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Die Erfindung betrifft Nukleotidsequenzen,
welche fähig
sind, Resistenz gegen Cycloheximid zu verleihen, Resistenzproteine
gegen Cycloheximid und deren Verwendung als Selektionsmarker, beispielsweise um
den Transfer von Nukleinsäuren
zu kontrollieren.
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Die Erfinder haben tatsächlich nach
Selektionsmarkern gesucht, welche geeignet sind, um den Transfer
von Nukleinsäuren
bei Eukaryoten zu kontrollieren, nach Markern, die wirksamer sein
sollten als die gewöhnlich
eingesetzten Marker, welche von prokaryotischen Organismen stammen.
Es ist beispielsweise bekannt, dass die gewöhnlich eingesetzten Marker
(Geneticin G-418, Hygromycin und Bleomycin) von Resistenzgenen,
welche aus Prokaryoten isoliert worden sind, stammen und im allgemeinen
wenig wirksam sind, insbesondere bei Pilzen. Diese Probleme nötigten die
Forscher dazu, sehr hohe Antibiotika-Konzentrationen einzusetzen,
was Probleme hinsichtlich Toxizität und Herstellungskosten hervorrief.
Demzufolge wurden andere Selektionsmaßnahme oder -mittel eingesetzt,
beispielsweise die Selektion durch Methotrexat, die Selektion durch
Auxotrophie u. s. w. Indessen sind diese Selektionsmaßnahmen
oder -mittel nicht allgemein anwendbar. Es besteht folglich ein
Bedarf für
die Herstellung von Systemen, welche für den Einsatz eines wirksameren
und/oder stärkeren
Markers als die bis heute bekannten Marker und bei weniger kostspieligen
Herstellungskosten angepasst sind.
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Cycloheximid könnte einen potentiell interessanten
Marker bilden, um beispielsweise den Transfer von heterologer Nukleinsäure bei
Eukaryoten nachzuweisen. Mit diesem Ziel müssen die Eukaryoten, die man
auf kontrollierbare Weise dank eines Nachweistests bezüglich der
Resistenz gegen Cycloheximid zu modifizieren trachtet, resistent
gegen dieses Antibiotikum unter zufriedenstellenden Bedingungen
gemacht werden, um eine zuverlässige
Kontrolle des Transfers von heterologer Nukleinsäure, welcher entweder zu Forschungszwecken
oder mit dem Ziel einer industriellen Ausnutzung ausgeführt wird,
sicherzustellen.
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Cycloheximid ist ein Antibiotikum,
welches die Proteinsynthese hemmt, indem es an die ribosomale Untereinheit
60S bindet, wie dies STOCKLEIN et al. (1980, Curr. Genetics 1, 177–183) beschrieben
haben.
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Natürlicherweise gegen Cycloheximid
resistente eukaryotische Organismen sind selten; bis zum heutigen
Tage sind Beobachtungen, welche sich auf die Resistenzmechanismen
beziehen, bei einer Mutante eines natürlicherweise gegenüber Cycloheximid
empfindlichen Organismus, der Mutante cyh2 der Hefe Saccharomyces
cerevisiae beschrieben worden. In diesem Zusammenhang wird das Resistenzphänomen durch
eine Modifikation des ribosomalen Proteins L29 verursacht (STOCKLEIN
et al., 1980).
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Diese mutierten zellulären Organismen
sind im allgemeinen gegenüber
niedrigen Cycloheximid-Konzentrationen (in der Größenordnung
von 5–10 μg/ml) resistent.
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Andere Autoren (TAKAGI et al. in
dem U.S.-Patent 4,857,460) haben über Ergebnisse, welche sich auf
die Untersuchung der Resistenz gegen Cycloheximid bei einer anderen
Hefe, Candida maltosa, beziehen, berichtet. Wie präsentieren
eine DNA-Sequenz, welche die Resistenz gegen Cycloheximid bei C.
maltosa bewirkt. Indessen wurde in dieser Sequenz keinerlei Gen,
keinerlei offenes Leseraster identifiziert. In anderen Worten gibt
das U.S.-Patent 4,857,460 keine Charakterisierungselemente eines
Gens, Elemente, die dazu hätten
führen
können,
Modalitäten
für dessen
Verwendung, beispielsweise um von Candida maltosa verschiedene Eukaryoten
auf reproduzierbare Weise zu gegen Cycloheximid resistenten Stämmen zu
transformieren, zu definieren, an.
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Die Erfinder interessieren sich für die Hefe
Kluyveromyces lactis (K. lactis) und haben die Tatsache nachgewiesen,
dass die Resistenz gegen Cycloheximid bei K. lactis von der Expression
eines besonderen Gens abhängt.
Sie haben auch die Tatsache ermittelt, dass an dem Resistenzniveau
dieser Hefe gegenüber diesem
Antibiotikum andere Elemente, welche verbunden sind mit der Anwesenheit
von besonderer DNA, welche eine Rolle als Kofaktor (oder als Kofaktor
(en) fungierende Sequenz (en)) spielt, beteiligt sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsweise
der Erfindung ist die erhaltene Resistenz für Cycloheximid spezifisch,
indem die transformierten, gegen dieses Antibiotikum resistenten
Wirte (cycR-Transformanten) gegenüber mehreren
klassischen Inhibitoren der ribosomalen Funktionen (Cryptopleurin,
Blasticidin, Trichodermin, Anisomycin, Hygromycin) empfindlich sind.
