오타이드는 후속 클로닝을 허용하는 드문 제한 부위(SwaI; NotI)를 가지고 있다. 이 기술은 Elledge SJ, Mulligan JT, Ramer SW, Spottswood M, Davis RW. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991 Mar 1;88(5):1731-5로부터 유래한다.Adding DNA to the vector is performed by oligonucleotides that recognize the modified HindIII sequence of the vector. Oligonucleotides have a rare restriction site (SwaI; NotI) that allows for subsequent cloning. This technology includes Elledge SJ, Mulligan JT, Ramer SW, Spottswood M, Davis RW. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991 Mar 1; 88 (5): 1731-5.
두 개의 상보적 올리고뉴클레오타이드가 사용된다:Two complementary oligonucleotides are used:
올리고 1 : 5'-GCTTATTTAAATATTAATGCGGCCGCCCGGG-3'(서열번호 25)Oligo 1: 5'-GCTTATTTAAATATTAATGCGGCCGCCCGGG-3 '(SEQ ID NO: 25)
올리고 2 : 5'-CCCGGGCGGCCGCATTAATATTTAAATA-3'(서열번호 26)Oligo 2: 5'-CCCGGGCGGCCGCATTAATATTTAAATA-3 '(SEQ ID NO: 26)
하이브리드화 후에, ATP의 존재하에서 5'말단은 T4 키나제로 인산화된다. 이 인산화 단계는 미리 인산화된 올리고뉴클레오타이드를 사용하면 생략할 수 있다.After hybridization, the 5 ′ end is phosphorylated with T4 kinase in the presence of ATP. This phosphorylation step can be omitted by using pre-phosphorylated oligonucleotides.
이 이본쇄 어댑터와 삽입될 DNA의 연결은 매우 과량의 어댑터(삽입될 DNA 분자당 1000 어댑터 분자)의 존재하에 15시간에 걸쳐서 14℃에서 T4 연결효소에 의해 수행된다.The linkage of this double stranded adapter with the DNA to be inserted is carried out by T4 ligase at 14 ° C. over 15 hours in the presence of a very large amount of adapter (1000 adapter molecules per DNA molecule to be inserted).
과량의 어댑터는 아가로스 겔 전기영동에 의해 제거되며 해당 분자는 아가로스로 가수분해시키거나 전기용출시켜 회수된다.Excess adapter is removed by agarose gel electrophoresis and the molecule is recovered by hydrolysis or electroelutation with agarose.
벡터-DNA 연결Vector-DNA Connection
연결 단계는 14℃에서 15시간에 걸쳐서 삽입 분자당 벡터 10 분자의 양으로 수행된다.The linking step is carried out at 14 ° C. over 15 hours in an amount of 10 vectors per insertion molecule.
형질전환Transformation
수용체 균주는 균주 DH10B이다. 형질전환은 전기천공에 의해 수행된다. 테트라사이클린 내성을 발현하기 위해, 형질전환체는 37℃에서 1시간 동안 항생물질이 함유되지 않은 배지에서 배양된다. 클론은 테트라사이클린 5㎍.㎖-1이 공급된 겔화 LB 배지에서 밤새 배양함으로써 선별된다.The receptor strain is strain DH10B. Transformation is performed by electroporation. To express tetracycline resistance, the transformants are incubated in a medium free of antibiotics for 1 hour at 37 ° C. Clones are selected by incubating overnight in gelated LB medium fed with 5 μg.ml −1 of tetracycline.
실시예 11: 이.콜라이와 스트렙토마이시즈간의 클론 대 클론 접합Example 11 Clone-to-Clone Conjugation between E. coli and Streptomyces
pPM803을 함유하는containing pPM803 이.콜라이 균주 S17.1과 스트렙토마이시즈 리비단스E. coli strain S17.1 and Streptomyces lividans TK21간의 접합Junction between TK21
서론Introduction
이.콜라이와 스트렙토마이시즈간의 접합을 수행하는 것이 가능하다(Mazodier et al, 1989). 재조합 벡터를 함유하는 10 ㎕의 이.콜라이 배양균을 수용체 S.리비단스 한 방울과 혼합하는 소위 드롭 기술의 개발에 의한 이 방법의 적용은 작업 말미에 이.콜라이에서 작제된 모든 라이브러리가 S.리비단스로 도입되는 동안, 클론 대 클론 형질전환을 수행하는 것으로 구성된다. 벌크 형질전환은 실제로 이.콜라이내 라이브러리가 S.리비단스에서 완전히 나타나게 할 수 있도록 스트렙토마이시즈 형질전환 클론의 증식을 유도할 필요가 있다. 또한 이 방법은 자동화에 용이하다.It is possible to carry out the conjugation between E. coli and Streptomyces (Mazodier et al, 1989). Application of this method by the development of the so-called drop technique of mixing 10 μl of E. coli culture containing a recombinant vector with a drop of receptor S. lividans results in all libraries constructed from E. coli at the end of the work. During introduction into the lividans, it consists of performing clone to clone transformation. Bulk transformation actually needs to induce proliferation of Streptomyces transgenic clones so that the E. coli library can be fully expressed in S. lividans. This method is also easy for automation.
예비 시험Preliminary examination
벡터 pOSV303을 가지는 이.콜라이 균주 S17.1과 S.리비단스 TK21의 접합.Conjugation of E. coli strain S17.1 with S. lividans TK21 with vector pOSV303.
이러한 조건하에서, 최종 용적 20 ㎕내에서 6 ×106의 이.콜라이 세포는 2 ×106의 예비발아된 S.리비단스 포자와 혼합된다.Under these conditions, 6 × 10 in 20 μl final volume6E. coli cells are 2 × 106Pre-germinated Mixed with S. libidans spores.
방법의 개발Development of the method
특정 액티노마이시트에서 추출한 DNA는 변형되고, 결과적으로는 제한되지 않고서는 특정 균주의 이.콜라이에 도입될 수 없다고 공지되어 있다. 이 DNA를 수용하는 이.콜라이 균주 DH10B는 오직 oriT만을 가지는 플라스미드를 스트렙토마이시즈로 전달할 수 없으며, 그러한 플라스미드를 제조할 필요가 있다. RP4의 유도체는 염색체 중으로의 통합에 의해 플라스미드로 도입될 것이며, 이 유도체는 전달 기원 oriT를 함유하는 재조합 클론의 전달에 필요한 모든 기능을 제공할 수 있다.It is known that DNA extracted from certain actinomysheets is modified and consequently cannot be introduced into certain strains of E. coli without limitation. E. coli strain DH10B that accepts this DNA cannot deliver plasmids with only oriT to streptomyces and it is necessary to prepare such plasmids. Derivatives of RP4 will be introduced into the plasmid by integration into the chromosome, which may provide all the functions necessary for the delivery of recombinant clones containing the oriT of origin of delivery.
실시예 12: 이.콜라이 및 스트렙토마이시즈 리비단스내 코스미드 라이브러리의 작제: 토양 DNA의 클로닝Example 12 Construction of Cosmid Library in E. coli and Streptomyces Lividans: Cloning of Soil DNA
목적은 미생물 배양의 선행 단계 없이, 표준 실험실 조건에서 배양하는 방법이 알려지지 않은 박테리아(또는 여타 유기체)의 대사 유전자에 접근하는 목적을 가지고 크기가 큰 환경 DNA의 라이브러리를 제조하는 것이다.The aim is to produce a library of large environmental DNA with the purpose of accessing metabolic genes of unknown bacteria (or other organisms) without knowing the prior steps of microbial culturing, and how to culture under standard laboratory conditions.
기재된 과정은 이.콜라이-S.리비단스 셔틀 코스미드 pOS7001 및 토양 박테리아 분획으로부터 추출되고 정제된 DNA를 사용하여 이.콜라이내에서 DNA 라이브러리를 생성시키는 데 사용된다. 이러한 최종방법은 고순도의 평균 크기 40 kb의 DNA를 수득 가능하게 한다. 또한, 클로닝에서 추출된 DNA의 부분적 분해를 피하기 위하여 DNA와 벡터의 3' 말단에 폴리뉴클레오타이드 테일을 첨가하는 말단 트랜스퍼라제를 사용하는 것을 기본으로 하는 대안적인 전략이 채용된다.The process described DNA extracted and purified from E. coli-S. Libidans shuttle cosmid pOS7001 and soil bacterial fractions is used to generate DNA libraries in E. coli. This final method makes it possible to obtain a high purity average size 40 kb of DNA. In addition, alternative strategies based on using terminal transferases that add polynucleotide tails to the 3 'end of the DNA and the vector are employed to avoid partial degradation of the DNA extracted from cloning.
