DE4231764A1 - Chromosomal integration of many copies of product gene - esp. into bacteria, by double crossing over, using thymidylate synthase gene as indicator, giving transformants of high prodn. capacity. - Google Patents
Chromosomal integration of many copies of product gene - esp. into bacteria, by double crossing over, using thymidylate synthase gene as indicator, giving transformants of high prodn. capacity.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Integration eines Produkt-Gens in das Chromosom eines Rezipienten, beispiels weise eines als Rezipienten-Stamm dienenden Bakterien-Stam mes, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for integrating a Product gene in the chromosome of a recipient, for example as a bacterial strain serving as a recipient strain mes, according to the preamble of claim 1.
Verfahren der chromosomalen Gen-Integration und -Amplifika tion wurden bei Bacillus wiederholt zur genetischen Stabi lisierung und zur stabilen Amplifikation von klonierten Produkt-Genen erprobt (Mountain 1989), um eine Steigerung der Gen-Dosis und damit der Produktbildung zu erzielen. Vorteile dieser Verfahren gegenüber der Anwendung von ex trachromosomalen (autonom replizierenden) rekombinanten Plasmiden waren vor allem für hochexprimierte und hetero loge Produkt-Gene sowie unter industriellen Bedingungen ei ner hohen Produktbildung und der Langzeit-Kultivierung zu erwarten, unter denen ein destabilisierender Selektions druck gegen rekombinante Produktions-Stämme ausgeübt wird.Chromosomal gene integration and amplification procedures Bacillus were used repeatedly for genetic stabilization lization and for the stable amplification of cloned Product genes tested (Mountain 1989) to increase to achieve the gene dose and thus the product formation. Advantages of these methods compared to the use of ex trachromosomal (autonomously replicating) recombinant Plasmids were mostly for highly expressed and hetero loge product genes as well as under industrial conditions high product formation and long-term cultivation expect, among which a destabilizing selection pressure is applied against recombinant production strains.
Für Bacillus wurden dabei Vorteile in besonderem Maße er wartet, da extrachromosomale rekombinante Plasmide in Ba cillus wegen struktureller und segregativer Plasmid-Insta bilität häufig nicht oder nur begrenzt nutzbar sind. Diesen Erwartungen konnten die bisher angewandten Integrations- Verfahren nur sehr begrenzt entsprechen.For Bacillus, advantages were particularly high waits for extrachromosomal recombinant plasmids in Ba cillus due to structural and segregative plasmid insta often not or only to a limited extent. This one The previously applied integration Procedures correspond only to a very limited extent.
Widersprüchliche Ergebnisse liegen für Verfahren mittels Amplifikationseinheiten vor, bei denen das Produkt-Gen und ein eng gekoppeltes Antibiotika-Resistenz-Gen innerhalb ei ner DNS-Repeat-Struktur unter ansteigendem Selektionsdruck eines Antibiotikums amplifiziert werden. Der so mit gerin gem Aufwand erreichbare Amplifikationsgrad ist nach Entzug des Antibiotikums zumeist nicht stabil aufrechtzuerhalten. Diese Instabilität wird auf Rekombinationsprozesse infolge direkter DNS-Repeats (Vagner/Ehrlich 1988) und DNS-Einzel strang-Bildung bei Replikation von amplifizierter Plasmid- DNS in Anwesenheit der Plasmid-Replikations-Region ori-rep (Young/Ehrlich 1989) zurückgeführt. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Amplifikation von Genen für Resistenz gegen humantherapeutische Antibiotika wie Chloramphenicol und Kanamycin.Contradictory results lie for procedures using Amplification units in which the product gene and a closely linked antibiotic resistance gene within an egg DNS repeat structure under increasing selection pressure of an antibiotic are amplified. The one with so The degree of amplification achievable according to expenditure is after withdrawal of the antibiotic mostly not stable. This instability is due to recombination processes direct DNS repeats (Vagner / Ehrlich 1988) and DNS single strand formation upon replication of amplified plasmid DNA in the presence of the plasmid replication region ori-rep (Young / Ehrlich 1989). Another disadvantage this method consists in the amplification of genes for resistance to human therapeutic antibiotics such as Chloramphenicol and kanamycin.
Eine hohe genetische Stabilität konnte hingegen bei Ver fahren mit mehrfacher, schrittweiser Integration von einzelnen Gen-Kopien an zufällig verteilten Stellen des bakteriellen Chromosoms erzielt werden, und nach wiederhol ter Integration von hochexprimierten Produkt-Genen wurde die Produktbildung wesentlich gesteigert (Kallio 1987, Steinborn 1988/1) und dieses Ergebnis auch während einer längeren Kultivierung (100 Generationen) ohne Selektions druck durch Antibiotika beibehalten (Steinborn 1988/1). Nachteile dieser Verfahren bestehen jedoch in der Anwendung des einfachen Crossing-over, der dadurch bedingten Integra tion von vollständigen Integrations-Plasmiden, einschließ lich Genen für Resistenz gegen humantherapeutische Antibio tika, und in der geringen Selektivität.In contrast, a high level of genetic stability was found in Ver drive with multiple, gradual integration of individual gene copies at randomly distributed locations of the bacterial chromosome can be obtained, and after repeated integration of highly expressed product genes product formation increased significantly (Kallio 1987, Steinborn 1988/1) and this result also during a longer cultivation (100 generations) without selection Maintain antibiotic pressure (Steinborn 1988/1). However, the disadvantages of these methods are their use the simple crossing-over, the resulting integra tion of complete integration plasmids, including genes for resistance to human therapeutic antibiotics tika, and in low selectivity.
Diese geringe Selektivität ist darauf zurückzuführen, daß ein Produkt-Gen in der Regel nicht selektiv, eine schritt weise Erhöhung seiner Kopienzahl nur schwer nachweisbar, ein bestimmtes Selektionsmerkmal nicht unmittelbar für die nächste Integration verwendbar und die Anzahl der verfügba ren Selektionsmerkmale begrenzt ist. Congression (Kallio 1987) und mutative Inaktivierung (Steinborn 1988/1) erwie sen sich als hilfreich, erhöhen aber die Selektivität nur teilweise und erfordern einen erheblichen technischen Auf wand.This low selectivity is due to the fact that A product gene is usually not selective, a step wise increase in the number of copies is difficult to prove, a certain selection characteristic is not immediately for the next integration usable and the number of avail ren selection features is limited. Congression (Kallio 1987) and mutative inactivation (Steinborn 1988/1) are helpful, but only increase the selectivity partially and require a significant technical up wall.
Es wurde auch bereits angeregt, ein thy-Gen für Thymidylat- Synthetase als Selektionsmerkmal für die mehrfache, schrittweise Integration anzuwenden (Steinborn 1988/2). Der besondere Vorteil liegt in seiner zweifachen Selektivität, indem ein funktionsfähiges thy-Gen auf Grund von Thymidin- Prototrophie und ein inaktiviertes thy-Gen an Hand von Tri methoprim-Resistenz selektierbar sind. Doch war auch dieser Vorschlag nur auf das einfache Crossing-over beschränkt, das für die Integration nachteilig ist. Dieses erfolgt zwi schen dem Chromosom des Rezipienten und einem Integrations- Plasmid in zirkulärer Form mit einem chromosomalen DNS- Fragment in lateraler Position zum Produkt-Gen, das an ho mologer Position des Chromosoms die generelle Rekombination initiiert (Niaudet 1985). Dabei wird das Produkt-Gen mit der gesamten Plasmid-DNS integriert, so daß bei mehrfacher Integration auch mehrere vollständige Plasmid-Kopien inte griert werden. Dieses ist nachteilig, weil die Plasmid-Ko pien als Fremd-DNS den Rezipienten belasten und eine desta bilisierende Rekombination und unkontrollierte Freisetzung von Plasmid-DNS ermöglichen.It has also been suggested that a thy gene for thymidylate Synthetase as a selection feature for the multiple, step-by-step integration (Steinborn 1988/2). Of the particular advantage is its double selectivity, by a functional thy gene based on thymidine Prototrophy and an inactivated thy gene using Tri resistance to methoprim can be selected. But this was also Proposal is limited to the simple crossing-over, which is disadvantageous for the integration. This takes place between the recipient's chromosome and an integration Plasmid in circular form with a chromosomal DNA Fragment in lateral position to the product gene, which is attached to ho mologer position of the chromosome the general recombination initiated (Niaudet 1985). The product gene is included the entire plasmid DNA integrated, so that with multiple Integration also several complete plasmid copies inte be grated. This is disadvantageous because the plasmid Ko pien as a foreign DNA burden the recipient and a desta bilizing recombination and uncontrolled release of plasmid DNA.
Diese Mängel sollen deshalb nach einem weiteren Vorschlag (Kallio 1987) durch die Anwendung des doppelten Crossing- over behoben werden, bei dem im Unterschied zum einfachen Crossing-over die Integration auf das Produkt-Gen begrenzt werden kann. Untersuchungen zum doppelten Crossing-over be schränkten sich bisher auf wenige theoretische Arbeiten mit B. subtilis 168, wobei nur ein Antibiotika-Resistenz-Gen einfach integriert worden ist (Niaudet 1985). Stabile ha ploide Integrationsstämme konnten unter bestimmten Bedin gungen (Transformation von linearisierten Integrations- Plasmiden in kompetente Zellen des Rezipienten, Flankierung der zu integrierenden DNS im Integrations-Plasmid durch ho mologe, nicht unmittelbar benachbarte DNS-Fragmente mit der gleichen relativen Orientierung wie im Chromosom des Rezi pienten und Deletion des Chromosoms des Rezipienten in der Position des doppelten Crossing-over und Verlust der Le bensfähigkeit bei Deletion einer essentiellen Gen-Funktion) mit erhöhter Häufigkeit isoliert werden. Dieses Verfahren ist aber auf Rezipienten hoher Transformationsfähigkeit be schränkt, so daß auch linearisierte Integrations-Plasmide in großer Zahl transformiert werden - eine Voraussetzung für ein effektives doppeltes Crossing-over.These shortcomings are said to be after another proposal (Kallio 1987) by using the double crossing over are fixed, in contrast to the simple Crossing-over the integration is limited to the product gene can be. Studies on double crossing-over be have been limited to a few theoretical papers B. subtilis 168, with only one antibiotic resistance gene has simply been integrated (Niaudet 1985). Stable ha ploid integration strains could under certain conditions (transformation of linearized integration Plasmids in competent recipient cells, flanking the DNA to be integrated in the integration plasmid by ho mologous, not immediately adjacent DNA fragments with the same relative orientation as in the chromosome of the Rezi clients and deletion of the recipient 's chromosome in the Position of double crossing-over and loss of le viability upon deletion of an essential gene function) be isolated with increased frequency. This method but is based on recipients of high transformation ability limits, so that also linearized integration plasmids to be transformed in large numbers - a prerequisite for an effective double crossing-over.
