DE102007048134A1 - Cloning, integration and expression of a gene cluster comprises using gene cassettes comprising sequences that mediate the transfer, integration and expression of a flanked nucleic acid - Google Patents

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    • C12N15/1082Preparation or screening gene libraries by chromosomal integration of polynucleotide sequences, HR-, site-specific-recombination, transposons, viral vectors

Abstract

Cloning, integration and expression of a gene cluster comprises preparing gene cassettes comprising sequences that mediate the transfer and integration of a flanked nucleic acid and the expression of all genes in the flanked nucleic acid, producing a recombinant transposon by linking the gene cassettes upstream and downstream of the gene cluster, introducing the transposon into a cell so that the transposon automatically integrates into the cell's genome, and expressing all of the genes of the cluster. Independent claims are also included for: (1) gene cassette for cloning a gene cluster, comprising a promoter sequence and a transposition element; (2) vector for cloning, integration and expression of a gene cluster, comprising at least one gene cassette as above; (3) cell containing a gene cassette or vector as above; (4) culture of a cell as above.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klonierung, Integration und Expression mehrerer Gene mindestens eines Genclusters sowie mindestens eine Gen-Kassette zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a process for cloning, integration and Expression of several genes of at least one gene cluster and at least a gene cassette for carrying out the method.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Mikroorganismen produzieren eine große Anzahl von wissenschaftlich, biotechnologisch und medizinisch bedeutenden Substanzen. Beinahe täglich werden durch genome mining, oder aufwendige Metagenom- und Screeningverfahren neue Gene identifiziert, die für die Synthese ungewöhnlicher Stoffwechselprodukte mit biomedizinischem Potential verantwortlich sind. Dabei zeigt sich, dass für die Synthese solcher Stoffwechselprodukte (in der Regel Sekundärmetabolite) häufig eine größere Anzahl verschiedener Enzyme benötigt wird, die gemeinsam einen Enzymkomplex oder metabolic pathway bilden. Interessanterweise sind die Gene, die für solche Enzymsysteme codieren und somit funktionell miteinander gekoppelt sind, zumeist gemeinsam in großen funktionellen Clustern auf einem Chromosom organisiert. Zu den bekanntesten Beispielen biotechnologisch und medizinisch relevanter Verbindungen, die durch komplexe Enzymsysteme erzeugt werden, gehören die so genannten Polyketide und nicht-ribosomalen Peptide. Sie werden durch Polyketid-Synthasen (PKS) und nicht-ribosomale Peptidsynthasen (NRPS) in multimodularen Assemblierungsschritten synthetisiert ( Wenzel & Müller, 2005 ), deren Gene in großen Clustern von mindesten 40 kb Länge lokalisiert sind. Viele der neuen bioaktiven Verbindungen stammen jedoch aus einzelligen Organismen, die ein sehr langsames Wachstum aufweisen oder gar nicht kultivierbar sind (wie z. B. Symbionten von marinen Schwämmen oder Korallen). Somit ist die heterologe Synthese solcher Verbindungen in etablierten bakteriellen Produktionsstämmen oft die einzige Möglichkeit ein neues Stoffwechselprodukt in großen Mengen zur Verfügung zu stellen.Microorganisms produce a large number of scientifically, biotechnologically and medically important substances. Almost every day, genome mining or complex metagenome and screening techniques are used to identify new genes responsible for the synthesis of unusual metabolic products with biomedical potential. It turns out that for the synthesis of such metabolic products (usually secondary metabolites) often a larger number of different enzymes is needed, which together form an enzyme complex or metabolic pathway. Interestingly, the genes encoding such enzyme systems, and thus functionally coupled to each other, are mostly organized together in large functional clusters on a chromosome. Among the best known examples of biotechnologically and medically relevant compounds produced by complex enzyme systems are the so-called polyketides and non-ribosomal peptides. They are synthesized by polyketide synthases (PKS) and non-ribosomal peptide synthases (NRPS) in multimodular assembly steps ( Wenzel & Müller, 2005 ) whose genes are localized in large clusters of at least 40 kb in length. However, many of the new bioactive compounds are derived from unicellular organisms that have very slow growth or are not culturable at all (such as symbionts of marine sponges or corals). Thus, the heterologous synthesis of such compounds in established bacterial production strains is often the only way to provide a new metabolite in large quantities.

Um jedoch eine heterologe Synthese von Sekundärmetaboliten in einem fremden Organismus zu ermöglichen, müssen grundsätzlich zwei Vorraussetzungen erfüllt werden. Zum einen muss das gesamte Gencluster vom Ursprungsorganismus in den bakteriellen Produktionsstamm übertragen werden und zum anderen müssen im mikrobiellen Produktionsstamm die genetischen Voraussetzungen geschaffen werden, um die wirtsfremden Gene funktionell exprimieren zu können. Die damit verbundenen Probleme und die in der Literatur beschriebenen Lösungsansätze werden im Folgenden an einigen Beispielen erläutert.Around however, a heterologous synthesis of secondary metabolites in a foreign organism basically two prerequisites are met. For one, the entire gene cluster must be isolated from the original organism in be transferred to the bacterial production strain and on the other hand, in the microbial production strain the genetic conditions are created to the alien Being able to express genes functionally. The associated Problems and the solutions described in the literature are explained below with some examples.

1.1 Die heterologe Expression von Enzymkomplexen und biosynthetic pathways1.1 Heterologous Expression of Enzyme Complexes and biosynthetic pathways

Die funktionelle Expression eines Enzyms in einem biotechnologisch gut handhabbaren Mikroorganismus wie z. B. Escherichia coli ist in der Regel durch verschiedene Faktoren limitiert:The functional expression of an enzyme in a biotechnologically good manageable microorganism such. B. Escherichia coli is in the Usually limited by different factors:

Der CodongebrauchThe codon usage

Verschiedene Mikroorganismen weisen sehr unterschiedliche Präferenzen in ihrem Codon-Gebrauch auf. Wenn der Codon-Gebrauch zwischen Urspungs- und Wirtsorganismus zu stark voneinander abweicht, kann es zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Translation der heterologen Zielgene kommen ( Gustaffson et al., 2004 ).Different microorganisms have very different preferences in their codon usage. If the codon usage between the original and the host organism deviates too much, the translation of the heterologous target genes can be significantly impaired ( Gustaffson et al., 2004 ).

Wirtsspezifische DNA-ElementeHost-specific DNA elements

Häufig werden fremde genetische Elemente, wie Promotoren oder regulatorische Regionen im Wirtsorganismus nicht oder nur unzulänglich erkannt, wodurch die Transkription der Zielgene beeinträchtig wird oder gar nicht initiiert werden kann ( Lambalot et al., 1996 ).Frequently, foreign genetic elements, such as promoters or regulatory regions in the host organism are not recognized or only inadequately recognized, whereby the transcription of the target genes is impaired or can not be initiated ( Lambalot et al., 1996 ).

Biosynthetic backgroundBiosynthetic background

Sowohl die Expression wirtsfremder Biokatalysatoren als auch die Synthese neuer Stoffwechselprodukte (z. B. Sekundärmetabolite) stellen z. T. sehr spezifische Anforderungen an den Stoffwechselhintergrund des Wirtsorganismus. So müssen z. B. für die heterologe Synthese von Proteinen, welche Kofaktoren oder prosthetische Gruppen benötigen (wie etwa Redoxenzyme), diese Kofaktoren im Expressionswirt in ausreichenden Mengen bereitgestellt und in das wirtsfremde Protein einbauen ( Drepper et al., 2005 ) oder alle Kofaktorsynthesegene des Ursprungsorganismus im heterologen System coexprimiert werden. Ähnlich verhält es sich mit Proteinen, die ein großes Fehlfaltungspotential aufweisen; hier erfordert die funktionelle Expression eine leistungsstarke Proteinfaltungsmaschinerie (sog. Chaperone) ( de Marco et al., 2007 ). Hinzu kommen besondere Erfordernisse an die Stoffwechselleistung der Wirtszelle: Diese spielt zum einen eine bedeutende Rolle, wenn für die Produktion einer Verbindung eine ungewöhnliche Vorstufe bereitgestellt werden muss. Zum anderen konnte jedoch auch beobachtet werden, dass je nach individueller Stoffwechselleistung des mikrobiellen Produktionsstamms, völlig neue Verbindungen mit hohem biotechnologischem Potential erzeugt werden konnten ( Wenzel et al., 2005 ).Both the expression of host-foreign biocatalysts and the synthesis of new metabolites (eg secondary metabolites) provide e.g. T. very specific requirements for the metabolic background of the host organism. So z. For example, for the heterologous synthesis of proteins that require cofactors or prosthetic groups (such as redox enzymes), these cofactors are provided in the expression host in sufficient quantities and incorporated into the host protein ( Drepper et al., 2005 ) or all cofactor synthesis genes of the parent organism are coexpressed in the heterologous system. Similarly, with proteins that have a large misfolding potential; Here functional expression requires a powerful protein folding machinery (so-called chaperones) ( de Marco et al., 2007 ). In addition, there are special requirements for the metabolic activity of the host cell: on the one hand, this plays an important role if an unusual prepress needs to be provided for the production of a connection. On the other hand, however, it was also possible to observe that, depending on the individual metabolic activity of the microbial production strain, completely new compounds with high biotechnological potential could be produced ( Wenzel et al., 2005 ).

In den letzen Jahren wurden verschiedene Methoden entwickelt, um die dargestellten Probleme bei der heterologen Expression komplexer Enzymsysteme systematisch zu umgehen. Dabei beruhen alle beschrieben Methoden grundsätzlich auf zwei unterschiedlichen Prinzipien:In In recent years, various methods have been developed to presented problems in heterologous expression more complex Systematically bypass enzyme systems. All are described Methods basically based on two different principles:

1) Die heterologe Genexpression in verwandten Wirtsorganismen1) Heterologous gene expression in related host organisms

Besteht zwischen dem Ursprungsorganismus und dem ausgewählten Produktionsstamm eine nahe Verwandtschaft, ähneln sich häufig codon-usage und Promotorstrukturen, sodass die heterologen Gene recht einfach exprimiert werden können. So konnte z. B. das dpt-Gencluster aus Streptomyces roseosporus, welches für das Antibiotikum Daptomycin codiert, erfolgreich in Streptomyces lividans exprimiert werden ( Miao et al., 2005 ). Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch grundsätzlich darin, dass für die funktionelle Expression eines komplexen Enzymsystems ein verwandter und gut handhabbarer Expressionsstamm zur Verfügung stehen muss. Darüber hinaus ist die Expression der Zielgene nicht oder nur schlecht steuerbar und führt in der Regel lediglich zu geringen Protein- und Produkt-Ausbeuten.If there is a close affinity between the original organism and the selected production strain, codon usage and promoter structures are often similar, so that the heterologous genes can be expressed quite simply. So z. B. the Dpt gene cluster from Streptomyces roseosporus, which codes for the antibiotic daptomycin, are successfully expressed in Streptomyces lividans ( Miao et al., 2005 ). The disadvantage of this method, however, is basically that a related and well manageable expression strain must be available for the functional expression of a complex enzyme system. In addition, the expression of the target genes is not or only poorly controllable and usually leads only to low protein and product yields.

2) Die heterologe Genexpression mit etablierten Expressionssystemen2) Heterologous gene expression with established expression systems

Die Expression vieler Gene eines Genclusters kann alternativ in gut etablierten Expressionsystemen durchgeführt werden ( Kao et al., 1994 ). Obwohl die sukzessive und zielgerichtete Umklonierung geclusterter Gene in entsprechende Expressionsplasmide sehr zeitaufwendig ist, bietet diese Methode einen entscheidenden Vorteil: Die heterologe Expression der Clustergene kann so auch in nicht-verwandten Expressionswirten durchgeführt werden, da die Zielgene in den verwendeten Expressionsvektoren unter der Kontrolle wirtsspezifischer Promotoren gestellt werden können. Dies ermöglicht in der Regel zudem eine kontrollierte Überproduktion der gewünschten Biokatalysatoren oder Metabolite in dem rekombinanten mikrobiellen Produktionsstamm.The expression of many genes of a gene cluster can alternatively be carried out in well-established expression systems ( Kao et al., 1994 ). Although the successive and targeted recloning of clustered genes into corresponding expression plasmids is very time-consuming, this method offers a decisive advantage: The heterologous expression of the cluster genes can thus also be carried out in unrelated expression hosts, since the target genes in the expression vectors used are under the control of host-specific promoters can be made. This also usually allows controlled overproduction of the desired biocatalysts or metabolites in the recombinant microbial production strain.

Mit diesem Verfahren konnte z. B. das Siderophor Yersiniabactin aus Yersinia pestis erfolgreich in E. coli hergestellt werden ( Pfeifer et al., 2001 ; Pfeifer et al., 2003 ). Für die Synthese von Yersiniabactin musste ein 22 kb großes Gencluster in den E. coli Wirtsstamm übertragen werden. Auch Epothilone D, ein natürliches Polyketid aus Sorangium cellulosum, dessen Synthese-Gencluster 56 kb umfasst, konnte so heterolog in Myxococcus xanthum exprimiert werden ( Julien & Shah, 2002 ; Lau et al., 2002 ).With this method z. For example, the siderophore Yersiniabactin from Yersinia pestis is successfully produced in E. coli ( Pfeifer et al., 2001 ; Pfeifer et al., 2003 ). For the synthesis of yersiniabactin, a 22 kb gene cluster had to be transferred into the E. coli host strain. Epothilone D, a natural polyketide from Sorangium cellulosum, whose synthesis gene cluster comprises 56 kb, could also be expressed heterologously in Myxococcus xanthum ( Julien & Shah, 2002 ; Lau et al., 2002 ).

1.2 Konstruktion rekombinanter Plasmide zur Expression geclusterter Gene mittels gentechnologischer Verfahren1.2 Construction of recombinant plasmids for the expression of clustered genes by genetic engineering

Funktionell gekoppelte Gene eines großen Clusters liegen meist nicht in gleicher Transkriptionsrichtung vor und weisen in der Regel mehr als einen Promotor und einen Transkriptionsterminator auf. Eine solche Genanordnung macht daher den sukzessiven Einbau der einzelnen Gene in entsprechende Expressionsvektoren für die kombinierte Transkription unumgänglich. Grundsätzlich sind jedoch kommerziell erhältliche Expressionssyteme lediglich für die Klonierung und Expression eines Gens oder einer aus wenigen Genen bestehenden Transkriptionseinheit ausgelegt. Um geeignete rekombinante Expressionsvektoren zu erzeugen, werden in den meisten Fällen die Ausgangsvektoren und die Zielgene-tragenden DNA-Fragmente mithilfe definierter TypII-Restriktionsendonukleasen hydrolysiert und anschließend die kompatiblen Enden der dabei entstandenen DNA-Fragmente mit DNA-Ligasen miteinander verknüpft. Die Größe der handhabbaren DNA-Fragmente ist dabei jedoch aufgrund der Eigenschaften der Restriktionsendonukleasen auf ca. 10 kb limitiert: Restriktionsenzyme erkennen spezifisch eine palindromische Nukleotidabfolge von sechs Basen, wodurch statistisch jedes DNA-Fragment mit einer beliebigen Sequenz für jede Restriktionsendonuklease nach ca. 4000 bp eine Erkennungsstelle aufweist. Somit ist die Umklonierung großer DNA-Fragmente in einem Schritt mit herkömmlichen gentechnologischen Verfahren nicht möglich.Functional coupled genes of a large cluster are usually not in the same direction of transcription and usually have more as a promoter and a transcription terminator. A such gene arrangement therefore makes the successive incorporation of the individual Genes into corresponding expression vectors for the combined Transcription inevitable. Basically however, commercially available expression systems only for the cloning and expression of a gene or a designed from a few genes transcription unit. Around to produce suitable recombinant expression vectors are described in in most cases, the initial vectors and the target genes-carrying DNA fragments using defined type II restriction endonucleases hydrolyzed and then the compatible ends of the thereby resulting DNA fragments with DNA ligases linked together. The size of the manageable DNA fragments is included however, due to the properties of the restriction endonucleases limited to approx. 10 kb: Restriction enzymes recognize specifically a palindromic nucleotide sequence of six bases, resulting in statistical any DNA fragment of any sequence for each Restriction endonuclease after about 4000 bp a recognition site having. Thus, the recloning of large DNA fragments in one step with conventional genetic engineering methods not possible.