5 ㎍의 DNA는 실시예 3의 프로토콜에 따라 60 ㎎의 "세인트-안드레 해안" 토양으로부터 추출되며, 반복성 폴리뉴클레오타이드(polyT)로 3' 말단을 연장시키기 위해서 말단 트랜스퍼라제(Pharmacia)로 처리된다(실시예 10).5 μg of DNA was extracted from 60 mg of “St-Andreshore” soil according to the protocol of Example 3 and treated with terminal transferase (Pharmacia) to extend the 3 ′ end with repeating polynucleotide (polyT) ( Example 10).
통합성 코스미드 pOS700I은 프로토콜 B1, Orsay에 따라 제조된다. 페놀/클로로포름의 존재하에 표준 정제 단계를 거친 후에, DNA와 벡터는 한 분자의 벡터와 한 분자의 삽입된 DNA를 혼합하여 조립된다. 혼합물은 그 후 이.콜라이 DH10B를 형질감염하는 데 기여하는 람다 박테리오파지(Amersham kit)의 헤드에서 캡시드화된다. 이어서, 형질감염된 세포는 항생제 내성 재조합체를 선별하기 위해 앰피실린이 존재하는 LB 아가 배지에 접종된다.Integral cosmid pOS700I is prepared according to protocol B1, Orsay. After standard purification steps in the presence of phenol / chloroform, the DNA and the vector are assembled by mixing one molecule of vector and one molecule of inserted DNA. The mixture is then encapsidated in the head of the lambda bacteriophage (Amersham kit), which contributes to transfection of E. coli DH10B. The transfected cells are then seeded in LB agar medium in which ampicillin is present to select antibiotic resistant recombinants.
약 5000 앰피실린-내성 이.콜라이 클론의 라이브러리가 수득되었다. 각 클론은 마이크로플레이트 웰(96 웰)내에서 LB 또는 TB 배지 + 앰피실린에 접종되고 -80℃에서 보관된다.A library of about 5000 ampicillin-resistant E. coli clones was obtained. Each clone is inoculated in LB or TB medium + ampicillin in microplate wells (96 wells) and stored at -80 ° C.
라이브러리의 작제 동안에 생성된, 토양 단편이 벡터 pOS7001로 삽입되는 부위 서열이 분석되었다. 이를 위해, 라이브러리의 17 코스미드를 정제하고 벡터내 존재하는 BamHI 부위와 HindⅢ 클로닝 부위사이에 하이브리드화하는 프라이머, seq.5' CCGCGAATTCTCATGTTTGACCG 3'로 서열분석한다.Site sequences into which soil fragments were generated during construction of the library were inserted into the vector pOS7001 were analyzed. To this end, 17 cosmids of the library are purified and sequenced with a primer, seq.5 'CCGCGAATTCTCATGTTTGACCG 3', which hybridizes between the BamHI site and the HindIII cloning site in the vector.
수득된 서열은 연결점에서의 단독중합체 테일의 길이가 13 내지 60 폴리-dA/dT로 매우 가변적임을 평가할 수 있게 한다. 테일을 넘어서서, 생성된 토양 단편의 서열은 53 내지 70%의 G+C%를 가진다. 이러한 높은 %는 예상밖이나, 비슷한 결과가 이미 토양 DNA의 원료 제조물에서 보고되었다(Chatzinotas A. et al., 1998).The sequence obtained allows one to assess that the length of the homopolymer tail at the junction is very variable, from 13 to 60 poly-dA / dT. Beyond the tails, the resulting soil fragments have a G + C% of 53-70%. This high percentage is unexpected, but similar results have already been reported in raw material preparations of soil DNA (Chatzinotas A. et al., 1998).
48 또는 96 클론을 "풀링"하는 전략을 이용하여 미생물 및 대사 풍부성을 분석한다. 클론의 이들 "풀"로부터 추출된 코스미드 DNA는 PCR 또는 하이브리드 실험을 수행하는 데 사용된다.Analyze microbial and metabolic abundance using a strategy of "pooling" 48 or 96 clones. Cosmid DNA extracted from these "pools" of clones is used to perform PCR or hybrid experiments.
실시예 13: 클로닝된 DNA내 16S 리보솜 DNA의 다양성Example 13: Diversity of 16S ribosomal DNA in cloned DNA
A)재료 및 방법A) Materials and Methods
슈퍼코일 형태의 코스미드 DNA의 밴드를 취하고 연구에 방해가 될 수 있는 이.콜라이 염색체 DNA를 제거할 목적으로 라이브러리의 코스미드는 클론의 풀로부터 알칼리 용해시킴으로써 추출한 다음 세슘 클로라이드 구배상에서 정제한다.Cosmids in the library are extracted by alkaline dissolution from pools of clones and purified on a cesium chloride gradient for the purpose of taking bands of cosmid DNA in supercoil form and removing E. coli chromosomal DNA that may interfere with the study.
S1 뉴클레아제의 작용으로(50 단위, 37℃에서 30분 동안) 코스미드를 선형화한 후, 클론의 풀에 함유된 16S rDNA 서열은 표준 증폭 조건하, Marchesi 등이 정의한 유니버셜 프라이머 63f (5'-CAGGCCTAACACATGCAAGTC-3') 및 1387r (5'-GGGCGGWGTGTACAAGGC-3')을 사용하여 증폭된다. 약 1.5 kb의 증폭 산물은 제조업자의 지침에 따라 Qiaquik 겔 추출 키트(Qiagen)를 사용하여 정제되고 이.콜라이 TOP10내 벡터 pCRⅡ(invitrogen)에 직접 클로닝된다. 삽입체는 벡터 pCRⅡ의 클로닝 부위에 특이적인 M13 정방향 및 M13 역방향 프라이머를 사용하여 증폭된다. 예상되는 크기(약 1.7 kb)의 증폭 산물은 서열분석될 클론을 선택하기 위하여 CfoI, MspI 및 BstUI(0.1 단위)를 사용하여 RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)에 의해 분석된다. 수득된 제한 프로필은 ml당 0.4 mg의 에티디움 브로마이드를 함유하는 2.5% Metaphore 아가로스 겔(FMC products) 상에서 분리된다.After linearizing the cosmid under the action of S1 nuclease (50 units, for 30 minutes at 37 ° C.), the 16S rDNA sequence contained in the pool of clones was subjected to universal primer 63f (5 ′) as defined by Marchesi et al under standard amplification conditions. Amplified using -CAGGCCTAACACATGCAAGTC-3 ') and 1387r (5'-GGGCGGWGTGTACAAGGC-3'). Amplification products of about 1.5 kb are purified using Qiaquik gel extraction kit (Qiagen) and cloned directly into vector pCRII (invitrogen) in E. coli TOP10 according to the manufacturer's instructions. Inserts are amplified using M13 forward and M13 reverse primers specific for the cloning site of the vector pCRII. Amplification products of expected size (about 1.7 kb) are analyzed by Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) using CfoI, MspI and BstUI (0.1 units) to select clones to be sequenced. The restriction profiles obtained are separated on 2.5% Metaphore agarose gel (FMC products) containing 0.4 mg of ethidium bromide per ml.
16S rDNA 서열은 Normand (1995)에 의해 정의된 서열분석 프라이머의 도움으로 "Qiaquick gel extraction" 키트로 정제된 PCR 산물을 사용하여 직접 결정된다. 이 서열을 데이터베이스 서열에 대해 유사 값을 수득할 수 있게 하는 SIMILARITY MATCH 프로그램을 사용하여 리보솜 데이터베이스 프로젝트(RDP) 데이터베이스(버전 7.0 (Maidak et al.1999))에서 대조된 원핵생물 16S rDNA와 비교함으로써 계통 분석 결과가 수득된다.16S rDNA sequences are determined directly using PCR products purified with a "Qiaquick gel extraction" kit with the aid of sequencing primers as defined by Normand (1995). Lineage by comparing this sequence to the prokaryotic 16S rDNA contrasted in the Ribosome Database Project (RDP) database (version 7.0 (Maidak et al.1999)) using the SIMILARITY MATCH program which allows to obtain similar values for the database sequence. Analysis results are obtained.
b)결과b) results
라이브러리에 나타난 계통발생 다양성을 측정하기 위해, 16S rRNA의 47개 서열이 288 클론으로부터 분리되며 거의 완전히 서열분석 되었다. 그 결과는 표 7에주어진다.To measure phylogenetic diversity shown in the library, 47 sequences of 16S rRNA were isolated from 288 clones and almost completely sequenced. The results are given in Table 7.
데이터베이스의 인터로게이션에 의한 서열분석에 의하면 대부분의 서열(>61%)이 동정된 박테리아 종과 95% 이하의 유사도 %를 가짐이 드러났다(표 7). 분석된 47개 서열 중 28개 서열은 가장 가까운 이웃으로서 비-배양 박테리아를 가지며, 이의 서열은 환경으로부터 추출된 DNA로부터 직접 수득된다. 이들 서열의 대부분은 또한 매우 낮은 유사도 %(88-95%)를 가지며, 따라서 28개 중 17개 서열은 이들의 가장 가까운 이웃에 대해 5% 이상 상이하다.Sequencing by interrogation of the database revealed that most sequences (> 61%) had a percent similarity of 95% or less with the identified bacterial species (Table 7). 28 of the 47 sequences analyzed have non-cultured bacteria as their nearest neighbors, the sequences of which are obtained directly from DNA extracted from the environment. Most of these sequences also have very low similarities% (88-95%), so 17 out of 28 sequences differ by at least 5% relative to their nearest neighbors.