Alle anderen Bacillus-Arten haben eine weitaus geringere Transformationsfähigkeit, so daß zusätzliche Maßnahmen und andere Methoden der Plasmid-Transformation, Selektion oder Induktion ergriffen werden müssen. Eine industriell so be deutende Art wie B. amyloliquefaciens war bisher nur einfa chem Crossing-over zugänglich, das zudem nur mittels trans formierter, in vivo replizierter Integrations-Plasmide aus geführt werden konnte (Steinborn 1988/2, Vehmaanperä 1991).All other Bacillus species have a much smaller one Ability to transform, so that additional measures and other methods of plasmid transformation, selection or Induction must be taken. An industrially so interpretive species such as B. amyloliquefaciens have so far been simple chem crossing-over accessible, which also only by means of trans formed, in vivo replicated integration plasmids could be managed (Steinborn 1988/2, Vehmaanperä 1991).
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die angegebe nen Nachteile des bekannten Standes der Technik zu beseiti gen und ein eingangs näher bezeichnetes Verfahren so zu ge stalten, daß die Vorteile der mehrfachen Kopien-Zahl bei der Integration eines hochexprimierten Produkt-Gens und da mit der hohen Produktivität des Rezipienten mit dessen ho her genetischer Stabilität und darüberhinaus mit umweltbio logischer Sicherheit verbunden sind.The invention has set itself the task of specifying To eliminate disadvantages of the known prior art gene and a method described in more detail at the outset stalten that the benefits of multiple copies number the integration of a highly expressed product gene and there with the high productivity of the recipient with his ho her genetic stability and also with environmental organic logical security.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß gene relle Rekombination nach dem Mechanismus des doppelten Crossing-over angewendet wird, daß ein kloniertes thy-Gen in funktionsfähiger Form und - mit dieser alternierend - in inaktivierter Form zur Integration und Selektion des Pro dukt-Gens verwendet wird, daß das doppelte Crossing-over durch Antibiotika-Sensibilität und einfaches Crossing-over mittels Antibiotika-Resistenz nachgewiesen werden, und daß die durch das doppelte Crossing-over erfolgte Integration des Produkt-Gens durch den Nachweis zusätzlicher Gen-Kopien dieses Produkt-Gens und des Fehlens von Plasmid-DNS bestä tigt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein funktionsfähiges thy-Gen in einzelnen Gen-Kopien schritt weise mittels unterschiedlicher Integrations-Plasmide, bei spielsweise mittels unterschiedlicher pIT-Integrations- Plasmide, in das Chromosom des Rezipienten integriert und seine Integration an Hand von Thymidin-Prototrophie selek tiert wird, und wenn weiterhin das Produkt-Gen in einzelnen Gen-Kopien schrittweise mittels eines Integrations-Plas mids, beispielsweise mittels eines pIG-Integrations-Plas mids, nach jeweils einer vorausgegangenen Integration einer Gen-Kopie des funktionsfähigen thy-Gens in dieses thy-Gen integriert, dadurch das thy-Gen inaktiviert und die so er zeugte Thymidin-Auxotrophie an Hand von korrelierter Trime thoprim-Resistenz selektiert wird. Es ist besonders gün stig, wenn dabei in den pIT-Integrations-Plasmiden das funktionsfähige thy-Gen durch chromosomale DNS-Fragmente des Rezipienten flankiert wird, die an homologen Positionen des Chromosoms die Integration des thy-Gens durch einfaches oder doppeltes Crossing-over bewirken, und wenn dabei in den pIG-Integrations-Plasmiden das Produkt-Gen von DNS- Fragmenten des thy-Gens flankiert wird, die die Integration des Produkt-Gens durch einfaches oder doppeltes Crossing over bewirken, und wenn ferner in den Integrations-Plasmi den das thy-Gen beziehungsweise das Produkt-Gen und ihre flankierenden DNS-Fragmente durch eng gekoppelte Antibio tika-Resistenz-Gene flankiert werden. Es ist vorteilhaft, daß die Antibiotika-Resistenz-Gene bei doppeltem Crossing over nicht integriert werden und die Antibiotika-Sensibili tät des Rezipienten zum Nachweis des doppelten Crossing over verwendet wird, und daß ferner die Antibiotika-Resi stenz-Gene bei einfachem Crossing-over integriert und die Antibiotika-Resistenz des Rezipienten zum Nachweis des ein fachen Crossing-over verwendet wird.According to the invention the object is achieved in that gene Real recombination according to the double mechanism Crossing-over is applied to a cloned thy gene in functional form and - alternating with this - in inactivated form for integration and selection of the pro duct gene is used that double crossing-over due to antibiotic sensitivity and simple crossing-over proven by antibiotic resistance, and that the integration that took place through the double crossing-over of the product gene by detecting additional gene copies of this product gene and the absence of plasmid DNA is done. It is particularly advantageous if a functional thy gene in individual gene copies as by means of different integration plasmids for example using different pIT integration Plasmids integrated into the recipient's chromosome and its integration based on thymidine prototrophy selek and if the product gene continues in individual Gene copies gradually using an integration plas mids, for example using a pIG integration plas mids, after a previous integration of a Gene copy of the functional thy gene into this thy gene integrated, thereby inactivating the thy gene and the so he produced thymidine auxotrophy using correlated trime resistance to thoprim is selected. It is particularly good stig if the pIT integration plasmids functional thy gene through chromosomal DNA fragments of the recipient is flanked at homologous positions of the chromosome the integration of the thy gene by simple or double crossing-over, and if in doing so the pIG integration plasmids the product gene of DNA Fragments of the thy gene are flanked by the integration of the product gene through single or double crossing cause over, and if further in the integration plasmi the thy gene or the product gene and theirs flanking DNA fragments through closely linked antibio tika resistance genes are flanked. It is beneficial that the antibiotic resistance genes in double crossing not be integrated and the antibiotic sensitivity activity of the recipient to prove the double crossing over is used, and that the antibiotic resi stenz genes integrated in a simple crossing-over and the Antibiotic resistance of the recipient for the detection of a fold crossing-over is used.
Weitere Merkmale enthalten die Unteransprüche 9 bis 55.Sub-claims 9 to 55 contain further features.
Wegen des doppelten Crossing-over wird nur DNS mit dem Pro dukt-Gen integriert, während die Antibiotika-Resistenz-Gene und andere Plasmid-DNS von der Integration ausgeschlossen sind. Es ist folglich ganz bemerkenswert und ein wesentli ches Ergebnis der Erfindung, daß das Verfahren zwar zunächst gentechnische Mittel verwendet, um einen Rezipien ten in geeigneter Weise zu verändern, dieser aber im Ergeb nis durchaus den Status konventioneller, gentechnisch nicht bearbeiteter Integrations-Stämme aufweist. Die Erfindung verbindet damit zwei wesentliche Gesichtspunkte: mit Mit teln der Gentechnik können beispielsweise hochproduktive bakterielle Produktions-Stämme geschaffen werden, die aber keine Merkmale der gentechnischen Bearbeitung mehr aufwei sen und deshalb auch strengen umweltbiologischen Anforde rungen genügen.Because of the double crossing-over, only DNS is used with the Pro duct gene integrated while the antibiotic resistance genes and other plasmid DNA excluded from integration are. It is therefore quite remarkable and essential Ches result of the invention that the method initially used genetic engineering to make a recipient appropriate changes, but this in the result the status of conventional, not genetically engineered processed integration strains. The invention combines two essential aspects: with Mit Genetic engineering can be highly productive, for example bacterial production strains are created, however no more features of genetic engineering and therefore also strict environmental biological requirements suffices.
Die Nutzung des thy-Gens als selektives Reporter-Gen für eine mehrfache, schrittweise Integration erfolgt in der Weise, daß in einem ersten Integrationsschritt mittels ei nes ersten pIT-Integrations-Plasmids zunächst eine Kopie des funktionsfähigen thy-Gens durch doppeltes Crossing-over (DC01) integriert und diese Integration an Hand von gene tisch stabiler Thymidin-Prototrophie (Thy⁺) selektiert wird. In dieses integrierte thy-Gen wird in einem zweiten Integrationsschritt mittels eines pIG-Integrations-Plasmids das Produkt-Gen durch doppeltes Crossing-over (DC02) inte griert, wobei das thy-Gen inaktiviert und die so erzeugte Thymidin-Auxotrophie (Thy⁻) an Hand von korrelierter, stabiler Trimethoprim-Resistenz (Tmpr) zur Selektion auf Integration des Produkt-Gens nutzbar ist. Danach wird eine zweite Kopie des funktionsfähigen thy-Gens mittels eines zweiten, vom ersten unterschiedlichen pIT-Integrations- Plasmids an anderer, zufällig verteilter Stelle des Chromo soms und in dieses mittels des gleichen pIG-Integrations- Plasmids eine zweite Kopie des Produkt-Gens integriert. In gleich alternierender Weise wird die Integration des Pro dukt-Gens bis zu einer solchen Kopien-Zahl und entsprechen der Gen-Dosis fortgesetzt, die der Leistungsfähigkeit und der physiologischen Verträglichkeit des Rezipienten ent sprechen. Neben der besonderen Eignung des thy-Gens als se lektives Reporter-Gen für die mehrfache schrittweise Inte gration durch doppeltes Crossing-over ist es auch bemer kenswert wegen seiner epidemiologischen und toxikologischen Unbedenklichkeit.The thy gene is used as a selective reporter gene for multiple, step-by-step integration in such a way that in a first integration step using a first pIT integration plasmid, a copy of the functional thy gene is first obtained by double crossing-over ( DC01) is integrated and this integration is selected on the basis of genetically stable thymidine prototrophy (Thy⁺). In a second integration step, a pIG integration plasmid is used to integrate the product gene into this integrated thy gene by double crossing-over (DC02), the thy gene being inactivated and the thymidine auxotrophy (Thy Th) thus generated on the basis of correlated, stable trimethoprim resistance (Tmp r ) can be used for selection for integration of the product gene. Then a second copy of the functional thy gene is integrated using a second, different pIT integration plasmid at a different, randomly distributed location of the chromosome and a second copy of the product gene is integrated into it using the same pIG integration plasmid . In an alternating manner, the integration of the product gene is continued up to such a number of copies and corresponds to the gene dose corresponding to the performance and the physiological tolerance of the recipient. In addition to the particular suitability of the thy gene as a selective reporter gene for multiple step-by-step integration through double crossing-over, it is also noteworthy because of its epidemiological and toxicological safety.