In der Literatur werden bislang zwei grundsätzliche Methoden beschrieben, verschiedenen Gene zu klonieren um sie anschließend im geeigneten Wirt zu exprimieren:In The literature has so far become two basic methods described to clone various genes around them subsequently to express in the appropriate host:

1) Komplexe Abfolge forcierter Klonierungen1) Complex sequence of forced cloning

Mit Hilfe von PCR werden zunächst die einzelnen Gene des zu exprimierenden Genclusters amplifiziert. Durch den Einsatz von geeigneten Primern, die neben den homologen Sequenzen auch Erkennungsstellen für Restriktionsendonukleasen beinhalten, können die einzelnen Sequenzen nach der PCR in Vektoren kloniert werden. In weiteren Klonierungsschritten werden die einzelnen Komponenten des Clusters sukzessive wieder zusammengefügt.With First, the individual genes are to be aided by PCR amplified gene cluster amplified. Through the use of suitable Primers that in addition to the homologous sequences also recognition sites for restriction endonucleases the individual sequences are cloned into vectors after the PCR. In further cloning steps, the individual components of the cluster successively merged again.

Aufgrund der zahlreichen Klonierungsschritte und der erforderlichen komplexen Klonierungsstrategie ist diese Methode allerdings sehr zeitaufwendig ( Wenzel et al., 2004 ). Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass aufgrund der vielen PCRs Mutationen in den Genen eingebaut werden können.However, due to the numerous cloning steps and the required complex cloning strategy, this method is very time-consuming ( Wenzel et al., 2004 ). Another disadvantage of this method is that due to the many PCRs, mutations can be incorporated into the genes.

2) Red/ET cloning technology2) Red / ET cloning technology

Das Red/ET cloning technology Verfahren beruht auf dem Prinzip der homologen Rekombination ( Zhang et al., 1998 ), die unter Verwendung der isolierten Proteine RecE und RecT bzw. den homologen Proteinen Red⎕ und Red⎕ in vitro durchgeführt werden kann. Mit Hilfe dieser Methode konnte ein Gencluster aus dem Myxobakterium Stigmatella aurantiaca, das für Myxochromid S kodiert, kloniert und anschließend heterolog in Pseudomonas putida exprimiert werden ( Wenzel et al., 2005 ). Vor dem vollständigen mch Gencluster, das für Myxochromid S kodiert, wurde durch homologe Rekombination ein origin of transfer (oriT) inseriert, der die Übertragung des Genclusters nach P. putida ermöglichte. Außerdem wurde ein wirtsspezifischer Promotor integriert, der im Gegensatz zu dem natürlichen Promotor des Genclusters von P. putida erkannt wurde.The Red / ET cloning technology method is based on the principle of homologous recombination ( Zhang et al., 1998 ), which can be carried out in vitro using the isolated proteins RecE and RecT or the homologous proteins Red⎕ and Red⎕. Using this method, a gene cluster from the myxobacterium Stigmatella aurantiaca, which codes for myxochromide S, could be cloned and subsequently expressed heterologously in Pseudomonas putida ( Wenzel et al., 2005 ). In front of the complete mch gene cluster, which codes for myxochromide S, an origin of transfer (oriT) was inserted by homologous recombination, which enabled the transfer of the gene cluster to P. putida. In addition, a host-specific promoter was integrated, which was recognized in contrast to the natural promoter of the gene cluster of P. putida.

Obwohl durch die beschriebenen Methoden im Einzelfall die Erzeugung eines mikrobiellen Produktionsstamms grundsätzlich möglich ist, bleiben einige Probleme, insbesondere bei der Expression großer Gencluster, bestehen. So sind große Genregionen, wie bereits erwähnt, häufig von Transkriptionsterminatoren unterbrochen und die Integration eines wirtsspezifischen Promotors nach jeder Transkriptionstermination ist technisch sehr aufwendig. Die Gene eines Clusters sind zudem oft nicht in einer Orientierung angeordnet, sodass bislang weitere Klonierungsschritte notwendig sind, um die Gene in einer Orientierung anzuordnen und eine vollständige Transkription aller Gene eines Clusters zu erreichen. Hinzu kommt, dass die Etablierung eines Genclusters auf einem extrachromosomalen DNA-Element, wie einem Plasmid, Cosmid oder BAC, in einem heterologen Wirt in der Regel nicht stabil erfolgt.Even though by the described methods in the individual case the production of a microbial production strain basically possible is, some problems remain great, especially in the expression Gene clusters exist. So are big gene regions, as already often mentioned by transcription terminators interrupted and the integration of a host-specific promoter After each Transkriptionstermination is technically very complicated. The genes of a cluster are also often not in one orientation arranged, so far more cloning steps necessary are to arrange the genes in an orientation and complete To achieve transcription of all genes of a cluster. Come in addition, that the establishment of a gene cluster on an extrachromosomal DNA element, such as a plasmid, cosmid or BAC, in a heterologous Host is usually not stable.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die koordinierte funktionelle Expression komplexer Enzymsysteme, Gencluster aus Metagenom- und cDNA-Banken sowie ganzer Biosynthesewege in verschiedenen Gram-negativen Bakterien ermöglicht.It It is an object of the invention to provide a method to make the coordinated functional expression more complex Enzyme systems, gene clusters from metagenome and cDNA banks as well as whole ones Biosynthetic pathways in various Gram-negative bacteria allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das folgende Schritte umfasst:

  • – Bereitstellen von mindestens zwei Gen-Kassetten, die Sequenzen aufweisen, welche die Übertragung und Integration eines flankierten Nukleinsäuremoleküls sowie die Expression aller Gene des flankierten Nukleinsäuremoleküls vermitteln;
  • – Erzeugung eines rekombinanten Transposons durch Verknüpfung der Gen-Kassetten mit einem Nukleinsäuremolekül, das mindestens ein Gencluster umfasst, wobei mindestens eine erste Gen-Kassette stromaufwärts des Genclusters und mindestens eine zweite Gen-Kassette stromabwärts des Genclusters angehängt wird;
  • – Einbringen des Transposons in eine Rezipientenzelle, wobei sich das Transposon selbstständig in das Genom der Rezipientenzelle integriert; und
  • – Koordinierte Expression aller Gene des Genclusters in der Rezipientenzelle.
The object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, which comprises the following steps:
  • Providing at least two gene cassettes having sequences which mediate the transfer and integration of a flanked nucleic acid molecule as well as the expression of all genes of the flanked nucleic acid molecule;
  • Generating a recombinant transposon by linking the gene cassettes to a nucleic acid molecule comprising at least one gene cluster, wherein at least one first gene cassette is added upstream of the gene cluster and at least one second gene cassette downstream of the gene cluster;
  • - introducing the transposon into a recipient cell, whereby the transposon integrates independently into the genome of the recipient cell; and
  • Coordinated expression of all genes of the gene cluster in the recipient cell.

Zur Überwindung der genannten Probleme bei den bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß ein vorteilhaftes Verfahren für die Klonierung, Integration und Expression großer Gencluster in biotechnologisch handhabbaren Expressionswirten zur Verfügung gestellt, das (i) die Restriktionsendonuklease-unabhängige Einschrittklonierung großer Gencluster ermöglicht, (ii) die stabile Etablierung der rekombinanten Expressionskassette in beliebigen Gram-negativen Bakterien erlaubt und (iii) eine vollständige Expression aller Zielgene unabhängig von den ursprünglichen Promotoren und Transkriptionsterminatoren gestattet. Die zielgerichtete oder randomisierte Expression wirtsfremder Gencluster in bakteriellen Wirtsstämmen mit breit gefächerten Stoffwechselleistungen (das so genannte „pathway engineering") ermöglicht dabei die Synthese neuer, biotechnolgisch relevanter Substanzen. Hierdurch können neue bakterielle Expressions- und Produktionsstämme für den Einsatz in der weißen Biotechnologie erzeugt werden.To overcome the mentioned problems in the known methods, an advantageous method for the cloning, integration and expression of large gene clusters in biotechnologically manageable expression hosts is provided according to the invention, which (i) allows the restriction endonuclease-independent one-step cloning of large gene clusters, (ii) the stable establishment allows the recombinant expression cassette in any Gram-negative bacteria, and (iii) allows complete expression of all target genes independent of the original promoters and transcription terminators. The targeted or randomized expression of host-foreign gene clusters in bacterial host strains with broad metabolic activities (the so-called "pathway engineering") allows the synthesis of new, bio technologically relevant substances. As a result, new bacterial expression and production strains can be produced for use in white biotechnology.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Expression aller Gene des Genclusters in der Rezipientenzelle mit Hilfe der T7-RNA-Polymerase erfolgt.In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the expression of all genes of the gene cluster in the recipient cell takes place with the aid of the T 7 RNA polymerase.

Die Verknüpfung der Gen-Kassetten kann beispielsweise durch homologe Rekombination erfolgen. Alternativ können aber auch andere gentechnologische in vitro Verfahren zur Intergration der Gen-Kassetten in die Zielnukleinsäure angewendet werden.The Linking the gene cassettes can be done, for example, by homologous recombination occurs. Alternatively, though also other genetic engineering in vitro methods of integration of the gene cassettes are applied to the target nucleic acid.

Das Einbringen des rekombinanten Transposons in die Rezipientenzellen kann beispielsweise durch Konjugation erfolgen. Es können aber alternativ auch andere Transformationsverfahren eingesetzt werden.The Introduction of the recombinant transposon into the recipient cells can be done for example by conjugation. It can but alternatively also other transformation methods used become.

Die genannte Aufgabe wird ferner durch die Bereitstellung mindestens einer Gen-Kassette zur Klonierung mindestens eines Genclusters gelöst, wobei die Gen-Kassette die folgenden Elemente umfasst:

  • – mindestens eine Promotor-Sequenz; und
  • – mindestens ein Transpositionselement.
The stated object is further achieved by providing at least one gene cassette for cloning at least one gene cluster, wherein the gene cassette comprises the following elements:
  • At least one promoter sequence; and
  • - At least one transposition element.

Die erfindungsgemäße Gen-Kassette ist Bestandteil eines universellen Expressionssystems, das die kombinierte Expression vieler Zielgene in unterschiedlichen bakteriellen Expressionswirten erlaubt und insbesondere für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Gen-Kassette erlaubt die gezielte Induktion und kontrollierte Überexpression geclusterter Zielgene und ermöglicht die unkomplizierte und zeiteffiziente Klonierung großer DNA-Fragmente durch sequenzspezifische Rekombinationsprozesse. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Gen-Kassette eine schnelle Erzeugung geeigneter bakterieller Expressionsstämme durch die zielgerichtete Übertragung eines rekombinanten Transposons und dessen eigenständige Integration in das Wirtschromosom.The Gene cassette according to the invention is an integral part a universal expression system that uses combined expression many target genes in different bacterial expression hosts allowed and in particular for the implementation the method of the invention is suitable. The gene cassette allows targeted induction and controlled overexpression clustered target genes and allows the uncomplicated and Time-efficient cloning of large DNA fragments by sequence-specific Recombination processes. Furthermore, the inventive allows Gene cassette rapid production of suitable bacterial expression strains through the targeted transmission of a recombinant Transposons and its independent integration into the Host chromosome.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Gen-Kassette umfasst die Promotor-Sequenz die Erkennungs- und Bindungsstelle für die T7-RNA-Polymerase. Ferner kann die Gen-Kassette zusätzlich mindestens ein Transposase-Gen, vorzugsweise das tnp-Gen, umfassen. Das Transpositionselement kann in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein OE-L- oder ein OE-R-Element sein. Die erfindungsgemäße Gen-Kassette kann in vorteilhafter Weise auch zusätzlich mindestens ein Reportergen und/oder mindestens einen Selektionsmarker umfassen.In a particularly advantageous embodiment of the gene cassette, the promoter sequence comprises the recognition and binding site for the T 7 RNA polymerase. Furthermore, the gene cassette may additionally comprise at least one transposase gene, preferably the tnp gene. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the transposition element may be an OE-L or an OE-R element. The gene cassette according to the invention may advantageously also additionally comprise at least one reporter gene and / or at least one selection marker.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gen-Kassette ein Antibiotika-Resistenzgen mit eigenem Promotor, ein Reportergen ohne eigenen Promotor, ein Transpositionselement und einen Promotor für eine nicht-bakterielle RNA-Polymerase, vorzugsweise die T7-RNA-Polymerase.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the gene cassette comprises an antibiotic resistance gene with its own promoter, a reporter gene without its own promoter, a transposition element and a promoter for a non-bacterial RNA polymerase, preferably the T 7 RNA polymerase.

Alternativ kann die Gen-Kassette ein Antibiotika-Resistenzgen mit eigenem Promotor, ein Reportergen ohne eigenen Promotor, ein für eine Transposase kodierendes Gen, ein Transpositionselement und einen Promotor für eine nicht-bakterielle RNA-Polymerase umfassen.alternative the gene cassette can be an antibiotic resistance gene with its own promoter, a reporter gene without its own promoter, one for a transposase coding gene, a transposition element and a promoter for include a non-bacterial RNA polymerase.

Innerhalb der erfindungsgemäßen Gen-Kassette kann das Antibiotika-Resistenzgen beispielsweise ein Gen für die Tetracyclin-Resistenz (TcR) oder für die Gentamycin-Resistenz (GmR) sein. Das Reportergen kann in vorteilhafter Weise ein Gen für die Kanamycin-Resistenz (KmR) oder ein für ein fluoreszierendes Protein kodierendes Gen sein.Within the gene cassette according to the invention, the antibiotic resistance gene may be, for example, a gene for tetracycline resistance (Tc R ) or for gentamicin resistance (Gm R ). The reporter gene may advantageously be a gene for kanamycin resistance (Km R ) or a gene coding for a fluorescent protein.

Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Gen-Kassette auch mindestens einen Replikationsursprung (oriT) und/oder mindestens eine Operator-Sequenz, vorzugsweise den lac-Operator, umfassen.additionally the gene cassette of the invention may also be at least an origin of replication (oriT) and / or at least one operator sequence, preferably the lac operator.

Besonders vorteilhaft und erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Zusammensetzung zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters, die mindestens zwei erfindungsgemäße Gen-Kassetten der oben beschriebenen Art umfasst. Die Gen-Kassetten sind dabei derart konstruiert, dass sie sich in ihrer Funktion gegenseitig ergänzen und gemeinsam eine koordinierte und vollständige Expression des Genclusters ermöglichen. Die Gen-Kassetten können an beiden Seiten des zu exprimierenden Genclusters angehängt werden, so dass sie dieses flankieren und insgesamt ein rekombinantes Transposon bilden, das in eine geeignete Rezipientenzelle eingebracht werden kann.Especially advantageous and preferred according to the invention a composition for cloning, integration and expression at least one gene cluster comprising at least two inventive Gene cassettes of the type described above comprises. The gene cassettes are constructed in such a way that they function mutually in their function complement and co-ordinate a coordinated and complete Enable expression of the gene cluster. The gene cassettes may be on both sides of the gene cluster to be expressed be attached so that they flank this and overall form a recombinant transposon into a suitable recipient cell can be introduced.