계통발생군으로 분류될 수 있는 서열 중에서, 서열의 대부분은 프로테오박테리아 아강 a에 속한다(89 내지 99%의 유사도 %를 가지는 18 서열). 서열의 두 번째 그룹은 프로테오박테리아 아강 g로 대표되며, 84 내지 99% 범위의 유사도 %를 가지는 9 서열을 포함한다. 각각 1, 4, 3 및 5 서열을 포함하는 b-프로테오박테리아 및 d-프로테오박테리아의 그룹은 낮은 G+C% 및 높은 G+C%를 가진 퍼미큐트(Firmicute)이다. 정의된 주요 박테리아 계통분류군 중에서 단 하나의 서열이 분류될 수 없다: 서열 a22.1(19)이며, 이의 가장 가까운 이웃인 에어로써모박터 마리아나(Aerothermobacter marianas)(89%의 유사도), 이 자체는 해양환경으로부터 분리된 균주이고 현재 분류되지 않았다. 마지막으로 6개 서열은 애시도박테리움/홀로파가(Acidobacterium/Holophaga)의 그룹으로 분류될 수 있다. 이 그룹은 단지 두 배양 박테리아, 애시도박테리움 캡슐라텀(Acidobacterium capsulatum) 및 홀로파가 페티다(Holophaga foetida)로 대표되는 특별한 특징을 가지며, 이러한 전체 그룹은 16S rRNA 유전자만이 환경 샘플(주로 토양)에서 추출한 DNA를 사용한 증폭 및 클로닝에 의해 검출되는 박테리아로 구성된다(Ludwig et al.,(1997)). 이 그룹을 구성하는 상이한 서열간의 낮은 유사도는 큰 불균질성과 이러한 그룹내의 다양성을 예측할 수 있게 한다.Of the sequences that can be classified as phylogenetic, most of the sequences belong to proteobacteria subclass a (18 sequences with% similarity between 89 and 99%). The second group of sequences is represented by the proteobacteria subclass g and includes 9 sequences having% similarity ranging from 84 to 99%. The groups of b-proteobacteria and d-proteobacteria comprising the sequences 1, 4, 3 and 5 respectively are Permicute with low G + C% and high G + C%. Of the major bacterial lineages defined, only one sequence cannot be classified: sequence a22.1 (19), its nearest neighbor, Aerothermobacter marianas (89% similarity), which itself is marine It is a strain isolated from the environment and is not currently classified. Finally, the six sequences can be classified into groups of Ashidobacterium / Holophaga. This group has the special characteristics represented by only two cultured bacteria, Acidobacterium capsulatum and Holophaga foetida, in which the entire group contains only 16S rRNA genes in environmental samples (primarily soil). ), Which is detected by amplification and cloning using DNA extracted (Ludwig et al., (1997)). The low similarity between the different sequences that make up this group makes it possible to predict large heterogeneity and diversity within these groups.
결과의 세트는 표 7에 나타내었다.The set of results is shown in Table 7.
이들 결과는 코스미드 라이브러리를 함유하는 서열은 계통발생학적으로 다양화된 것 뿐만이 아니라 현재까지 전혀 분리되지 않았던 모든 미생물로부터 유래된 것이라 사료된다.These results suggest that the sequences containing the cosmid library are derived not only from phylogenetic diversification but from all microorganisms that have not been isolated at all.
증폭된 DNA의 서열분석 결과는 특징분석된 서열이 신규한 토양 샘플내 존재하는 유기체의 계통발생도를 확립하게 한다.The sequencing results of the amplified DNA allow the characterized sequences to establish phylogeny of organisms present in new soil samples.
도 7에서 보여지는 계통발생도는 MASE 소프트웨어(Faulner와 Jurak,1988)에 의해 서열이 나열되고, Kimura 2-파라미터 방법(1980)에 의해 교정되며, 네이버 조이닝 알고리듬(Saitou와 Nei, 1987)의 도움으로 생성된다. 계통 분석은 토양 DNA 라이브러리에서 클로닝된 16S rDNA 서열을 리보솜 데이터베이스 프로젝트(RDP) 데이터베이스(버젼 7.0, SIMILARITY-MATCH 프로그램, Maidak et al.,1999) 및 BLAST 2.0 소프트웨어(Atschul et al,1997)를 사용하여 GenBank 베이스내에서 대조된 원핵생물 16S rDNA 서열과 비교하는 것을 허용한다.The phylogeny shown in FIG. 7 is sequenced by MASE software (Faulner and Jurak, 1988), calibrated by Kimura 2-parameter method (1980), and of the Naver joining algorithm (Saitou and Nei, 1987). Generated with the help. Phylogenetic analysis was performed using the ribosomal database project (RDP) database (version 7.0, SIMILARITY-MATCH program, Maidak et al., 1999) and BLAST 2.0 software (Atschul et al, 1997) to clone 16S rDNA sequences cloned from soil DNA libraries. Allows comparison with the prokaryotic 16S rDNA sequence in the GenBank base.
실시예 14: 대사 풍부성을 평가하기 위한 라이브러리의 유전자 예비선별Example 14 Gene Screening of Libraries for Assessing Metabolic Richness
대사 다양성의 면에서 수득한 라이브러리를 특징규명하고 생합성 경로에 관여할 수 있는 유전자를 운반하는 삽입체를 함유하는 클론을 동정하기 위해, PCR 방법에 기초한 유전자 스크리닝 기술이 I형 PKS 유전자를 검출하고 동정하기 위해 본발명에 따라 개발되었다.In order to characterize the library obtained in terms of metabolic diversity and to identify clones containing inserts carrying genes that may be involved in biosynthetic pathways, gene screening techniques based on PCR methods detect and identify type I PKS genes. Has been developed in accordance with the present invention.
1. 박테리아 균주, 플라스미드 및 배양조건1. Bacteria strains, plasmids and culture conditions
S.코엘리컬러(S.coelicolor) ATCC101478,S.암보파시엔스(S.ambofaciens) NRRL2420,S.락타만두란스(S.lactamandurans) ATCC27382,S.리모서스(S.rimosus) ATCC109610,B.서브틸리스(B.Subtilis) ATCC6633 및B.리케니포미스(B.licheni formis) THE1856(collection RPR)이 PCR 실험을 위한 DNA원으로 사용된다.S.리비단스 TK24는 셔틀 코스미드 POS1700을 위해 사용되는 숙주 균주이다.S. Ko elementary color (S.coelicolor) ATCC101478, S. memorizing Pacific Enschede (S.ambofaciens) NRRL2420, S. lactase buns lance (S.lactamandurans) ATCC27382, S. remote suspension (S.rimosus) ATCC109610, B. sub B. Subtilis ATCC6633 and B. licheni formis THE1856 (collection RPR) are used as DNA sources for PCR experiments. S. lividans TK24 is the host strain used for shuttle cosmid POS1700.
게놈 DNA, 포자와 원형질체의 현탁액 제조 및 S.리비단스의 형질전환을 위해, Hopwood et al.(1986)에 기재된 표준 프로토콜을 따른다. 이.콜라이 Top 10(INVITROGEN)는 PCR 산물의 클로닝을 위한 숙주로서 사용되며 이.콜라이 Sure(STRATAGENE)는 셔틀 코스미드 pOS700I을 위한 숙주로 사용된다. 이.콜라이 배양 조건에서, 플라스미드의 제조, DNA의 분해, 아가로스 겔 전기영동은 표준 과정(Sambrook et al.,1996)에 따라 수행된다.For the preparation of suspensions of genomic DNA, spores and protoplasts and transformation of S. lividans, follow the standard protocol described in Hopwood et al. (1986). E. coli Top 10 (INVITROGEN) is used as a host for cloning PCR products and E. coli Sure (STRATAGENE) is used as a host for shuttle cosmid pOS700I. Under E. coli culture conditions, preparation of plasmids, digestion of DNA, agarose gel electrophoresis is performed according to standard procedures (Sambrook et al., 1996).
2. PCR 프라이머:2. PCR primers:
프라이머 쌍 a1-a2 및 b1-b2는 N.Bamas-Jacques 팀에 의해 정의되고 그의 사용은 순수 균주로부터의 DNA 및 PKSI을 암호화하는 유전자 조사용 토양 라이브러리의 스크리닝을 위해 최적화된다.Primer pairs a1-a2 and b1-b2 are defined by the N.Bamas-Jacques team and their use is optimized for screening soil libraries for genetic investigations encoding DNA and PKSI from pure strains.