Als flankierende DNS-Fragmente dienen für die pIT-Integra tions-Plasmide Teilstücke von nicht vorselektierten chromo somalen DNS-Fragmenten, die die generelle Rekombination an zufällig verteilten homologen Stellen des Chromosoms initi ieren. Beide Teilstücke müssen dabei eine für diese Rekom bination hinreichende Länge haben, so daß beidseitiges ein faches Crossing-over zu doppeltem Crossing-over führt.Serve as flanking DNA fragments for the pIT integra plasmid sections of non-preselected chromo somal DNA fragments that indicate the general recombination random homologous sites on the chromosome init ieren. Both sections must be one for this recom bin have sufficient length so that bilateral one multiple crossing-over leads to double crossing-over.
In den pIG-Integrations-Plasmiden werden dagegen Teilstücke des thy-Gens als flankierende DNS-Fragmente benutzt, welche die generelle Rekombination in einem vorher integrierten thy-Gen initiieren. Die flankierenden DNS-Fragmente haben in den pIT- und pIG-Integrations-Plasmiden die gleiche re lative Orientierung wie im Chromosom des Rezipienten, eine Vorbedingung für die Erzeugung stabiler haploider Integra tions-Stämme mittels doppeltem Crossing-over.In the pIG integration plasmids, on the other hand, are sections of the thy gene used as flanking DNA fragments, which the general recombination in a previously integrated Initiate thy gene. The flanking DNA fragments have the same re in the pIT and pIG integration plasmids relative orientation as in the recipient's chromosome, a Precondition for the generation of stable haploid integra trunks by means of double crossing-over.
Auf Grund der unmittelbaren Nachbarschaft der flankierenden DNS-Teilstücke können die Integrations-Plasmide mit relativ geringem Aufwand hergestellt werden, und große Deletionen im Chromosom des Rezipienten werden vermieden, so daß die Lebensfähigkeit dieser Integrations-Stämme befördert wird. Aus dem gleichen Grund werden pIT-Integrations-Plasmide von der Integration ausgeschlossen, die DNS-Fragmente mit einem Gen für eine essentielle Gen-Funktion enthalten, die bei Integration zur Inaktivierung des homologen chromosomalen Gens führen können. Das Spektrum aller übrigen Integrati ons-Plasmide steht hingegen für die Integration von ver schiedenen Produkt-Genen zur Verfügung. Es ist zweckmäßig, diese Integrations-Plasmide zunächst bei der Integration eines homologen Produkt-Gens mit gut meß- und nachweisbarer Gen-Funktion (z. B. eines Produkt-Gens für ein extrazellulä res Enzym) zu isolieren und erst danach für die Integration anderer Produkt-Gene, insbesondere von heterologen Genen, einzusetzen.Because of the immediate vicinity of the flanking DNA fragments can be used with relative integration plasmids little effort can be made, and large deletions in the recipient's chromosome are avoided, so that the Viability of these integration tribes is promoted. For the same reason, pIT integration plasmids from excluded the integration, the DNA fragments with a Gene for an essential gene function included in Integration to inactivate the homologous chromosomal Gene can lead. The spectrum of all other integrati ons plasmids, on the other hand, stand for the integration of ver different product genes. It is advisable these integration plasmids initially when integrating a homologous product gene with easily measurable and detectable Gene function (e.g. a product gene for an extracellular res enzyme) and only afterwards for integration other product genes, especially heterologous genes, to use.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man unter schiedliche Produkt-Gene in unterschiedliche Rezipienten mittels unterschiedlicher thy-Gene als Reporter-Gene inte grieren, sofern die Produkt-Gene von dem Rezipienten expri miert werden und ihre Thymidin-Auxotrophie an Hand von Tri methoprim-Resistenz selektierbar ist. So können ein thyL- Gen von B. licheniformis als Reporter-Gen verwendet und die homologen, hochexprimierten Gene amyA und nprA für alpha- Amylase beziehungsweise neutrale Protease in Bakterien- Stämme von B. amyloliquefaciens integriert werden, die wegen ihrer hohen Potenz zur Bildung von extrazellulären Enzymen, ihrer traditionellen und verbreiteten industriellen Anwen dung und ihrer toxikologischen Unbedenklichkeit für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind. Aller dings - darauf war bereits hingewiesen - ist B. amyloliquefaciens nur gering transformierbar, wie die meisten Bacillus-Arten außer B. subtilis, so daß lineari sierte Integrations-Plasmide nicht hinreichend häufig transformiert werden. Es werden deshalb erfindungsgemäß vorzugsweise zirkuläre, in Plasmid-Transformanten selbst replizierte Integrations-Plasmide benutzt. Das dabei ver mehrte Auftreten von einfachem Crossing-over wird nach Se gregation des Integrationsplasmids mittels der flankieren den Resistenz-Gene selektiert; durch die Anwendung zweier Resistenz-Gene und ihre enge Kopplung an das Produkt-Gen ist die Selektion besonders sicher. Dagegen werden diese Resistenz-Gene bei doppeltem Crossing-over nicht mit inte griert, so daß nach Segregation des Integrationsplasmids ein effektives Screening auf Integrations-Stämme mit dop peltem Crossing-over über Antibiotika-Sensibilität, etwa gegen Chloramphenikol Cms und MLS-Antibiotika MLSs ermög licht wird. Es lassen sich also durch das erfindungsgemäße Verfahren Integrations-Stämme mit doppeltem Crossing-over für das thy-Gen und nachfolgend für ein Produkt-Gen an Hand der Phänotypen Thy+CmsMLSs beziehungsweise TmprCmsMLSs sehr effektiv selektieren und nachweisen.With the aid of the method according to the invention, different product genes can be integrated into different recipients by means of different thy genes as reporter genes, provided the product genes are expressed by the recipient and their thymidine auxotrophy using tri methoprim resistance is selectable. For example, a thyL gene from B. licheniformis can be used as a reporter gene and the homologous, highly expressed genes amyA and nprA for alpha-amylase and neutral protease, respectively, can be integrated into bacterial strains of B. amyloliquefaciens, which because of their high potency to form extracellular enzymes, their traditional and widespread industrial application and their toxicological safety are particularly suitable for the process according to the invention. However, it was already pointed out that B. amyloliquefaciens is only slightly transformable, like most Bacillus species except B. subtilis, so that linearized integration plasmids are not transformed frequently enough. It is therefore preferred according to the invention to use circular integration plasmids which are replicated in plasmid transformants themselves. The increased occurrence of simple crossing-over is selected after segregation of the integration plasmid by means of the flanking resistance genes; the selection is particularly secure due to the use of two resistance genes and their close coupling to the product gene. In contrast, these resistance genes are not integrated with double crossing-over, so that after segregation of the integration plasmid, effective screening for integration strains with double crossing-over via antibiotic sensitivity, for example against chloramphenicol Cm s and MLS antibiotic MLS s is made possible. Integration strains with double crossing-over for the thy gene and subsequently for a product gene can therefore be selected and detected very effectively using the phenotypes Thy + Cm s MLS s and Tmp r C ms MLS s using the method according to the invention .
Voraussetzung für die Selektion von thymidin-prototrophen Integrations-Stämmen sind stabil thymidin-auxotrophe Bakte rien-Stämme, die durch Deletion auf Grund von doppeltem Crossing-over mittels pID-Deletions-Plasmiden erzeugt wer den. Dadurch entstehen reversions-stabile Deletions-Mutan ten, bei denen die Isolierung von Integrations-Stämmen nicht durch spontane thymidin-prototrophe Revertanten be einträchtigt ist. In den Wirts-Stämmen kann außerdem die chromosomal kodierte Bildung von Nebenprodukten, insbeson dere von hochexprimierten extrazellulären Enzymen, redu ziert oder eliminiert werden, so daß Bildung, Reinheit und Stabilität des Produktes verbessert werden (Steinborn 1988, Vehmaanperä 1991). Derartige Derivate können mittels chemi scher Mutagenese erzeugt werden; zur Eliminierung einer Produktbildung werden Deletionsmutanten erzeugt.Prerequisite for the selection of thymidine prototrophs Integration strains are stable thymidine auxotrophic bacteria rien strains by deletion due to double Crossing-over by means of pID deletion plasmids the. This creates reversion-stable deletion mutan ten, where the isolation of integration strains not by spontaneous thymidine-prototrophic revertants is impaired. In the host strains, the Chromosomally coded formation of by-products, in particular of highly expressed extracellular enzymes, redu be decorated or eliminated, so that education, purity and Stability of the product can be improved (Steinborn 1988, Vehmaanperä 1991). Such derivatives can be chemi shear mutagenesis are generated; to eliminate one Product formation, deletion mutants are generated.