Sind in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zwei Gen-Kassetten enthalten, so umfassen diese jeweils mindestens eine Promotor-Sequenz und jeweils mindestens ein Transpositionselement. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst jede Promotor-Sequenz dabei die Erkennungs- und Bindungsstelle für die T7-RNA-Polymerase. Eine der beiden Gen-Kassetten umfasst zusätzlich mindestens ein Transposase-Gen, vorzugsweise das tnp-Gen. Bei den Transpositionselementen kann es in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung um OE-L- und/oder ein OE-R-Elemente handeln. Jede Gen-Kassette umfasst in vorteilhafter Weise zusätzlich mindestens ein Reportergen und/oder mindestens einen Selektionsmarker. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfassen beide Gen-Kassetten jeweils ein Antibiotika-Resistenzgen mit eigenem Promotor, ein Reportergen ohne eigenen Promotor, ein Transpositionselement und einen Promotor für eine nicht-bakterielle RNA-Polymerase, vorzugsweise die T7-RNA-Polymerase. In diesem Fall umfasst eine der beiden Gen-Kassette zusätzlich noch ein für eine Transposase kodierendes Gen. Innerhalb der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit zwei Gen-Kassetten kann das jeweilige Antibiotika-Resistenzgen beispielsweise ein Gen für die Tetracyclin-Resistenz (TcR) oder für die Gentamycin-Resistenz (GmR) sein. Das jeweilige Reportergen kann in vorteilhafter Weise ein Gen für die Kanamycin-Resistenz (KmR) oder ein für ein fluoreszierendes Protein kodierendes Gen sein. Zusätzlich kann eine der beiden Gen-Kassetten auch mindestens einen Replikationsursprung (oriT) und/oder mindestens eine Operator-Sequenz, vorzugsweise den lac-Operator, umfassen. Auf diese Weise entsteht eine Zusammensetzung, in der sich die beiden Gen-Kassetten auf optimale Weise ergänzen und die eine effizient Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.If two gene cassettes are contained in the composition according to the invention, these each comprise at least one promoter sequence and in each case at least one transposition element. Especially In an advantageous embodiment of the invention, each promoter sequence comprises the recognition and binding site for the T 7 RNA polymerase. One of the two gene cassettes additionally comprises at least one transposase gene, preferably the tnp gene. In the case of the transposition elements, in a particularly advantageous embodiment of the invention it may be OE-L and / or an OE-R element. Each gene cassette advantageously additionally comprises at least one reporter gene and / or at least one selection marker. In a particularly advantageous embodiment of the invention, both gene cassettes each comprise an antibiotic resistance gene with its own promoter, a reporter gene without its own promoter, a transposition element and a promoter for a non-bacterial RNA polymerase, preferably the T 7 RNA polymerase. In this case, one of the two gene cassette additionally comprises a gene coding for a transposase. Within the composition according to the invention with two gene cassettes, the respective antibiotic resistance gene may be, for example, a gene for tetracycline resistance (Tc R ) or for gentamycin resistance (Gm R ). The respective reporter gene may advantageously be a gene for kanamycin resistance (Km R ) or a gene coding for a fluorescent protein. In addition, one of the two gene cassettes may also comprise at least one origin of replication (oriT) and / or at least one operator sequence, preferably the lac operator. In this way, a composition is formed in which the two gene cassettes complement each other in an optimal manner and which enables efficient implementation of the method according to the invention.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Vektor zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters bereitgestellt, wobei der Vektor mindestens eine erfindungsgemäße Gen-Kassette umfasst. Der Vektor kann in vorteilhafter Weise aber auch zwei oder mehr Gen-Kassetten umfassen.According to the invention furthermore, a vector for cloning, integration and expression at least provided a gene cluster, wherein the vector at least one comprises gene cassette according to the invention. The vector may advantageously but also two or more gene cassettes include.

Die genannte Aufgabe wird auch durch die Bereitstellung eines rekombinanten Nukleinsäuremoleküls gelöst, das mindestens eine Nukleotidsequenz zur Synthese mindestens eines Polypeptids umfasst, wobei die Nukleotidsequenz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:

  • a) Nukleotidsequenz, welche die Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst;
  • b) Nukleotidsequenz, welche zwei Gen-Kassetten nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst;
  • c) Nukleotidsequenz, welche den Vektor nach Anspruch 18 oder 19 umfasst;
  • d) Nukleotidsequenz, welche die Sequenz gemäß SEQ ID NR. 13 und/oder 14 umfasst;
  • e) Nukleotidsequenz, welche sich von der Nukleotidsequenz gemäß a), b), c) oder d) durch den Austausch zumindest eines Codons gegen ein synonymes Codon unterscheidet;
  • f) Nukleotidsequenz, deren komplementärer Strang mit den Nukleotid-sequenzen gemäß a), b), c) oder d) hybridisiert;
  • g) Nukleotidsequenz, welche zu mindestens 85%, vorzugsweise 90%, insbesondere 95%, mit der Nukleotidsequenz gemäß a), b), c) oder d) identisch ist;
  • h) Nukleotidsequenz, welche dem komplementären Strang der Nukleotid-sequenzen gemäß a) bis g) entspricht.
The stated object is also achieved by the provision of a recombinant nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence for the synthesis of at least one polypeptide, wherein the nucleotide sequence is selected from the group consisting of:
  • a) Nucleotide sequence comprising the gene cassette according to any one of claims 5 to 16;
  • b) A nucleotide sequence comprising two gene cassettes according to any one of claims 5 to 16;
  • c) a nucleotide sequence comprising the vector of claim 18 or 19;
  • d) nucleotide sequence which contains the sequence according to SEQ ID NO. 13 and / or 14;
  • e) nucleotide sequence which differs from the nucleotide sequence according to a), b), c) or d) by the exchange of at least one codon for a synonymous codon;
  • f) nucleotide sequence whose complementary strand hybridizes with the nucleotide sequences according to a), b), c) or d);
  • g) nucleotide sequence which is identical to at least 85%, preferably 90%, in particular 95%, with the nucleotide sequence according to a), b), c) or d);
  • h) nucleotide sequence which corresponds to the complementary strand of the nucleotide sequences according to a) to g).

Erfindungsgemäß wird ferner ein Kit zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters bereitgestellt, welcher mindestens eine erfindungsgemäße Gen-Kassette umfasst. Bevorzugt umfasst der Kit zwei oder mehr Gen-Kassetten.According to the invention a kit for cloning, integration and expression at least a gene cluster provided which at least one inventive Includes gene cassette. Preferably, the kit comprises two or more gene cassettes.

Die Erfindung umfasst auch Zellen, welche mindestens eine erfindungsgemäße Gen-Kassette, den erfindungsgemäßen Vektor und/oder das erfindungsgemäße Nukleinsäuremolekül enthalten sowie Zellkulturen, welche diese Zellen umfasst.The The invention also encompasses cells which contain at least one invention Gene cassette, the vector according to the invention and / or the nucleic acid molecule of the invention contained as well as cell cultures, which includes these cells.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Bespiele und Abbildungen beispielhaft näher erläutert.The Invention will be described below with reference to examples and illustrations exemplified in more detail.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

1: Schematischer Aufbau der L- und R-IVAC-Kassetten. Beide Kassetten besitzen je einen Selektionsmarker mit einem eigenem Promotor (L-IVAC: die Tetracyclin-Resistenz, TcR; R-IVAC: die Gentamycin-Resistenz, GmR) sowie ein promotorloses Reportergen (L-IVAC: die Kanamycin-Resistenz, KmR; R-IVAC: das yellow fluorescent Protein, YFP). Zusätzlich enthalten beide IVAC-Kassetten je einen T7-Promotor und Transpositions-Elemente (die DNA-Elemente OE-L und OE-R sowie das für die Transposase kodierende Gen tnp (Tnp)). Der T7-Promotor der R-IVAC-Kassette steht unter der Kontrolle eines lac-Operators. Die L-IVAC-Kassette besitzt zusätzlich einen origin of transfer (oriT). Flankiert werden die IVAC-Kassetten durch die Erkennungssequenzen der Restriktionsendonukleasen Scal bzw. Smal. In den IVAC-Kassetten sind außerdem Erkennungssequenzen der Homing-Endonukleasen I-SceI und I-CeuI integriert. 1 : Schematic layout of the L and R IVAC cassettes. Both cassettes each have a selection marker with its own promoter (L-IVAC: the tetracycline resistance, Tc R , R-IVAC: the gentamicin resistance, Gm R ) and a promoterless reporter gene (L-IVAC: the kanamycin resistance, Km R ; R-IVAC: the yellow fluorescent protein, YFP). In addition, both IVAC cassettes each contain a T 7 promoter and transposition elements (the DNA elements OE-L and OE-R and the transposase-encoding gene tnp (Tnp)). The T 7 promoter of the R-IVAC cassette is under the control of a lac operator. The L-IVAC cassette also has an origin of transfer (oriT). The IVAC cassettes are flanked by the recognition sequences of the restriction endonucleases Scal and Smal, respectively. Recognition sequences of the homing endonucleases I-SceI and I-CeuI are also integrated in the IVAC cassettes.

2: Schematische Darstellung des IVAC-Systems. Im ersten Schritt werden die beiden IVAC-Kassetten (weiße Rechtecke) neben einem Gencluster (graue Pfeile) durch homologe Rekombination integriert. Die homologen Bereiche sind durch die gestreiften Quadrate symbolisiert (Schritt 1). Im zweiten Schritt wird das markierte Gencluster durch Konjugation in einen Rezipienten transferiert. In der Rezipientenzelle wird das Gencluster zusammen mit den IVAC-Kassetten (weiße Quadrate) aus dem Ursprungsvektor (z. B. ein BAC) in die chromosomale DNA des Rezipienten übertragen (Schritt 3) und exprimiert (Schritt 4). 2 : Schematic representation of the IVAC system. In the first step, the two IVAC cassettes (white rectangles) are integrated next to a gene cluster (gray arrows) by homologous recombination. The homologous regions are symbolized by the striped squares (step 1). In the second step, the labeled gene cluster is transferred by conjugation into a recipient. In the recipient cell, the gene cluster is transferred together with the IVAC cassettes (white squares) from the source vector (eg a BAC) into the recipient's chromosomal DNA (step 3) and expressed (step 4).

3: Konstruktion der L-IVAC-Kassette. (A) Schematischer Aufbau der L-IVAC-Kassette. (B) Schematische Darstellung der Konstruktion der L-IVAC-Kassette. Durch eine PCR wurden die Gene, die für die Antibiotikaresistenzen und den oriT kodieren, amplifiziert und anschließend in die Vektoren pUC18 bzw. pUCPSK kloniert (Schritt 1). Das Oligonukleotid, das die Insertionssequenz OE-L sowie die Schnittstelle für das Enzym I-CeuI enthält, wurde in das rekombinante Plasmid pL-IVAC1 kloniert (Schritt 2). Der entstandene Vektor wurde als pL-IVAC2 bezeichnet. Die L-IVAC-Kassette wurde durch die Klonierung des oriT und des Gens tetR in den Vektor pL-IVAC2 vervollständigt (Schritt 3). 3 : Construction of the L-IVAC cassette. (A) Schematic structure of the L-IVAC cassette. (B) Schematic representation of the construction of the L-IVAC cassette. By PCR, the genes coding for antibiotic resistance and oriT were amplified and subsequently cloned into the vectors pUC18 and pUCPSK, respectively (step 1). The oligonucleotide containing the insertion sequence OE-L and the cleavage site for the enzyme I-CeuI was cloned into the recombinant plasmid pL-IVAC1 (step 2). The resulting vector was designated pL-IVAC2. The L-IVAC cassette was completed by cloning the oriT and the tetR gene into the vector pL-IVAC2 (step 3).

4 Konstruktion der R-IVAC-Kassette. (A) Schematischer Aufbau der R-IVAC-Kassette. (B) Schematische Darstellung der Konstruktion der R-IVAC-Kassette. Die PCR- Produkte wurden in die Vektoren pUC19 bzw. pSVB10 kloniert und anschließend durch Funktionstests und Sequenzierungen analysiert. Durch die Hydrolyse der Vektoren mit BamHI und BclI bzw BglII wurden zwei Komponenten der R-IVAC-Kassette (das Gen YFP und das Gentamycin-Resistenzgen) aus ihren Vektoren wieder isoliert und sukzessive in den Vektor pR-IVAC1 eingefügt. 4 Construction of the R-IVAC cassette. (A) Schematic structure of the R-IVAC cassette. (B) Schematic of the construction of the R-IVAC cassette. The PCR products were cloned into the vectors pUC19 or pSVB10 and then analyzed by functional tests and sequencing. By hydrolysis of the vectors with BamHI and BclI or BglII, two components of the R-IVAC cassette (the gene YFP and the gentamycin resistance gene) were re-isolated from their vectors and successively inserted into the vector pR-IVAC1.

5: RT-PCR zum Nachweis des gfp-Transkripts in E. coli BL21(DE3) mit den Plasmiden R-IVAC>GFP bzw. L-IVAC>GFP. Die Expression der T7-Polymerase wurde in E. coli mit 1mM IPTG induziert. Zum Nachweis der T7-Polymerase abhängigen Transkription von gfp, wurde als Kontrolle E. coli mit den entsprechenden Plasmiden auch ohne Zugabe von IPTG angezogen. Als Positivikontrolle und interner Standard wurde das Gentamycin-Resistenzgen (GmR) verwendet. 5 : RT-PCR for the detection of the gfp transcript in E. coli BL21 (DE3) with the plasmids R-IVAC> GFP or L-IVAC> GFP. The expression of the T 7 polymerase was induced in E. coli with 1 mM IPTG. For the detection of the T 7 polymerase-dependent transcription of gfp, E. coli was grown as a control with the corresponding plasmids even without the addition of IPTG. As a positive control and internal standard, the gentamicin resistance gene (Gm R ) was used.

6: IVAC-abhängige Expression des Fluoreszenzmarkers GFP in E. coli BL21(DE3). (A) L-IVAC- vermittelte GFP Expression. (B) L-IVAC- vermittelte GFP Expression. In den jeweiligen E. coli-Stämmen wurde durch Zugabe von 1mM IPTG die Expression des GFP spezifisch induziert. 6 : IVAC-dependent expression of the fluorescent marker GFP in E. coli BL21 (DE3). (A) L-IVAC-mediated GFP expression. (B) L-IVAC-mediated GFP expression. In the respective E. coli strains, the expression of the GFP was specifically induced by addition of 1 mM IPTG.

7: RT-PCR zum Nachweis der Transkription des lac-Operons in R. capsulatus mit dem Transposon R>lacZYA. Die Transkripte der Gene lacZ, lacY und lacA konnten in R. capsulatus nach der Induktion der Transktiption mit Fruktose mittels RT-PCR nachgewiesen werden. 7 : RT-PCR for detecting the transcription of the lac operon in R. capsulatus with the transposon R> lacZYA. The transcripts of the genes lacZ, lacY and lacA could be detected in R. capsulatus after induction of transfection with fructose by RT-PCR.

8: RT-PCR zum Nachweis der Transkription des lac-Operons in P. putida mit dem Transposon R>lacZYA. Die Transkripte der Gene lacZ, lacY und lacA konnten in P. putida nach der Induktion der Transktiption mit IPTG mittels RT-PCR nachgewiesen werden. 8th : RT-PCR for detecting the transcription of the lac operon in P. putida with the transposon R> lacZYA. The transcripts of the genes lacZ, lacY and lacA could be detected in P. putida after induction of the transcription with IPTG by RT-PCR.

9: RT-PCR zum Nachweis der antisense mRNA-Synthese in R. capsulatus mit dem Transposon R>lacZYA. Die komplementären Transkripte der Gene lacZ, lacY und lacA konnten in R. capsulatus nach der Induktion der Transktiption mit Fruktose mittels RT-PCR nachgewiesen werden. 9 : RT-PCR for the detection of antisense mRNA synthesis in R. capsulatus with the transposon R> lacZYA. The complementary transcripts of the genes lacZ, lacY and lacA could be detected in R. capsulatus after induction of transfiption with fructose by RT-PCR.

10: RT-PCR zum Nachweis der antisense mRNA-Synthese in P. putida mit dem Transposon R>lacZYA. Die komplementären Transkripte der Gene lacZ, lacY und lacA konnten in P. putida nach der Induktion der Transktiption mit IPTG mittels RT-PCR nachgewiesen werden. 10 : RT-PCR for the detection of antisense mRNA synthesis in P. putida with the transposon R> lacZYA. The complementary transcripts of the genes lacZ, lacY and lacA could be detected in P. putida after induction of the transcription with IPTG by RT-PCR.