표 8Table 8
라이브러리를 스크리닝하는 데 사용되는 PKSI와 상동한 PCR 프라이머PCR primers homologous to PKSI used to screen libraries
증폭 조건:Amplification Condition:
순수 균주의 DNA로부터 PKSI의 연구를 위해, 증폭 혼합물은: 50 ㎕의 최종 용적에, 50 내지 150 ng의 게놈 DNA, 200 μM의 dNTP, 최종 5 mM의 MgCl2, 7% DMSO, 1×Appligene 완충액, 0.4 μM의 각 프라이머 및 2.5 U의 Appligene Taq 폴리머라제를 함유한다. 사용되는 증폭 조건은: K. Seow et al.,1997이 기재한 바와 같이 첫 번째 사이클에서, 95℃에서 2분 동안 변성, 65℃에서 1분 동안 하이브리드화, 72℃에서 1분 동안 신장단계, 이어서 온도가 58℃까지 감소되는 30 사이클이 이어진다. 최종 연장 단계는 72℃에서 10분동안 수행된다.For the study of PKSI from pure strain DNA, the amplification mixture was: 50 μl final volume, 50-150 ng genomic DNA, 200 μM dNTP, final 5 mM MgCl 2 , 7% DMSO, 1 × Appligene buffer , 0.4 μM of each primer and 2.5 U of Appligene Taq polymerase. Amplification conditions used are: in the first cycle, as described by K. Seow et al., 1997, denature for 2 minutes at 95 ° C., hybridization for 1 minute at 65 ° C., elongation for 1 minute at 72 ° C., This is followed by 30 cycles in which the temperature is reduced to 58 ° C. The final extension step is carried out at 72 ° C. for 10 minutes.
라이브러리의 DNA로부터의 PKS I을 연구하기 위해, PCR 조건은 48 클론의 풀에서 추출한 100 내지 500 ng의 코스미드를 사용하는 a1-a2 쌍에서 같다.To study PKS I from the DNA of the library, PCR conditions are the same for a1-a2 pairs using 100-500 ng cosmid extracted from a pool of 48 clones.
b1-b2 프라이머 쌍의 경우, 96 클론으로부터 유래된 500 ng의 코스미드가 사용된다. 증폭 혼합물은 200 μM의 dNTP, 최종 2.5 mM의 MgCl2, 7% DMSO, 1×Quiagen 완충액, 0.4 μM의 각 프라이머 및 2.5 U의 핫-스타트 Taq 폴리머라제(Quiagen)를 함유한다. 사용되는 증폭 조건은: 95℃에서 15분 동안 변성 후 30 사이클: 95℃에서 1분 변성 + 첫 번째 사이클은 65℃에서 1분 하이브리드화 및 다른 사이클에서는 62℃에서 하이브리드화, 72℃에서 1분 신장, 72℃에서 10분 동안 최종 연장 단계이다.For b1-b2 primer pairs, 500 ng cosmid derived from 96 clones is used. The amplification mixture contains 200 μM of dNTP, final 2.5 mM MgCl 2 , 7% DMSO, 1 × Quiagen buffer, 0.4 μM of each primer and 2.5 U hot-start Taq polymerase (Quiagen). Amplification conditions used are: 15 cycles of denaturation at 95 ° C., 30 cycles: 1 minute denaturation at 95 ° C. + 1 minute hybridization at 65 ° C. and hybridization at 62 ° C., 1 minute at 72 ° C. in other cycles. Elongation, final extension step at 72 ° C. for 10 minutes.
48 또는 96 클론의 풀로부터 양성 클론을 동정하는 것은 고체 배지상의 상응하는 페어런트 마이크로플레이트의 레플리카를 사용하거나 또는 여타 표준 복제 방법을 사용하여 수행된다.Identification of positive clones from pools of 48 or 96 clones is performed using replicas of the corresponding parent microplates on solid medium or using other standard replication methods.
3)서브클로닝 및 서열분석3) subcloning and sequencing
동정된 클론의 PCR 산물은 다음 프로토콜에 따라 서열분석된다:PCR products of the identified clones are sequenced according to the following protocol:
단편은 아가로스 겔(겔 추출 키트(Quiagen)) 상에서 정제되고 TOPO TA 클로닝 키트(invitrogen)를 사용하여 이.콜라이 TOP 10(invitrogen)에 클로닝된다. 서브클론의 플라스미드 DNA는 Biorobot(Qiagen) 상에서 알칼리 용해시켜 추출되고 0.025 ㎛ VS 멤브레인(Millipore) 상에서 2시간 동안 투석된다. 샘플은 "유니버셜" 및 "역방향" M13 프라이머로 ABI 377 96 서열분석기(Perkin Elmer) 상에서 서열분석된다.Fragments are purified on agarose gel (gel extraction kit (Quiagen)) and cloned into E. coli TOP 10 (invitrogen) using TOPO TA cloning kit (invitrogen). The plasmid DNA of the subclone is extracted by alkaline lysis on Biorobot (Qiagen) and dialyzed for 2 hours on a 0.025 μm VS membrane (Millipore). Samples are sequenced on an ABI 377 96 sequencer (Perkin Elmer) with "universal" and "reverse" M13 primers.
4)결과4) Result
PCR 프라이머의 한정과 확인Definition and Identification of PCR Primers
효소의 활성 부위를 포함하는 액티노마이시트 I형 PKS의 2개의 고도로 보존된 영역은 축퇴성 프라이머로 동일 유전자를 증폭하기 위해 표적화된다. 이들 두 영역은 각각 서열 PQQR(L)(L)LE 및 VE(A)HGTGT에 상응한다.The two highly conserved regions of actinomycete type I PKS that contain the active site of the enzyme are targeted to amplify the same gene with degenerate primers. These two regions correspond to the sequences PQQR (L) (L) LE and VE (A) HGTGT, respectively.
프라이머(표 8)는 마크로라이드를 생산하거나 생산하지 않는 균주의 DNA로 시험된다: 스피라마이신을 생산하는 스트렙토마이시즈 코엘리컬러, 스트렙토마이시즈 암보파시엔스, 에리쓰로마이신을 생산하는 사카로폴리스포라 에리쓰레아. 사용된 프라이머에 상관없이, 약 700 pb의 단편을 나타내거나 예상되는 단편의 길이에 상응하는 밴드가 모든 균주로 수득된다.Primers (Table 8) are tested with DNA from strains that produce or do not produce macrolides: Streptomyces coelicolor, which produces spiramycin, Streptomyces ambofaciens, Saccharopolis, which produces erythromycin. Fora Eritrea. Regardless of the primer used, bands representing fragments of about 700 pb or corresponding to the length of the fragments expected are obtained with all strains.
이러한 결과는 생산 균주의 PKS I 유전자에 대한 프라이머 a 및 b 또는 S.코엘리컬러내 침묵유전자의 특이성을 증명한다.These results demonstrate the specificity of the silent genes in primers a and b or S. coelicolor for the PKS I gene of the producing strain.
a1-a2 프라이머 쌍으로 수득한 PCR 산물의 서열분석은 S.암보파시엔스 균주로부터, 플랜트에놀라이드, 스피라마이신의 마크로라이드 전구체의 생합성 경로에 속하는 것으로 이전에 기재된(유럽 특허 출원 No. EP 0 791 656) KS 유전자, 및 기재된 바 없는 두 서열, Stramb 9 및 Stramb 12(서열 목록참조)의 동정을 가능하게 한다.The sequencing of PCR products obtained with a1-a2 primer pairs was previously described as belonging to the biosynthetic pathway of the macrolide precursors of plantenolide, spiramycin, from S. ambofaciens strains (European Patent Application No. EP 0). 791 656) allows the identification of the KS gene, and two sequences not described, Stramb 9 and Stramb 12 (see sequence listing).
S.에리쓰레아에 관해서, 스크리닝 방법은 Genebank에서 이전에 공개된 바 있는 모듈 1의 KS 유전자의 서열(접근 번호 M63677)과 동일하고, 6-데옥시에리쓰로놀라이드 B의 합성효소 1(DEBSI)을 암호화하는 KS의 서열(Sacery 17)의 동정을 가능하게 한다. 에리쓰로마이신 생합성 경로에 관련 없는 다른 서열이 동정되었고 그 서열은 서열번호 32의 서열이다.Regarding S. erythrrea, the screening method is identical to the sequence of the KS gene of Module 1 (accession number M63677) previously published in Genebank, and the 6-deoxyerythronolide B synthetase 1 ( To enable identification of the sequence of KS (Sacery 17) encoding DEBSI). Other sequences unrelated to the erythromycin biosynthetic pathway have been identified and are sequences of SEQ ID NO: 32.