Vorteilhaft und alternativ zur Deletion werden das thyA-Gen und andere unerwünschte chromosomale Gene des Bakterien- Stammes durch Integration des Produkt-Gens in diese Gene inaktiviert, wodurch zugleich und zusätzlich zur Integra tion mittels pIT- und pIG-Integrations-Plasmiden das Pro dukt-Gen ebenfalls mehrfach und schrittweise in einzelnen Kopien durch doppeltes Crossing-over integriert werden kann. Dazu werden erfindungsgemäß pIP-Integrations-Plasmide konstruiert und angewendet, die mit pIG-Integrations-Plas miden strukturell und funktionell vergleichbar sind. Im Un terschied zu diesen enthalten jene aber Teilstücke der zu inaktivierenden Gene als flankierende DNS-Fragmente, und die Integration erfolgt in die zu inaktivierenden chromoso malen Gene, so daß die Integration des Produkt-Gens auf Grund von doppeltem Crossing-over mittels pIP-Integrations- Plasmiden an Hand der Gen-Inaktivierung, der Antibiotika- Sensibilität und der Abwesenheit von Plasmid-DNS nachgewie sen wird.The thyA gene becomes advantageous and an alternative to deletion and other unwanted chromosomal genes of the bacterial Strain by integrating the product gene into these genes deactivated, which means at the same time and in addition to the Integra tion using pIT and pIG integration plasmids the Pro duct gene also multiple and step by step in single Copies can be integrated by double crossing-over can. According to the invention, pIP integration plasmids are used for this constructed and applied using pIG integration plas are structurally and functionally comparable. In the Un In contrast to these, those contain sections of the inactivating genes as flanking DNA fragments, and the integration takes place in the chromoso to be deactivated paint genes so that the integration of the product gene on Reason of double crossing-over using pIP integration Plasmids based on gene inactivation, antibiotic Sensitivity and the absence of plasmid DNA detected will.
Wegen der generellen Anwendung des doppelten Crossing-over ist schließlich keine Plasmid-DNS in den Integrations-Stäm men enthalten.Because of the general application of double crossing-over after all, there is no plasmid DNA in the integration strains men included.
Zur Integration in andere Bakterien-Stämme von B. amyloliquefaciens, beispielsweise ATCC23844, mit wirts spezifischer Plasmid-Stabilität werden konditional replika tionsunfähige Integrations-Plasmide in vergleichbarer Weise angewendet. Dazu werden temperatursensible pIT-, pIG- und pIP-Integrations-Plasmide durch in-vitro-Mutagenese er zeugt, die nach Integration bei nicht permissiver Tempera tur eine effektive Plasmid-Segregation gestatten.For integration into other bacterial strains of B. amyloliquefaciens, for example ATCC23844, with hosts specific plasmid stability are conditional replicas integration-incapable integration plasmids in a comparable manner applied. For this purpose, temperature-sensitive pIT, pIG and pIP integration plasmids by in vitro mutagenesis testifies that after integration at non-permissive tempera allow effective plasmid segregation.
Schließlich können die so isolierten Integrations-Stämme nach der Southern-DNS-Hybridisierung-Methode charakteri siert werden, wobei die Anzahl der integrierten Gen-Kopien und die Abwesenheit von Plasmid-DNS als Kriterien für dop peltes Crossing-over gewertet werden. Die genetische Stabi lität wird an gleichbleibender Produktbildung und Anzahl der integrierten Gen-Kopien gemessen.Finally, the integration strains isolated in this way Characterized by the Southern DNA hybridization method be taken, the number of integrated gene copies and the absence of plasmid DNA as criteria for dop peltes crossing-over. The genetic stabilizer lity is due to constant product formation and number of the integrated gene copies measured.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on the drawing two exemplary embodiments explained in more detail.
In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
Fig. 1 die Herstellung und Anwendung von pIT- und pIG- Integrationsplasmiden, Fig. 1, the production and use of pit and PIG Integrationsplasmiden,
Fig. 2 die Restriktionskarte eines Plasmides pSB319 mit einem klonierten thyL-Gen, Fig. 2 shows the restriction map of a plasmid pSB319 with a cloned gene Thyl,
Fig. 3 die Restriktionskarte eines Plasmides pSB411 mit einem klonierten thyA-Gen, Fig. 3 shows the restriction map of a plasmid pSB411 with cloned thyA gene
Fig. 4 die Restriktionskarte eines Plasmides pSB351, Fig. 4 shows the restriction map of plasmid pSB351,
Fig. 5 die Restriktionskarte eines Integrations-Plasmi des pIT1, Fig. 5, the restriction map of an integration Plasmi of Pit1,
Fig. 6 die Restriktionskarte eines Integrations-Plasmi des pIG1, Fig. 6 shows the restriction map of an integration of the pIG1 Plasmi,
Fig. 7 die Restriktionskarte eines Integrations-Plasmi des pIG2, Fig. 7 shows the restriction map of an integration Plasmi of pIG2,
Fig. 8 die Restriktionskarte eines Deletions-Plasmides pID1 und Fig. 8 shows the restriction map of a deletion plasmid PID1 and
Fig. 9 die Restriktionskarte eines Integrations-Plasmi des pIP1. Fig. 9 shows the restriction map of an integration of the Plasmi PIP1.
Dabei werden in der Zeichnung die nachfolgenden Abkürzungen und Symbole verwendet:The following abbreviations are used in the drawing and symbols used:
A, B, C: nicht vorselektierte chromosomale DNS-Fragmente
eines Rezipienten-Stammes;
C/1, C/2: Teilstücke eines chromosomalen DNS-Fragments C,
thy: kloniertes thy-Gen für Thymidylat-Synthetase;
thy/1, thy/2: Teilstücke des thy-Gens;
Cmr: Antibiotika-Resistenz-Gen für Resistenz gegen
Chloramphenikol;
MLSr: Antibiotika-Resistenz-Gen für Resistenz gegen Ma
krolid-Linkosamid- und Streptogramin-B-Antibio
tika;
BI: BclI-Schnittstelle;
EI: EcoRI-Schnittstelle;
P: Produkt-Gen;
DCO: Doppeltes Crossing-over;
a, b, c, d; aufeinanderfolgende Positionen in C in natürli
cher und gleich relativer Orientierung a′, b′,
c′, d′ wie in der homologen Region im Chromosom
des Rezipienten-Stammes;
e, f, g, h: aufeinanderfolgende Positionen in thy in natürli
cher und gleich relativer Orientierung a′, b′,
c′, d′ wie in dem integrierten thy-Gen;
repR: repR-Gen für ein essentielles Replikations-Pro
tein RepR;
thyL: thyL-Gen für Thymidylat-Synthetase von
B. licheniformis,
thyA: thyA-Gen für Thymidylat-Synthetase von
B. amyloliquefaciens.A, B, C: non-preselected chromosomal DNA fragments of a recipient strain;
C / 1, C / 2: sections of a chromosomal DNA fragment C,
thy: cloned thy gene for thymidylate synthetase;
thy / 1, thy / 2: sections of the thy gene;
Cm r : antibiotic resistance gene for resistance to chloramphenicol;
MLS r : Antibiotic resistance gene for resistance to macrolide linkosamide and streptogramin B antibiotics;
BI: BclI interface;
EI: EcoRI interface;
P: product gene;
DCO: double crossing-over;
a, b, c, d; successive positions in C in natural and equally relative orientation a ′, b ′, c ′, d ′ as in the homologous region in the chromosome of the recipient strain;
e, f, g, h: successive positions in thy in natural and equally relative orientation a ′, b ′, c ′, d ′ as in the integrated thy gene;
repR: repR gene for an essential replication protein RepR;
thyL: thyL gene for thymidylate synthetase from B. licheniformis,
thyA: thyA gene for thymidylate synthetase from B. amyloliquefaciens.
Durchgehende Doppellinien ohne Pfeil markieren chromosomale Gene mit noch unbekannter DNS-Sequenz; bei Teilstücken die ser Gene soll ein Pfeil ihre gleiche relative Orientierung im Vergleich zum vollständigen DNS-Fragment zeigen. Im üb rigen entsprechen die Darstellungen der üblichen Symbolik bei der Darstellung von Restriktionskarten und ganz allge mein der schematischen Darstellung in der Gentechnik.Continuous double lines without an arrow mark chromosomal Genes with unknown DNA sequence; with sections the These genes are supposed to have an arrow indicating their same relative orientation compared to the full DNA fragment. In the practice The representations correspond to the usual symbolism when displaying restriction maps and general my the schematic representation in genetic engineering.
Auf eine explizite Beschreibung allseits üblicher gentech nischer oder sonstiger Verfahrensschritte wird im nachfol genden verzichtet. Kenntnisse zur Isolierung von Plasmid- DNS, DNS-Fragmenten oder chromosomaler DNS, Spaltung von DNS durch Restriktasen, "fill in"-Reaktion, Gel-Elektro phorese, Plasmid-Transformation, Southern-Hybridisierung, Kultivierung, chemischer Mutagenese oder Selektion werden vorausgesetzt und können entsprechenden Veröffentlichungen (Sambrook 1989) entnommen werden.On an explicit description of common genetic engineering African or other procedural steps will be described below renounced. Knowledge of the isolation of plasmid DNA, DNA fragments or chromosomal DNA, cleavage of DNA by restrictases, "fill in" reaction, gel electro phoresis, plasmid transformation, Southern hybridization, Cultivation, chemical mutagenesis or selection provided and can appropriate publications (Sambrook 1989).
Es wurden die nachfolgenden Ausgangsmaterialien, Hilfs stoffe oder Methoden häufig verwendet:The following starting materials, auxiliary substances or methods frequently used:
Vektorplasmid pGB354 von 6,2 kb mit Cmr (Behnke 1982)
für Klonierungen und als Ausgangs-Plasmid für
alle Integrations-Plasmide;
Bakterien-Stamm B. subtilis GSB26 - als Rezipienten-
Stamm für Plasmid-Konstruktionen, abgeleitet als
spontane streptomycin-resistente Mutante von dem
amylase-defekten Bakterien-Stamm QB1133 sacA321
aroI906 metB5 amyE (Steinmetz 1976) aus der
Stammlinie von B. subtilis 168;
Bakterien-Stamm (thymidin-auxotroph) B. subtilis 168
TT thyA thyB trpC2 (Steinmetz 1976) als Rezipien
ten-Stamm für die Klonierung und gentechnische
Bearbeitung von thy-Genen für Thymidylat-Synthe
tase von Bacillus;
Bakterien-Stamm B. amyloliquefaciens BE71 mit stammspe
zifisch hoher segregativer Plasmid-Instabilität
(Steinborn 1988) als Ausgangs-Stamm für Rezipien
ten-Stämme für die Integration;
Bakterien-Stamm B. amyloliquefaciens ATCC23844 (In
gle/Boyer 1976) als Ausgangs-Stamm für Rezipien
ten-Stämme für konditional replikationsunfähige
(ts) Integrations-Plasmide und als Gen-Donor-
Stamm für die Klonierung eines thyA-Gens;
PEG-Protoplasten-Methode (Chang/Cohen 1979) zur Plas
mid-Transformation in Bacillus mit Modifikationen
der Medien (Steinborn 1988) zur Plasmid-Transfor
mation in B. amyloliquefaciens;
Kultivierung bei 37°C in flüssigem TBY-Vollmedium mit
1% bactotryptone, Difco - 0,5% yeast extract,
Difco - 0,5% NaCl und mit pH = 7,0 oder auf TBY -
Agar (1,8% Agar-Agar);
Selektion auf plasmid-kodierte Antibiotika-Resi
stenz erfolgt durch Zusatz von 10 Mikrogramm/ml
Chloramphenikol Cm oder 5 Mikrogramm/ml Erythro
mycin Em, Seletion auf Trimethoprim-Resistenz
(Gryczan/Dubnau 1982) bei 10 Mikrogramm/ml Trime
thoprim Tmp in Anwesenheit von 50 Mikrogramm/ml
Thymidin in MSM-Minimal-Medium (Demain 1958); bei
Auxotrophie der Bakterien-Stämme werden essenti
elle Aminosäuren zu 50 Mikrogramm/ml und Thymidin
zu 100 Mikrogramm/ml supplementiert;
Southern-Hybridisierung zum Nachweis von DNS-Homolo
gie, insbesondere von integrierten Gen-Kopien des
Produkt-Gens, nach der nichtradioaktiven Digoxi
genin-Methode (Fa. Boehringer) bei Anwendung ei
nes Vakuum-Blotters (Fa. Bio-Rad);
Nachweis und halbquantitative Bestimmung der Bildung
von extrazellulärer alpha-Amylase und neutraler
Protease an Hand von Abbau-Höfen auf Agar-Platten
mit Zusatz von 1% unlöslicher Mais-Stärke bzw.