11: Nachweis der β-Galaktosidase-Aktivität in R. capsulatus. Die Aktivitäten der β-Galaktosidase sind in Miller-Units angegeben. Es ist die Aktivität im R. capsulatus-Wildtyp (WT) dargestellt sowie in den heterologen Wirtsstämmen ohne T7-Polymerase (–pML5-Pfru-T7) bzw. mit T7-Polymerase (+pML5-Pfru-T7). 11 : Detection of β-galactosidase activity in R. capsulatus. The activities of β-galactosidase are given in Miller units. It is shown the activity in R. capsulatus wild type (WT) and in the heterologous host strains without T7 polymerase (-pML5-P fru -T7) or with T7 polymerase (+ pML5-P fru -T7).

12: Nachweis der β-Galaktosidase-Aktivität in P. putida. Die Aktivitäten der β-Galaktosidase sind in Miller-Units angegeben. Es ist die Aktivität im P. putida-Wildtyp (WT) dargestellt sowie in den heterologen Wirtsstämmen ohne T7-Polymerase (–pML5-T7) bzw. mit T7-Polymerase (+pML5-T7). 12 : Detection of β-galactosidase activity in P. putida. The activities of β-galactosidase are given in Miller units. It is the activity in P. putida wild type (WT) shown as well as in the heterologous host strains without T7 polymerase (-pML5-T7) or with T7 polymerase (+ pML5-T7).

13: Plasmidkarte des Plasmids pIC20HRL. 13 : Plasmid map of the plasmid pIC20HRL.

14: Plasmidkarte des Plasmids pR-IVAC>GFP. 14 : Plasmid map of the plasmid pR-IVAC> GFP.

15: Plasmidkarte des Plasmids pL-IVAC>GFP. 15 : Plasmid map of the plasmid pL-IVAC> GFP.

16: Plasmidkarte des Plasmids pL>lacZYA. 16 : Plasmid map of the plasmid pL> lacZYA.

17: Plasmidkarte des Plasmids pR>lacZYA. 17 : Plasmid map of the plasmid pR> lacZYA.

Verschiedene und bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungDifferent and preferred Embodiments of the invention

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine neue Zusammensetzung, das so genannte „In vivo auto cloning and expression" – System (IVAC), zur universellen heterologen Expression geclusterter Gene geschaffen. Das IVAC-System weist folgende Eigenschaften auf:

  • 1) Das IVAC-System ist ein universelles Expressionssystem, das die kombinierte Expression vieler Zielgene in unterschiedlichen bakteriellen Expressionswirten erlaubt.
  • 2) Es erlaubt die gezielte Induktion und kontrollierte Überexpression geclusterter Zielgene.
  • 3) Es ermöglicht die unkomplizierte und zeiteffiziente Klonierung großer DNA-Fragmente durch sequenzspezifische Rekombinationsprozesse.
  • 4) Die Verwendung des IVAC-Systems erlaubt eine schnelle Erzeugung geeigneter bakterieller Expressionsstämme durch die zielgerichtete Übertragung des rekombinanten Transposons und dessen eigenständige Integration in das Wirtschromosom.
To carry out the process according to the invention, a novel composition, the so-called "in vivo auto cloning and expression" system (IVAC), was created for the universal heterologous expression of clustered genes. [IV Das] The IVAC system has the following properties:
  • 1) The IVAC system is a universal expression system that allows the combined expression of many target genes in different bacterial expression hosts.
  • 2) It allows the targeted induction and controlled overexpression of clustered target genes.
  • 3) It allows the uncomplicated and time-efficient cloning of large DNA fragments by sequence-specific recombination processes.
  • 4) The use of the IVAC system allows rapid production of suitable bacterial expression strains by the targeted transfer of the recombinant transposon and its independent integration into the host chromosome.

Übersicht über den Aufbau der erfindungsgemäßen Zusammensetzung (IVAC-System)Overview of the structure the composition according to the invention (IVAC system)

Das IVAC-System basiert auf zwei Kassetten, der L-IVAC- und der R-IVAC-Kassette. Der Aufbau der Kassetten ist in 1 schematisch dargestellt. Die IVAC-Kassetten sind aus verschiedenen Einzelkomponenten zusammengesetzt. Beide Kassetten enthalten je einen Selektionsmarker (die Antibiotika-Resistenzgene für Tc und Gm), ein Reportergen (promotorlose Gene die für das gelb fluoreszierende Protein (YFP) sowie für die Kanamycin-Resistenz (KmR) kodieren), einen T7-Promotor und Transpositions-Elemente (OE-L, OE-R und ein Transposase-Gen). In der L-IVAC-Kassette ist zusätzlich ein origin of replication (oriT), in der R-IVAC-Kassette ein lac-Operator integriert.The IVAC system is based on two cassettes, the L-IVAC and the R-IVAC cassette. The structure of the cassettes is in 1 shown schematically. The IVAC cassettes are composed of various individual components. Both cassettes each contain a selection marker (the antibiotic resistance genes for Tc and Gm), a reporter gene (promoterless genes coding for the yellow fluorescent protein (YFP) and kanamycin resistance (Km R )), a T 7 promoter and Transposition elements (OE-L, OE-R and a transposase gene). The L-IVAC cassette also has an origin of replication (oriT) and a lac operator in the R-IVAC cassette.

Überblick über die Funktionsweise der erfindungsgemäßen ZusammensetzungOverview of how it works the composition of the invention

Die beiden IVAC-Kassetten werden durch homologe Rekombination stromaufwärts und stromabwärts eines Ziel-Genclusters, das vorzugsweise bereits auf einem geeigneten Vektor (z. B. einem BAC) liegt, integriert (2, Schritt 1). Mit Hilfe des IVAC-Systems wird in den folgenden Schritten die Übertragung des so markierten Genclusters in einen bakteriellen Expressionsstamm mittels Konjugation möglich. Durch die spezifische Anordnung der beiden IVAC-Kassetten und des Genclusters entsteht überraschender weise ein funktionsfähiges rekombinantes Transposon, welches sich nach der Übertragung selbständig in das Chromosom des Rezipientenstammes integriert (2, Schritt 2 und 3). Nach der Integration können die Gene des Zielclusters durch die T7 RNA-Polymerase transkribiert werden (2, Schritt 4). Der Vorteil der T7 RNA-Polymerase gegenüber bakteriellen Polymerasen ist, dass sie bakterielle Transkriptionsterminatoren nicht erkennt und so die vollständige Transkription aller Gene eines Clusters unabhängig von Transkriptionsterminatoren möglich wird ( Macdonald et al., 1992 ). Unerwarteter weise können über die gegensätzlich angeordneten T7-Promotoren der IVAC-Kassetten alle Gene eines Genclusters von beiden Seiten und somit unabhängig von ihrer Orientierung exprimiert werden (2, Schritt 4).The two IVAC cassettes are integrated by homologous recombination upstream and downstream of a target gene cluster, which preferably already resides on an appropriate vector (eg, a BAC) ( 2 , Step 1). With the help of the IVAC system, the following steps will enable the transfer of the gene cluster into a bacterial expression strain by conjugation. The specific arrangement of the two IVAC cassettes and of the gene cluster surprisingly produces a functional recombinant transposon which, after the transfer, is integrated independently into the chromosome of the recipient strain ( 2 , Steps 2 and 3). After integration, the genes of the target cluster can be transcribed by the T 7 RNA polymerase ( 2 , Step 4). The advantage of T 7 RNA polymerase compared to bacterial polymerases is that it does not recognize bacterial transcription terminators and thus the complete transcription of all genes of a cluster is possible independently of transcription terminators ( Macdonald et al., 1992 ). Unexpectedly, all genes of a gene cluster can be expressed from both sides and thus independently of their orientation via the oppositely arranged T 7 promoters of the IVAC cassettes ( 2 , Step 4).

Konstruktion der IVAC-KassettenConstruction of IVAC cassettes

Die L-IVAC-Kassette besteht insgesamt aus sechs, die R-IVAC-Kassette aus acht funktionellen genetischen Elementen. Aufgrund des komplexen Aufbaus der IVAC-Kassetten war eine spezielle Klonierungsstrategie zur Konstruktion der Kassetten notwendig. Die DNA-Fragmente, die die einzelnen Elemente umfassen, wurden teilweise durch eine PCR amplifiziert, teilweise waren sie Bestandteile synthetisierter Oligonukleotide. Für die Klonierung der einzelnen Komponenten der IVAC-Kassetten mussten diese folgende Eigenschaften besitzen:

  • – Sie durften keine Erkennungssequenzen für Restriktionsendonukleasen aufweisen, die bei späteren Klonierungsschritten stören könnten.
  • – Sie mussten von den kompatiblen Erkennungssequenzen der Restriktionsendonukleasen BamHI, BclI oder BglII flankiert werden.
The L-IVAC cassette consists of a total of six, the R-IVAC cassette of eight functional genetic elements. Due to the complex structure of the IVAC cassettes, a special cloning strategy was needed to construct the cassettes. The DNA fragments comprising the individual elements were partially amplified by PCR, in part being components of synthesized oligonucleotides. For the cloning of the individual components of the IVAC cassettes they had to possess the following properties:
  • - They should not have recognition sequences for restriction endonucleases, which could interfere with later cloning steps.
  • They had to be flanked by the compatible recognition sequences of the restriction endonucleases BamHI, BclI or BglII.

Durch eine Kombination dieser zueinander kompatiblen Schnittstellen konnten die einzelnen Komponenten der IVAC-Kassetten zusammengeführt und gleichzeitig die zwischen ihnen liegenden Erkennungssequenzen deletiert werden. Die hierbei zugrundeliegenden Klonierungsstrategien sind in den 3 (Konstruktion der L-IVAC-Kassette) und 4 (Konstruktion des R-IVACs) dargestellt.By combining these compatible interfaces, the individual compo IVAC cassettes and at the same time delete the recognition sequences between them. The underlying cloning strategies are described in the 3 (Construction of the L-IVAC cassette) and 4 (construction of the R-IVAC).

Nachweis der Aktivität der in den IVAC-Kassetten integrierten T7-PromotorenDetection of the activity of the integrated in the IVAC tapes T 7 promoters

Zur Überprüfung, ob die in den IVAC-Kassetten lokalisierten T7-Promotoren funktionell sind, wurden die einzelnen IVAC-Kassetten stromaufwärts eines promotorlosen gfp Gens kloniert. Die so entstandenen GFP-Expressionsplasmide werden im Folgenden als pL-IVAC>GFP und pR-IVAC>GFP bezeichnet (14 und 15). Um zu überprüfen, ob das GFP-Gen ausgehend von den IVAC-T7-Promotoren exprimiert werden kann, wurde der E. coli T7-Expressionsstamm BL21(DE3) mit den erzeugten Plasmiden transformiert und die Expression des Reporterproteins mittels RT-PCR (5) und GFP-Fluoreszenzmessungen (6) nachgewiesen. Dazu wurden die erzeugten Expressionsstämme bis zur frühlogarithmischen Wuchsphase angezogen, und die T7-Polymerase-abhängige Expression des GFP-Reportergens mit IPTG induziert (+IPTG). Als Kontrolle dienten identische Kulturen, bei denen die GFP-Expression nicht induziert wurde (–IPTG). Die Ergebnisse der RT-PCR sind in der 5 dargestellt und können wie folgt zusammengefasst werden:

  • (1) Die Anwesenheit des T7-Promotors führte unabhängig von der verwendeten IVAC-Kassette nach Zugabe von IPTG in den E. coli Expressionsstämmen zu einer signifikanten Transkription des GFP-Gens. In beiden Fällen (5: R-IVAC>GFP +IPTG und L-IVAC>GFP +IPTG) konnte bereits nach acht Zyklen das entsprechende Transkript nachgewiesen werden.
  • (2) Unter uninduzierten Bedingungen (5: R-IVAC>GFP –IPTG und L-IVAC>GFP –IPTG) war in den entsprechenden Expressionsstämmen eine deutlich verminderte Transkription des Reportergens zu verzeichnen. Im Vergleich zur induzierten Expression liegt in diesem Fall nur 2–3% des gfp Transkripts vor.
  • (3) Um ausschließen zu können, dass die Synthese der detektierten GFP PCR-Produkte auf eine Verunreinigungen der isolierten mRNA mit Plasmid-DNA zurückzuführen ist, wurde die aus den E. coli-Stämmen isolierte RNA, die nicht mittels reverser Transkriptase in ihre cDNA umgeschrieben wurde, direkt als Template in der RT-PCR eingesetzt. Sogar nach 30 PCR-Zyklen konnte in diesen Kontrollproben kein PCR-Produkt nachgewiesen werden (Daten nicht gezeigt). Somit konnte eine Kontamination der isolierten RNA durch Plasmid-DNA ausgeschlossen werden.
To check whether the localized in the IVAC tapes T 7 promoters are functional, the individual IVAC cassettes were cloned upstream of a promoterless gfp gene. The resulting GFP expression plasmids are referred to below as pL-IVAC> GFP and pR-IVAC> GFP ( 14 and 15 ). To check whether the GFP gene can be expressed starting from the IVAC-T 7 promoters, the E. coli T 7 expression strain BL21 (DE3) was transformed with the generated plasmids and the expression of the reporter protein by means of RT-PCR ( 5 ) and GFP fluorescence measurements ( 6 ). For this purpose, the generated expression strains were grown to the early logarithmic growth phase, and the T 7 polymerase-dependent expression of the GFP reporter gene with IPTG induced (+ IPTG). The controls were identical cultures in which GFP expression was not induced (-IPTG). The results of the RT-PCR are in the 5 and can be summarized as follows:
  • (1) The presence of the T 7 promoter, regardless of the IVAC cassette used, resulted in significant transcription of the GFP gene after addition of IPTG in the E. coli expression strains. In both cases ( 5 : R-IVAC> GFP + IPTG and L-IVAC> GFP + IPTG), the corresponding transcript was detected after only eight cycles.
  • (2) Under uninduced conditions ( 5 : R-IVAC> GFP-IPTG and L-IVAC> GFP-IPTG) significantly reduced transcription of the reporter gene was found in the corresponding expression strains. Compared to induced expression, only 2-3% of the gfp transcript is present in this case.
  • (3) In order to rule out that the synthesis of the detected GFP PCR products is due to contamination of the isolated mRNA with plasmid DNA, the RNA isolated from the E. coli strains, which did not convert into its cDNA by reverse transcriptase was rewritten, used directly as a template in the RT-PCR. Even after 30 cycles of PCR, no PCR product could be detected in these control samples (data not shown). Thus, contamination of the isolated RNA by plasmid DNA could be excluded.

Um zeigen zu können, dass unter der Verwendung der IVAC-Expressionskassetten GFP in E. coli funktionell exprimiert werden kann, wurde anschließend in Proteinextrakten der entsprechenden Expressionsstämme die GFP-spezifische Fluoreszenz quantifiziert. Die Ergebnisse dieser Fluoreszenzmessung sind in 6 dargestellt. In den E. coli Expressionsstämmen, die das Plasmid pL-IVAC>GFP (6A) oder pR-IVAC>GFP (6B) trugen, konnte nur nach Induktion der GFP-Expression (+IPTG) eine Fluoreszenz bei einer spezifischen Wellenlänge von 410 nm detektiert werden. In Abwesenheit des Induktors (–IPTG) war keine GFP-Fluoreszenz nachweisbar. Anhand dieses Beispiels konnte somit gezeigt werden, dass die T7-Promotoren der beiden IVAC-Kassetten funktionell sind und eine T7-Polymerase-abhängige Überexpression mit den erzeugten IVAC-Kassetten möglich ist.In order to be able to show that GFP can be functionally expressed in E. coli using the IVAC expression cassettes, GFP-specific fluorescence was then quantified in protein extracts of the corresponding expression strains. The results of this fluorescence measurement are in 6 shown. In the E. coli expression strains carrying the plasmid pL-IVAC> GFP ( 6A ) or pR-IVAC> GFP ( 6B ), only after induction of GFP expression (+ IPTG) could fluorescence be detected at a specific wavelength of 410 nm. In the absence of the inducer (-IPTG), no GFP fluorescence was detectable. From this example it could thus be shown that the T 7 promoters of the two IVAC cassettes are functional and a T 7 polymerase-dependent overexpression with the generated IVAC cassettes is possible.

