DE19928073B4 - Transconjugation plasmid for the mutagenesis of Pasteurellaceae - Google Patents
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Abstract
Transkonjugationsplasmid
für die
Einführung
unmarkierter Deletionen in das Chromosom von Bakterien der Familie
Pasteurellaceae, bestehend aus:
a) der Mobilisierungsregion
mobRP4,
b) einem Polylinker,
c) einem Replikon des Col
E1 Typs,
d) einer Resistenzdeterminante
e) einer transskriptionellen
Fusion des Bacillus subtilis sacB-Gens mit dem Actinobacillus pleuropneumoniae
omlA-Promotor.Transconjugation plasmid for the introduction of unlabelled deletions into the chromosome of bacteria of the family Pasteurellaceae, consisting of:
a) mobilization region mobRP4,
b) a polylinker,
c) a replica of the Col E1 type,
d) a resistance determinant
e) a transcriptional fusion of the Bacillus subtilis sacB gene with the Actinobacillus pleuropneumoniae omlA promoter.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Transkonjugationsplasmid zur Mutagenese von Bakterien der Familie Pasteurellaceae. Genauer gesagt handelt es sich um ein Transkonjugationsplasmid für die Einführung unmarkierter Deletionen in diese Bakterien.The The present invention relates to a transconjugation plasmid for Mutagenesis of bacteria of the family Pasteurellaceae. More precisely it is a transconjugation plasmid for the introduction of unlabelled Deletions in these bacteria.
Actinobacillus (A.) pleuropneumoniae, ein Bakterium aus der Familie der Pasteurellaceae, ist ein hoch infektiöser Krankheitserreger im Respirationstrakt von Schweinen, der weltweit zu erheblichen ökonomischen Verlusten führt (Sebunya und Saunders 1983: Haemophilus pleuropneumoniae infection in swine: a review. J. Am. Vet. Med. Assoc. 182: 1331-1337; Fenwick und Henry 1994: Porcine pleuropneumonia. J. Am. Vet. Med. Assoc. 204: 1224-1340). Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind 12 Serotypen, (basierend auf Polysaccharidantigenen) identifiziert (Perry et al. 1990: Structural characteristics of the antigenic capsular polysaccharides and lipopolysaccharides involved in the serological classification of Actinobacillus pleuropneumoniae strains. Serodiag. Immunother. Infect. Dis. 4: 299-308). Die auf den Serotypen basierende Differenzierung korreliert mit Ergebnissen, die sowohl durch Untersuchungen zur elektrophoretischen Mobilität von Äußere-Membranproteinen und Enzymen (Multilokusenzymelektrophorese; Musser et al. 1987: Clonal diversity in Haemophilus pleuropneumoniae. Infect. Immun. 55: 1207-1215), als auch durch Toxintypisierung (Frey et al. 1995: Development of an efficient PCR method for toxin typing of Actinobacillus pleuropneumoniae strains. Mol. Cell. Probes 9: 277-282) und Analyse der Verwandschaftsbeziehungen aufgrund von Restriktionsenzympolymorphismen (Chevallier et al. 1998: Chromosome sizes and phylogenetic relationships between serotypes of Actinobacillus pleuropneumoniae. FEMS Microbiol. Lett. 160: 209-216) erzielt wurden.Actinobacillus (A.) pleuropneumoniae, a bacterium of the family Pasteurellaceae, is a highly infectious Pathogens in the respiratory tract of pigs, the world to significant economic losses leads (Sebunya and Saunders 1983: Haemophilus pleuropneumoniae infection in swine: a review. J. Am. Vet. Med. Assoc. 182: 1331-1337; Fenwick and Henry 1994: Porcine pleuropneumonia. J. Am. Vet. Med. Assoc. 204: 1224-1340). At the present time are 12 serotypes, identified (based on polysaccharide antigens) (Perry et al., 1990: Structural characteristics of the antigenic capsular polysaccharides and lipopolysaccharides involved in the serological classification of Actinobacillus pleuropneumoniae strains. Serodiag. Immunother. Infect. Dis. 4: 299-308). The on the serotypes based differentiation correlates with results that both by studies on the electrophoretic mobility of outer membrane proteins and enzymes (multi-nucleus enzyme electrophoresis; Musser et al., 1987: Clonal diversity in Haemophilus pleuropneumoniae. Infect. Immune. 55: 1207-1215) as well as by toxin typing (Frey et al., 1995: Development of an efficient PCR method for toxin typing of Actinobacillus pleuropneumoniae strains. Mol. Cell. Probes 9: 277-282) and analysis of relationship relationships due to restriction enzyme polymorphisms (Chevallier et al. 1998: Chromosome sizes and phylogenetic relationships between serotypes of Actinobacillus pleuropneumoniae. FEMS Microbiol. Lett. 160: 209-216).