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Die Erfinder haben folglich aus K.
lactis eine Nukleinsäuresequenz
mit einer Größe von etwa
5,2 kb gewonnen, die fähig
ist, einem durch diese Sequenz transformierten zellulären Wirt
ein Resistenzniveau zu verleihen, welches ausreichend hoch ist für die Herstellung
eines Selektionssystems anhand der Resistenz gegen dieses Antibiotikum,
wobei diese Resistenz sich bei einer Cycloheximid-Konzentration über 1 mg/ml
manifestieren kann.
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Innerhalb dieser Nukleinsäuresequenz
haben die Erfinder ein besonderes Gen identifiziert und charakterisiert,
welches ein Protein kodiert, dessen Anwesenheit sich als notwendig
erweist, um das Resistenz-Phänomen
bei K. lactis zu induzieren.
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Dieses besondere Gen kodiert ein
ribosomales Protein, welches für
die Resistenz gegenüber
einer Cycloheximid-Konzentration der Größenordnung von 100 μg/ml verantwortlich
ist. Die vollständige
Resistenz gegen dieses Antibiotikum erfordert bei K. lactis nicht
nur die Anwesenheit dieser Resistenz induzierenden Sequenz, sondern
ferner die Anwesenheit von ergänzenden
DNA-Elementen, welche in der Nukleinsäuresequenz von 5,2 kb, welche
durch die Erfinder bestimmt wurde und nachfolgend beschrieben wird,
enthalten sind. Diese zusätzlichen
Elemente spielen die Rolle von Kofaktoren.
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Die vorliegende Anmeldung hat folglich
Nukleotidsequenzen wie auch ein Protein zum Gegenstand, welche in
der Lage sind, einem zellulären
eukaryotischen Wirt, welcher natürlicherweise
gegenüber
diesem Antibiotikum empfindlich ist oder gegenüber einem niedrigen Konzentrationsniveau
dieses Antibiotikums resistent ist (auch bezeichnet als auf niedrigem
Niveau resistenter Organismus), Resistenz gegen Cycloheximid zu verleihen.
Diese erste Art von Protein kann in der Folge durch den Ausdruck „Resistenzprotein" bezeichnet werden.
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Die Erfindung zielt auch auf eine
Nukleinsäuresequenz,
welche ein Gen umfasst, welches das oben beschriebene Resistenzprotein
bei K. lactis kodiert, wie auch auf Sequenzen, die die Anwesenheit
von Kofaktoren, welche an dem Niveau der durch das oben genannte
Protein verliehenen Resistenz beteiligt sind, bestimmen, ab.
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Sie betrifft gleichfalls das das
Resistenzprotein kodierende Gen und die verschiedenen Nukleinsäurefragmente,
welche die Anwesenheit der Kofaktoren bestimmen.
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Sie zielt auch auf Vektoren zur Klonierung
und/oder Expression dieser Nukleotidsequenzen wie auch durch diese
Vektoren transformierte zelluläre
eukaryotische Wirte ab.
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Ein erstes erfindungsgemäßes Protein
oder Resistenzprotein gegen Cycloheximid ist ein Protein, dessen
Anwesenheit erforderlich und ausreichend ist, um einem natürlicherweise
gegenüber
Cycloheximid empfindlichen Wirt Resistenz gegen dieses Antibiotikum
zu verleihen. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es der folgenden
Aminosäureverknüpfung oder
-sequenz A entspricht oder dass es die Gesamtheit oder einen Teil dieser
Verknüpfung
oder Sequenz A umfasst, welcher) gegebenenfalls modifiziert ist,
sobald das gebildete Protein einem rekombinanten eukaryotischen
Wirt, welcher durch die dieses Protein kodierende Nukleotidsequenz
transformiert ist, unter Bedingungen, die dessen Produktion erlauben,
Resistenz gegen Cycloheximid verleiht.
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Die Eigenschaft dieses Proteins,
Resistenz gegen Cycloheximid zu verleihen, kann ausgewertet werden,
wenn es in einem bestimmten zellulären eukaryotischen Wirt, welcher
natürlicherweise
gegenüber
Cycloheximid in einer Konzentration über einem Schwellenwert, welcher
abhängig
von der Natur des Wirts festgelegt ist, empfindlich ist, produziert
wird und dadurch, dass es erlaubt, bei diesem Wirt eine Resistenz
zu erhalten gegenüber
einer Konzentration, die etwa 5- bis
15-fach höher,
vorzugsweise etwa 10-fach höher
bezogen auf die Cycloheximid-Konzentration,
welche die natürliche
Empfindlichkeit bei diesem Wirt verleiht, ist.
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Insbesondere bei den Hefen ist die
Erhöhung
des Resistenzniveaus ungefähr
10-fach, bei S. cerevisiae ja sogar 100-fach bezogen auf das bei
dem Wildstamm beobachtete Niveau.
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Als Beispiel ist nachfolgend die
Größenordnung
der natürlichen
Empfindlichkeit gegenüber
Cycloheximid von verschiedenen Organismen angegeben:
S. cerevisiae-Hefen:
1 μg/ml
Höhere eukaryotische
Zellen: 1 μg/ml
Tabakpflanzen:
10 μg/ml
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Allgemein manifestiert sich die natürliche Empfindlichkeit
eines bestimmten Organismus, sobald die Anwesenheit von Cycloheximid
in dem Kulturmedium das Wachstum und die Vermehrung des Organismus hemmt.