결론conclusion
상이한 미생물로부터 PCR에 의해 I형 PKS를 암호화하는 유전자의 존재를 분석하기 위한 방법이 개발되었다. I형 케토-합성효소 도메인의 고도로 보존된 구조는 코돈의 선택을 위해 GC-바이어스드 축퇴성 프라이머의 사용에 기초한 PCR 방법을 생성하게 한다.Methods have been developed for analyzing the presence of genes encoding type I PKS by PCR from different microorganisms. The highly conserved structure of the type I keto-synthase domain allows for the generation of PCR methods based on the use of GC-biased degenerate primers for the selection of codons.
이러한 접근방법은 I형 폴리케타이드의 생합성 경로에 관여하는 유전자 또는클러스터의 동정 가능성을 보여준다. 이이서, 이들 유전자의 클로닝은 폴리케타이드 하이브리드를 제조하는 데 쓰일 수 있는 컬렉션의 생성을 허용한다. 동일 원리가 다른 항생제 부류에도 적용될 수 있다.This approach shows the possibility of identifying genes or clusters involved in the biosynthetic pathway of type I polyketides. Cloning of these genes allows for the creation of collections that can be used to prepare polyketide hybrids. The same principle can be applied to other antibiotic classes.
여기에서 수득된 결과는 침묵 클러스터(서열번호 30 내지 32)에 속할 수 있는 유전자의 존재를 또한 보여준다.The results obtained here also show the presence of genes that can belong to silent clusters (SEQ ID NOs: 30-32).
침묵 클러스터의 존재는 S.리비단스에서 이미 서류화되었고, 그의 발현은 특이적 또는 다면발현 조절자에 의해 촉발된다(Horinouchi et al.; Umeyama et al. 1996). 이러한 결과는 실제로 소위 침묵 경로에 속하는 유전자의 검출이 경로의 다른 특정 효소와 함께 2차 대사산물의 합성에 필요한 효소 단계를 지령할 수 있는 활성 효소를 암호화함을 암시한다.The presence of silent clusters has already been documented in S. lividans and its expression is triggered by specific or pleiotropic regulators (Horinouchi et al .; Umeyama et al. 1996). These results imply that the detection of genes belonging to the so-called silent pathway encodes an active enzyme that, together with other specific enzymes of the pathway, can direct the enzymatic steps necessary for the synthesis of secondary metabolites.
라이브러리의 스크리닝Screening of Libraries
스크리닝은 재료 및 방법 섹션에서 기재한 바와 같은 조건하에서 생산성 균주에서 확인된 프라이머 쌍를 사용하여 수행된다.Screening is performed using primer pairs identified in productivity strains under conditions as described in the Materials and Methods section.
a1-a2 프라이머 쌍의 존재하에서는, 48 또는 96 클론의 풀로부터 추출된 코스미드 DNA로부터 수득된 PCR 산물의 크기가 약 700 kb이며, 이는 예상되는 결과이다.In the presence of a1-a2 primer pairs, the size of the PCR product obtained from cosmid DNA extracted from the pool of 48 or 96 clones is about 700 kb, which is expected result.
수득된 밴드의 강도는 다양하나, 각 풀의 표적 DNA에 대해 하나의 증폭 밴드만이 존재한다.The intensity of the bands obtained varies but there is only one amplification band for the target DNA of each pool.
이러한 조건하에서, 탈복제 후에 9개의 양성 클론에 상응하는 표적 DNA의 8개 그룹이 검출되었다.Under these conditions, eight groups of target DNA corresponding to nine positive clones were detected after decoupling.
제 2 프라이머 쌍 b1-b2로 수행된 스크리닝은 다수의 부수체 밴드가 700 bp 밴드 근처에서 관찰되기 때문에 덜 특이적인 증폭 결과를 낳는다. 그럼에도 불구하고, 탈복제 후에 이러한 양성 클론으로 출발한 14개 양성 클론에 상응하는 표적 DNA의 9개 그룹이 검출되었으며, DNA는 S.리비단스의 서열분석 및 형질전환 단계를 위해 추출된다.Screening performed with the second primer pair b1-b2 results in less specific amplification results because a large number of accessory bands are observed near the 700 bp band. Nevertheless, nine groups of target DNA corresponding to 14 positive clones starting with these positive clones were detected after decoupling, and the DNA is extracted for the sequencing and transformation steps of S. lividans.
코스미드의 분석Cosmid Analysis
PCR에 의해 동정된 코스미드를 AT-풍부 부위를 인식하는 효소 DraI로 분해하는 것은 23 kb보다 큰 단편에 대해서는 영향을 미치지 않는다(도 22). 이는 PCR 방법이 높은 G+C %를 함유하는 토양 DNA를 우선적으로 표적화하고 있음을 시사한다. 이러한 결과는 코돈의 선택을 위해 GC-바이어스되어 사용된 프라이머의 축퇴성의 결과이다. 코스미드의 경우에서 예상된 바와 같이 삽입체는 하나의 경우(클론 a9B12)를 제외하고는, 크기가 23 kb보다 크고, 이는 코스미드의 불안정성의 특정 수준을 반영할 수 있다. 또한, 선별된 모든 클론 중에서, 단 두 개, GS.F1 및 GS.G11만이 동일한 제한 프로필을 보이며 이는 라이브러리내 풍부성의 낮은 수준을 나타낸다.Digestion of the cosmid identified by PCR with the enzyme DraI, which recognizes the AT-rich site, did not affect fragments larger than 23 kb (FIG. 22). This suggests that the PCR method preferentially targets soil DNA containing high G + C%. This result is the result of the degeneracy of the primers used GC-biased for the selection of codons. As expected in the case of cosmid, the insert is larger than 23 kb, except in one case (clone a9B12), which may reflect a certain level of instability of the cosmid. In addition, of all the clones selected, only two, GS.F1 and GS.G11, showed the same restriction profile, indicating low levels of abundance in the library.
선별된 코스미드는 PEG 1000의 존재하 원형질체의 형질젼환에 의해 스트렙토마이시즈 리비단스로 전달된다. 형질전환 효능은 사용된 코스미드 DNA ㎍당 30 내지 1000개 형질전환체 범위이다.Selected cosmids are delivered to Streptomyces lividans by transfection of the protoplasts in the presence of PEG 1000. Transformation efficacy ranges from 30 to 1000 transformants per μg cosmid DNA used.
토양 PKSI 유전자의 서열분석 및 계통발생학적 분석Sequencing and Phylogenetic Analysis of Soil PKSI Gene
순수 균주 상에서 전개된 PCR 방법은 라이브러리의 코스미드 상에서 기재된바와 같이 사용되고 따라서 24 클론이 동정된다.PCR methods developed on pure strains are used as described on the cosmid of the library and thus 24 clones are identified.
두 풀(48 클론) 및 8개의 고유한 클론의 DNA로부터 수득된 약 700 bp의 PCR 산물은 아가로스 겔 상에서 정제된 후 클로닝되고, 서열분석된다. 이는 11 서열의 동정을 허용한다.About 700 bp of PCR product obtained from the DNA of two pools (48 clones) and 8 unique clones is purified on agarose gel and then cloned and sequenced. This allows for the identification of 11 sequences.
상이한 미생물에 존재하는 다른 PKS I과 함께 토양 PKS I(도 24)의 추론된 단백질 서열의 배열은 베타-케토아실 합성효소의 활성 부위 컨센서스 영역에 상응하는 고도로 보존된 영역의 존재를 보여준다.The arrangement of inferred protein sequences of soil PKS I (FIG. 24) with other PKS I present in different microorganisms shows the presence of highly conserved regions corresponding to active site consensus regions of beta-ketoacyl synthase.
"코돈 선호" 방법(Gribskov et al.,1984; Bibb et al., 1984)으로 수득된 서열의 분석은 단일 판독 프레임내 G+C가 풍부한 코돈의 사용에 강한 바이어스의 존재를 드러낸다. 이 판독 프레임에 따라 추론된 단백질은 공지된 I형 KS(Blast program)과 강한 유사도를 보인다. 특히, 토양으로부터의 KS 서열과 에리쓰로마이신 클러스터의 그것간에는 유사도가 약 53%이다.Analysis of the sequences obtained by the “codon preference” method (Gribskov et al., 1984; Bibb et al., 1984) reveals the presence of a strong bias in the use of G + C-rich codons in a single reading frame. Proteins inferred according to this reading frame show a strong similarity with the known type I KS (Blast program). In particular, the similarity between the KS sequence from the soil and that of the erythromycin cluster is about 53%.
풀의 탈복제 및 특정 클론의 동정 후에, 이 클론으로부터 수득된 PCR 산물의 서열은 풀의 그것과 동일하며, 이것은 사용된 방법의 신빙성을 확증한다.After decoupling of the pool and identification of specific clones, the sequence of PCR products obtained from this clone is identical to that of the pool, which confirms the authenticity of the method used.