Eine Impfung gegen A. pleuropneumoniae schützt erfolgreich gegen die klinische Erkrankung. Konventionelle Vakzinen sind jedoch in ihrer protektiven Wirkung auf den Serotyp, der für die Bakterin-Produktion eingesetzt wurde, beschränkt und verhindern darüber hinaus nicht eine Besiedlung durch den Erreger (Nielsen 1974: Pleuropneumonia of swine caused by Haemophilus pleuropneumoniae. Studies on the protection obtained by vaccination. Nord. Vet. Med. 28: 337-338; Rosendal et al. 1981: Vaccination against pleuropneumonia in pigs caused by Haemophilus pleuropneumoniae. Can. Vet. J. 22: 34-35; Higgins et al. 1985: Evaluation of a killed vaccine against porcine pleuropneumonia due to Haemophilus pleuropneumoniae. Can. Vet. J. 26: 86-89). Im Gegensatz dazu sind Tiere, die eine natürliche oder experimentelle Infektion mit einem A. pleuropneumoniae-Serotyp überstanden haben, unabhängig vom jeweiligen Serotyp vor klinischen Symptomen geschützt (Nielsen 1984: Haemophilus pleuropneumoniae serotypes – cross protection experiments. Nord. Vet. Med. 36: 221-234; Prideaux et al. 1999: Vaccination and protection of pigs against pleuropneumonia with a vaccine strain of Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immun. 67: 1962-1966), obwohl eine Besiedlung mit heterologen Serotypen noch durchaus möglich ist (Cruijsen et al. 1995: Convalescent pigs are protected completely against infection with a homologous Actinobacillus pleuropneumoniae strain but incompletely against a heterologous serotype strain. Infect. Immun. 63: 2341-2343). In neueren Arbeiten wurde gezeigt, daß eine Kreuzprotektion auch durch Impfung mit einer attenuierten Lebendvakzine zu erreichen ist (Prideaux et al. 1999: Vaccination and protection of pigs against pleuropneumonia with a vaccine strain of Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immun. 67: 1962-1966).A Vaccination against A. pleuropneumoniae successfully protects against the clinical Illness. However, conventional vaccines are protective in their Effect on the serotype that is responsible for The bacterin production was used, limited and prevent beyond not a colonization by the pathogen (Nielsen 1974: Pleuropneumonia of swine caused by Haemophilus pleuropneumoniae. Studies on the protection obtained by vaccination. Nord. Vet. Med. 28: 337-338; Rosendal et al. 1981: Vaccination against pleuropneumonia in pigs caused by Haemophilus pleuropneumoniae. Can. Vet. J. 22: 34-35; Higgins et al. 1985: Evaluation of a killed vaccine against porcine pleuropneumonia due to Haemophilus pleuropneumoniae. Can. Vet. J. 26: 86-89). In contrast, animals that are a natural or survived experimental infection with an A. pleuropneumoniae serotype have, independent protected from clinical symptoms by the respective serotype (Nielsen 1984: Haemophilus pleuropneumoniae serotypes - cross protection experiments. Nord. Vet. Med. 36: 221-234; Prideaux et al. 1999: Vaccination and Protection of pigs against pleuropneumonia with a vaccine strain of Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immune. 67: 1962-1966), although one Colonization with heterologous serotypes is still possible (Cruijsen et al. 1995: Convalescent pigs are protected completely against infection with a homologous Actinobacillus pleuropneumoniae strain but incompletely against a heterologous serotype strain. Infect. Immune. 63: 2341-2343). Recent work has shown that cross-protection also by vaccination with an attenuated live vaccine to achieve (Prideaux et al 1999: Vaccination and protection of pigs against pleuropneumonia with a vaccine strain of Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immune. 67: 1962-1966).