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Wenn in diesem Text auf einen gegenüber Cycloheximid
empfindlichen eukaryotischen Wirt Bezug genommen wird, muss diese
Bezugnahme so interpretiert werden, dass sie einen jeglichen eukaryotischen
Organismus bezeichnet, welcher der obigen Definition, welche die
Resistenz gegen Cycloheximid betrifft, entspricht.
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Ein erfindungsgemäßes Resistenzprotein gegen
Cycloheximid kann ferner dadurch gekennzeichnet werden, dass es
kodiert wird durch die folgende Nukleotidsequenz I, durch einen
Teil der Sequenz I oder durch eine bezogen auf I modifizierte Sequenz,
sobald das durch diesen Sequenzteil oder diese modifizierte Sequenz
kodierte Protein in der Lage ist, eine Resistenz gegen eine Cycloheximid-Konzentration,
welche wenigstens gleich 100 μg/ml
ist, zu verleihen, wenn er bzw. sie in einen eukaryotischen Wirt,
beispielsweise in die Hefe Saccharomyces cerevisiae, unter Bedingungen,
welche dessen bzw. deren Expression erlauben, eingeführt wird.
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Die Erfindung betrifft gleichfalls
eine Nukleinsäuresequenz,
welche die Sequenz umfasst, welche das Resistenzprotein gegen Cycloheximid
bei K. lactis kodiert, wobei diese Sequenz dadurch gekennzeichnet
ist, dass sie einer der folgenden Definitionen entspricht:
- (a) es handelt sich um eine Nukleinsäuresequenz
von K. lactis von etwa 5,2 kb, die fähig ist, bei K. lactis oder
bei K. cerevisiae eine Resistenz gegen Cycloheximid in einer Konzentration
höher als
1 mg/ml zu verleihen, und die in der 3 definierten
Restriktionsstellen umfasst; die verschiedenen Stellen befinden
sich jeweils an den folgenden Positionen:
- (b) es handelt sich um eine Nukleinsäuresequenz von etwa 5,2 kb,
die die Nukleotidverknüpfung
I umfasst oder mit der komplementären Sequenz der Verknüpfung I
unter Bedingungen hoher Stringenz (0,1 × SSC, 0,1% SDS bei 65°C) hybridisiert
und fähig
ist, bei K. lactis eine Resistenz gegen eine Cycloheximid-Konzentration
höher als
100 μg/ml,
vorzugsweise höher
als 1 mg/ml zu verleihen;
- (c) es handelt sich um eine Nukleinsäuresequenz von etwa 5,2 kb,
die in der folgenden Nukleotidverknüpfung II enthalten ist oder
mit der komplementären
Sequenz der Verknüpfung
II unter Bedingungen hoher Stringenz hybridisiert und fähig ist,
bei K. lactis eine Resistenz gegen eine Cycloheximid-Konzentration
höher als
100 μg/ml,
vorzugsweise höher
als 1 mg/ml zu verleihen;
- (d) es handelt sich um die Nukleinsäuresequenz, welche die Sequenz
von Nukleotiden, die zwischen den Positionen 9 und 2763 der Verknüpfung II
liegt, umfasst, oder eine Sequenz, welche mit der komplementären Sequenz
der Verknüpfung
II unter Bedingungen hoher Stringenz hybridisiert und fähig ist,
bei K. lactis eine Resistenz gegen eine Cycloheximid-Konzentration
höher als
100 μg/ml,
vorzugsweise höher
als 1 mg/ml zu verleihen.
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Wenn eine Nukleinsäuresequenz,
die einer der oben angegebenen Definitionen entspricht, in eine
Hefe, wie S. cerevisiae, eingeführt
wird, verleiht sie dieser Hefe eine Resistenz gegen Cycloheximid
in einer Konzentration höher
als 100 μg/ml,
wobei diese Resistenz sich vorteilhafterweise für eine Cycloheximid-Konzentration
höher als
1 mg/ml manifestiert.
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SEQUENZ
II (Fortsetzung):
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise
der Erfindung entsprechen die beiden unter den Punkten (b) und (c)
oben definierten DNA-Sequenzen außerdem der in der 3 angegebenen Restriktionskarte.
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsweise
der Erfindung wird die oben beschriebene Nukleinsäuresequenz
aus dem mit dem Plasmid Ye23/31 rekombinierten Stamm E. coli DH5α, welcher
bei der CNCM (Collection Nationale de Culture de Microorganismes,
Paris, Frankreich) am 02. Juli 1991 unter der Nummer I-1121 hinterlegt
worden ist, extrahiert.
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Man nennt hier eine „komplementäre Sequenz" einer gegebenen
Nukleinsäuresequenz
eine bezogen auf eine gegebene Sequenz inverse und komplementäre Sequenz.
Der Begriff „invers" berücksichtigt
die Wiederherstellung der 5'-3'-Orientierung der
Nukleinsäure,
die auch aufgrund der Natur der Nukleotide, die diese enthält, zu einer
gegebenen Sequenz komplementär
ist.