Die IVAC-vermittelte Integration und heterologe Expression eines Genclusters in Pseudomonas putida und Rhodobacter capsulatus am Beispiel des E. coli lac-OperonsThe IVAC-mediated integration and heterologous Expression of a gene cluster in Pseudomonas putida and Rhodobacter capsulatus using the example of the E. coli lac operon

Anhand der Transkriptionsfusionen mit dem Gen gfp konnte gezeigt werden, dass mit den IVAC-Kassetten eine T7-Polymerase abhängige Expression von Genen erzielt werden kann. Im Folgenden wurde überprüft, ob es mit Hilfe der IVAC-Kassetten auch möglich ist, ein Suizid-Plasmid mit einem zu exprimierenden Gencluster durch Konjugation in einen heterologen Wirtsstamm zu übertragen, das Cluster durch Transposition in das Genom des Wirtes zu transferieren und anschließend mit Hilfe der T7-Polymerase zu exprimieren.Gfp based transcriptional fusions with the gene could be shown that with the IVAC cassettes a T7 polymerase-dependent expression of genes can be achieved. In the following, it was examined whether it is also possible with the aid of the IVAC cassettes to transfer a suicide plasmid with a gene cluster to be expressed by conjugation into a heterologous host strain, to transfer the cluster by transposition into the genome of the host and subsequently with the aid of to express the T 7 polymerase.

Zur Überprüfung dieser Eigenschaften des IVAC-Systems sollte das promotorlose lac-Operon aus E. coli heterolog in Rhodobacter capsulatus und Pseudomonas putida exprimiert werden. Es wurden dazu zwei Plasmide konstruiert, die im Weiteren als pL>lacZYA und pR>lacZYA bezeichnet werden (16 und 17). Beide Plasmide enthalten sowohl das lac-Operon aus E. coli als auch beide IVAC-Kassetten. Sie unterscheiden sich nur in der Anordnung der IVAC-Kassetten. Im Plasmid pL>lacZYA sind die IVAC-Kassetten so angeordnet, dass die T7-Polymerase vom T7-Promotor der L-IVAC-Kassette aus das lac-Operon transkribiert, im Plasmid pR>lacZYA transkribiert die T7-Polymerase ausgehend vom Promotor der R-IVAC-Kassette das Operon. Da R. capsulatus und P. putida kein T7-Polymerase-Gen besitzen, wird dieses nach der IVAC-Transposition über Derivate des replikativen broad host range Plasmids pML5 in den Stämmen etabliert. Das Plasmid pMI5T7 trägt das Gen für die T7-Polymerase unter der Kontrolle des lac-Promotors und wurde in P. putida verwendet. Im Plasmid pML5-Pfru-T7 steht das Polymerasegen unter der Kontrolle des Rhodobacter-spezifischen Fruktose-Promotors.To test these properties of the IVAC system, the promoterless lac operon from E. coli should be heterologously expressed in Rhodobacter capsulatus and Pseudomonas putida. For this purpose, two plasmids were constructed, which are referred to below as pL> lacZYA and pR> lacZYA ( 16 and 17 ). Both plasmids contain both the lac operon from E. coli and both IVAC cassettes. They differ only in the arrangement of the IVAC cassettes. In the plasmid pL> lacZYA, the IVAC cassettes are arranged such that the T 7 polymerase transcribes the lac operon from the T 7 promoter of the L-IVAC cassette, in the plasmid pR> lacZYA transcribing the T 7 polymerase starting from Promoter of the R-IVAC cassette the operon. Since R. capsulatus and P. putida do not possess a T 7 polymerase gene, this is established in the strains after IVAC transposition via derivatives of the replicative broad host range plasmid pML5. The plasmid pMI5T7 carries the gene for the T 7 polymerase under the control of the lac promoter and was used in P. putida. In the plasmid pML5-P fru -T7 the polymerase gene is under the control of the Rhodobacter specific Fructose promoter.

Übertragung des lac-Operons in die heterologen WirtsstämmeTransmission of the lac operon in the heterologous host strains

Um zu überprüfen, ob die Übertragung und Etablierung eines Genclusters mittels Konjugation und Transposition unter Verwendung des neuen IVAC-Systems erzielt werden kann, wurden die Plasmide pL>lacZYA und pR>lacZYA zunächst in den für Konjugation optimierten Donorstamm E. coli S17-1 transformiert. Als Rezipienten dienten die Gramnegativen Bakterien R. capsulatus und P. putida. Konjugation und Transposition wurden wie im Anhang beschrieben durchgeführt. Da die zu transferierenden Plasmide ein Gentamycin-Resistenzgen besitzen, konnten die Rezipientenstämme, die durch Konjugation ein Plasmid aufgenommen und durch Transposition in ihr Genom integriert hatten, von dem jeweiligen Wildtyp-Stamm durch Selektion auf das Antibiotikum unterschieden werden.Around to check if the transmission and Establishment of a gene cluster by means of conjugation and transposition using the new IVAC system the plasmids pL> lacZYA and pR> lacZYA first in the conjugation-optimized donor strain E. coli S17-1 transformed. The recipients were Gram-negative bacteria R. capsulatus and P. putida. Conjugation and transposition were as described in the appendix. Because the to be transferred Plasmids possess a gentamicin resistance gene, the recipient strains, which is obtained by conjugation of a plasmid and by transposition integrated into their genome from the respective wild-type strain be distinguished by selection for the antibiotic.

Die Versuche zeigten, dass die Konjugation und Transposition der Plasmide mit Hilfe der IVAC-Kassetten in beide heterologen Wirtsstämme vermittelt werden konnten. Überraschender weise wich die Transpositionsrate der rekombinanten Transposons (L>lacZYA und R>lacZYA in R. capsulatus: 2 × 10–6 und in P. putida: 7 × 10–5) nicht nennenswert von der Transpositionsrate des natürlichen Tn5-Transposons (Transpositionsrate: ca. 6,5 × 10–5 (Naumann & Reznikoff, 2002)) ab. Der Vergleich mit dem natürlichen Transposon Tn5 zeigt somit, dass sich die rekombinanten IVAC-Transposons problemlos auf die ausgewählten Wirtsstämme übertragen und in ihre Chromosomen integrieren ließen.The experiments showed that the conjugation and transposition of the plasmids using the IVAC cassettes could be mediated in both heterologous host strains. Surprisingly, the transposition rate of the recombinant transposons (L> lacZYA and R> lacZYA in R. capsulatus: 2 × 10 -6 and in P. putida: 7 × 10 -5 ) did not differ significantly from the transposition rate of the natural Tn5 transposon (transposition rate : about 6.5 × 10 -5 (Naumann & Reznikoff, 2002)). The comparison with the natural transposon Tn5 thus shows that the recombinant IVAC transposons could be easily transferred to the selected host strains and integrated into their chromosomes.

Nachweis der T7-Polymerase abhängigen Transkription des lac-Operons in den heterologen Wirtsstämmen.Detection of T 7 polymerase-dependent transcription of the lac operon in the heterologous host strains.

Nach der erfolgreichen Integration des lac-Operons und der IVAC-Kassetten im Genom der heterologen Wirte R. capsulatus und P. putida wurde die T7-Polymerase abhängige Transkription des lac-Operons mittels RT-PCR überprüft. In den heterologen Wirtsstämmen wurde die Expression der T7-Polymerase und somit der lac-Gene durch Zugabe von Fruktose (R. capsulatus) bzw. IPTG (P. putida) induziert. Anschließend wurde die mRNA dieser Stämme isoliert. In der darauffolgenden reversen Transkription wurden Primer zum Nachweis der Transkripte von lacZ, lacY und lacA eingesetzt und die so entstandene cDNA als Template in einer RT-PCR verwendet. Die Ergebnisse der RT-PCR sind in den 7 (R. capsulatus) und 8 (P. putida) dargestellt. Als Transkript-Kontrolle wurde auch in diesem Fall die isolierte mRNA aus R. capsulatus bzw. P. putida direkt (also ohne vorherige cDNA-Synthese) als Template für die RT-PCR eingesetzt.After the successful integration of the lac operon and the IVAC cassettes in the genome of the heterologous hosts R. capsulatus and P. putida T was checked 7 polymerase dependent transcription of the lac operon by RT-PCR. In the heterologous host strains, the expression of the T 7 polymerase and thus of the lac genes was induced by the addition of fructose (R. capsulatus) or IPTG (P. putida). Subsequently, the mRNA of these strains was isolated. In the subsequent reverse transcription, primers were used to detect the transcripts of lacZ, lacY and lacA and the resulting cDNA was used as template in an RT-PCR. The results of the RT-PCR are in the 7 (Capsulatus R.) and 8 (P. putida). As a transcript control, the isolated mRNA from R. capsulatus or P. putida was also used directly (ie without previous cDNA synthesis) as a template for the RT-PCR also in this case.

Wie in 7 deutlich zu sehen ist, konnte eine vollständige Transkription des lac-Operons in R. capsulatus mit dem Transposon R>lacZYA mittels RT-PCR nachgewiesen werden. In diesem Fall ist ein spezifisches PCR-Produkt nach Zyklus 15 (lacZ), 17 (lacA) und 18 (lacY) nachweisbar. Es ist somit Transkript von allen Genen des Operons vorhanden. Auch mit dem L>lacZYA-Transposon sind alle lac-Transkripte in vergleichbaren Mengen nachweisbar (ohne Abbildung). Die Negativkontrolle, der Stamm mit integriertem Transposon aber ohne das die T7-Polymerase tragende Plasmid pMl5-PFruT7, weist kein Transkript auf (ohne Abbildung).As in 7 can be clearly seen, a complete transcription of the lac operon was detected in R. capsulatus with the transposon R> lacZYA by RT-PCR. In this case, a specific PCR product is detectable after cycle 15 (lacZ), 17 (lacA) and 18 (lacY). There is thus transcript from all genes of the operon. Even with the L> lacZYA transposon, all lac transcripts can be detected in comparable amounts (not shown). The negative control, the strain with integrated transposon but without the T 7 -Polymerase carrying plasmid pMl5-P Fru T7, has no transcript (not shown).

8 zeigt die Ergebnisse der RT-PCR mit R>lacZYA in P. putida. Die Signale der lacZ-, lacY- und lacA- Transkripte sind im 15., 17. und 18. Zyklus deutlich detektierbar. Wie bereits für R. capsulatus gezeigt wurde, war auch in P. putida mit dem entsprechenden L>lacZYA Konstrukt eine vollständige Expression der übertragenen lac-Gene erreichbar (ohne Abbildung). Die P. putida-Stämme ohne das Plasmid pMI5T7 aber mit integriertem Transposon weisen im Gegensatz zu R. capsultus Transkript der Gene lacZ, Y, A in geringer Konzentration auf (ohne Abbildung). Durch Zugabe der T7-Polymerase wird jedoch die Transkriptmenge der Gene deutlich gesteigert. In P. putida können Pseudomonas-Promotoren, die stromaufwärts des IVAC-lacZYA-Transposons auf dem Wirtschromosom liegen, die geringe Expression der Testgene herbeiführen können. 8th shows the results of RT-PCR with R> lacZYA in P. putida. The signals of the lacZ, lacY and lacA transcripts are clearly detectable in the 15th, 17th and 18th cycle. As already shown for R. capsulatus, complete expression of the transferred lac genes was also achievable in P. putida with the corresponding L> lacZYA construct (not shown). The P. putida strains without the plasmid pMI5T7 but with integrated transposon in contrast to R. capsultus transcript of the genes lacZ, Y, A in low concentration (not shown). By adding the T 7 polymerase, however, the transcript amount of the genes is significantly increased. In P. putida, Pseudomonas promoters located upstream of the IVAC-lacZYA transposon on the host chromosome can induce low expression of the test genes.

Nachweis der Antisense-Transkripte in R. capsulatus und P. putidaDetection of antisense transcripts in R. capsulatus and P. putida

Anhand des Beispiels des lac-Operons aus E. coli konnte bislang nachgewiesen werden, dass ein durch die IVAC-Kassetten „markiertes" Gencluster mittels Konjugation und Transposition erfolgreich in bakteriellen Wirtsstämmen etabliert werden kann. Nach der Induktion der T7-Polymerase Expression konnten zudem in beiden getesteten Expressionswirten die lac-Gene des Testgenclusters transkribiert werden. Da die Gene komplexer Gencluster jedoch im Gegensatz zum lac-Operon häufig nicht in einer Orientierung vorliegen, muss grundsätzlich die Transkription der Gene, die von den beiden IVAC-Kassetten flankiert werden, auch in die entgegengesetzte Leserichtung erfolgen. Daher sollte im Folgenden mittels RT-PCR untersucht werden, inwieweit antisense Transkripte des lac-Genclusters in den mit der IVAC-Technologie erzeugten Expressionsstämmen, synthetisiert werden.Using the example of the lac operon of E. coli could be detected so far that a "labeled" by IVAC cassettes gene cluster by conjugation and transposition can be successfully established in bacterial host strains. After the induction of T 7 polymerase expression could also In both tested expression hosts, the lac genes of the test gene cluster are transcribed, however, since the genes of complex gene clusters, unlike the lac operon, are often not in an orientation, the transcription of the genes flanked by the two IVAC cassettes must also be in principle In the following, RT-PCR should be used to investigate to what extent antisense transcripts of the lac gene cluster in the expression strains generated by the IVAC technology.

In den 9 und 10 sind die Ergebnisse dieser Untersuchungen dargestellt. Erstaunlicher weise konnte sowohl im R. capsulatus (9) als auch im P. putida (10) T7-Expressionstamm nach der Etablierung des R>lacZYA Transposons signifikante Mengen der jeweiligen antisense Transkripte nachgewiesen werden. Auch in diesem Fall ist die Synthese der RNA unabhängig von der Anordnung der IVAC-Kassetten (ohne Abbildung). Zur Überprüfung, ob die Synthese der antisense-RNA abhängig von der T7-Polymerase ist, wurden die Bakterienstämme mit integriertem Transposon aber ohne T7-Polymerase in der RT-PCR eingesetzt. Sie weisen kein Transkript (R. capsulatus) bzw. gering konzentrierte Transkriptmengen (P. putida) auf (ohne Abbildung). Um nachweisen zu können, dass auch bei diesen Versuchen ausschließlich die von den Transkripten erzeugte cDNA und nicht etwa die chromosomale DNA die Signale in der RT-PCR lieferten, wurden entsprechende Kontrollen (RNA-Proben ohne reverser Transkriptase) eingesetzt. Wie erwartet, konnte in diesen Fällen kein Amplifikat erzeugt werden.In the 9 and 10 the results of these investigations are shown. Astonishingly, both in R. capsulatus ( 9 ) as well as in P. putida ( 10 ) T 7 expression strain after the establishment of the R> lacZYA transposon significant amounts of the respective antisense transcripts are detected. Also in this case, the synthesis of RNA is independent of the arrangement of IVAC cassettes (not shown). To check whether the synthesis of the antisense RNA is dependent on the T 7 polymerase, the bacterial strains with integrated transposon but without T 7 polymerase were used in the RT-PCR. They have no transcript (R. capsulatus) or low-concentration transcript levels (P. putida) (not shown). In order to be able to demonstrate that even in these experiments only the cDNA produced by the transcripts and not the chromosomal DNA delivered the signals in the RT-PCR, appropriate controls (RNA samples without reverse transcriptase) were used. As expected, no amplicon could be generated in these cases.

Mittels des IVAC-Expressionssystems wird sowohl die Sense- wie Antisense-RNA des zu exprimierenden Genclusters in den getesteten bakteriellen Wirtsstämmen gebildet. Die Gene eines Genclusters können somit erstaunlicher weise mittels des IVAC-Systems unabhängig von ihrer Orientierung und ohne eine gegenseitige Behinderung der entgegengesetzt arbeitenden Polymerasen transkribiert werden.through The IVAC expression system will include both sense and antisense RNA of the gene cluster to be expressed in the tested bacterial Host trunks formed. The genes of a gene cluster can thus amazingly, by means of the IVAC system independently from their orientation and without mutual obstruction of the transcribed opposite polymerases are transcribed.