Bereits beschriebene Methoden für die Actinobacillus pleuropneumoniae-Mutagenese beschränkten sich auf die Insertions-Knockout-Mutagenese (Jansen et al. 1995: Knockout mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae serotype 1 that are devoid of RTX toxins do not activate or kill porcine neutrophils. Infect. Immun. 63: 27-37; Fuller et al. 1996: A riboflavin auxotroph of Actinobacillus pleuropneumoniae is attenuated in swine. Infect. Immun. 64: 4659-4664; Prideaux et al. 1999: Vaccination and protection of pigs against pleuropneumonia with a vaccine strain of Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immun. 67: 1962-1966) oder Transposon-Shuttle-Mutagenese-Techniken (Tascon et al. 1993: Transposon mutagenesis in Actinobacillus pleuropneumoniae with a Tn10 derivative. J. Bact. 175: 5717-5722; Tascon-Cabrero et al. 1997: Actinobacillus pleuropneumoniae does not require urease activity to produce acute swine pleuropneumonia. FEMS Microbiol. Lett. 148: 53-57). Darüber hinaus stehen keine selektierbaren Marker für den Gebrauch dieses Bakteriums zur Verfügung. Es ist daher wünschenswert, attenuierte und phänotypisch unterscheidbare Mutanten ohne Antibiotika-Marker als Kandidatenimpfstoffe zu entwickeln. Die Gegenselektion mit Hilfe des sacB-Gens von Bacillus subtilis ist bei einer Reihe von gramnegativen Bakterien erfolgreich etabliert (Reyrat et al. 1998: Counterselectable markers: Untapped tools for bacterial genetics and pathogenesis. Infect. Immun. 66: 4011-4017).Methods already described for Actinobacillus pleuropneumoniae mutagenesis have been limited to insertion knockout mutagenesis (Jansen et al., 1995): Knockout mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae serotype 1 that are devoid of RTX toxins do not activate or kill porcine neutrophils. 63: 27-37; Fuller et al 1996: A riboflavin auxotroph of Actinobacillus pleuropneumoniae attenuated in swine Infect Immun 64: 4659-4664; Prideaux et al 1999: Vaccination and protection of pigs against pleuropneumo Actinobacillus pleuropneumoniae produced by site-specific mutagenesis of the APXII operon. Infect. Immune. 67: 1962-1966) or transposon shuttle mutagenesis techniques (Tascon et al 1993: Transposon mutagenesis in Actinobacillus pleuropneumoniae with a Tn10 derivative J. Bact 175: 5717-5722 Tascon-Cabrero et al 1997 Actinobacillus pleuropneumoniae does not require urease activity to produce acute swine pleuropneumonia, FEMS Microbiol., Lett., 148: 53-57). In addition, there are no selectable markers for the use of this bacterium. It is therefore desirable to develop attenuated and phenotypically distinguishable mutants without antibiotic markers as candidate vaccines. Counterselection using the Bacillus subtilis sacB gene has been successfully established in a number of Gram-negative bacteria (Reyrat et al 1998: Counterselectable markers: Untapped tools for bacterial genetics and pathogenesis, Infect. Immun. 66: 4011-4017).
Eine Methode zur Erzeugung unmarkierter Deletionen im Genom von Helicobacter pylori ist aus Copass et al. (1997: Introduction of unmarked mutations in the Helicobacter pylori vacA gene with a sucrose sensitivity marker. Infect Immun. 65: 1949-1952) bekannt. Darin wird ein zweistufiges Transkonjugationssystem beschrieben, das auf einem Plasmid mit einer kan-sacB-Kasette unter Kontrolle des H. pylori-spezifischen Flagellin-Promotors basiert.A Method for generating unlabelled deletions in the genome of Helicobacter pylori is from Copass et al. (1997: Introduction of unmarked mutations in the Helicobacter pylori vacA gene with a sucrose sensitivity marker. Infect immune. 65: 1949-1952). This is a two-stage Transkonjugationssystem described on a plasmid with a kan-sacB cassette under the control of the H. pylori-specific flagellin promoter based.
Die Selektion allelischer Austauschmutanten in Mykobakterien wird in der US-Patentschrift 5,843,664 beschrieben. Das dabei verwendete Verfahren basiert auf einem Plasmid, das als Fusion das sacB-Gen und die mutierte Sequenz des zu inaktivierenden Gens enthält.The Selection of allelic mutant replacements in mycobacteria is reported in U.S. Patent 5,843,664. The used Method is based on a plasmid that as fusion the sacB gene and contains the mutated sequence of the gene to be inactivated.
Von Jost et al. (1997: The sacB gene cannot be used as a counter-selectable marker in Pasteurella multocida. Mol. Biotechnol. 8: 189-191) ist gezeigt worden, dass die Verwendung des sacB-Gens als Marker zur Gegenselektion in Stämmen von Pasteurella multocida dabei nicht geeignet ist.From Jost et al. (1997: The sacB gene can not be used as a counter-selectable marker in Pasteurella multocida. Mol. Biotechnol. 8: 189-191) It has been shown that the use of the sacB gene as a marker for Counterselection in trunks Pasteurella multocida is not suitable.
Aufgabe der vorgelegten Erfindung ist es daher, ein einfaches und effektives genetisches Werkzeug zur Einführung unmarkierter Deletionen in das Chromosom von Bakterien der Familie Pasteurellaceae und hierbei im Besonderen der Gattung Actinobacillus zur Verfügung zu stellen.task The present invention is therefore a simple and effective genetic tool for introduction unlabelled deletions into the chromosome of family bacteria Pasteurellaceae and here in particular the genus Actinobacillus to disposal to deliver.