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Die Nukleinsäuresequenz von 5,2 kb umfasst
außer
der das sogenannte Resistenzprotein kodierenden Sequenz, welche
oben beschrieben worden ist, die DNA, die man mit dem Begriff „Kofaktor" bezeichnen kann,
die das Resistenzniveau bzw. die Höhe der Resistenz gegen Cycloheximid
bei K. lactis und bei einem durch diese Sequenz transformierten
zellulären
Wirt bestimmt. Diese Kofaktor-DNA ist in der Sequenz II enthalten.
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Die Erfindung betrifft folglich gleichfalls
die folgenden DNA-Fragmente, welche in der oben beschriebenen Sequenz
von 5,2 kb enthalten sind:
das Fragment BamHI(5') – PvuII(3') von etwa 2,3 kb
das
Fragment PvuII(5') – SaII(3') von etwa 3 kb.
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Die Erzielung einer Resistenz gegen
Cycloheximid bei einem gegebenen zellulären Wirt in einer bestimmten
Höhe kann
realisiert werden, indem dieser Wirt mit einer Nukleinsäure, welche
das Resistenzprotein gegen Cycloheximid kodiert, und mit einem DNA-Kofaktor-Fragment,
welches in der Sequenz von 5,2 kb angrenzend oder nicht-angrenzend
an die obige Nukleinsäure
vorhanden ist, transformiert wird, wobei die Einführung dieses
Fragments in den Wirt direkt mit der Bedeutung oder Höhe der festgestellten
Resistenz korreliert ist. Eine Ausführungsweise der Transformation
eines zellulären
Wirts wird auf den folgenden Seiten beschrieben.
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Das Resistenzprotein kann durch Lyse
der Zellen von K. lactis gemäß den in „The Yeasts" (zweite Auflage
durch A. H. Rose und J. S. Harrison, Band 4: 504–505) beschriebenen Schritten
isoliert werden.
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Die Reinigung kann auch anhand von
Affinität
mittels gegen die Sequenz A erzeugten Antikörpern erfolgen. In diesem Falle
führt man
eine Überexpression
des ribosomalen Proteins aus, das dann gemäß den klassischen Techniken
auf einem Polyacrylamidgel gereinigt wird. Die Bande mit dem zu
dem Protein der Sequenz A entsprechenden Molekulargewicht wird entnommen.
Diese Bande ist die hauptsächlich
vorhandene Bande, denn sie resultiert aus der Überexpression des Proteins.
Dieses wird einer Reaktion mit den oben beschriebenen Antikörpern, welche
gemäß den klassischen
Techniken produziert worden sind, wobei es sich insbesondere um
monoklonale Antikörper
handelt, unterzogen.
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Die Erfindung zielt auch auf die
Sequenz ORF A, welche die Nukleinsäure I enthält, ab, wobei ORF A seinerseits
zwischen den Nukleotiden an den Positionen 1 und 1560 der Verknüpfung II
enthalten ist, wobei es sich versteht, dass die zwischen den Nukleotiden
633 und 1222 enthaltene Sequenz einem Intron V entspricht. Die ORF
A-Sequenz umfasst zwei Exons, wobei das eine durch die zwischen
den Nukleotiden 629 und 632 gelegenen Nukleotide ATGG gebildet wird,
das andere Exon durch die Sequenz zwischen den Nukleotiden 1223
und 1539 gebildet wird.
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Die Nukleotidverknüpfung zwischen
den Nukleotiden 1 und 1539 umfasst außer der Sequenz ORF A den Promotor
des Gens.
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Andere im Rahmen der Erfindung besonders
interessante Nukleotidsequenzen sind die folgenden Sequenzen:
- – die
Nukleotidverknüpfung
ORF A als solche oder eine jegliche Nukleotidverknüpfung, welche
mit der zu ORF A komplementären
Sequenz unter den folgenden Bedingungen: 60°C, 2 × SSC, 5 × Denhart, 0,1% SDS, 0,1 mg/ml
Lachssperma-DNA, hybridisiert,
- – die
kodierende Sequenz I (oder Exonphase), welche in der Nukleinsäure ORF
A, welche das Resistenzprotein bei Kluyveromyces lactis kodiert,
enthalten ist und zwischen den Nukleotiden 629 und 1539, welche eine
Sequenz von zwei Exons bilden, von denen das eine zwischen den Nukleotiden
629 und 632 und das andere zwischen den Nukleotiden 1223 und 1539
liegt, enthalten ist,
- – die
Sequenz IV, welche die Nukleotide 1561 und 2740 umfasst und der
Verknüpfung
entspricht, welche zwischen den Nukleotiden 1540 und 2763 liegt,
die als Kofaktor bezeichnet wird und fähig ist, die durch das Resistenzprotein
verliehene Resistenz gegen Cycloheximid zu erhöhen,
- – die
Intronphase V von ORF A,
- – die
Nukleotidverknüpfung
III, welche durch die Nukleotide 1 und 628, spezieller 8 und 628
begrenzt wird, die die Regulationselemente der Expression von ORF
A und insbesondere die Transkriptionspromotorregion der Sequenz
ORF A enthält;
dieser Promotor enthält
insbesondere regulatorische Regionen der Promotoren von Proteinen,
welche für
die Ribosome charakteristisch sind, Regionen vom Typ „UASRPG",
wie von W. H. Mager (Biochem. Biophys. Acta (1988) 949: 1–15) beschrieben.