0,5% Magermilch-Pulver; die quantitative Bestim
mung der Enzym-Aktivitäten in Kultur-Überständen
erfolgt nach ausführlich beschriebenen Methoden
(Steinborn/Hofemeister 1984, Steinborn 1988);
DNS-Isolierungen aus Bakterien-Stämmen von Bacillus
für chromosomale DNS und Plasmid-DNS in großem
Maßstab nach den Methoden von Saito/Miura 1963
bzw. Gryczan 1978.6.2 kb vector plasmid pGB354 with Cm r (Behnke 1982) for cloning and as starting plasmid for all integration plasmids;
Bacterial strain B. subtilis GSB26 - as recipient strain for plasmid constructions, derived as a spontaneous streptomycin-resistant mutant from the amylase-defective bacterial strain QB1133 sacA321 aroI906 metB5 amyE (Steinmetz 1976) from the strain line of B. subtilis 168;
Bacterial strain (thymidine auxotroph) B. subtilis 168 TT thyA thyB trpC2 (Steinmetz 1976) as recipient strain for the cloning and genetic engineering of thy genes for Bacillus thymidylate synthesis;
Bacterial strain B. amyloliquefaciens BE71 with strain-specific high segregative plasmid instability (Steinborn 1988) as the starting strain for recipient strains for integration;
Bacterial strain B. amyloliquefaciens ATCC23844 (In gle / Boyer 1976) as a starting strain for recipient strains for conditionally replication-incapable (ts) integration plasmids and as a gene donor strain for the cloning of a thyA gene;
PEG protoplast method (Chang / Cohen 1979) for plasmid transformation in Bacillus with modifications of the media (Steinborn 1988) for plasmid transformation in B. amyloliquefaciens;
Cultivation at 37 ° C in liquid TBY complete medium with 1% bactotryptone, Difco - 0.5% yeast extract, Difco - 0.5% NaCl and with pH = 7.0 or on TBY - agar (1.8% agar Agar);
Selection for plasmid-coded antibiotic resistance is carried out by adding 10 micrograms / ml chloramphenicol Cm or 5 micrograms / ml erythro mycin Em, selection for trimethoprim resistance (Gryczan / Dubnau 1982) at 10 micrograms / ml trimethoprim Tmp in the presence of 50 micrograms / ml thymidine in MSM minimal medium (Demain 1958); in the case of auxotrophy of the bacterial strains, essential amino acids are supplemented at 50 micrograms / ml and thymidine at 100 micrograms / ml;
Southern hybridization for the detection of DNA homology, in particular of integrated gene copies of the product gene, according to the non-radioactive digoxigenin method (Boehringer) when using a vacuum blotter (Bio-Rad);
Detection and semi-quantitative determination of the formation of extracellular alpha-amylase and neutral protease by means of degradation yards on agar plates with the addition of 1% insoluble maize starch or 0.5% skim milk powder; the quantitative determination of the enzyme activities in culture supernatants is carried out according to methods described in detail (Steinborn / Hofemeister 1984, Steinborn 1988);
DNA isolations from bacterial strains of Bacillus for chromosomal DNA and plasmid DNA on a large scale according to the methods of Saito / Miura 1963 and Gryczan 1978.
Die Primärklonierung von thy-Genen für Thymidylat-Synthe tase von B. licheniformis und B. amyloliquefaciens - nachfol gend als thyL- bzw. thyA-Gen bezeichnet - wird durch "shot gun" unter Anwendung eines Donor-Stammes B. licheniformis ATCC9789 (Ingle/Boyer 1976) bzw. B. amyloliquefaciens ATCC23844, eines thymidin-auxotrophen Rezipienten-Stammes B. subtilis TT, eines Plasmidvektors pGB354 bzw. pSB3 (Steinborn 1983) und der Restriktasen BclI bzw. PstI ausge führt.The primary cloning of thy genes for thymidylate synthesis tase from B. licheniformis and B. amyloliquefaciens - successor referred to as the thyL or thyA gene - is "shot gun "using a donor strain B. licheniformis ATCC9789 (Ingle / Boyer 1976) or B. amyloliquefaciens ATCC23844, a thymidine auxotrophic recipient strain B. subtilis TT, a plasmid vector pGB354 or pSB3 (Steinborn 1983) and the restrictions BclI and PstI leads.
Nach Transformation der Ligations-Gemische erfolgt die Se lektion auf DM3-Agar ohne Thymidin-Zusatz, auf dem der Re zipienten-Stamm in kleinen, dünnen Kolonien wächst. Als Transformanten mit potentiell rekombinanten Plasmiden für thy-Gene werden stark wachsende, prototrophe Kolonien iso liert und auf vergrößerte Plasmide mit zusätzlichem BclI- bzw. PstI-DNS-Fragment gel-elektrophoretisch charakteri siert. Sie werden danach in den plasmidfreien Rezipienten- Stamm retransformiert und bei plasmid-kodierter Thymidin- Prototrophie als rekombinante Plasmide mit klonierten thy- Genen identifiziert. After transformation of the ligation mixtures, the Se lesson on DM3 agar without thymidine addition, on which the Re recipient strain grows in small, thin colonies. When Transformants with potentially recombinant plasmids for thy genes become iso rapidly growing, prototrophic colonies and on enlarged plasmids with additional BclI- or PstI DNA fragment gel-electrophoretically character siert. You will then be in the plasmid-free recipient Strain retransformed and in plasmid-encoded thymidine Prototrophy as recombinant plasmids with cloned thy- Genes identified.
In einem Versuch wurden 16 bzw. 4 rekombinante Plasmide mit jeweils identischem zusätzlichem DNS-Fragment isoliert, von denen je ein repräsentatives Plasmid als Plasmid pSB319 bzw. pSB411 bezeichnet und durch Restriktionsanalyse (ein fache bis dreifache Restriktions-Spaltung) charakterisiert werden (Fig. 2 und 3). Entsprechend den Restriktionskarten werden die Lage und Größe der funktionsfähigen thy-Gene in nerhalb der klonierten DNS-Fragmente mittels Deletions- oder Insertionsanalyse lokalisiert.In one experiment, 16 or 4 recombinant plasmids were isolated, each with an identical additional DNA fragment, each of which a representative plasmid is designated as plasmid pSB319 or pSB411 and is characterized by restriction analysis (one to three times restriction cleavage) ( FIG. 2 and 3). According to the restriction maps, the location and size of the functional thy genes are localized within the cloned DNA fragments by means of deletion or insertion analysis.
Die Identität der klonierten DNS-Fragmente als chromosomale DNS-Fragmente der verwendeten Gen-Donor-Stämme wird mittels Southern-Hybridisierung auf Grund von DNS-Homologie bestä tigt, wobei die klonierten BclI- und PstI-DNS-Fragmente aus den Plasmiden pSB319 bzw. pSB411 gegen BclI- und PstI-ge spaltene chromosomale DNS von den Gen-Donor-Stämmen ATCC9789 bzw. ATCC23844 sowie von B. subtilis GSB26 (Kon trolle) hybridisiert werden.The identity of the cloned DNA fragments as chromosomal DNA fragments of the gene donor strains used are by means of Southern hybridization based on DNA homology where the cloned BclI and PstI DNA fragments from the plasmids pSB319 and pSB411 against BclI and PstI-ge cleaved chromosomal DNA from the gene donor strains ATCC9789 or ATCC23844 and from B. subtilis GSB26 (Kon trolls) can be hybridized.
Die Klonierung von thy-Genen in den Plasmiden pSB319 und pSB411 wird zunächst funktionell dadurch nachgewiesen, daß diese rekombinanten Plasmide den in B. subtilis TT nachge wiesenen Defekt in der Bildung vom Thymidylat-Synthetase (Gryczan/Dubnau 1982) komplementieren und in thymidin-auxo trophen Bakterien-Stämmen von B. subtilis 168 und B. amyloliquefaciens Thymidin-Prototrophie und korrelierte Sensibilität gegen Trimethoprim bewirken. Diese Funktionen sind für die erfindungsgemäße Anwendung von thy-Genen we sentlich.The cloning of thy genes in the plasmids pSB319 and pSB411 is first functionally proven by the fact that these recombinant plasmids followed in B. subtilis TT indicated defect in the formation of thymidylate synthetase (Gryczan / Dubnau 1982) complement and in thymidine-auxo trophic bacterial strains of B. subtilis 168 and B. amyloliquefaciens thymidine prototrophy and correlated Cause sensitivity to trimethoprim. These functions are we for the inventive use of thy genes considerable.