Diese Aufgabe wird durch ein Transkonjugationsplasmid gelöst, welches aus einer mobilisierenden Region mobRP4, einem Polylinker, einem Replikon des Col E1 Typs, einem resistenzvermittelnden Gen und einer transkriptionellen Fusion zwischen dem Bacillus subtilis-sacB-Gen und dem omlA-Promotor von Actinobacillus pleuropneumoniae besteht. Zur einfacheren Be schreibung der vorgelegten Erfindung wird das genannte Plasmid als pBMK1 bezeichnet.These Task is solved by a Transkonjugationsplasmid, which from a mobilizing region mobRP4, a polylinker, one Replicon of the Col E1 type, a resistance-mediating gene and a transcriptional fusion between the Bacillus subtilis sacB gene and the omlA promoter of Actinobacillus pleuropneumoniae. For ease of description of the present invention Be the called plasmid referred to as pBMK1.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Segment exogener DNA in den Polylinker des Plasmids eingesetzt wurde. Dieses Segment exogener DNA beinhaltet z.B. ein modifiziertes Actinobacillus pleuropneumoniae-ureC-Gen in dem beschriebenen Polylinker.A further preferred embodiment The invention is characterized in that a segment of exogenous DNA was used in the polylinker of the plasmid. This segment exogenous DNA includes e.g. a modified Actinobacillus pleuropneumoniae acidC gene in the described polylinker.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und effektives Verfahren zur Einfügung unmarkierter Deletionen in das Chromosom von Bakterien der Familie Pasteurellaceae und hierbei im besonderen der Gattung Actinobacillus zur Verfügung zu stellen.A Another object of the present invention is to provide a simple and effective method for the insertion of unlabelled deletions into the chromosome of bacteria of the family Pasteurellaceae and here in the particular of the genus Actinobacillus.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zur Mutagenese von Bakterien der Familie Pasteurellaceae gelöst, welches erfindungsgemäß die Schritte der Transkonjugation des Plasmids von einem Escherichia coli-Mobilisierungsstamm in den zu mutagenisierenden Bakterienstamm aus der Familie Pasteurellaceae umfaßt sowie die positive Selektion oder das Screening auf Auxotrophie des Pasteurellaceae-Stamms, welcher das transkonjugierte Plasmid stabil im Chromosom integriert hat, als auch eine Gegenselektion mit Saccharose und ein Screening des Saccharose-resistenten Stamms auf einen Stamm, welcher eine unmarkierte Deletion an der entsprechenden Stelle des Chromosoms besitzt.These Object of the present invention is achieved by a method for Mutagenesis of bacteria of the family Pasteurellaceae solved, which According to the invention, the steps transconjugation of the plasmid from an Escherichia coli mobilization strain in the mutagenized bacterial strain of the family Pasteurellaceae comprises and positive selection or screening for auxotrophy of the Pasteurellaceae strain containing the transconjugated plasmid stably integrated into the chromosome, as well as a counterselection with sucrose and a screening of the sucrose-resistant strain to a strain which has an unlabelled deletion at the corresponding Owns the site of the chromosome.
Ein erfindungsgemäß verwendbares Plasmid ist pBMKΔ1. Dieser Vektor kann z.B. als ein positives Testsystem für das erfinderische Verfahren verwendet werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören die zu mutierenden Bakterien zu der Gattung Actinobacillus. Am meisten bevorzugt ist ein Stamm von Actinobacillus pleuropneumoniae.One usable according to the invention Plasmid is pBMKΔ1. This vector may e.g. as a positive test system for the inventive Procedure can be used. In a further preferred embodiment of the present invention the bacteria to be mutated into the genus Actinobacillus. Most preferred is a strain of Actinobacillus pleuropneumoniae.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further preferred embodiments are in the dependent claims characterized.
Um ein universelles System zur Einführung unmarkierter Mutationen in Actinobacillus pleuropneumoniae zur Verfügung zu stellen, wurde der Vektor pBMK1 konstruiert. Für den Einsatz dieses Vektors sind Transkonjuganten notwendig, die stabile Plasmidkointegrate enthalten und basierend auf ihrer Antibiotikaresistenz selektiert sind. Die folgende Gegenselektion benötigt nur ein einziges Crossover-Ereignis um eine unmarkierte Deletionsmutante hervorzubringen. Dieses erfindungsgemäße System erleichtert die effektive Einführung einer unmarkierten ureC-Deletion in das Genom von Actinobacillus pleuropneumoniae. Im Prinzip ermöglicht es auch die konsekutive Einführung von verschiedenen unmarkierten Mutationen. Dieses System erleichtert die Konstruktion einer nicht attenuierten Actinobacilluspleuropneumoniae-Lebendvakzine, die, um zusätzlich einen bestimmbaren und leicht detektierbaren Phänotyp zu besitzen, eine Differenzierung zwischen geimpften und infizierten Tieren möglich macht.Around a universal system for introduction unlabeled mutations in Actinobacillus pleuropneumoniae For example, the vector pBMK1 was constructed. For the use of this vector Transconjugants are necessary, the stable plasmid cointegrate contained and selected based on their antibiotic resistance are. The following counterselection requires only a single crossover event to produce an unlabelled deletion mutant. This inventive system facilitates the effective introduction an unlabelled ureC deletion into the genome of Actinobacillus pleuropneumoniae. In principle allows it is also the consecutive introduction of various unlabelled mutations. This system facilitates the construction of an unimpregnated Actinobacilluspleuropneumoniae live vaccine, the, in addition to have a determinable and easily detectable phenotype, a differentiation between vaccinated and infected animals.