Diese sogenannten ribosomalen Proteine werden in den Kern der Zelle,
die diese produziert, importiert, wo sie zu Ribosomen zusammengebaut werden;
- – die
zwischen den Nukleotiden 1561 und 2740 enthaltene Sequenz IV, welche
als Kofaktor bezeichnet wird und fähig ist, die durch das Resistenzprotein
verliehene Resistenz gegen Cycloheximid zu erhöhen.
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Die Erfindung hat auch rekombinante
Vektoren insbesondere für
die Klonierung und/oder die Expression der Proteine, deren Eigenschaften
bzw. Merkmale zuvor angegeben worden sind, zum Gegenstand.
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Diese Expressionsvektoren sind gekennzeichnet
durch den Einbau einer unter den Vorangegangenen ausgewählten Nukleotidsequenz
an einer von deren für
deren Replikation nicht essentiellen Stellen unter der Kontrolle
der für
deren Expression in einem ausgewählten
zellulären
eukaryotischen Wirt erforderlichen Regulationselemente, wobei diese
Regulationselemente insbesondere einen Promotor, welcher gegebenenfalls
induzierbar ist, und eine Transkriptionsterminationssequenz umfassen.
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Ein solcher Vektor kann eine Nukleotidsequenz,
welche ein Protein, welches als Resistenzprotein gegen Cycloheximid
bezeichnet wird, kodiert, allein oder in Kombination mit einer als
Kofaktor fungierenden Nukleotidsequenz, welche der zuvor angegebenen
Definition entspricht, umfassen.
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Die Erfindung zielt außerdem auf
Vektoren ab, welche den obigen Definitionen entsprechen, welche dadurch
gekennzeichnet sind, dass sie außerdem eine bestimmte heterologe
Nukleinsäu re
enthalten, beispielsweise eine Nukleinsäure, welche ein Protein von
pharmazeutischem oder industriellem Interesse kodiert, wobei diese
Nukleinsäure
unter der Kontrolle von Regulationselementen, die für deren
Expression in dem Wirt erforderlich sind, steht, wobei diese Elemente
mit den Sequenzen, welche die Transkription der Nukleotidsequenzen,
welche an der Resistenz gegen Cycloheximid beteiligt sind, kontrollieren,
zusammenfallen können.
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Das erfindungsgemäße Resistenzsystem erlaubt
vorteilhafterweise, die Insertion von heterologen Sequenzen, wie
jener des menschlichen Serumalbumins, des Hepatitis B-Oberflächenantigens,
in Hinblick auf deren Expression in einem eukaryotischen Wirt zu
kontrollieren.
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Als Beispiel kann man Vektoren vom
Typ eines replikativen Plasmids, integrative Vektoren, wie pSVL (Pharmacia),
einsetzen. Ein solcher Vektor kann beispielsweise die das der Sequenz
A entsprechende Protein kodierende Nukleotidsequenz, welcher ihr
Intron fehlt, enthalten.
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Es ist für die Ausführung der Erfindung allgemein
interessant, Vektoren mit hoher Kopienzahl (Multicopy-Plasmide)
einzusetzen, insbesondere wenn die transformierten Zellen eukaryotische
Zellen sind.
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Gemäß der Erfindung bevorzugte
Vektoren sind Vektoren, die für
die Expression in Hefen insbesondere von industriellem Interesse,
die man mit einem Resistenzmarker zu markieren wünscht, beispielsweise wenn
man über
keinen Auxotrophie-Marker verfügt,
angepasst sind, wobei eine besondere Hefe Pichia pastoris oder S.
pombe ist, oder Vektoren, welche für die Expression in einer tierischen
Zelle eines höheren
Eukaryoten angepasst sind, beispielsweise das Baculovirus, oder
ferner Vektoren, die für
die Expression in einer pflanzlichen Zelle, wie den Tabakpflanzen,
angepasst sind. Es können
beispielsweise Affenzellen oder Zellen von Mäusen transformiert werden.
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Ein im Rahmen der Erfindung besonders
vorteilhafter Vektor ist das Plasmid Ye23/31, mit welchem der bei
der CNCM am 02. Juli 1991 unter der Nummer I-1121 hinterlegte E.
coli-Stamm DHSa transformiert ist.
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Die Erfindung zielt außerdem auf
eine eukaryotische Zelle ab, welche dadurch gekennzeichnet ist,
das sie durch einen Vektor, welcher den obigen Charakteristiken
entspricht, transformiert ist, und insbesondere dadurch, dass es
sich um eine Hefezelle, beispielsweise Pichia pastoris, eine tierische
Zelle eines höheren
Eukaryoten, beispielsweise eine Insektenzelle oder eine Säugetier-,
insbesondere Mäuse-
oder Affenzelle, eine menschliche Zelle oder ferner eine pflanzliche
Zelle handelt.
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Eine solche rekombinante Zelle kann
durch alle Verfahren zur Insertion von heterologen Sequenzen, die
geläufigerweise
für die
Herstellung von rekombinanten zellulären Wirten eingesetzt werden,
erhalten werden. Man kann insbesondere die von M. Becker, L. Garente
in Method in Enzymology (1991, Band 194: 182–187) beschriebene Elektroporationstechnik
anwenden.