Nachweis der β-Galaktosidase-Aktivität in den heterologen Wirtsstämmen R. capsulatus und P. putidaDetection of β-galactosidase activity in the heterologous host strains R. capsulatus and P. putida

Nachdem erfolgreich die sense-Transkripte und antisense-Transkripte der lac-Gene in den heterologen Wirten R. capsulatus und P. putida detektiert werden konnte, stellte sich nun die Frage, inwiefern eine mögliche Hybridisierung der zueinander komplementären mRNA-Moleküle die Translation inhibieren kann. Um die Synthese der β-Galaktosidase in allen verwendeten Expressionsstämmen nachzuweisen, wurde zu diesem Zweck ein Enzymaktivitätstest mit dem Substrat O-Nitrophenyl-β-D-galactopyranosid (ONPG) durchgeführt. 11 zeigt die Aktivität der exprimierten β-Galaktosidase in R. capsulatus (L>lacZYA, pML5-PfruT7) und R. capsulatus (R>lacZYA, pML5-PfruT7). In beiden Fällen konnte unerwarteter weise eine starke β-Galaktosidase-Aktivität von max. 700 Miller-Units nachgewiesen werden. In den P. putida Expressionsstämmen wurde sogar Enzymaktivitäten von max. 900 Miller-Units erreicht (12). Da weder der R. capsulatus noch der P. putida Wildtyp-Stamm eine aktive β-Galaktosidase synthetisieren kann, konnte erwartungsgemäß in den Wildtypkontrollen (WT) keine entsprechende Enzymaktivität nachgewiesen werden (11 und 12). Durch die Bestimmung der Enzymaktivitäten in den L>lacZYA und R>lacZYA-Stämmen, denen das T7-Polymerase codierende Plasmid fehlte, konnte zudem untersucht werden, ob Rhodobacter oder Pseudomonas-Promotoren, die stromaufwärts des IVAC-lacZYA-Transposons auf dem Wirtschromosom liegen, die Expression der Testgene herbeiführen können. Eine solche Promotoraktivität war jedoch in R. capsultus nicht und im P. putida-Expressionsstamm nur im geringen Ausmaß zu beobachten.After successfully detecting the sense transcripts and antisense transcripts of the lac genes in the heterologous hosts R. capsulatus and P. putida, the question arose as to whether a possible hybridization of the mutually complementary mRNA molecules can inhibit translation. In order to detect the synthesis of β-galactosidase in all expression strains used, an enzyme activity test was carried out with the substrate O-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (ONPG) for this purpose. 11 shows the activity of the expressed β-galactosidase in R. capsulatus (L> lacZYA, pML5 fru-P T7), R. capsulatus (R> lacZYA, pML5 fru-P T7). In both cases, unexpectedly, a strong β-galactosidase activity of max. 700 miller units are detected. In the P. putida expression strains even enzyme activities of max. Reached 900 miller units ( 12 ). Since neither the R. capsulatus nor the P. putida wild-type strain can synthesize an active β-galactosidase, no corresponding enzyme activity could be detected as expected in the wild-type controls (WT) ( 11 and 12 ). In addition, by determining the enzyme activities in the L> lacZYA and R> lacZYA strains lacking the T 7 polymerase-encoding plasmid, it was possible to examine whether Rhodobacter or Pseudomonas promoters upstream of the IVAC-lacZYA transposon on the host chromosome which can bring about expression of the test genes. However, such promoter activity was not observed in R. capsultus and only to a minor extent in the P. putida expression strain.

Da in den IVAC-tragenden Expressionsstämmen eindeutig eine β-Galaktosidase-Aktivität nachzuweisen war, kann überraschender Weise ausgeschlossen werden, dass die Synthese der RNA in sense und antisense Richtung zu einer Inhibierung der Translation führt.There clearly in the IVAC-bearing expression strains a β-galactosidase activity could be proved, surprisingly excluded be that synthesis of RNA in sense and antisense direction leads to an inhibition of translation.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Zusammensetzung ermöglichen folglich die einfache Markierung eines heterologen Genclusters. Durch die Einschritt-Übertragung und Integration des rekombinanten IVAC-Transposons in das Chromosom eines bakteriellen Wirtsstamms wird ein Expressionsstamm erzeugt, der die gezielte Expression aller Gene des übertragenen Clusters ermöglicht. Anhang/Medien Anzucht von E. coli und P. putida Medien LB-Flüssigmedium ( Sambrook et al., 1989 ): Trypton 10g NaCl 10 g Hefextrakt 5 g A. dest. ad 1000 ml LB-Agar: Agar 15 g LB-Medium ad 1000 ml The method according to the invention and the composition according to the invention consequently enable easy labeling of a heterologous gene cluster. Through the one-step transfer and integration of the recombinant IVAC transposon into the chromosome of a bacterial host strain, an expression strain is generated which allows the targeted expression of all genes of the transferred cluster. Appendix / Media Cultivation of E. coli and P. putida media LB liquid medium ( Sambrook et al., 1989 ): tryptone 10g NaCl 10 g yeast extract 5 g A. least. ad 1000 ml LB agar: agar 15 g LB medium ad 1000 ml

Die Anzucht der Bakterien erfolgte, wenn nicht anders angegeben, bei 37°C (E. coli) bzw. 30°C (P. putida). Übernachtkulturen (ÜK) wurden für mindestens 16 h inkubiert. Kulturen mit einem Volumen bis zu 5 ml wurden im Reagenzglas auf einem Brutroller, größere Kulturen im Erlenmeyerkolben (Kulturvolumen: max. 1/5–1/10 des Gefäßvolumens) auf einem Rundschüttler bei 200 UpM bebrütet. Vorkulturen wurden in LB-Medium angelegt und entweder mit einer Einzelkolonie oder mit 1/100 Volumen aus einer Gefrierkultur inokuliert. Hauptkulturen wurden auf eine Zelldichte, die einer O.D.580nm von 0,05 entsprach, angeimpft. Die Zelldichten von Kulturen wurden durch Trübungsmessungen in einem Spektralphotometer bei einer Wellenlänge von 580 nm gegen das entsprechende Medium als Referenz ermittelt. Eine O.D.580nm von 1 entspricht einer Zellzahl von etwa 2 × 109 pro ml Kultur. Für Gefrierkulturen wurden 1,8 ml einer ÜK mit 138 μl DMSO vermischt und bei –80°C gelagert. Anzucht von R. capsulatus Medien PY-Vollmedium A dest ad 1000 ml Beato Peptone ad 10,0 g Hefeextrakt 0,5 g Agar 15 g 1M MgCl2 2 ml PY-Medium ad 1000 ml 1M MgCl2 2 ml 0,5% FeSO4 2,4 ml PY-Agar Agar 15 g PY-Medium ad 1000 ml RCV-Minimalmedium: 10% DL-Malat 40,0 ml 20% MgSO4 1,0 ml 7,5% CaCl2 1,0 ml 1% EDTA 2,0 ml 0,5% FeSO4 2,4 ml 0,1% Thiamin 1,0 ml Spurenelementlösung 1,0 ml 1 M Phosphat-Puffer 9,6 ml A. dest ad 1000 ml pH 6,8 RCV + N: 10% (NH4)2SO4 10,0 ml RCV ad 1000 ml Spurenelementlösung für RCV: MnSO4(x1H2O) 0,4 g H3BO3 0,7 g Cu(NO3)2(x3H2O) 0,01 g ZnSO4(x7H2O) 0,06 g NaMoO4(x2H2O) 0,02 g A. dest ad 1000 ml The growth of the bacteria was, unless otherwise stated, at 37 ° C (E. coli) and 30 ° C (P. putida). Overnight cultures (ÜK) were incubated for at least 16 h. Cultures up to 5 ml in volume were incubated in the test tube on a breeding roller, larger cultures in the Erlenmeyer flask (culture volume: maximum 1 / 5-1 / 10 of the vial volume) on a rotary shaker at 200 rpm. Precultures were grown in LB medium and inoculated with either a single colony or 1/100 volume from a freezing culture. Main cultures were inoculated to a cell density corresponding to an OD 580nm of 0.05. The cell densities of cultures were determined by turbidity measurements in a spectrophotometer at a wavelength of 580 nm against the corresponding medium as a reference. An OD 580nm of 1 corresponds to a cell number of about 2 x 10 9 per ml of culture. For freezing cultures, 1.8 ml of a ÜK were mixed with 138 μl of DMSO and stored at -80 ° C. Cultivation of R. capsulatus media PY-rich medium A dist ad 1000 ml Beato Peptone ad 10.0 g yeast extract 0.5 g agar 15 g 1M MgCl2 2 ml PY medium ad 1000 ml 1M MgCl2 2 ml 0.5% FeSO4 2.4 ml PY agar agar 15 g PY medium ad 1000 ml RCV minimal medium: 10% DL malate 40.0 ml 20% MgSO 4 1.0 ml 7.5% CaCl 2 1.0 ml 1% EDTA 2.0 ml 0.5% FeSO 4 2.4 ml 0.1% thiamine 1.0 ml Trace element solution 1.0 ml 1 M phosphate buffer 9.6 ml A. least ad 1000 ml pH 6.8 RCV + N: 10% (NH 4 ) 2 SO 4 10.0 ml RCV ad 1000 ml Trace element solution for RCV: MnSO 4 (X1h 2 O) 0.4 g H 3 BO 3 0.7 g Cu (NO 3 ) 2 (x3H 2 O) 0.01 g ZnSO 4 (X7H 2 O) 0.06 g NaMoO 4 (x 2 H 2 O) 0.02 g A. least ad 1000 ml

Phototrophe Anzucht von R. capsulatus unter StarklichtbedingungenPhototrophic cultivation of R. capsulatus under high light conditions

R. capsulatus wurde vorzugsweise anaerob im Licht (photoheterotroph) angezogen. Die anaerobe Anzucht erfolgte als Einzelkolonieausstrich auf Festmedium oder im Flüssigmedium in EPGs (bis 1,5 ml) in einem speziellen Anaerob-Inkubationstopf unter Verwendung des Gas-Pack Anaerobic-Systems (BBL). Größere Kulturvolumina wurden in gasdicht verschließbaren Röhrchen (Hungates) oder Schott-Flaschen, die mit Hilfe eines im Deckel befindlichen Septums mit Argon bzw. N2 begast wurden, angezogen. Unter diesen Wuchsbedingungen wurde R. capsulatus für drei Tage im Starklicht (sechs Glühbirnen a 60 W; entspricht 2500 lux) inkubiert.R. capsulatus was preferably anaerobically grown in the light (photoheterotrophic). Anaerobic cultivation was carried out as a single colony smear on solid medium or in liquid medium in EPGs (up to 1.5 ml) in a special anaerobic incubation pot using the Gas-Pack Anaerobic System (BBL). Larger volumes of culture were grown in gas-tight sealable tubes (Hungates) or Schott bottles fumigated with argon or N 2 using a septum in the lid. Under these growth conditions, R. capsulatus was incubated for three days in the high light (six bulbs a 60 W, equivalent to 2500 lux).

Aerobe Anzucht von R. capsulus im DunkelnAerobic seedling of R. capsulus in the dark

Die Inkubation von R. capsulatus Einzelkolonieausstrichen konnte außerdem unter aeroben Bedingungen im Brutschrank (bei Dunkelheit) erfolgen.The Incubation of R. capsulatus single colony smears was also possible under aerobic conditions in the incubator (in darkness).

Mit Zellmaterial von anaerob angezogenen Plattenkulturen konnte R. capsulatus aerob in Flüssigmedium kultiviert werden. Dabei erfolgte die Inkubation in einem Reagenzglas üN im Dunkeln auf einem Brutroller.With Cell material from anaerobically grown plate cultures could R. capsulatus be aerobically cultured in liquid medium. This was done incubation in a test tube in the dark on a dark Brood Roller.

Standard-Mini-PräparationStandard mini-preparation

Die Isolierung von Plasmid-DNA aus E. coli und P. aeruginosa erfolgte modifiziert nach der von Birnboim & Doly (1979) entwickelten, auf dem Prinzip der alkalischen Lyse beruhenden Methode. Mix I (pH 8.0): 50 mM Glucose 50 mM Tris-HCl 10 mM EDTA Mix II: 200 mM NaOH 1% (w/v) SDS Mix III(pH 4.8): 3 M Kaliumacetat 1,8 M Formiat TE-Puffer (pH 8.0): 10 mM Tris-HCl 1 mM EDTA The isolation of plasmid DNA from E. coli and P. aeruginosa was carried out according to the method based on the principle of alkaline lysis developed by Birnboim & Doly (1979). Mix I (pH 8.0): 50 mM glucose 50 mM Tris-HCl 10mM EDTA Mix II: 200mM NaOH 1% (w / v) SDS Mix III (pH 4.8): 3 m potassium acetate 1.8 m formate TE buffer (pH 8.0): 10mM Tris-HCl 1 mm EDTA

Bakterienzellen aus 2 ml einer unter Selektionsdruck angezogenen ÜK (2.6.3) wurden durch Zentrifugation (3 min, 13000 UpM, EZ, RT) geerntet. Nach vollständigem Entfernen des Kulturüberstands wurden die Sedimente in 300 μl Mix I resuspendiert und für 1 min bei RT inkubiert. Anschließend wurden 300 μl Mix II hinzugegeben und mit den Proben vermischt. Nach Zugabe von 300 μl Mix III und 10 min Inkubation auf Eis wurden die entstandenen Protein-SDS-Präzipitate, die gefällte chromosomale DNA sowie Zelttrümmer durch Zentrifugation (15 min, 13000 UpM, EZ, RT) sedimentiert. Der klare, die Plasmid-DNA enthaltene Überstand wurde abgenommen, mit 10 μl Ribonuklease A (2 mg/ml) versetzt und 30 min bei 37°C inkubiert. Nach anschließender Ethanolfällung oder Isopropanolfällung wurde die Plasmid-DNA in 30–50 μl 0,1 × TE-Puffer aufgenommen und bis zur weiteren Verwendung bei –20°C gelagert.bacterial cells from 2 ml of a test sample grown under selective pressure (2.6.3) were harvested by centrifugation (3 min, 13000 rpm, EA, RT). After complete removal of the culture supernatant the sediments were resuspended in 300 μl Mix I and incubated for 1 min at RT. Subsequently were Add 300 μl of Mix II and mix with the samples. After addition of 300 μl Mix III and 10 min incubation on Ice were the resulting protein-SDS precipitates, the precipitated chromosomal DNA as well as cell debris Centrifugation (15 min, 13000 rpm, EA, RT) sedimented. The clear, supernatant containing the plasmid DNA was removed with 10 ul of ribonuclease A (2 mg / ml) and 30 min incubated at 37 ° C. After subsequent ethanol precipitation or isopropanol precipitation, the plasmid DNA was in 30-50 μl 0.1 × TE buffer and until further use stored at -20 ° C.

Hydrolytische Spaltung von DNA mit RestriktionsendonukleasenHydrolytic cleavage of DNA with restriction endonucleases

Die hydrolytische Spaltung von DNA mit Restriktionsendonukleasen erfolgte unter den vom Hersteller empfohlenen Bedingungen in den jeweils optimalen Reaktionspuffern. Die hier verwendeten Typ II-Restriktionsendonukleasen binden an eine kurze Folge von Nukleotiden und spalten DNA-Moleküle innerhalb dieser Erkennungssequenz. Pro μg DNA wurden 5 bis 10 U des entsprechenden Enzyms eingesetzt und der Restriktionsansatz 1–2 h bei 37°C inkubiert. Die Restriktionsendonukleasen wurden vor Ligationen durch Hitzebehandlung inaktiviert, dafür wurden die Ansätze 20 min bei 65°C inkubiert.The hydrolytic cleavage of DNA with restriction endonucleases under the conditions recommended by the manufacturer in each case optimal reaction buffers. The type II restriction endonucleases used here bind to a short sequence of nucleotides and cleave DNA molecules within this recognition sequence. 5 μg per μg of DNA used to 10 U of the corresponding enzyme and the restriction mixture Incubated for 1-2 h at 37 ° C. The restriction endonucleases were inactivated prior to ligations by heat treatment, for that the mixtures were incubated at 65 ° C for 20 min.