Um ein erfindungsgemäßes Transkonjugationsplasmid zur Verfügung zu stellen, wurde eine transkriptionelle Fusion zwischen dem Actinobacillus pleuropneumoniae omlA-Promotor und dem Bacillus subtilis sacB-Gen durchgeführt. Überraschenderweise konnte gezeigt werden, daß ein Escherichia coli-Actinobacillus pleuropneumoniae-Shuttlevektor, der dieses Konstrukt beinhaltet, in Anwesenheit von 10 % Saccharose effektiv aus den Actinobacillus pleuropneumoniae-Transformanten kuriert werden konnte. Dieses bedeutet, daß sacB als gegenselektiver Marker in Actinobacillus pleuropneumoniae benutzt werden kann, während in der Literatur beschrieben ist, daß dieses bei Pasteurella (P.) multocida, ebenfalls ein Angehöriger der Familie Pasteurellaceae, nicht der Fall ist (Jost et al. 1997: The sacB gene cannot be used as a counter-selective marker in Pasteurella multocida. Mol. Biotechnol. 8: 189-191).Around a transconjugation plasmid according to the invention to disposal To put, was a transcriptional fusion between the Actinobacillus pleuropneumoniae omlA promoter and the Bacillus subtilis sacB gene carried out. Surprisingly could be shown that a Escherichia coli Actinobacillus pleuropneumoniae shuttle vector, containing this construct, in the presence of 10% sucrose effectively from the Actinobacillus pleuropneumoniae transformants could be cured. This means that sacB is counterselective Marker in Actinobacillus pleuropneumoniae can be used while in the literature is described that this in Pasteurella (P.) multocida, also a relative the family Pasteurellaceae, is not the case (Jost et al 1997: The sacB gene can not be used as a counter-selective marker in Pasteurella multocida. Mol. Biotechnol. 8: 189-191).
Überraschenderweise konnte gezeigt werden, daß die Methode, basierend auf einer transkriptionellen Fusion zwischen dem sacB-Gen und dem Actinobacillus pleuropneumonia-omlA-Promotor einschließlich einer nachfolgenden positiven und negativen Selektion, dazu benutzt werden kann, unmarkierte Knockout-Mutanten in Actinobacillus pleuropneumoniae, einem Angehörigen der Familie Pasteurellaceae, zu konstruieren.Surprisingly could be shown that the Method based on a transcriptional fusion between the sacB gene and the Actinobacillus pleuropneumonia omlA promoter including a subsequent positive and negative selection, used unmarked knockout mutants in Actinobacillus pleuropneumoniae, a relative of the family Pasteurellaceae, to construct.
Die Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung, im Zusammenhang mit den angefügten Ansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Figuren, besser verständlich, worin:The The invention will be better understood by the following detailed description of present invention, in conjunction with the appended claims, the Description and the attached figures, better understood, wherein:
Basierend auf den Ergebnissen des Plasmid-'curing'-Experiments wurde der Konstruktion einer unmarkierten, ureasenegativen Mutante nachgegangen.Based on the results of the plasmid'curing' experiment followed up the construction of an unlabeled, mutagenic mutant.
Das ureC-Gen wurde als geeignetes Ziel ausgewählt, da ureasenegative Mutanten sehr schnell aufgrund ihres Phänotyps identifiziert werden können. Dieses erschien nicht nur vorteilhaft, um die Mutageneseprozedur zu etablieren, sondern auch der Verlust der Ureaseaktivität ist ein exzellenter phänotypischer Marker für bekannte attenuierte Actinobacillus pleuropneumoniae-Lebendimpfstoffe, die durch chemische Mutagenese gewonnen wurden (Inzana et al. 1993: Safety, stability and efficacy of noncapsulated mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae for use in live vaccines. Infect. Immun. 61: 1682-1686; Byrd und Hooke 1997: Temperature-sensitive mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae induce protection in mice. Infect. Immun. 65: 2206-2210); so ist die überwiegende Mehrheit der klinischen Actinobacillus pleuropneumoniae-Isolate ureasepositiv und das Fehlen der Ureaseaktivität beeinflußt die Virulenz von Actinobacillus pleuropneumoniae nicht (Tascon-Cabrero et al. 1997: Actinobacillus pleuropneumoniae does not require urease activity to produce acute swine pleuropneumonia. FEMS Microbiol. Lett. 148: 53-57).The ureC gene was selected as a suitable target because urease-negative mutants very fast due to their phenotype can be identified. This not only appeared beneficial to the mutagenesis procedure but also the loss of urease activity is a excellent phenotypic Markers for known attenuated Actinobacillus pleuropneumoniae live vaccines, obtained by chemical mutagenesis (Inzana et al., 1993: Safety, stability and efficacy of noncapsulated mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae for use in live vaccines. Infect. Immune. 61: 1682-1686; Byrd and Hooke 1997: Temperature-sensitive mutants of Actinobacillus pleuropneumoniae induce protection in mice. Infect. Immune. 65: 2206-2210); so is the vast one Majority of clinical Actinobacillus pleuropneumoniae isolates urease positive and the absence of urease activity affects the virulence of Actinobacillus pleuropneumoniae not (Tascon-Cabrero et al. 1997: Actinobacillus pleuropneumoniae does not require urease activity to produce acute swine pleuropneumonia. FEMS Microbiol. Lett. 148: 53-57).