클론의 PCR 산물의 서열분석은 상이한 3 KSI 유전자의 개연성있는 동정을 허용한다. 이 서열 중 하나(서열번호 34)는 다른 풀의 서열과 98.7%의 유사도를 가지며, 이는 동일 효소를 암호화하고 있음을 시사한다. 나머지 두 서열은 상이하지만 강력하게 상동성이다.Sequencing the clone's PCR products allows for the probable identification of different 3 KSI genes. One of these sequences (SEQ ID NO: 34) has 98.7% similarity with the sequence of the other pool, suggesting that it encodes the same enzyme. The other two sequences are different but strongly homologous.
I형 KS를 암호화하는 유전자를 함유하는 2차 대사산물의 생합성 경로의 토양 DNA 라이브러리내 클로닝과 동정은 처음으로 본원에 기재되었다.Cloning and identification in soil DNA libraries of biosynthetic pathways of secondary metabolites containing genes encoding type I KS were described for the first time.
토양 서열 내 높은 G+C %는 그들이 액티노마이시트의 코돈 쓰임과 비슷한 그것을 가진 게놈에서 유래되었음을 시사한다.The high G + C% in the soil sequence suggests that they are derived from a genome with it similar to the codon usage of actinomycetes.
비록 문헌에서 이용 가능한 데이터는 제한되어 있지만, I형 PKS를 암호화하는 유전자는 게놈내 물리적 구성, 크기 및 각 유전자에 함유된 모듈의 수 때문에 고도로 다양하게 됨이 공지되어 있다.Although the data available in the literature is limited, it is known that genes encoding type I PKS vary widely because of the physical composition, size, and number of modules contained in each gene.
단일 클론에서 유래한 일부 도메인의 존재는 그들이 비대칭 폴리케타이드 클러스터에 속한다는 것의 확증이다. 하나의 사례에서, 2 클론은 KS 도메인에 대해 동일한 서열을 공유하기 때문에 컨티규엄(contiguum)을 형성하는 것으로 보인다.The presence of some domains derived from monoclonals is affirmation that they belong to asymmetric polyketide clusters. In one case, two clones appear to form a contiguum because they share the same sequence for the KS domain.
PKSI 합성에 관여하는 유전자 영역의 크기는 페니실린에 대해 약간의 kb 내지 라파마이신에 대해 약 120 kb 범위에 있다. 코스미드 삽입체의 크기는 그러므로 대부분의 복합 클러스터의 발현에 충분하지 않다.The size of the gene region involved in PKSI synthesis ranges from a few kb for penicillin to about 120 kb for rapamycin. The size of the cosmid insert is therefore not sufficient for the expression of most complex clusters.
PKS I을 암호화하는 유전자는, PKS Ⅱ처럼 반복 작용 가능하고, 방향족 폴리케타이드의 합성을 조절 가능하다고 기재된 바 있다(Jae-Hyuk et al.1995). 토양 PKSI 클러스터의 연구는 이 분야에서 추가 신규성을 제공할 수 있다.Genes encoding PKS I have been described as repeatable as PKS II and can regulate the synthesis of aromatic polyketides (Jae-Hyuk et al. 1995). Research of soil PKSI clusters may provide additional novelty in this area.
5. 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 6 유전자의 동정5. Identification of 6 Genes Encoding Polyketide Synthetase
본 실시예에 기재된 프로토콜에 따라 코스미드의 라이브러리 스크리닝을 지속하는 중, 본 발명자는 폴리케타이드 합성효소 유형의 폴리펩타이드를 암호화하는 몇몇 개방 판독 프레임을 가지는 34071-bp 삽입체를 함유하는 코스미드 클론을 동정하였다.While continuing library screening of cosmids according to the protocol described in this example, we found that cosmid clones containing 34071-bp inserts with several open reading frames encoding polypeptides of the polyketide synthase type Was identified.
좀 더 구체적으로, 코스미드는 따라서 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드또는 매우 가까운 관계에 있는 폴리펩타이드, 비-리보솜 합성효소 펩타이드를 암호화하는 6 개방 판독 프레임을 함유하는 라이브러리를 스크리닝하여 동정된다. 이 코스미드의 세부 지도는 도 36에 나타내었다.More specifically, cosmids are thus identified by screening libraries containing 6 open reading frames encoding polyketide synthase polypeptides or polypeptides in very close relation, non-ribosome synthase peptides. A detailed map of this cosmid is shown in FIG. 36.
코스미드의 완전한 뉴클레오타이드 서열은 서열 목록의 서열번호 113의 서열을 구성한다. 서열번호 113의 서열에 함유된 DNA 삽입체는 다양한 폴리케타이드 합성효소를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열의 상보적인 뉴클레오타이드 서열(- 본쇄)을 구성한다.The complete nucleotide sequence of the cosmid constitutes the sequence of SEQ ID NO: 113 in the sequence listing. The DNA insert contained in the sequence of SEQ ID NO: 113 constitutes the complementary nucleotide sequence (-backbone) of the nucleotide sequence encoding various polyketide synthase.
도 36에서의 코스미드에 포함되며 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드(+ 본쇄)를 암호화하는 개방 판독 프레임을 포함하는 DNA 삽입체의 뉴클레오타이드 서열은 도 37에서 대략적으로 보여지며, 서열 목록의 서열번호 114의 서열을 구성한다.The nucleotide sequence of the DNA insert included in the cosmid in FIG. 36 and comprising an open reading frame encoding the polyketase synthase polypeptide (+ strand) is shown in FIG. 37 approximately, SEQ ID 114 in the sequence listing. Constitutes a sequence of.
또한, 이 코스미드의 DNA 삽입체에 함유된 다양한 개방 판독 프레임의 세부 지도도 도 37에 보여진다.Further, detailed maps of the various open reading frames contained in the DNA insert of this cosmid are also shown in FIG. 37.
이 코스미드의 DNA 삽입체에 함유된 개방 판독 프레임을 포함하는 뉴클레오타이드 서열의 특징은 하기에 상술된다.Features of the nucleotide sequence comprising the open reading frame contained in the DNA insert of this cosmid are detailed below.
ORF1 서열ORF1 sequence
orf1 서열은 부분 개방 판독 프레임 4615 뉴클레오타이드 길이이다. 이 서열은 서열번호 115의 서열을 구성하며, 서열번호 114의 서열의 위치 1의 뉴클레오타이드에서 시작하고 위치 4615의 뉴클레오타이드에서 끝난다.The orf1 sequence is partially open reading frame 4615 nucleotides in length. This sequence constitutes the sequence of SEQ ID NO: 115, starting at the nucleotide of position 1 of the sequence of SEQ ID NO: 114 and ending at the nucleotide of position 4615.
서열번호 115의 서열은 1537-아미노산 ORF1 폴리펩타이드를 암호화하며, 이러한 폴리펩타이드는 서열번호 121의 서열을 구성한다.The sequence of SEQ ID NO: 115 encodes a 1537-amino acid ORF1 polypeptide, which polypeptide constitutes a sequence of SEQ ID NO: 121.
서열번호 121 서열의 폴리펩타이드는 비-리보솜 합성효소 펩타이드와 관련있다. 이 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스내 접근번호 "emb CACO1604.1"로 참조되는 Anabaena sp.90의 합성효소 펩타이드와 37%의 아미노산 동일성을 가진다.The polypeptide of SEQ ID NO: 121 sequence is associated with a non-ribosome synthetase peptide. This polypeptide has 37% amino acid identity with Anabaena sp.90 synthetase peptide referred to by the accession number "emb CACO1604.1" in the Genbank database.
ORF2 서열ORF2 sequence
orf2 뉴클레오타이드 서열은 8301 뉴클레오타이드 길이이며 서열번호 116의 서열을 구성하고, 서열번호 114의 서열의 위치 4633의 뉴클레오타이드에서 시작하고, 위치 12933의 뉴클레오타이드에서 끝난다.The orf2 nucleotide sequence is 8301 nucleotides in length and constitutes the sequence of SEQ ID NO: 116, begins at the nucleotide at position 4633 of the sequence of SEQ ID NO: 114, and ends at the nucleotide at position 12933.
ORF2 서열은 2766-아미노산 ORF2 펩타이드를 암호화하며, 이 폴리펩타이드는 서열번호 122의 서열을 구성한다.The ORF2 sequence encodes a 2766-amino acid ORF2 peptide, which constitutes the sequence of SEQ ID NO: 122.
서열번호 122의 서열의 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스로부터 접근번호 "gb AAF 19812.1"로 참조되는 스티그마텔라 오란티아카(Stigmatella aurantiaca)의 MtaD 서열과 41%의 아미노산 서열 동일성을 보인다.The polypeptide of sequence SEQ ID NO: 122 shows 41% amino acid sequence identity with the MtaD sequence of Stigmatella aurantiaca , referenced from Genbank database under access number "gb AAF 19812.1".
ORF2 폴리펩타이드는 폴리케타이드 합성효소를 구성한다.ORF2 polypeptides constitute a polyketide synthetase.