Ligation von DNA-FragmentenLigation of DNA fragments

Zur Ligation von DNA-Fragmenten wurde die T4-Ligase in dem vom Hersteller mitgelieferten Reaktionspuffer verwendet. Die T4-Ligase katalysiert die ATP-abhängige Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen benachbarten 3'-Hydroxy- und 5'-Phosphatenden sowohl zwischen zwei kompatiblen, überhängenden („sticky end") als auch zwischen zwei glatten Enden („blunt end"). In einem Reaktionsvolumen von 10–20 μl wurde die Fragment-DNA mit der Vektor-DNA in einem molaren Verhältnis von mindestens 3:1 sowie mit 1 U T4-Polymerase gemischt und entweder für 2 h bei RT oder üN bei 11°C inkubiert. Bei der Ligation von glatten Enden wurde den Reaktionsansätzen zusätzlich PEG 4000 (Fermentas) in einer Endkonzentration von 5% zugegeben. Für nachfolgende Transformationen wurden die Ligationsansätze im Verhältnis 1:4 mit TMF-Puffer verdünnt. Transformation von Bakterien mit Plasmid-DNA Herstellung transformationskompetenter Zellen Transformationspuffer: 100 mM CaCl2 50 mM RbCl2 40 mM MnCl2 Mg2+-Mix: 1 M MgCl2 1 M MgSO4 For ligation of DNA fragments, T4 ligase was used in the reaction buffer provided by the manufacturer. T4 ligase catalyzes the ATP-dependent formation of phosphodiester bonds between adjacent 3'-hydroxy and 5'-phosphate ends both between two compatible, sticky end and blunt end. In a reaction volume of 10-20 μl, the fragment DNA was mixed with the vector DNA in a molar ratio of at least 3: 1 and with 1 U T4 polymerase and incubated either for 2 h at RT or üN at 11 ° C. In the blunt end ligation, the reaction batches were additionally supplemented with PEG 4000 (Fermentas) at a final concentration of 5%. For subsequent transformations, the ligation mixtures were diluted 1: 4 with TMF buffer. Transformation of bacteria with plasmid DNA Preparation of transformation competent cells Transformation buffers: 100 mM CaCl 2 50 mM RbCl 2 40 mM MnCl 2 Mg 2+ mix: 1 m MgCl 2 1 m MgSO4

In einem sterilen 100 ml Erlenmeyerkolben wurden 20 ml LB-Medium mit 0,4 ml Mg2+-Mix gemischt und mit der Menge einer E. coli-Übernachtkultur inokuliert, dass die Zelldichte einer O.D.580nm von 0,05 entsprach. Diese Kultur wurde auf einem Schüttler (200 UpM) bei 37°C bebrütet, bis sie sich in der logarithmischen Wuchsphase befand (D.D.580nm = 0,5–0,8). Anschließend wurde die Kultur in 2 ml Ansätze aliquotiert, die Zellen wurden durch Zentrifugation (2 min, 8000 UpM, EZ, 4°C) sedimentiert. Das Pellet wurde in 1 ml eiskaltem Transformationspuffer (TMF-Puffer) resuspendiert und die Ansätze 1 h auf Eis inkubiert. Nach anschließender Zentrifugation (2 min, 8000 UpM, EZ, 4°C) wurden die Pellets jeweils in 200 μl eiskaltem TMF-Puffer aufgenommen. Bis zur weiteren Verwendung wurden die Ansätze auf Eis oder nach Zugabe von Glycerol in einer Endkonzentration von 20% (v/v) bei –80°C gelagert.In a sterile 100 ml Erlenmeyer flask, 20 ml LB medium was mixed with 0.4 ml Mg 2+ mix and inoculated with the amount of an overnight E. coli culture so that the cell density corresponded to an OD 580 nm of 0.05. This culture was incubated on a shaker (200 rpm) at 37 ° C until it was in the logarithmic growth phase (DD 580nm = 0.5-0.8). Subsequently, the culture was aliquoted in 2 ml batches, the cells were sedimented by centrifugation (2 min, 8000 rpm, EA, 4 ° C). The pellet was resuspended in 1 ml of ice-cold transformation buffer (TMF buffer) and the mixtures incubated on ice for 1 h. After subsequent centrifugation (2 min, 8000 rpm, EA, 4 ° C), the pellets were each taken up in 200 μl of ice-cold TMF buffer. Until further use, the batches were stored on ice or after addition of glycerol at a final concentration of 20% (v / v) at -80 ° C.

Transformation von E. coliTransformation of E. coli

Zur Transformation wurden 200 μl transformationskompetente Zellen mit 20 μl eines Ligationsansatzes oder ca. 100 ng präparierter Plasmid-DNA vermischt, mindestens 30 min auf Eis inkubiert und anschließend für 90 s einem Hitzeschock bei 42°C ausgesetzt. Nach Zugabe von 700 μl LB-Medium folgte die phänische Expression, falls nicht anders angegeben, bei 37°C auf dem Brutroller, die je nach Antibiotikaresistenz 1–3 h dauerte. 100 μl dieses Ansatzes wurden auf entsprechendem Selektivagar ausplattiert, der restliche Ansatz wurde zentrifugiert (2 min, 8000 UpM, EZ, RT), das Pellet in 100 μl LB-Medium aufgenommen und ebenfalls auf Selektivagar ausplattiert. Als Negativkontrolle diente ein Ansatz transformationskompetenter Zellen, dem keine Plasmid-DNA bzw. kein Ligationsansatz zugegeben wurde.to Transformation were 200 ul transformation competent Cells with 20 μl of a ligation batch or about 100 ng prepared plasmid DNA mixed, at least 30 min on Incubated ice and then for 90 s one Heat shock exposed at 42 ° C. After addition of 700 .mu.l LB medium was followed by phenic expression, if not stated otherwise, at 37 ° C on the breed roller, depending on Antibiotic resistance lasted 1-3 h. 100 μl of this Approach was plated on appropriate Selektivagar, the the remaining batch was centrifuged (2 min, 8000 rpm, EA, RT), the pellet was taken up in 100 μl of LB medium and also plated on selective agar. The negative control used was an approach transformation-competent cells, no plasmid DNA or no Ligation mixture was added.

Übertragung von Plasmid-DNA durch Konjugation und TranspositionTransfer of plasmid DNA by Conjugation and transposition

Zum konjugativen Transfer von mobilisierbaren Plasmiden wurde die Methode des „biparentalen matings" genutzt. Der als Donor angewendete E. coli-Stamm S17-1 trägt die tra-Gene des RP4-Plasmids ( Simon et al., 1986 ) stabil im Genom integriert. Die Transposition des Plasmids in das Genom des Rezipienten wird durch das Enzym Transposase katalysiert.For the conjugative transfer of mobilizable plasmids, the method of "biparental mating" was used.The donor-applied E. coli strain S17-1 carries the tra genes of the RP4 plasmid ( Simon et al., 1986 ) stably integrated in the genome. The transposition of the plasmid into the genome of the recipient is catalyzed by the enzyme transposase.

Konjugation und Transposition von Plasmiden von E. coli nach P. putidaConjugation and transposition of plasmids from E. coli to P. putida

Als Rezipient diente einer der P. putida-Stämme KT2440. Die Anzucht der zu konjugierenden P. putida- und E. coli-Stämme erfolgte in LB-Medium unter entsprechendem Selektionsdruck üN bei 30°C (P. putida) bzw. 37°C (E. coli).When Recipients served one of the P. putida strains KT2440. The Cultivation of P. putida and E. coli strains to be conjugated was carried out in LB medium under appropriate selection pressure üN at 30 ° C (P. putida) or 37 ° C (E. coli).

Je 0,5 ml der Rezipientenkultur und der Donorkultur wurden in einem EPG gemischt und zentrifugiert. Anschließend wurde das Pellet mit 1 ml LB-Medium gewaschen, um die Zellen von den entsprechenden Antibiotika zu befreien. Die Zellen wurden erneut zentrifugiert (8000 UpM, EZ, RT), in ihrem Restüberstand resuspendiert und auf einen Filter auf LB-Medium gegeben. Nach einer Inkubationszeit von 16 Stunden bei 30°C wurde der Filter in ein EPG mit LB-Medium gegeben, die Zellen wurden durch vortexen von dem Filter gelöst. Es wurde eine Verdünnungsreihe dieser Zellen angelegt und auf entsprechendem Selektivagar ausplattiert. Zur Kontraselektion des E. coli-Donorstammswurde Irgasan (Ciba Geigy, Basel) in einer Endkonzentration von 25 μg/ml eingesetzt.ever 0.5 ml of the recipient culture and the donor culture were in a EPG mixed and centrifuged. Subsequently, the Pellet washed with 1 ml of LB medium to remove the cells from the corresponding To get rid of antibiotics. The cells were centrifuged again (8000 rpm, EA, RT), resuspended in its residual supernatant and placed on a filter on LB medium. After an incubation period of 16 hours at 30 ° C, the filter was in an EPG with Given LB medium, cells were vortexed by the filter solved. It was a dilution series of this Cells are applied and plated on appropriate Selektivagar. to Contrast selection of the E. coli donor strain was Irgasan (Ciba Geigy, Basel) in a final concentration of 25 μg / ml.

Konjugation und Transposition von Plasmiden von E. coli nach R. capsulatusConjugation and transposition of plasmids from E. coli to R. capsulatus

Der Rezipient wurde von einer frischen anaeroben Stammplatte in 5 ml Minimalmedium (RCV + N) aufgenommen und üN bei 30°C auf dem Brutroller resuspendiert. Der plasmidtragende E. coli S17-1 Donor wurde üN bei 37°C selektiv auf einer LB-Agarplatte angezogen. Von der Donorplatte wurden Einzelkolonien der logarithmischen Wachstumsphase geerntet und in 1 ml PY-Fe resuspendiert. Jeweils 1 ml der Rezipientenkultur wurde mit 0,5 ml der Donorkultur vermischt und in einem Eppendorfgefäß zentrifugiert (5 min; 13.000 Upm, RT). Das Sediment wurde vorsichtig im Rücklauf resuspendiert. Die Zellsuspension wurde anschließend auf Nitrozellulose-Filter übertragen und üN bei 30°C auf PY-Agarplatten inkubiert. Die Filter wurden in 1 ml Minimalmedium (RCV + N) resuspendiert. Von der Bakterienkultur wurde eine Verdünnungsreihe angelegt und verschiedene Volumina wurden auf Selektivmedium ausgestrichen. Es folgte eine 3-tägige Inkubation im Brutschrank bei 30°C.The recipient was picked up from a fresh anaerobic stem plate in 5 ml minimal medium (RCV + N) and resuspended at 30 ° C. on the incubator. The plasmid-bearing E. coli S17-1 donor was selectively grown at 37 ° C. on an LB agar plate. From the donor plate single colonies of the logarithmic growth phase were harvested and resuspended in 1 ml of PY-Fe. 1 ml each of the recipient culture was mixed with 0.5 ml of the donor culture and centrifuged in an Eppendorf tube (5 min, 13,000 rpm, RT). The sediment was gently resuspended in the reflux. The cell suspension was then transferred to nitrocellulose filters and incubated at 30 ° C. on PY agar plates. The filters were resuspended in 1 ml minimal medium (RCV + N). From the bacterial culture, a dilution series was applied and different volumes were streaked onto selective medium. This was followed by a 3-day incubation in the incubator at 30 ° C.

Polymerasekettenreaktion (PCR)Polymerase Chain Reaction (PCR)

  • ( Mullis & Fallona, 1987 )( Mullis & Fallona, 1987 )

Die Polymerasekettenreaktion wurde zur Amplifizierung von Genen angewendet. Durch die Wahl entsprechender Oligonukleotide als Startermoleküle wurden stromaufwärts und stromabwärts der Gene Erkennungssequenzen für Restriktionsendonukleasen angefügt, die zur gezielten Klonierung der amplifizierten Fragmente in Klonierungsvektoren dienten. Die Amplifizierung erfolgte mit Hilfe der thermostabilen DNA-abhängigen DNA-Polymerase aus Pyrococcus furiosus. Tab. 2.5: Konzentrationen der Reaktionskomponenten bei PCR-Reaktionen mit der Turbo-Pfu-DNA-Polymerase und Pfu-DNA-Polymerase Reaktionskomponente Konzentration Oligonukleotid I 5–10 pmol Oligonukleotid II 5–10 pmol Pfu-Polymerase-Puffer 1 × Pfu-Puffer dNTP-Mix 0,25 mM DNA-Polymerase 1–2,5 U DMSO 5 mM Matrizen-DNA 50 ng The polymerase chain reaction was used to amplify genes. By selecting corresponding oligonucleotides as starter molecules, restriction endonuclease recognition sequences were added upstream and downstream of the genes, which served for the targeted cloning of the amplified fragments into cloning vectors. The amplification was carried out using the thermostable DNA-dependent DNA polymerase from Pyrococcus furiosus. Tab. 2.5: Concentrations of the reaction components in PCR reactions with turbo-Pfu DNA polymerase and Pfu DNA polymerase reactant concentration Oligonucleotide I 5-10 pmol Oligonucleotide II 5-10 pmol Pfu polymerase buffer 1 × Pfu buffer dNTP mix 0.25 mM DNA polymerase 1-2.5 U DMSO 5mM Template DNA 50 ng

Das Volumen eines Reaktionansatzes betrug 50 μl. Die PCR-Reaktionen wurde in dem PCR-Automat „Mastercycler Gradient" der Fa. Eppendorf durchgeführt.The Volume of a reaction mixture was 50 μl. The PCR reactions was in the PCR machine "Mastercycler Gradient" the Fa. Eppendorf performed.

Fluoreszenzmessungenfluorescence measurements

PBS-Puffer (pH 7,0)PBS buffer (pH 7.0)

  • 4 mM KH2PO4; 16 mM Na2HPO4; 115 mM NaCl4 mM KH 2 PO 4 ; 16 mM Na 2 HPO 4 ; 115 mM NaCl

Fluoreszenzmessungen ganzer Zellen wurden in PBS-Puffer durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden O.D.580 = 1 entsprechende Aliquots den jeweiligen Expressionskulturen entnommen, pelletiert und mit PBS-Puffer gewaschen. Anschließend wurden die Zellen in 1 ml PBS-Puffer aufgenommen. Die so erhaltenen Zellsuspensionen wurden als Stammlösungen für die folgenden Fluoreszenzmessungen verwendet. Die Fluoreszenz der Proben wurde mit einem Fluoreszenzphotometer ( Luminescence SSpectrometer LS 506, Perkin Elmer, Boston, USA ) gemessen. Nachweis der β-Galaktosidase-Aktivität 4 × Z-Puffer 21,36 g Na2HPO4 11,04 g NaH2PO2 1,49 g KCL 0,49 g MgSO4 ad 1 L Zellaufschluss-Puffer 1 ml 4 × Z-Puffer 14 μl β-Mercaptoethanol 7,5 μl 20%SDS Whole cell fluorescence measurements were performed in PBS buffer. For this purpose, aliquots corresponding to OD 580 = 1 were taken from the respective expression cultures, pelleted and washed with PBS buffer. Subsequently, the cells were taken up in 1 ml PBS buffer. The cell suspensions thus obtained were used as stock solutions for the following fluorescence measurements. The fluorescence of the samples was measured with a fluorescence photometer ( Luminescence SSpectrometer LS 506, Perkin Elmer, Boston, USA ). Detection of β-galactosidase activity 4 × Z buffer 21.36 g Na 2 HPO 4 11.04 g NaH 2 PO 2 1.49 g KCL 0.49 g MgSO4 ad 1 L Cell disruption buffer 1 ml 4 × Z buffer 14 μl β-mercaptoethanol 7.5 μl 20% SDS

ONPG-LösungONPG solution

  • 0,8 mg/ml ONPG; 14 μl/ml β-Mercaptoethanol; in 1 × Z-Puffer0.8 mg / ml ONPG; 14 μl / ml β-mercaptoethanol; in 1xZ buffer