Ausgehend von dem Plasmidvektor pGB354 (Cmr) werden Plas mide konstruiert, die zwischen zwei eng benachbarten Anti biotika-Resistenz-Genen (Cmr, MSLr) unterschiedlich viele unikale Restriktase-Schnittstellen enthalten. Zunächst wird der Plasmidvektor pGB354 in seiner unikalen BclI-Schnitt stelle gespalten und mittels "fill in"-Kit nach Vorschrift (Fa. Stratagene) ein HindIII-DNS-Fragment mit dem MLSr-Gen aus einem Plasmid pDB101 (Behnke 1979) rekloniert. Dadurch entsteht ein Plasmid pSB351 (Fig. 4), das zwischen dem residenten Cmr-Gen und dem eng benachbarten MSLr-Gen eine unikale BclI-Schnittstelle enthält. Das MSLr-Gen kodiert unter anderem Antibiotika-Resistenz gegen Erythromycin (Emr), die im erfindungsgemäßen Verfahren zur Selektion ge nutzt wird.Starting from the plasmid vector pGB354 (Cm r ), plasmids are constructed which contain different numbers of unique restrictionase interfaces between two closely adjacent antibiotic resistance genes (Cm r , MSL r ). First, the plasmid vector pGB354 is cleaved in its unique BclI interface and a HindIII DNA fragment with the MLS r gene from a plasmid pDB101 (Behnke 1979) is cloned using the "fill in" kit according to the instructions (from Stratagene). This creates a plasmid pSB351 ( FIG. 4) which contains a unique BclI site between the resident Cm r gene and the closely adjacent MSL r gene. The MSL r gene encodes, among other things, antibiotic resistance to erythromycin (Em r ), which is used for selection in the method according to the invention.
Danach wird in die BclI-Schnittstelle des Plasmids pSB351 ein Linker mit interner EcoRI-Schnittstelle und distalen Schnittstellen für die Restriktasen BglII und BamHI aus ei nem Plasmid pIC20H (Marsh 1984) unter Bildung eines Plasmi des pSB352 subkloniert. Schließlich wird in die EcoRI- Schnittstelle des Plasmids pSB352 ein Polylinker mit dista len EcoRI-Schnittstellen aus einem Plasmid pIC20R (Marsh 1984) rekloniert, so daß ein Plasmid pSB355 mit zahlreichen unikalen Restriktase-Schnittstellen zwischen den flankie renden Antibiotika-Resistenz-Genen entsteht.Then the BclI site of the plasmid pSB351 a linker with an internal EcoRI interface and distal Interfaces for the BglII and BamHI restrictionases from ei a plasmid pIC20H (Marsh 1984) to form a plasmi of the pSB352 subcloned. Finally, the EcoRI Interface of the plasmid pSB352 a polylinker with dista len EcoRI sites from a plasmid pIC20R (Marsh 1984), so that a plasmid pSB355 with numerous unique restrictionase interfaces between the flankie antibiotic resistance genes.
Die pIT-Integrations-Plasmide werden durch Reklonierung von je einem nicht vorselektierten chromosomalen DNS-Fragment von B. amyloliquefaciens in die EcoRI-Schnittstelle des Plasmids pSB352 und nachfolgende Reklonierung des thyL-Gens aus dem Plasmid pSB319 in eine mittelständige Restriktase- Schnittstelle des chromosomalen DNS-Fragments hergestellt. Dabei bleiben die Gesamtgröße und die relative Orientierung der Teilstücke des klonierten chromosomalen DNS-Fragments im Vergleich zum Chromosom des Donor-Stammes unverändert. The pIT integration plasmids are obtained by recloning one non-preselected chromosomal DNA fragment of B. amyloliquefaciens in the EcoRI site of Plasmid pSB352 and subsequent recloning of the thyL gene from the plasmid pSB319 into a medium-sized restrictase Chromosomal DNA fragment cut. The overall size and relative orientation remain the sections of the cloned chromosomal DNA fragment unchanged compared to the chromosome of the donor strain.
Durch die Reklonierung von unterschiedlichen chromosomalen DNS-Fragment aus den Plasmiden pSB370 bis pSB379 entsteht eine Plasmid-Serie mit den Bezeichnungen pIT1 bis pIT10. Die chromosomalen DNS-Fragmente in den Plasmiden pSB370 bis pSB379 wurden dazu vorher durch "shot gun" bei Anwendung eines Donor-Stammes B. amyloliquefaciens ATCC23844, eines amylase-defekten Rezipienten-Stammes B. subtilis GSB26, der Restriktase EcoRI und eines Plasmidvektors pSB3 (Steinborn 1983) kloniert und auf geeignete mittelständige Restrik tase-Schnittstellen charakterisiert. Dabei wurden die chro mosomalen DNS-Fragmente in eine interne EcoRI-Schnittstelle des klonierten Gens für eine extrazelluläre Amylase in den Plasmidvektor pSB3 inseriert, so daß die Klonierung der chromosomalen DNS-Fragmente an Hand von Insertions-Inak tivierung des Amylase-Gens nachgewiesen wird.The recloning of different chromosomal DNA fragments from the plasmids pSB370 to pSB379 creates a plasmid series with the names pIT1 to pIT10. The chromosomal DNA fragments in the plasmids pSB370 to pSB379 were previously shot-shot using a donor strain B. amyloliquefaciens ATCC23844, an amylase-defective recipient strain B. subtilis GSB26, the restrictase EcoRI and a plasmid vector pSB3 ( Steinborn 1983 ) cloned and characterized for suitable medium-sized restriction tase sites. The chromosomal DNA fragments were inserted into an internal EcoRI site of the cloned gene for an extracellular amylase in the plasmid vector pSB3, so that the cloning of the chromosomal DNA fragments is detected by means of insertion inactivation of the amylase gene.
Die Identität der klonierten chromosomalen DNS-Fragmente als Fragmente aus B. amyloliquefaciens wird durch Southern- Hybridisierung auf Grund von DNS-Homologie bestätigt, wobei die klonierten chromosomalen DNS-Fragmente gegen EcoRI-ge schnittene chromosomale DNS des Donor-Stammes ATCC23844 und von B. subtilis GSB26 (Kontrolle) hybridisiert werden.The identity of the cloned chromosomal DNA fragments as fragments from B. amyloliquefaciens is by Southern Hybridization confirmed due to DNA homology, where the cloned chromosomal DNA fragments against EcoRI-ge cut chromosomal DNA of the donor strain ATCC23844 and from B. subtilis GSB26 (control).
In Fig. 5 enthält das Integrations-Plasmid pIT1 ein chromo somales 3,5 kb langes DNS-Fragment mit einer mit telständigen BclI-Schnittstelle, in die das thyL-Gen aus dem Plasmid pSB319 innerhalb des in dieses Plasmid klonier ten BclI-DNS-Fragments rekloniert wurde. In dem Integrati ons-Plasmid pIT1 werden das thyL-Gen von Teilstücken des chromosomalen DNS-Fragments und diese Teilstücke, wegen dem Ausgangs-Plasmid pSB352, von den Antibiotika-Resistenz-Ge nen Cmr und MSLr flankiert. In FIG. 5, the integration plasmid pIT1 contains a chromosomal 3.5 kb long DNA fragment with a central BclI site into which the thyL gene from the plasmid pSB319 is located within the BclI DNA cloned into this plasmid. Fragments was cloned. In the integrati on plasmid pIT1, the thyL gene is flanked by sections of the chromosomal DNA fragment and these sections, because of the starting plasmid pSB352, are flanked by the antibiotic resistance genes Cm r and MSL r .
Es wird zunächst das thyL-Gen mittels der Restriktase BclI aus dem Plasmid pSB319 unter Verwendung des Rezipienten- Stammes B. subtilis in die BclI-Schnittstelle des Plasmids pSB351 rekloniert, wodurch ein Plasmid pSB360 entsteht. An schließend wird das Produkt-Gen in eine interne Schnitt stelle des funktionsfähigen thyL-Gens in Plasmid pSB360 re kloniert, so daß das thyL-Gen durch Insertion inaktiviert und das Produkt-Gen von Teilstücken des thyL-Gens flankiert wird, die beidseitig eine für die generelle Rekombination hinreichende Länge aufweisen. Geeignet ist dafür die in terne PvuII-Schnittstelle des thyL-Gens, die wegen der glatten Enden zur Reklonierung mittels verschiedener Re striktasen geeignet ist.It first becomes the thyL gene using the BclI restrictionase from plasmid pSB319 using the recipient Strain B. subtilis into the BclI site of the plasmid pSB351 is cloned, creating a plasmid pSB360. On concluding the product gene into an internal cut place the functional thyL gene in plasmid pSB360 right cloned so that the thyL gene is inactivated by insertion and the product gene is flanked by sections of the thyL gene which is one on both sides for general recombination have sufficient length. The in is suitable for this tern PvuII interface of the thyL gene, which because of the smooth ends for recloning using various re is strictly suitable.
Analog zu den pIT-Integrations-Plasmiden werden auch bei der Reklonierung des Produkt-Gens die Gesamtgröße und die relative Orientierung der Teilstücke des thyL-Gens im Ver gleich zu dem funktionsfähigen thyL-Gen nicht verändert, und das Produkt-Gen und die flankierenden Teilstücke des thyL-Gens werden von den Antibiotika-Resistenz-Genen Cmr und MLSr flankiert.Analogous to the pIT integration plasmids, the total size and the relative orientation of the sections of the thyL gene compared to the functional thyL gene are not changed when the product gene is recloned, and the product gene and the flanking sections are not changed of the thyL gene are flanked by the antibiotic resistance genes Cm r and MLS r .
Als Produkt-Gene werden die hochexprimierten amyA- und nprA-Gene für die extrazellulären Enzyme alpha-Amylase bzw. neutrale Protease von B. amyloliquefaciens rekloniert. Dabei werden die rekombinanten Plasmide pSB6 (Stein born/Hofemeister 1984) als Gen-Donoren und B. subtilis TT als Rezipient verwendet und die Reklonierung an Hand von Thymidin-Auxotrophie oder korrelierter Trimethoprim-Resi stenz und hoher Bildung der plasmid-kodierten, extrazellu lären Enzyme nachgewiesen. The highly expressed amyA and nprA genes for the extracellular enzymes alpha-amylase or neutral protease from B. amyloliquefaciens recloned. Here the recombinant plasmids pSB6 (Stein born / Hofemeister 1984) as gene donors and B. subtilis TT used as recipient and the recloning on the basis of Thymidine auxotrophy or correlated trimethoprim resi stenz and high formation of the plasmid-coded, extracellu detected enzymes.