Der ursprüngliche Ansatz, eine unmarkierte ureC-Mutante zu konstruieren, basierte auf dem für Actinobacillus pleuropneumoniae beschriebenen gerichteten Mutagenesesystem (Mulks und Buysse 1995: A targeted mutagenesis system for Actinobacillus pleuropneumoniae. Gene 165: 61-66). Die Transkonjugationsvektoren pRUOK23 und pRUOK29 trugen die sacB-kmr-Kassette im ureC-Gen und spiegelten so die allgemeinen Eigenschaften der Plasmide wider, die zuvor für die Einführung unmarkierter Mutationen in andere Bakterien genutzt worden sind (Blomfield et al. 1991: Allelic exchange in Escherichia coli using the Bacillus subtilis sacB gene and a temperaturesensitive pSC101 replicon. Mol. Microbiol. 5: 1447-1457; Copass et al. 1997: Introduction of unmarked mutations in the Helicobacter pylori vacA gene with a sucrose sensitivity marker. Infect. Immun. 65: 1949-1952). Dieser Ansatz setzt eine initiale doppelte Crossover-Rekombination voraus, wie auch einen zweiten Transkonjugationsschritt vor der Gegenselektion. Unser vergebliches Bemühen eine einzige ureasenegative, kanamycinresistente und saccharosesensitive Actinobacillus pleuropneumoniae-Serotyp 7-Mutante zu erhalten, weist auf eine niedrige Rekombinationsaktivität hin.The original approach to construct an unlabelled ureC mutant was based on the directed mutagenesis system described for Actinobacillus pleuropneumoniae (Mulks and Buysse 1995: A targeted mutagenesis system for Actinobacillus pleuropneumoniae, Gene 165: 61-66). The transconjugation vectors pRUOK23 and pRUOK29 carried the sacB-km r cassette in the ureC gene and thus reflected the general characteristics of the plasmids previously used for the introduction of unlabelled mutations into other bacteria (Blomfield et al 1991: Allelic exchange in Microbiol 5: 1447-1457; Copass et al 1997: Introduction of unmarked mutations in the Helicobacter pylori vacA gene with a sucrose sensitivity marker. 65: 1949-1952). This approach requires an initial double crossover recombination as well as a second transconjugation step before counterselection. Our futile effort to obtain a single urease-negative, kanamycin-resistant and sucrose-sensitive Actinobacillus pleuropneumoniae serotype 7 mutant indicates low recombination activity.
Beispiel 1: 8. subtilis sacB-Genvermitteltes Plasmid-'curing' in Actinobacillus pleuropneumoniaeExample 1: 8. subtilis sacB Gene Mediated Plasmid'curing 'in Actinobacillus pleuropneumoniae
Das
klinische Actinobacillus pleuropneumoniae Serotyp 7 Isolat AP76
wurde mit den als pJUK04, pJUOK14 und pJUOK27 bezeichneten Plasmiden
elektrotransformiert (
Diese Resultate zeigen, daß Plasmide, die eine transkriptionelle Fusion zwischen dem sacB-Gen und dem omlA-Promotor tragen, als Suizid-Vektor in Actinobacillus pleuropneumoniae verwendet werden können.These Results show that plasmids, the one transcriptional fusion between the sacB gene and the omlA promoter, as a suicide vector in Actinobacillus pleuropneumoniae can be used.