Stopp-PufferStop buffer

  • 1 M Na2CO3 1M Na 2 CO 3

Die Enzymaktivität der β-Galaktosidase wurde mit dem ONPG-Test untersucht. Beim ONPG-Test ersetzt das synthetische Galactosid O-Nitrophenol-β-D-galactopyranosid das natürliche Substrat der β-Galaktosidase. Es wird wie Laktose durch die Galactosid-Permease in die Zelle hineingebracht und durch die β-Galactosidase hydrolysiert. Hierbei entstehen die beiden Reaktionsprodukte Galaktose und o-Nitrophenol. Letzteres verursacht eine Gelbfärbung, die photometrisch gemessen werden kann. Zunächst wurden die Zelldichten der einzelnen Kulturen bestimmt. Je 400 μl der Proben wurden mit 25 μl Chloroform und 25 μl des Zellaufschluss-Puffers versetzt, resuspendiert und 5 min bei RT inkubiert. Nach der Zugabe von 400 μl ONPG-Lösung wurde die Zeit bis zur Gelbfärbung der Proben gemessen. Durch die Zugabe des Stopp-Puffers konnte die Reaktion beendet und die Gelbfärbung der Proben photometrisch gemessen werden.The Enzyme activity of β-galactosidase was measured with the Examined ONPG test. The ONPG test replaces the synthetic galactoside O-nitrophenol-β-D-galactopyranoside the natural Substrate of β-galactosidase. It gets through like lactose the galactoside permease is introduced into the cell and by the β-galactosidase hydrolyzed. This produces the two reaction products galactose and o-nitrophenol. The latter causes a yellowing, which can be measured photometrically. At first were determines the cell densities of each culture. 400 μl each the samples were mixed with 25 μl chloroform and 25 μl of the cell disruption buffer, resuspend and incubate for 5 min RT incubated. After the addition of 400 μl ONPG solution was added the time to yellowing of the samples was measured. By the addition of the stop buffer could terminate the reaction and the Yellowing of the samples can be measured photometrically.

mRNA-Quantifizierung mittels Real-time RT-PCRmRNA quantification by means of real-time RT-PCR

Zur Isolierung bakterieller Gesamt-RNA wurde ein Aliquot der Bakterienkultur in der exponentiellen Wachstumsphase (OD580 = 0.9) geerntet (4000 Upm, 4°C, 5 min). Das Zellpellet wurde dann entweder direkt weiterverarbeitet oder bis zurweiteren Verwendung bei –80°C gelagert ( Berstein et al., 2002 ; Khodursky et al., 2003 ). Frisch abzentrifugierte oder gefrorene Pelletswurden wurden mit dem RNeasy Mini Kit (Qiagen, Hilden) weiterverarbeitet. Dazu wurden die Zellen in 350 μL des RNeasy-RLT-Puffers resuspendiert. Nach Zentrifugation (2 min, 13000 Upm) wurde der Überstand (maximal 700 μl) zur Isolierung der Gesamt-RNA auf die RNeasy-Säulchen aufgetragen (Qiagen, Hilden). Die auf Silica-Gel basierenden Membranen der Säulchen binden in Anwesenheit von absolutem Ethanol (250 μl) und einer spezifischen Salzpufferkonzentration selektiv einzelsträngige RNA-Moleküle. Es folgten zwei weitere Waschschritte bevor die RNA mit zweimal 50 μl RNase freiem Wasser vom Säulchen eluiert wurde. Die präparierte RNA wurde einem DNase-Verdau unterzogen. Dazu wurden die Probe mit 5 μl 10 × DNase-Puffer und 30 U RNase freier DNase (Promega) für 20 min bei 37°C inkubiert. Auf die Zugabe des Stopp-Puffers folgte die Inaktivierung des Enzyms für 10 min bei 70°C. Die Lagerung präparierter RNA erfolgte bei –20°C.To isolate total bacterial RNA, an aliquot of the bacterial culture in the exponential growth phase (OD 580 = 0.9) was harvested (4000 rpm, 4 ° C, 5 min). The cell pellet was then either processed directly or stored at -80 ° C until further use ( Berstein et al., 2002 ; Khodursky et al., 2003 ). Freshly centrifuged or frozen pellets were processed with the RNeasy Mini Kit (Qiagen, Hilden). For this, the cells were resuspended in 350 μL of the RNeasy RLT buffer. After centrifugation (2 min, 13000 rpm), the supernatant (maximum 700 μl) was applied to the RNeasy columns to isolate the total RNA (Qiagen, Hilden). The silica gel-based membranes of the columns selectively bind single-stranded RNA molecules in the presence of absolute ethanol (250 μl) and a specific salt buffer concentration. This was followed by two more washes before the RNA was eluted from the column with two times 50 μl of RNase-free water. The prepared RNA was subjected to DNase digestion. For this purpose, the sample was incubated with 5 μl 10 × DNase buffer and 30 U RNase-free DNase (Promega) for 20 min at 37 ° C. Addition of the stop buffer was followed by inactivation of the enzyme for 10 minutes at 70 ° C. Stored RNA was stored at -20 ° C.

Synthese der cDNASynthesis of the cDNA

Die Synthese der cDNA erfolgte ausgehend von 500 ng Gesamt-RNA, die durch reverse Transkription mit reverser Transkriptase (Omniscript Reverse Transkriptase, Qiagen, Hilden) in cDNA umgeschrieben wurde. Die RNA wurde vor der Synthese für 5 min bei 68°C inkubiert und dann 5 min auf Eis abgekühlt. Anschließend wurde der vorbereitete Mastermix aus Reaktionspuffer, Nukleotiden und reverser Transkriptase zugegeben. Die Synthese erfolgte für 1 h bei 37°C. Die synthetisierte cDNA wurde ohne weitere Aufreinigung als template in der Real-time PCR eingesetzt.The Synthesis of the cDNA was carried out starting from 500 ng of total RNA, the by reverse transcription with reverse transcriptase (Omniscript Reverse transcriptase, Qiagen, Hilden) into cDNA. The RNA was pre-synthesized for 5 min at 68 ° C incubated and then cooled for 5 min on ice. Subsequently was the prepared master mix of reaction buffer, nucleotides and reverse transcriptase added. The synthesis was carried out for 1 h at 37 ° C. The synthesized cDNA was without further Purification used as a template in real-time PCR.

RealTime PCRRealTime PCR

Die Real-time PCR wurde mit dem LightCycler realplex (Eppendorf) durchgeführt. Als Reagenzien dienten die Bestandteile Quantitect SYBR Green I Kit (Qiagen, Hilden). Der Fluoreszenzfarbstoff SYBR Green I (Invitrogen, Karlsruhe) bindet doppelsträngige DNA und hat ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge von 521 nm. In der unten stehenden Tabelle ist der Ablauf der RealTime PCR sowie der Schmelzkurve aufgelistet. 95°C 2 min Denaturierung 95°C 15 sek 55°C 30 sek 40 Zyklen 68°C 30 sek 95°C 15 sek Schmelzkurve 60–95°C 20 min Real-time PCR was performed with the LightCycler realplex (Eppendorf). The reagents used were the components Quantitect SYBR Green I Kit (Qiagen, Hilden). The fluorescent dye SYBR Green I (Invitrogen, Karlsruhe) binds double-stranded DNA and has an absorption maximum at a wavelength of 521 nm. The table below lists the course of the RealTime PCR and the melting curve. 95 ° C 2 min denaturation 95 ° C 15 sec 55 ° C 30 sec 40 cycles 68 ° C 30 sec 95 ° C 15 sec melting curve 60-95 ° C 20 min

Literaturliterature

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Claims (24)

Verfahren zur Klonierung, Integration und Expression mehrerer Gene mindestens eines Genclusters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen von mindestens zwei Gen-Kassetten, die Sequenzen aufweisen, welche die Übertragung und Integration eines flankierten Nukleinsäuremoleküls sowie die Expression aller Gene des flankierten Nukleinsäuremoleküls vermitteln; – Erzeugung eines rekombinanten Transposons durch Verknüpfung der Gen-Kassetten mit einem Nukleinsäuremolekül, das mindestens ein Gencluster umfasst, wobei mindestens eine erste Gen-Kassette stromaufwärts des Genclusters und mindestens eine zweite Gen-Kassette stromabwärts des Genclusters angehängt wird; – Einbringen des Transposons in eine Rezipientenzelle, wobei sich das Transposon selbstständig in das Genom der Rezipientenzelle integriert; und – Koordinierte Expression aller Gene des Genclusters in der Rezipientenzelle.Methods for cloning, integration and expression multiple genes of at least one gene cluster, wherein the method the following steps include: - Deploying at least two gene cassettes that have sequences that confer transmission and integration of a flanked nucleic acid molecule as well as the expression of all genes of the flanked nucleic acid molecule convey; - Generation of a recombinant transposon by linking the gene cassettes with a nucleic acid molecule, comprising at least one gene cluster, wherein at least a first Gene cassette upstream of the gene cluster and at least a second gene cassette attached downstream of the gene cluster becomes; Introduction of the transposon into a recipient cell, wherein the transposon is independent in the genome of Recipient cell integrated; and - Coordinated expression all genes of the gene cluster in the recipient cell. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expression aller Gene des Genclusters in der Rezipientenzelle mit Hilfe der T7-RNA-Polymerase erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the expression of all genes of the gene cluster in the recipient cell by means of T 7 RNA polymerase takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der Gen-Kassetten durch homologe Rekombination erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that linking the gene cassettes by homologous recombination he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des rekombinanten Transposons in die Rezipientenzellen durch Konjugation erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the introduction of the recombinant Transposons are made in the recipient cells by conjugation. Gen-Kassette zur Klonierung mindestens eines Genclusters, wobei die Gen-Kassette die folgenden Elemente umfasst: – mindestens eine Promotor-Sequenz; und – mindestens ein Transpositionselement.Gene cassette for cloning at least one gene cluster, wherein the gene cassette comprises the following elements: - at least a promoter sequence; and - At least one transposition element. Gen-Kassette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Promotor-Sequenz die Erkennungs- und Bindungsstelle für die T7-RNA-Polymerase umfasst.Gene cassette according to claim 5, characterized in that the promoter sequence comprises the recognition and binding site for the T 7 RNA polymerase. Gen-Kassette nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette zusätzlich mindestens ein Transposase-Gen, vorzugsweise das tnp-Gen, umfasst.Gene cassette according to claim 5 or 6, characterized that the gene cassette additionally contains at least one transposase gene, preferably the tnp gene. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das Transpositionselement ein OE-L- oder ein OE-R-Element ist.Gene cassette according to one of claims 5 to 7, characterized in that the transposition element is an OE-L or an OE-R element. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette zusätzlich mindestens ein Reportergen umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 8, characterized in that the gene cassette in addition comprises at least one reporter gene. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette zusätzlich mindestens einen Selektionsmarker umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 9, characterized in that the gene cassette in addition comprises at least one selection marker. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette ein Antibiotika-Resistenzgen mit eigenem Promotor, ein Reportergen ohne eigenen Promotor, ein Transpositionselement und einen Promotor für eine nicht-bakterielle RNA-Polymerase, vorzugsweise die T7-RNA-Polymerase, umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 10, characterized in that the gene cassette comprises a self-promoter antibiotic resistance gene, a reporter gene without its own promoter, a transposition element and a promoter for a non-bacterial RNA polymerase, preferably the T 7 RNA polymerase. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette ein Antibiotika-Resistenzgen mit eigenem Promotor, ein Reportergen ohne eigenen Promotor, ein für eine Transposase kodierendes Gen, ein Transpositionselement und einen Promotor für eine nicht-bakterielle RNA-Polymerase umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 10, characterized in that the gene cassette is an antibiotic resistance gene with its own promoter, a reporter gene without its own promoter, a for a Transposase coding gene, a transposition element and a promoter for a non-bacterial RNA polymerase includes. Gen-Kassette nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antibiotika-Resistenzgen ein Gen für die Tetracyclin-Resistenz (TcR) oder für die Gentamycin-Resistenz (GmR) ist.Gene cassette according to claim 11 or 12, characterized in that the antibiotic resistance gene is a gene for tetracycline resistance (Tc R ) or for gentamycin resistance (Gm R ). Gen-Kassette nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reportergen ein Gen für die Kanamycin-Resistenz (KmR) oder ein für ein fluoreszierendes Protein kodierendes Gen ist.Gene cassette according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the reporter gene is a gene for kanamycin resistance (Km R ) or a gene coding for a fluorescent protein gene. Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette zusätzlich mindestens einen Replikationsursprung (oriT) umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 14, characterized in that the gene cassette additionally comprises at least one replication origin (oriT). Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gen-Kassette zusätzlich mindestens eine Operator-Sequenz, vorzugsweise den lac-Operator, umfasst.Gene cassette according to one of claims 5 to 15, characterized in that the gene cassette in addition at least one operator sequence, preferably the lac operator, includes. Zusammensetzung zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters, wobei die Zusammensetzung mindestens zwei Gen-Kassetten nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.Composition for cloning, integration and Expression of at least one gene cluster, wherein the composition at least two gene cassettes according to one of the claims 5 to 16. Vektor zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters, wobei der Vektor mindestens eine Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.Vector for cloning, integration and expression at least one gene cluster, wherein the vector is at least one gene cassette according to any one of claims 5 to 16. Vektor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor zwei oder mehr Gen-Kassetten nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.Vector according to claim 18, characterized that the vector contains two or more gene cassettes according to one of the claims 5 to 16. Rekombinantes Nukleinsäuremolekül, das mindestens eine Nukleotidsequenz zur Synthese mindestens eines Polypeptids umfasst, wobei die Nukleotidsequenz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: a) Nukleotidsequenz, welche die Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst; b) Nukleotidsequenz, welche zwei Gen-Kassetten nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst; c) Nukleotidsequenz, welche den Vektor nach Anspruch 18 oder 19 umfasst; d) Nukleotidsequenz, welche die Sequenz gemäß SEQ ID NR. 13 und/oder 14 umfasst; e) Nukleotidsequenz, welche sich von der Nukleotidsequenz gemäß a), b), c) oder d) durch den Austausch zumindest eines Codons gegen ein synonymes Codon unterscheidet; f) Nukleotidsequenz, deren komplementärer Strang mit den Nukleotidsequenzen gemäß a), b), c) oder d) hybridisiert; g) Nukleotidsequenz, welche zu mindestens 85%, vorzugsweise 90%, insbesondere 95%, mit der Nukleotidsequenz gemäß a), b), c) oder d) identisch ist; h) Nukleotidsequenz, welche dem komplementären Strang der Nukleotidsequenzen gemäß a) bis g) entspricht.Recombinant nucleic acid molecule, the at least one nucleotide sequence for the synthesis of at least one Polypeptide, wherein the nucleotide sequence selected is from the group consisting of: a) nucleotide sequence which the gene cassette according to any one of claims 5 to 16; b) Nucleotide sequence comprising two gene cassettes according to any one of claims 5 to 16; c) Nucleotide sequence following the vector Claim 18 or 19; d) nucleotide sequence which the Sequence according to SEQ ID NO. 13 and / or 14; e) Nucleotide sequence which differs from the nucleotide sequence according to a), b), c) or d) by the exchange of at least one codon against distinguishes a synonymous codon; f) nucleotide sequence whose complementary strand with the nucleotide sequences according to a), b), c) or d) hybridizes; g) nucleotide sequence which belongs to at least 85%, preferably 90%, especially 95%, with the nucleotide sequence according to a), b), c) or d) is identical; H) Nucleotide sequence corresponding to the complementary strand of the Nucleotide sequences according to a) to g) corresponds. Kit zur Klonierung, Integration und Expression mindestens eines Genclusters, welcher mindestens eine Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.Kit for cloning, integration and expression at least a gene cluster containing at least one gene cassette after a of claims 5 to 16. Kit nach Anspruch 21, welcher zwei oder mehr Gen-Kassetten nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.The kit of claim 21, which comprises two or more gene cassettes according to any one of claims 5 to 16. Zelle, welche mindestens eine Gen-Kassette nach einem der Ansprüche 5 bis 16, den Vektor nach Anspruch 18 oder 19 und/oder das Nukleinsäuremolekül nach Anspruch 20 enthält.Cell containing at least one gene cassette after any one of claims 5 to 16, the vector of claim 18 or 19 and / or the nucleic acid molecule according to Claim 20 contains. Zellkultur, welche Zellen nach Anspruch 23 umfasst.Cell culture comprising cells according to claim 23.
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