Das amyA- und das nprA-Gen werden innerhalb eines PvuII- bzw. BclI-DNS-Fragments rekloniert, bei dem BclI-DNS-Frag ment findet die "fill in"-Reaktion mittels eines Kits (Fa. Stratagene) Anwendung. Die Fig. 6 und 7 zeigen die so hergestellten Integrations-Plasmide pIG1 und pIG2.The amyA and the nprA genes are recloned within a PvuII or BclI DNA fragment, in the BclI DNA fragment the "fill in" reaction using a kit (from Stratagene) is used. FIGS. 6 and 7 show the thus prepared integration plasmids pIG1 and pIG2.
Ausgangspunkt für die Herstellung von Deletions-Plasmiden zur Inaktivierung des chromosomalen thyA-Gens aus B. amyloliquefaciens ist das klonierte thyA-Gen in dem Plas mid pSB411 (vgl. 1.) entsprechend Fig. 3. Innerhalb dieses funktionsfähigen thyA-Gens wird ein kleines, mittelständi ges DNS-Fragment in der Weise entfernt, daß das thyA-Gen inaktiviert und auf beiden Seiten der Deletionsstelle je ein für die generelle Rekombination hinreichend langes Teilstück des in das Plasmid pSB411 klonierten chromosoma len DNS-Fragments aus B. amyloliquefaciens verbleibt. An schließend wird das im Plasmid verbliebene deletierte DNS- Fragment mittels der Restriktase PstI in eine PstI-Schnitt stelle im Polylinker des Plasmids pSB355 rekloniert, so daß es von den Antibiotika-Resistenz-Genen Cmr und MSLr flan kiert ist.The starting point for the production of deletion plasmids for inactivating the chromosomal thyA gene from B. amyloliquefaciens is the cloned thyA gene in the plas mid pSB411 (cf. 1.) according to FIG. 3. Within this functional thyA gene there is a small one , medium-sized DNA fragment removed in such a way that the thyA gene is inactivated and a portion of the chromosomal DNA fragment from B. amyloliquefaciens cloned into the plasmid pSB411 remains sufficiently long for the general recombination on both sides of the deletion site. Then the deleted DNA fragment remaining in the plasmid is recloned using the PstI restrictionase into a PstI interface in the polylinker of the plasmid pSB355, so that it is flanked by the antibiotic resistance genes Cm r and MSL r .
Wegen je zwei dicht benachbarter PvuII- und SacI-Schnitt stellen in dem thyA-Gen lassen sich für dieses die be schriebenen Deletions-Plasmide leicht herstellen, so daß Deletions-Plasmide pID1 (Fig. 8) und pID2 gewonnen werden. Bei der Verwendung von B. subtilis TT als Rezipient kann die Selektion an Hand der Trimethoprim-Resistenz und plasmid kodierter Antibiotika-Resistenz erfolgen. In gleicher Weise werden Deletions-Plasmide zur Inaktivierung anderer chromo somaler Gene hergestellt. Because of two closely adjacent PvuII and SacI sections in the thyA gene, the described deletion plasmids can be easily prepared for this, so that deletion plasmids pID1 ( FIG. 8) and pID2 are obtained. When B. subtilis TT is used as a recipient, the selection can be made on the basis of the trimethoprim resistance and plasmid-coded antibiotic resistance. Deletion plasmids for inactivating other chromosomal genes are produced in the same way.
Die pIP-Integrations-Plasmide entstehen durch Reklonierung des Produkt-Gens in ein kloniertes Gen des Rezipienten, das in seinem Chromosom inaktiviert und wobei zugleich das Pro dukt-Gen durch doppeltes Crossing-over integriert werden soll. Es wird hier auf die Inaktivierung der chromosomalen thyA- und nprA-Gene bei der Integration des amyA-Gens abge hoben.The pIP integration plasmids are created by recloning of the product gene into a cloned gene of the recipient, which inactivated in its chromosome and at the same time the pro product gene can be integrated by double crossing-over should. It is here on the inactivation of the chromosomal thyA and nprA genes in the integration of the amyA gene raised.
Ein Integrations-Plasmid pIP1 (Fig. 9) entsteht, wenn das amyA-Gen innerhalb eines PvuII-DNS-Fragments aus dem Plas mid pSB6 in die interne EcoRV-Schnittstelle des thyA-Gens in dem Plasmid pSB411 rekloniert und so das thyA-Gen durch Insertion inaktiviert wird. Das inaktivierte thyA-Gen wird dann mittels der Restriktase PstI in die PstI-Schnittstelle in dem Polylinker des Plasmids pSB355 rekloniert, so daß auch dieses Integrations-Plasmid pIP1 die flankierenden An tibiotika-Resistenz-Gene Cmr und MLSr enthält.An integration plasmid pIP1 ( FIG. 9) is formed when the amyA gene within a PvuII DNA fragment from the plas mid pSB6 into the internal EcoRV site of the thyA gene in the plasmid pSB411 and thus the thyA gene is inactivated by insertion. The inactivated thyA gene is then cloned into the PstI site in the polylinker of the plasmid pSB355 by means of the restriction PstI, so that this integration plasmid pIP1 also contains the flanking antibiotic resistance genes Cm r and MLS r .
In gleicher Weise wird das Integrations-Plasmid pIP2 erhal ten, wenn das amyA-Gen in eine interne EcoRV-Schnittstelle des nprA-Gens in dem Plasmid pSB92 inseriert wird.The integration plasmid pIP2 is obtained in the same way if the amyA gene is in an internal EcoRV interface of the nprA gene is inserted in the plasmid pSB92.
Es werden temperatursensible (ts-) Integrations-Plasmide isoliert, die bei permissiver Temperatur (30°C) in den Re zipienten replizieren und bei erhöhter Temperatur (42°) nicht replikationsfähig sind. Sie werden von den Integrati ons-Plasmiden oder Ausgangs-Plasmiden pSB351, pSB352 und pSB355 durch chemische Mutagenese abgeleitet, indem sie durch Ethylmethansulfonat EMS mutagenisiert und an schließend in den Bakterien-Stamm B. subtilis GSB26 transfor miert werden. Behandlungszeit und Konzentration des Muta gens werden dabei so gewählt, daß die mutagenisierten Plas mide noch eine Transformations-Häufigkeit von etwa 10% im Vergleich zu unbehandelten Plasmiden erreichen. Das Scree ning auf temperatursensible Plasmide erfolgt nach der Replikationstechnik: auf Masterplatten wachsen die Plasmid- Transformanten zunächst bei 30°C, nach Replikation wird bei 42°C inkubiert. Die bei dieser Temperatur nicht wachsenden Transformanten werden auf temperatursensible Plasmide un tersucht.There are temperature-sensitive (ts) integration plasmids isolated, the permissive temperature (30 ° C) in the Re replicate and at elevated temperature (42 °) are not capable of replication. They are from the integrati ons plasmids or starting plasmids pSB351, pSB352 and pSB355 derived by chemical mutagenesis by mutagenized by ethyl methanesulfonate EMS and an closing in the bacterial strain B. subtilis GSB26 transfor be lubricated. Treatment time and concentration of the muta gens are chosen so that the mutagenized Plas mide still a transformation frequency of about 10% in Achieve comparison to untreated plasmids. The scree Temperature sensitive plasmids are used according to the Replication technology: the plasmid Transformants first at 30 ° C, after replication is at Incubated at 42 ° C. The ones not growing at this temperature Transformants are un on temperature sensitive plasmids tries.
Zunächst wird ein Integrations-Plasmid pIT1 aus 3. (Fig. 5) in einen stabil thymidin-auxotrophen Bakterien-Stamm von B. amyloliquefaciens BE71 transformiert, und es werden Plas mid-Transformanten über Thymidin-Prototrophie selektiert und danach ohne Selektionsdruck durch Antibiotika in thymi din-freiem Minimalmedium MSM über 10 bis 30 Generationen passagiert, wobei das Integrations-Plasmid segregiert und Integrations-Stämme mit integriertem thyL-Gen selektiv angereichert werden. Die Integration geschieht dabei vor oder während des Passagierens, und die Integration des thyL-Gens durch doppeltes Crossing-over wird phänotypisch über stabile Thymidin-Prototrophie und Antibiotika-Sensibi lität gegen Chloramphenikol und Erythromycin ermittelt. Dazu wird nach dem Passagieren auf thymidinfreiem Minimal medium MSM plattiert und Antibiotika-Sensibilität mittels Replikationstechnik nachgewiesen. Biochemisch wird für diese wie auch alle nachfolgenden Integrationen doppeltes Crossing-over mittels Southern-Hybridisierung bestätigt, indem im Chromosom des Integrations-Stammes eine zusätzli che Kopie des integrierten Gens und hingegen keine Plasmid- DNS des Integrations-Plasmids nachgewiesen wird. Dazu wer den das integrierte Gen und das Ausgangs-Plasmid des Inte grations-Plasmids (beispielsweise pSB351 für pIT1) gegen die chromosomale DNS des Integrations-Stammes hybridisiert.First, an integration plasmid pIT1 from 3. ( FIG. 5) is transformed into a stably thymidine-auxotrophic bacterial strain of B. amyloliquefaciens BE71, and plasmid transformants are selected using thymidine prototrophy and then in without pressure by antibiotics thymi din-free minimal medium MSM passages over 10 to 30 generations, whereby the integration plasmid segregates and integration strains with integrated thyL gene are selectively enriched. The integration takes place before or during the journey, and the integration of the thyL gene by double crossing-over is determined phenotypically via stable thymidine prototrophy and antibiotic sensitivity to chloramphenicol and erythromycin. For this purpose, MSM is plated after the passenger on thymidine-free minimal medium and antibiotic sensitivity is demonstrated using the replication technique. For this, as well as all subsequent integrations, double crossing-over is confirmed biochemically by means of Southern hybridization, in that an additional copy of the integrated gene is detected in the chromosome of the integration strain and no plasmid DNA of the integration plasmid is detected. For this, who integrated the integrated gene and the starting plasmid of the integration plasmid (for example pSB351 for pIT1) hybridized against the chromosomal DNA of the integration strain.