Beispiel 2: Konstruktion einer unmarkierten ureasenegativen Actinobacillus pleuropneumoniae „Knockout"-MutanteExample 2: Construction an unlabelled urease-negative Actinobacillus pleuropneumoniae knockout mutant
Die
ureC-kmr-sacB-Kassette von pJUOK27 wurde
in beiden Orientierungen in pBOR8 (Herrero et al. 1990: Transposon
vectors containing non-antibiotic resistance selection markers for
cloning and stable chromosomal insertion of foreign genes in gram-negative
bacteria. J. Bacteriol. 172: 6557-6567) kloniert und ergab pRUOK23
und pRUOK29 (
Dahingegen
wurde ein weiterer Ansatz verfolgt, der nicht zwei aufeinanderfolgende,
Doppel-Crossover-Mutationsereignisse erfordert, sondern basierend
auf zwei aufeinanderfolgenden Einzel-Crossover-Mutationen funktioniert
(
Die Bakterienstämme, Plasmide und Primer, die in der vorliegenden Erfindung vergwendet wurden, sind in Tabelle 1 aufgelistet. Die E. coli-Stämme wurden in Luria-Bertani-Medium (Sambrook et al. 1989: Molecular Cloning: A Laboratory manual, 2nd ed. Cold Spring Harbour, NY) unter Zusatz der entsprechenden Chemotherapeutika (Ampicillin 100 μg/ml; Kanamycin 50 μg/ml; Chloramphenicol 25 μg/ml) angezüchtet. Zur Kultivierung von E. coli ß2155 (dap) wurde Diaminopimelinsäure (1 mM, Sigma Chemical Company, Deisenhofen) hinzugefügt. Actinobacillus-pleuropneumoniae-Stämme wurden in PPLO-Medium (Difco GmbH, Augsburg) kultiviert, das mit Nikotinamiddinukleotid (NAD 10 μg/ml, Merck, Darmstadt), L-Glutamin (100 μg/ml, Serva, Heidelberg), L-Cysteinhydrochlorid (260 μg/ml, Sigma), L- Cysteindihydrochlorid (10 μg/ml, Sigma) und Dextrose (1 mg/ml) supplementiert wurde. Für die Selektion von Actinobacillus-pleuropneumoniae-Transkonjuganten wurde Kanamycin (25 μg/ml) zugesetzt. Für die Saccharose-Gegenselektion wurde eine salzfreie Stocklösung (2x) zum Einsatz in Flüssig- und Plattenkultur hergestellt. In Kurzform beschrieben wurde Bacto Beef Heart For Infusion® (37 g/l, Difco) 1 h bei 50°C inkubiert, für 3 Minuten gekocht und filtriert, um feste Bestandteile zu entfernen. Es wurde Bacto Pepton® (7,5 g/l, Difco) hinzugegeben; die Lösung wurde auf einen pH von 7.4 eingestellt und sterilfiltriert. Vor Gebrauch wurde diese Stocklösung wie oben beschrieben angereichert, das entsprechende Antibiotikum hinzugegeben und dann mit einem gleichen Volumen 20%iger Saccharose oder zur Bereitung fester Nährböden mit 20%iger Saccharose und 3% Bacto Agar (Difco) vermischt.The bacterial strains, plasmids and primers used in the present invention are listed in Table 1. E. coli strains were amplified in Luria-Bertani medium (Sambrook et al., 1989: Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor, NY) with addition of the appropriate Chemotherapeutic agents (ampicillin 100 μg / ml, kanamycin 50 μg / ml, chloramphenicol 25 μg / ml). For the cultivation of E. coli β2155 (dap), diaminopimelic acid (1 mM, Sigma Chemical Company, Deisenhofen) was added. Actinobacillus pleuropneumoniae strains were cultured in PPLO medium (Difco GmbH, Augsburg) supplemented with nicotinamide dinucleotide (NAD 10 μg / ml, Merck, Darmstadt), L-glutamine (100 μg / ml, Serva, Heidelberg), L-cysteine hydrochloride (260 μg / ml, Sigma), L-cysteine dihydrochloride (10 μg / ml, Sigma) and dextrose (1 mg / ml). Kanamycin (25 μg / ml) was added for the selection of Actinobacillus pleuropneumoniae transconjugants. For the sucrose counterselection, a salt-free stock solution (2x) was prepared for use in liquid and plate culture. Has been described in brief Bacto Beef Heart Infusion For ® (37 g / l, Difco) for 1 h at 50 ° C, boiled for 3 minutes and filtered to remove solid components to. It was Bacto peptone ® (7.5 g / l, Difco) was added; The solution was adjusted to pH 7.4 and sterile filtered. Prior to use, this stock solution was enriched as described above, the appropriate antibiotic added and then mixed with an equal volume of 20% sucrose or to prepare solid nutrient media with 20% sucrose and 3% Bacto agar (Difco).
Die Ureaseaktivität wurde folgendermaßen bestimmt: Bakterienkolonien wurden auf Nitrozelluloseplättchen transferriert; diese wurden dann in leere Petrischalen überführt und mit Indikatoragarose (0.5 % Agarose abgekühlt auf 50°C und angereichert mit Harnstoff (20 mg/ml) und Phenolrot (100 μg/ml)) überschichtet. Die Ureaseaktivität kennzeichnende rote Färbung entwickelte sich nach 2 bis 10 Minuten.The urease became like this determined: bacterial colonies were transferred to nitrocellulose platelets; these were then transferred to empty petri dishes and with indicator agarose (0.5% agarose cooled to 50 ° C and enriched with urea (20 mg / ml) and phenol red (100 μg / ml)). The urease distinctive red coloring developed after 2 to 10 minutes.