ORF3 서열ORF3 sequence
orf3 뉴클레오타이드 서열은 5292 뉴클레오타이드 길이이며, 서열번호 117의 서열을 구성한다. 서열번호 117의 서열은 서열번호 114 서열의 위치 12936의 뉴클레오타이드에서 시작하고, 위치 18227의 뉴클레오타이드에서 끝나는 서열과 상응한다.The orf3 nucleotide sequence is 5292 nucleotides in length and constitutes the sequence of SEQ ID NO: 117. The sequence of SEQ ID NO: 117 corresponds to the sequence starting at the nucleotide at position 12936 of SEQ ID NO: 114 sequence and ending at the nucleotide at position 18227.
서열번호 117의 뉴클레오타이드 서열은 1763-아미노산 ORF3 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드를 암호화하며, 이 폴리펩타이드는 본 발명에 따른 서열번호123의 서열을 구성한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 117 encodes a 1763-amino acid ORF3 polyketase synthase polypeptide, which constitutes the sequence of SEQ ID NO: 123 according to the present invention.
서열번호 123 서열의 ORF3 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스로부터 접근번호 "gb AAF 19810.1"로 참조되는 스티그마텔라 오란티아카의 MtaB 서열과 42%의 아미노산 동일성을 보인다.The ORF3 polypeptide of SEQ ID NO: 123 shows 42% amino acid identity with the MtaB sequence of Stigmatella Orantiaca, referred to by access number "gb AAF 19810.1" from the Genbank database.
ORF4 서열ORF4 sequence
orf4 뉴클레오타이드 서열은 6462 뉴클레오타이드 길이이며, 본 발명에 따른 서열번호 118의 서열을 구성한다.The orf4 nucleotide sequence is 6462 nucleotides in length and constitutes the sequence of SEQ ID NO: 118 according to the present invention.
서열번호 118의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 114의 뉴클레오타이드 서열의 위치 18224의 뉴클레오타이드에서 시작하고, 위치 24685의 뉴클레오타이드에서 끝나는 서열에 상응한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 118 corresponds to the sequence starting at the nucleotide at position 18224 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 114 and ending at the nucleotide at position 24685.
서열번호 118의 뉴클레오타이드 서열은 2153-아미노산 ORF4 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드를 암호화하며, 이 폴리펩타이드는 본 발명에 따른 서열번호 124의 서열을 구성한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 118 encodes a 2153-amino acid ORF4 polyketase synthase polypeptide, which constitutes the sequence of SEQ ID NO: 124 according to the present invention.
서열번호 124의 ORF4 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스로부터 접근번호 "gb AAF 62883.1"로 참조되는 소란지움 셀룰로섬(Sorangium cellulosum)의 epoD 서열과 46%의 아미노산 서열 동일성을 가진다.The ORF4 polypeptide of SEQ ID NO: 124 has 46% amino acid sequence identity with the epoD sequence of Sorangium cellulosum referenced by the accession number "gb AAF 62883.1" from the Genbank database.
ORF5 서열ORF5 sequence
orf5 뉴클레오타이드 서열은 5088 뉴클레오타이드 길이이며, 본 발명에 따른 서열번호 119의 서열을 구성한다.The orf5 nucleotide sequence is 5088 nucleotides in length and constitutes the sequence of SEQ ID NO: 119 according to the invention.
서열번호 119의 서열은 서열번호 114의 뉴클레오타이드 서열의 위치 24682의뉴클레오타이드에서 시작하고, 위치 29769의 뉴클레오타이드에서 끝나는 서열과 상응한다.The sequence of SEQ ID NO: 119 corresponds to the sequence starting at the nucleotide of position 24682 of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 114 and ending at the nucleotide of position 29769.
서열번호 119의 뉴클레오타이드 서열은 1695-아미노산 ORF5 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드를 암호화하며, 이 폴리펩타이드는 본 발명에 따른 서열번호 125의 서열을 구성한다.The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 119 encodes a 1695-amino acid ORF5 polyketase synthase polypeptide, which constitutes the sequence of SEQ ID NO: 125 according to the present invention.
서열번호 125 서열의 ORF5 폴리케타이드 합성효소 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스로부터 접근번호 "gb AAF 62883.1"로 참조되는 소란지움 셀루로섬의 epoD 서열과 43%의 아미노산 동일성를 가진다.The ORF5 polyketide synthetase polypeptide of SEQ ID NO: 125 sequence has 43% amino acid identity with the epoD sequence of Sorangium cellulose, referred to by the accession number "gb AAF 62883.1" from the Genbank database.
ORF6 서열ORF6 sequence
orf6 뉴클레오타이드 서열은 4306 뉴클레오타이드 길이이며, 본 발명에 따른 서열번호 120의 서열을 구성한다. 서열번호 120의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 114 서열의 위치 29766의 뉴클레오타이드에서 시작되고 위치 34071의 뉴클레오타이드에서 끝나는 서열과 상응한다.The orf6 nucleotide sequence is 4306 nucleotides in length and constitutes the sequence of SEQ ID NO: 120 in accordance with the present invention. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 120 corresponds to the sequence starting at the nucleotide at position 29766 of SEQ ID NO: 114 and ending at the nucleotide at position 34071.
서열번호 120의 서열은 폴리케타이드 합성효소 타입의 1434-아미노산 ORF6 폴리펩타이드를 암호화하는 부분 개방 판독 프레임을 함유하며, 이 폴리펩타이드는 본 발명에 따른 서열번호 126의 서열을 구성한다.The sequence of SEQ ID NO: 120 contains a partially open reading frame encoding a 1434-amino acid ORF6 polypeptide of the polyketide synthase type, which constitutes the sequence of SEQ ID NO: 126 according to the present invention.
서열번호 126 서열의 폴리펩타이드는 Genbank 데이터베이스로부터 접근번호 "gb AAF 62883.1"로 참조되는 소란지움 셀룰로섬의 epoD 서열과 43%의 아미노산 동일성를 가진다.The polypeptide of SEQ ID NO: 126 has 43% amino acid identity with the epoD sequence of Sorangium cellulose, referred to by the accession number "gb AAF 62883.1" from the Genbank database.
실시예 15: 스트렙토마이시즈내 통합성 BAC 타입의 셔틀 벡터 작제Example 15 Construction of Shuttle Vector of Integrative BAC Type in Streptomyces
스트렙토마이시즈내 통합성 및 접합성 BAC 타입의 셔틀 벡터 작제Construction of Integrative and Conjugated BAC Type Shuttle Vectors in Streptomyces
15.1 벡터 pMBD-1의 작제15.1 Construction of the vector pMBD-1
벡터 BAC pMBD-1은 다음 단계에 따라 수득된다.Vector BAC pMBD-1 is obtained according to the following steps.
단계 1: 벡터 pOSVO10은 효소 PsTI 및 BstZ171로 분해되어 6.3-kb 뉴클레오타이드 단편이 수득된다. Step 1: Vector pOSVO10 is digested with enzymes PsTI and BstZ171 to yield 6.3-kb nucleotide fragments.
단계 2: 벡터 pDNR-1은 효소 PsTI 및 PvuⅡ로 분해되어 4 145-kb 뉴클레오타이드 단편이 수득된다. Step 2: Vector pDNR-1 is digested with enzymes PsTI and PvuII to yield 4 145-kb nucleotide fragments.
단계 3: 벡터 pOSV017에서 유래한 6.3-kb 뉴클레오타이드 단편은 벡터 pDNR-1에서 유래한 4.15-kb 단편과 연결함으로써 융합되며, 따라서 도 30에서 보여지는 바와 같이 벡터 pMBD-1가 생성된다. Step 3: The 6.3-kb nucleotide fragment derived from vector pOSV017 is fused by linking with the 4.15-kb fragment derived from vector pDNR-1, resulting in vector pMBD-1 as shown in FIG. 30.
15.2 벡터 pMBD-2의 작제15.2 Construction of the vector pMBD-2
벡터 pMBD-2는 "Φc31int-Ωhyg" 통합성 박스를 함유하는 BAC 타입의 벡터이다.Vector pMBD-2 is a BAC type vector containing a "Φc31int-Ωhyg" integration box.
Φc31은 부착 부위(attP)가 잘 분포된 광범위 숙주 스펙트럼 용원성 파지이다. Φc31 int 단편은 스트렙토마이시즈 리비단스의 염색체로 플라스미드의 통합을 유도할 수 있는 액티노파지 Φc31의 최소 단편이다.Φ c31 is a broad host spectral lysogenic phage with well distributed attachment sites (attP). The Φ c31 int fragment is the smallest fragment of actinophage Φ c31 that can induce the integration of plasmids into the chromosome of Streptomyces lividans.
Ωhyg는 이.콜라이 및 S.리비단스에서 하이그로마이신 내성을 부여할 수 있는 Ω인터포손의 유도체이다.Ω hyg is a derivative of Ω interposon that can confer hygromycin resistance in E. coli and S. libidans.