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Man kann gleichfalls auf die Techniken
zurückgreifen,
die in der Patentanmeldung WO 84/02913 zu dem Thema der Insertion
in pflanzliche Zellen von bezogen auf die Nukleinsäuresequenzen,
welche in solchen Zellen natürlicherweise
enthalten sind, heterologen Nukleotidsequenzen beschrieben werden.
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Als eine Anwendungsmöglichkeit
können
die zuvor beschriebenen Resistenzproteine in einem Selektionssystem
eingesetzt werden, das in spezifischer Weise auf einen Marker vom
Typ Cycloheximid reagiert, um die Einführung oder Aufnahme einer heterologen
Sequenz in einen eukaryotischen Wirt, welche Sequenz man in diesem
Wirt zu exprimieren wünscht,
zu kontrollieren. Die Selektion wird dann umso einfacher sein, wenn
die Resistenz mittels einer hohen Konzentration von Antibiotikum
verifiziert werden kann, wobei diese Resistenz dann aus der Assoziation
des obigen Resistenzproteins mit einem zuvor definierten Kofaktor
resultiert.
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Es ist im Rahmen der Erfindung besonders
interessant, Proteine herzustellen, welche erlauben, eine Resistenz
gegen eine Konzentration von etwa 100 μg/ml, ja sogar 1 mg/ml Cycloheximid
zu erhalten. Es ist außerdem
in bestimmten Fällen
sehr vorteilhaft, Resistenzproteine gegebenenfalls in Assoziation
mit einem Kofaktor, welcher zu einer Resistenz bei einer Konzentration
von etwa 1 mg/ml Cycloheximid führt,
zu erhalten.
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Die Erfindung zielt außerdem auf
ein Verfahren zur Kontrolle des Vorhandenseins einer heterologen Nukleinsäure in einem
zellulären
Wirt ab, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst:
- – die
Transformation des zellulären
Wirts mit einem Expressionsvektor, der in Stellen, die nicht essentiell für seine
Replikation sind, die heterologe Nukleinsäure einerseits, eine ein Resistenz protein
kodierende Nukleotidsequenz andererseits und gegebenenfalls eine
als Kofaktor fungierende Nukleotidsequenz unter der Kontrolle der
für die
Expression dieser Sequenzen in dem gewählten zellulären Wirt
erforderlichen Regulationselemente umfasst,
- – die
Kultivierung des so transformierten zellulären Wirts,
- – das
Inkontaktbringen des Wirts mit einer bestimmten Cycloheximidkonzentration
und den Nachweis der Resistenz des Wirts gegenüber diesem Antibiotikum.
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Die Erfindung hat auch ein Verfahren
zur Gewinnung von Zellen, welche Resistenz gegen Cycloheximid exprimieren,
wie in den vorangegangenen Seiten beschrieben, zum Gegenstand, welches
durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- – Transformation
eines gegebenen zellulären
Wirts durch eine Nukleinsäuresequenz
der Erfindung, welche vorab in ein Plasmid des Wirts insertiert
worden ist, unter Bedingungen, welche die Expression der oben genannten
Nukleinsäuresequenz
erlauben;
- – Kultivierung
der transformierten Zellen (Transformanten) in einem kompletten
Medium, welches eine sehr niedrige Cycloheximid-Konzentration, vorzugsweise
unter 2 μg/ml,
enthält;
- – Gewinnung
der bei einer Cycloheximid-Konzentration über 1 bis 10 μg/ml resistenten
Stämme.
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Handelt es sich beispielweise um
Hefen, werden die oben beschriebenen Schritte unter den folgenden Bedingungen
ausgeführt:
- – die
Kultivierung der Transformanten erfolgt bei einer Temperatur zwischen
etwa 29°C
und etwa 30°C,
vorzugsweise 30°C,
in Gegenwart einer Cycloheximid-Konzentration unter 2 μg/ml während 12
bis 36 h,
- – die
ausgehend von dieser Kultur ausgewählten Stämme sind jene, die bei einer
Kultivierung in Gegenwart von 100 μg/ml Cycloheximid erhalten bleiben,
- – das
komplette Kulturmedium enthält
10 g/l Hefeextrakt („yeast
extract"), 20 g/l
Bacto-Pepton und 20 g/l Glucose.
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Der Kultivierungsschritt der Transformanten,
der oben diskutiert wird, wird vorzugsweise während einer Dauer von 12 bis
18 h bei 30°C
nach einer Transformation in einem kompletten flüssigen Medium bei sub-limitierenden
Konzentrationen (1 μg/ml)
ausgeführt.
Diese Konzentration kann abhängig
von dem eingesetzten Hefestamm und der eingesetzten Hefespezies
angepasst werden.
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Für
eukaryotische Zellen, wie beispielsweise die LTK–-Zellen
(von der Maus), kann das Kulturmedium ein Dulbecco-Medium sein,
welches durch 10% Serum von neugeborenen Kälbern und durch ein fungizides Antibiotikum
modifiziert worden ist.
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Die rekombinanten Klone werden gemäß der von
Delpeyroux, F., et al. im Journal of Virology (Dez. 1990, Band 64
(12): 6090–6100)
beschriebenen Technik ausgewählt
oder selektiert.
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Zusammengefasst, werden die Zellen
mit 10-mal mehr rekombinantem Plasmid als Vektor, welcher das Resistenzgen
gegen das Antibiotikum G418 enthält,
(Colbere – Garapin,
F., et al., 1981, J. Mol. Biol. 150: 1–14) cotransfiziert. Nach drei
Wochen werden die gegen G418 resistenten Klone in ein Kulturmedium,
welchem Cycloheximid in einer Konzentration von 1 bis 10 μg/ml hinzugesetzt
worden ist, überführt.