Zur Modifizierung der DNA wurden DNA-modifizierenden Enzyme von New England Biolabs (Bad Schwalbach) bezogen und gemäß den Herstellerinstruktionen verwendet. Die DNA bzw. Plasmid-DNA wurde für den Einsatz in der PCR und im Southern Blot nach Standardprotokollen präpariert (Sambrook et al. 1989). Transformationen, Gelelektrophorese, PCR und Southern Blots wurden gemäß entsprechender Standardprozeduren durchgeführt (Sambrook et al. 1989).to Modification of the DNA were DNA-modifying enzymes of New England Biolabs (Bad Schwalbach) and according to the manufacturer's instructions used. The DNA or plasmid DNA was for use in PCR and prepared by standard protocols in the Southern blot (Sambrook et al., 1989). transformations Gel electrophoresis, PCR and Southern blots were performed according to appropriate Standard procedures performed (Sambrook et al., 1989).
Die Elektrotransformation wurde mit einem Gene Pulser (BioRad, München) gemäß den Anweisungen des Herstellers, allerdings unter Zusatz von Tween 80 (0.02 %, Roth, Karlsruhe), Trypton und Hefeextrakt in das Elektrotransformationsmedium (Tung und Chow 1995), durchgeführt. DNA von E. coli ß2155 wurde auf Actinobacillus pleuropneumoniae per Filtermating-Technik nach Dehio und Meyer (1997) übertragen.The Electro transformation was performed with a Gene Pulser (BioRad, Munich) according to the instructions of the Manufacturer, but with the addition of Tween 80 (0.02%, Roth, Karlsruhe), tryptone and yeast extract into the electrotransformation medium (Tung and Chow 1995). DNA from E. coli β2155 was on Actinobacillus pleuropneumoniae via filter-mating technique transferred to Dehio and Meyer (1997).
Nach der Transkonjugation wurden Kmr Actinobacillus pleuropneumoniae Kolonien auf das Vorhandensein von Crossoverereignissen in der PCR mit den Primerpaaren ureC2 und ureX (Reaktion 1) und den Primern ureC2 und kan2 (Reaktion 2, Tabelle 1) untersucht. Kolonien mit dem korrekten PCR-Profil wurden mittels Southern Blot Analyse unter Verwendung der Kanamycin-Determinante und des ureC-Gens als Sonden bestätigt.After transconjugation, Km r Actinobacillus pleuropneumoniae colonies were assayed for the presence of crossover events in the PCR with the primer pairs ureC2 and ureX (Reaction 1) and the primers ureC2 and kan2 (Reaction 2, Table 1). Colonies with the correct PCR profile were confirmed by Southern blot analysis using the kanamycin determinant and the ureC gene as probes.
Für die Gegenselektion wurde das supplementierte PPLO-Medium mit 1/10 Volumen einer Übernachtkultur einer bestätigten, einzelnen Crossover-Mutante beimpft und für 2 h unter Schütteln inkubiert. Die Bakterien wurden pelletiert, auf einen saccharosehaltige Nährboden ausplattiert und über Nacht bebrütet. Saccharoseresistente Kolonien wurden auf Nitrozelluloseplättchen transferriert und auf Ureaseaktivität getestet.For the counterselection The supplemented PPLO medium was 1/10 volume overnight a confirmed, single crossover mutant inoculated and for Shaking for 2 h incubated. The bacteria were pelleted to a sucrose-containing fertile soil plated and over Incubated night. Sucrose resistant colonies were transferred to nitrocellulose platelets and urease activity tested.
Ureasenegative Mutanten wurden in der PCR und im Southern Blot wie oben beschrieben analysiert. Eine zusätzliche Bestätigung wurde durch Pulsfeldgelelektrophorese (Chevailler et al. 1998: Chromosome sizes and phylogenetic relationships between serotypes of Actinobacillus pleuropneumoniae. FEMS Microbiol. Lett. 160: 209-216) unter Einsatz der Restriktionsendonukleasen ApaI, AscI und NotI, sowie durch Nukleotidsequenzanalyse des ureC -Gens erhalten. Ureasenegative mutants were analyzed by PCR and Southern blotting as described above. Additional confirmation was obtained by pulsed field gel electrophoresis (Chevailler et al 1998: Chromosome sizes and phylogenetic relationships between serotypes of Actinobacillus pleuropneumoniae, FEMS Microbiol., Lett: 160: 209-216) using restriction endonucleases ApaI, AscI and NotI, as well as by nucleotide sequence analysis of ureC Gene.
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