Nach der Integration einer Kopie des thyL-Gens durch dop peltes Crossing-over wird das Integrations-Plasmid pIG1 nach 4. (Fig. 6) in einen solchen Integrations-Stamm trans formiert und Plasmidtransformation an Hand plasmid-kodier ter Antibiotika-Resistenz Cmr, Emr selektiert. Anschließend werden Plasmid-Transformanten ohne Selektionsdruck durch Antibiotika in thymidinhaltigem Minimalmedium MSM über 10 bis 30 Generationen passagiert, wobei das amyA-Gen inte griert wird. Bei Integration durch doppeltes Crossing-over wird das vorher integrierte thyL-Gen inaktiviert und Plas mid-DNS bleibt von der Integration ausgeschlossen, so daß Integrations-Stämme mit doppeltem Crossing-over phänoty pisch auf Grund von Trimethoprim-Resistenz und Antibiotika- Sensibilität gegen Chloramphenikol und Erythromyin selek tiert werden. Diese Selektion wird wieder mittels Replika tionstechnik vorgenommen, wobei die MSM-Masterplatten Zu sätze von Thymidin und Trimethoprim enthalten und den Re plikationsplatten zusätzlich Chloramphenikol und Erythromy cin supplementiert werden.After integration of a copy of the thyL gene by double crossing-over, the integration plasmid pIG1 is transformed according to 4 ( FIG. 6) into such an integration strain and plasmid transformation by means of plasmid-encoded antibiotic resistance Cm r Em r selected. Subsequently, plasmid transformants are passed through antibiotics in thymidine-containing minimal medium MSM for 10 to 30 generations without selection pressure, the amyA gene being integrated. When integrated by double crossing-over, the previously integrated thyL gene is inactivated and plasmid DNA remains excluded from the integration, so that integration strains with double crossing-over phenotypically due to trimethoprim resistance and antibiotic sensitivity to chloramphenicol and erythromyin can be selected. This selection is again carried out using replication technology, the MSM master plates containing additions of thymidine and trimethoprim and the replication plates additionally being supplemented with chloramphenicol and erythromycin.
Schließlich werden die genetische Stabilität des integrier ten amyA-Gens und sein Gen-Dosis-Effekt auf die Amylase- Bildung untersucht, und es werden solche Integrations- Stämme als Rezipienten für die weitere schrittweise Inte gration des amyA-Gens ausgewählt,die nach Passagieren ohne Selektionsdruck über 100 Generationen keinen Verlust des integrierten amyA-Gens und eine gleichbleibende erhöhte Amylase-Bildung zeigen.Finally, the genetic stability of the integrier ten amyA gene and its gene dose effect on amylase Education, and such integration Tribes as recipients for the further gradual integration gration of the amyA gene selected after passengers without Selection pressure over 100 generations no loss of integrated amyA gene and a constant increased Show amylase formation.
Nunmehr wird eine zweite Kopie des thyL-Gens mittels eines zweiten, unterschiedlichen pIT-Integrations-Plasmids an an derer, ebenfalls zufällig verteilter Stelle des Chromosoms und in dieses mittels des gleichen pIG-Integrations-Plas mids pIG1 eine zweite Kopie des amyA-Gens integriert. In gleicher, alternierender Weise wird die Integration des amyA-Gens bis zu einer solchen Kopienzahl und Gen-Dosis fortgesetzt, die der Leistungsfähigkeit und physiologischen Verträglichkeit des Rezipienten entsprechen.Now a second copy of the thyL gene is made using a second, different pIT integration plasmids that, also randomly distributed part of the chromosome and into this using the same pIG integration plas mids pIG1 integrates a second copy of the amyA gene. In the same, alternating way, the integration of the amyA gene up to such a copy number and gene dose continued, the performance and physiological Tolerance of the recipient.
Die mehrfache, schrittweise Integration des nprA-Gens durch doppeltes Crossing-over wird in gleicher Weise wie für das amyA-Gen ausgeführt. Es werden die gleichen pIT-Integrati onsplasmide und Rezipienten-Stämme verwendet; der wesentli che Unterschied besteht in der Nutzung eines Integrations plasmids pIG2 (Fig. 7) mit nprA-Gen.The multiple, step-by-step integration of the nprA gene by double crossing-over is carried out in the same way as for the amyA gene. The same pIT integration plasmids and recipient strains are used; the main difference is the use of an integration plasmid pIG2 ( Fig. 7) with nprA gene.
Konditional replikationsfähige (ts) Integrations-Plasmide aus 7. werden zur Integration in Rezipienten-Stämme von B. amyloliquefaciens, beispielsweise ATCC23844, verwendet, bei denen im Unterschied zu dem Rezipienten-Stamm BE71 nach der Integration keine stammspezifisch hohe segregative Plasmid-Instabilität zur Plasmid-Segregation genutzt werden kann. Die Segregation dieser ts-Integrations-Plasmide wird effizient durch Inhibitition der Plasmid-Replikation bei 42°C erreicht. Ansonsten bestehen keine Unterschiede zur Anwendung von normal replizierenden Integrations-Plasmiden.Conditional replication-capable (ts) integration plasmids out of 7. are for integration into recipient strains of B. amyloliquefaciens, for example ATCC23844, used in contrast to the recipient strain BE71 the integration is not a strain-specific high segregative Plasmid instability can be used for plasmid segregation can. The segregation of these ts integration plasmids will efficient by inhibiting plasmid replication 42 ° C reached. Otherwise there are no differences Use of normal replicating integration plasmids.
Stabil thymidin-auxotrophe Bakterien-Stämme von B. amyloliquefaciens können (vgl. 10.) mittels doppeltem Crossing-over mit Hilfe von Deletions-Plasmiden (vgl. 5.) pID1 (Fig. 8) oder pID2 erzeugt werden. Nach Plasmid-Trans formation und -Segregation wird die Deletion im chromosoma len thyA-Gen auf Grund von doppeltem Crossing-over über Trimethoprim-Resistenz und Antibiotika-Sensibilität gegen Chloramphenikol und Erythromycin selektiert bzw. nachgewie sen, wie auch bei Integration mittels pIG-Integrations- Plasmiden verfahren wird (vgl. 8.).Stable thymidine-auxotrophic bacterial strains of B. amyloliquefaciens (see FIG. 10) can be generated by means of double crossing-over using deletion plasmids (see 5.) pID1 ( FIG. 8) or pID2. After plasmid transformation and segregation, the deletion in the chromosomal thyA gene is selected or detected on the basis of double crossing-over via trimethoprim resistance and antibiotic sensitivity to chloramphenicol and erythromycin, as well as when integrating with pIG integration - plasmids are used (cf. 8.).
Mittels pIP-Integrations-Plasmiden (vgl. 6.) wird das Pro dukt-Gen in unerwünschte oder nicht essentielle chromoso male Gene eines Rezipienten-Stammes B. amyloliquefaciens durch doppeltes Crossing-over integriert und dadurch das betreffende chromosomale Gen inaktiviert. Damit wird, an ders als beim Einsatz von pID-Deletions-Plasmiden, zugleich die Kopienzahl des integrierten Produkt-Gens erhöht, so daß zusätzlich zur Integration mittels pIT- und pIG-Integrati ons-Plasmiden seine Gen-Dosis gesteigert wird. Unter Ver wendung der Integrations-Plasmide pIP1 (Fig. 9) und pIP2 werden beispielsweise die thyA- und nprA-Gene inaktiviert und damit zwei Kopien des amyA-Gens integriert.By means of pIP integration plasmids (see FIG. 6), the product gene is integrated into unwanted or nonessential chromosomal genes of a recipient strain B. amyloliquefaciens by double crossing-over and thereby inactivates the chromosomal gene in question. Thus, at the same time as when using pID deletion plasmids, the copy number of the integrated product gene is increased, so that in addition to the integration by means of pIT and pIG integrati ons plasmids, its gene dose is increased. Using the integration plasmids pIP1 ( FIG. 9) and pIP2, for example, the thyA and nprA genes are inactivated and thus two copies of the amyA gene are integrated.
Integration durch doppeltes Crossing-over wird auch hier an Hand von Inaktivierung der chromosomalen Gene, von Anti biotika-Sensibilität gegen Chloramphenikol und Erythromy cin sowie der integrierten Kopien des amyA-Gens nachgewie sen.Integration through double crossing-over is also applied here Hand of inactivation of the chromosomal genes, of anti biotic sensitivity to chloramphenicol and erythromy cin and the integrated copies of the amyA gene sen.
Zur Erhöhung der Häufigkeit doppelten Crossing-overs wer den gegebenenfalls Versuche zur UV-Induktion ausgeführt. Im Gegensatz zu der üblichen Methode (Mudgett 1991) werden transformierte Zellen und nicht Plasmid-DNS in vitro behan delt. Die UV-Dosis wird so gewählt, daß 30 bis 50% der be strahlten Bakterienzellen überleben.To increase the frequency of double crossing overs who the possibly carried out experiments for UV induction. in the Contrary to the usual method (Mudgett 1991) transformed cells and not plasmid DNA in vitro delt. The UV dose is chosen so that 30 to 50% of the be beamed bacterial cells survive.
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Claims (55)
- - generelle Rekombination nach dem Mechanismus des doppel ten Crossing-over angewendet wird,
- - ein kloniertes thy-Gen in funktionsfähiger Form und - mit dieser alternierend - in inaktivierter Form zur Integration und Selektion des Produkt-Gens verwendet wird,
- - das doppelte Crossing-over durch Antibiotika-Sensibilität und einfaches Crossing-over mittels Antibiotika-Resistenz nachgewiesen werden und
- - die durch das doppelte Crossing-over erfolgte Integration des Produkt-Gens durch den Nachweis zusätzlicher Gen-Kopien dieses Produkt-Gens und des Fehlens von Plasmid-DNS bestä tigt wird.
- general recombination is used according to the double crossing-over mechanism,
- - a cloned thy gene is used in a functional form and - alternating with this - in inactivated form for the integration and selection of the product gene,
- - the double crossing-over by antibiotic sensitivity and simple crossing-over by antibiotic resistance are detected and
- - The double crossing-over of the integration of the product gene is confirmed by the detection of additional gene copies of this product gene and the absence of plasmid DNA.
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- 1992-09-23 DE DE4231764A patent/DE4231764A1/en not_active Withdrawn
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