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Wenn der zelluläre Wirt S. cerevisiae ist, kann das Plasmid, welches
die Nukleotidsequenz der Erfindung enthält, ein episomales Plasmid
mit hoher Kopienzahl aus der Familie der YEp-Plasmide, beispielsweise das Plasmid
2 μ von
S. cerevisiae oder das episomale Plasmid mit hoher Kopienzahl Ye
23/31 sein.
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Andere Vorteile und Merkmale der
Erfindung gehen aus den Beispielen und den Figuren, die folgen, hervor.
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1: Klonierungsvektor, welcher das DNA-Fragment
von K lactis von etwa 5,2 kb, welches Resistenz gegen Cycloheximid
verursacht, enthält.
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Es wurde eine genomische Bank des
Stamms K. lactis 2359-152, welcher gegen mehrere mg/ml Cycloheximid
resistent ist, konstruiert. Diese Bank wird in einem E. coli/S.
cerevisiae-Shuttle-Vektor:
pEMBL Ye 23 (Baldari et al., 1985, Gene 35: 27–32, 1) realisiert. Die chromosomale DNA von
K. lactis wurde partiell durch das Enzym Sau3A verdaut, dann auf
einem Sucrose-Gradienten fraktioniert. Die eine DNA mit einer Größe zwischen
4 und 9 kb enthaltenden Fraktionen wurden vereinigt und die DNA
in den zuvor an der in dem Gen der β-Galactosidase gelegenen BamHI-Stelle
geschnittenen und dephosphorylierten Vektor Ye 23 ligiert. Diese
Ligationsmischung hat erlaubt, den Stamm E. coli XL1 zu transformieren,
und die rekombinanten Transformanten wurden auf einem Medium, welches
erlaubte, eine Insertion in das β-Galactosidasegen
sichtbar zu machen, selektiert. Auf diese Weise wurden 23000 Klone
von rekombinanten E. coli selektiert. Die Analyse der Plasmide von
fünfzig
Klonen durch Re striktion erlaubte es, die mittlere Größe des DNA-Inserts
von K. lactis zu 5 kb abzuschätzen,
was eine Wahrscheinlichkeit, ein spezielles Gen zu erhalten, von
99,5% ergibt.
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E. coli-Stamm XL1 (von der Firma
Stratagene entwickelter Stamm): endA1, hsdR17 (rk–,
mk+), supE44, thi–, λ–,
recA1, gyrA96, relA1, Δ(lac),
F', proAB, laciq
ZΔM15, Tn10
(tetr,
-
S. cerevisiae-Stamm OL1: α, leu2-3,
leu2-112, his3-11, his3-15, ura3-251, ura3-273.
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2: Sequenziertes Fragment der DNA von
K. lactis, welche Resistenz gegen Cycloheximid verursacht (Sequenz
II)
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3: Restriktionskarte des DNA-Fragments
von 5,2 kb von K lactis, das in die BamHI-Stelle des Vektors Ye 23
(C. Baldari et al., Gene (1985) 35:27) insertiert worden ist
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Das sequenzierte SaII-PvuII-Fragment
(2,8 kb) enthält
das ribosomale Protein. Die verschiedenen Stellen befinden sich
jeweils an den folgenden Positionen:
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4: Resistenz gegen Cycloheximid verleihendes
Protein, welches durch die DNA von K. lactis kodiert wird
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BEISPIELE
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I – Klonierung des DNA-Fragments
von K lactis, welches die Resistenz gegen Cycloheximid verursacht
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I.1) Konstruktion einer
K. lactis-Bank in S cerevisiae
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Es wurde eine genomische Bank des
Stamms K. lactis 2359-152 (WESOLOWSKI et al., 1982, Curr. Genetics
5: 191–197),
welcher gegen Konzentrationen von mehreren mg/ml Cycloheximid resistent
war, konstruiert. Diese Bank wurde in einem E. coli/S. cerevisiae-Shuttle-Vektor:
pEMBL Ye 23 (BALDARI et al., 1985, Gene 35: 27–32) realisiert (1). Die chromosomale DNA
von K. lactis wurde partiell durch das Enzym Sau3A verdaut, dann
auf einem Sucrose-Gradienten
fraktioniert. Die eine DNA mit einer Größe zwischen 4 und 9 kb enthaltenden
Fraktionen wurden vereinigt und in den zuvor an der in dem β-Galactosidasegen
gelegenen BamHI-Stelle
geschnittenen und dephosphorylierten Vektor Ye 23 ligiert. Diese
Ligationsmischung hat erlaubt, den E. coli-Stamm XL1 (BULLOCK et
al., 1987, Biotechniques 5, 376–379)
zu transformieren, und die rekombinanten Transformanten wurden auf
einem Medium, welches es erlaubte, eine Insertion in das Gen der β-Galactosidase
sichtbar zu machen, selektiert. Es wurden 23000 Klone von rekombinanten
E. coli selektiert. Die Analyse der Plasmide von fünfzig Klonen
durch Restriktion hat erlaubt, die mittlere Größe des DNA-Inserts von K. lactis
auf 5,2 kb abzuschätzen,
was eine Wahrscheinlichkeit, ein spezielles Gen zu erhalten, von
99,5% ergibt.