Φc31 통합 시스템을 함유하는 BAC 벡터는 Sosio et al.(2000) 및 1999년 12월 29일 PCT 특허출원 No.99/6734에 기재되었다.BAC vectors containing a φc31 integrated system have been described in Sosio et al. (2000) and PCT patent application No. 99/6734 of December 29, 1999.
벡터 BAC pMBD-2는 다음 단계에 따라 작제된다.Vector BAC pMBD-2 is constructed according to the following steps.
단계 1: 이.콜라이 다중 카피 플라스미드내 Φc31int Ωhyg 통합성 박스의 작제. Step 1: Construction of Φ c31 in Ω hyg integrative box in E. coli multicopy plasmid.
Φc31 int 단편은 우선 하기 프라이머 쌍을 사용하여 플라스미드 pOJ436으로부터 증폭된다.The φc31 int fragment is first amplified from plasmid pOJ436 using the following primer pairs.
-프라이머 EVΦc31I(서열번호 109)(EcoRV 부위를 Φc31서열의 5' 말단으로 도입하는 것을 허용하는) 및 프라이머 BⅡ Φc31F(서열번호 110)(BgLⅡ 부위를 Φc31 서열의 3' 말단으로 도입하는 것을 허용하는).Primer EVΦc31I (SEQ ID NO: 109) (allowing the EcoRV site to be introduced into the 5 'end of the Φc31 sequence) and primer BII Φc31F (SEQ ID NO: 110) (allowing the BgLII site to be introduced into the 3' end of the Φc31 sequence ).
Ωhyg 단편은 Blondelet-Rouault(1997)에 의해 기재된 플라스미드 pHP45 Ωhyg의 BamHI 효소를 사용하여 분해함으로써 수득된다.Ωhyg fragments are obtained by digestion using the BamHI enzyme of plasmid pHP45 Ωhyg described by Blondelet-Rouault (1997).
이어서, Φc31 int-Ωhyg 통합성 박스는 효소 BgⅢ 및 EcoRV로 분해된 벡터 pMCS5로 클로닝된다.The φc31 int-Ωhyg integrative box is then cloned into vector pMCS5 digested with enzymes BgIII and EcoRV.
단계 2: 벡터 pMBD-2의 작제Step 2: Construction of the Vector pMBD-2
Frengen 등(1999)에 의해 기재된 박테리아 인공 염색체 pBAce3.6은 효소 NheI로 분해되고, 이후 Eco 폴리머라제로 처리된다.The bacterial artificial chromosome pBAce3.6 described by Frengen et al. (1999) is degraded with the enzyme NheI and then treated with Eco polymerase.
이어서, 벡터 pMCS5 Φc31 int-Ωhyg는 효소 SnaBI 및 EcoRV로 분해되어 통합성 박스가 회수된다.The vector pMCS5 φc31 int-Ωhyg is then digested with the enzymes SnaBI and EcoRV to recover the integrated box.
벡터 pMBD2의 세부 지도는 도 31에 나타내었다.A detailed map of the vector pMBD2 is shown in FIG. 31.
15.3 벡터 pMBD-3의 작제15.3 Construction of the vector pMBD-3
벡터 pMBD-3은 BAC 타입의 통합성(Φc31 int) 및 접합성(ori T) 벡터이며, 선별 마커 Ωhyg를 포함한다.Vector pMBD-3 is a BAC type of integration (Φc31 int) and conjugation (ori T) vectors and includes the selection marker Ωhyg.
벡터 pMBD-3의 지도와 그의 작제 방법이 도 31에 나타나 있다.A map of the vector pMBD-3 and its construction method are shown in FIG. 31.
벡터 pMBD-3은 pacI 제한부위를 가지는 서열번호 111 및 서열번호 112 서열의 프라이머 쌍을 사용하여 플라스미드 pOJ436으로 시작하는 Ori T 유전자를 증폭시켜 수득된다.Vector pMBD-3 is obtained by amplifying the Ori T gene starting with plasmid pOJ436 using primer pairs of SEQ ID NO: 111 and SEQ ID NO: 112 having pacI restriction sites.
프라이머 서열번호 111 및 서열번호 112를 사용하여 증폭된 뉴클레오타이드 단편은 PacI 효소로 미리 분해된 벡터 pMBD2에 클로닝된다. 벡터 pMBD-3의 작제 개요는 도 31에 나타내었다.Nucleotide fragments amplified using primers SEQ ID NO: 111 and SEQ ID NO: 112 are cloned into vector pMBD2, previously digested with PacI enzyme. An outline of the construction of the vector pMBD-3 is shown in FIG. 31.
15.4 벡터 pMBD-4의 작제15.4 Construction of the vector pMBD-4
벡터 pMBD-4의 세부 지도는 도 32에 나타내었다.A detailed map of the vector pMBD-4 is shown in FIG. 32.
벡터 pMBD-4는 Φc31 int-Ωhyg 통합성 박스를 벡터 pCYTAC2로 클로닝시켜 수득된다.Vector pMBD-4 is obtained by cloning the φc31 int-Ωhyg integrity box into the vector pCYTAC2.
15.5 벡터 pMBD-5의 작제15.5 Construction of the vector pMBD-5
벡터 pMBD-5의 작제 개요는 도 33에 나타내었다.The construction scheme of the vector pMBD-5 is shown in FIG. 33.
벡터 pMBD-5는 도 33에 도해된 벡터 pMBD-1의 두 loxP 부위 사이에 포함된 뉴클레오타이드 단편과 pBTP3로 명명된 BAC 벡터내에 함유된 loxP 부위를 재조합시켜 작제되며, 플라스미드 pBTP3의 세부지도는 도 34에서 나타내었다.Vector pMBD-5 is constructed by recombining a nucleotide fragment contained between two loxP sites of vector pMBD-1 illustrated in FIG. 33 and a loxP site contained in a BAC vector named pBTP3, and a detailed map of plasmid pBTP3 is shown in FIG. 34. It is shown in.
15.6 벡터 pMBD-6의 작제15.6 Construction of the vector pMBD-6
벡터 pMBD-6는 도 35에 나타낸 바와 같이, 벡터 pMBD-1의 두 loxP 부위 사이에 포함된 뉴클레오타이드 단편을 BAC pBeloBac11 벡터의 loxP 부위 중으로 재조합시켜 작제된다.Vector pMBD-6 is constructed by recombining the nucleotide fragment contained between two loxP sites of vector pMBD-1 into the loxP site of the BAC pBeloBac11 vector.
표 1Table 1
샘플링 장소의 위치 및 각종 실험에 사용된 토양의 특징.The location of the sampling site and the characteristics of the soil used in the various experiments.
토양을 분쇄하기 전 및 후에 아크리딘 오렌지로 염색하여 직접 미생물 카운트를 수행.Perform microbial counts directly by staining with acridine orange before and after crushing the soil.
표 2TABLE 2
PCR 증폭 및 도트-블롯 하이브리드화에 사용된 프라이머 및 탐침Primers and Probes Used for PCR Amplification and Dot-Blot Hybridization
표 3TABLE 3
프로토콜 1 내지 5에 따른 용해 처리 후 상이한 토양으로부터 추출된 DNA의 양(㎍ DNA/건조토양의 중량 g ±표준편차)Amount of DNA extracted from different soils after lysis treatment according to protocols 1-5 (μg DNA / dry soil weight in g ± standard deviation) aa
토양 1, 2, 3 및 6; n=3; 토양 4: n=1Soil 1, 2, 3 and 6; n = 3; Soil 4: n = 1
표 4Table 4
토양으로부터 추출된 DNA의 분자 특징분석에 사용된 프라이머와 탐침Primers and Probes Used to Molecular Characterization of DNA Extracted from Soil
표 5Table 5
Nycodenz 구배상 박테리아 세포의 추출 효능과 추출된 DNA의 양.Extraction efficacy and amount of DNA extracted from Nycodenz gradient bacteria cells.
밀도 구배상 분산과 원심분리에 앞서 6% 효모 추출 용액에서 토양 샘플 배양의 효과.Effect of soil sample culture in 6% yeast extract solution prior to density gradient phase dispersion and centrifugation.
표 6Table 6
낮은 G+C%를 가지는 그램+ 프로테오박테리아 아강 a, b, 및 g와 액티노마이시트의 함수로서 추출된 DNA의 특징분석; 100% 기준으로 작용하는 원핵생물 탐침과의 하이브리드화 시그널Characterization of the extracted DNA as a function of Gram + proteobacterial subclasses a, b, and g with actinomycete having a low G + C%; Hybridization Signals with Prokaryotic Probes That Act as 100% References
표 7TABLE 7
코스미드 라이브러리에 함유된 16S rDNA 서열의 다양성Diversity of 16S rDNA Sequences in Cosmid Library
표 9: 서열 Table 9 : Sequence
참조문헌Reference
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