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I.2) Transformation von
S. cerevisiae und Gewinnung von gegen Cycloheximid resistenten Zellen
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Der Stanzen OL1 von S. cerevisiae
(BOY-MARCOTTE et al., 1982, Gene 20: 433–440), welcher gegenüber Konzentrationen
unter 1 μg/ml
Cycloheximid empfindlich ist, wurde mit aus der Bank extrahierter
DNA transformiert. Zunächst
wurden die Transformanten auf Uracil-Prototrophie gescreent, was es erlaubte,
die gesamte Menge von Transformanten auszuwerten. Als nächstes haben
wir diese Transformanten auf ein Medium, welches Cycloheximid in
zwei Konzentrationen: 10 bzw. 100 μg/ml, enthielt, durch Replikation überführt. Es
wurden 35000 URA+-Transformanten erhalten, von denen 7 gegen Konzentrationen über 100 μg/ml Cycloheximid
resistent sind. Nach der Analyse erweist sich, das unter den 7 übrigbleibenden
Klonen 6 die von K. lactis stammende DNA in ihr Genom integriert
haben. Bei der siebten Transformante war der Resistenzcharakter
indessen auf dem Plasmid Ye 23/31, welches von dem Vektor pEMBLYe23
abgeleitet worden war, verblieben. Diese Transformante ist gegenüber sehr
hohen Cycloheximid-Konzentrationen, welche 1 mg/ml überschreiten,
resistent. Das DNA-Fragment, welches die Resistenz gegen Cycloheximid
verursacht, ist ungefähr 5,2
kb.
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Andererseits bleibt bei den Transformanten,
die das DNA-Fragment von K. lactis in ihr Genom integriert haben,
das Resistenzphänomen
bei einem diploiden Heterozygoten für diesen Marker erhalten. Der „Cycloheximid-resistente" Charakter ist folglich
dominant.
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I.3) Für die Resistenz gegen Cycloheximid
verantwortliches Protein
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Die Gesamtheit dieses Fragments wurde
in pBluescript-Phagemidvektoren (Stratagene) insertiert. Es wurden
mit Hilfe des Enzympaars ExoIII/S1 verschiedene gerichtete Deletionen
ausgeführt.
Die Sequenzierung der einzelsträngigen
DNA erfolgte mit Hilfe der Sanger-Technik unter Verwendung von universellen
Primern oder von Primern, welche im Labor ausgehend von der Sequenz
selbst synthetisiert worden waren.
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Ein Fragment der so erhaltenen Sequenz
ist in 2 gezeigt. Sie
enthält
insbesondere ein offenes Leseraster ORF A.
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ORF A-Region:
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Diese Leseraster-Region ist 320 bp
lang (2) und sie weist
ein Intron von 590 bp auf. Dieses Intron befindet sich am 5'-Ende des Gens, nach
der ersten Base nach dem ATG. Das durch das Exon kodierte Protein umfasst
150 Aminosäuren
(4). Die Homologierecherche
mit Hilfe der EMBL- und GENEBANK-Datenbanken zeigt, dass das ORF
A auf der Ebene der Aminosäuren
zu 75% zu dem ribosomalen Protein L36a der Ratte (GALLAGHER et al.,
1988, DNA 7: 269–273)
homolog ist und zu 74% homolog ist zu einem menschlichen ribosomalen
Protein (DAVIES et al., 1986, Gene 45: 183–191), das seinerseits homolog
ist zu dem ribosomalen Protein rp44 (auch bezeichnet als L41) von
S. cerevisiae (ITOH, 1978, FEBS Lett. 96: 399–402).
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Diese Sequenz ist ausreichend, um
ein erhöhtes
Resistenzniveau gegenüber
Cycloheximid hervorzurufen; indessen ist dieses Niveau niedriger
als jenes, das bei den Transformanten, welche das anfängliche Fragment
von 5,2 kb aufweisen, beobachtet wird.
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I.4) Expression des Leserasters
A:
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Um zu bestimmen, in welchem Maße das sogenannte
Resistenzprotein für
das Phänomen
der Resistenz gegen Cycloheximid verantwortlich ist, wurde der gleiche
Stamm von S. cerevisiae unter den gleichen Bedingungen mit einem
Vektor, welcher einzig das ORF A enthielt, transformiert. Die Transformanten,
die das ORF A aufweisen, sind gegen Cycloheximid resistent. Indessen
ist das beobachtete Resistenzniveau (100 μg/ml) etwa 10-mal niedriger
als jenes, welches beobachtet wird, wenn ORF A mit der Kofaktor-DNA,
welche in dem vollständigen Fragment
von 5,2 kb enthalten ist, assoziiert ist (1000 μg/ml). Im Gegenzug bringt die Deletion
der ORF A-Sequenz die Aufhebung der Resistenz mit sich.
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Schlussfolgerungen:
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Es wurde ein für das Phänomen der Resistenz gegen Cycloheximid
verantwortliches Gen auf einem DNA-Fragment von K. lactis isoliert.
Dieses System umfasst ein ribosomales Protein (ORF A), welches sehr stark
analog zu den ribosomalen Proteinen L36a vom Menschen und von der
Ratte sowie dem rp44 (oder L41) von S. cerevisiae ist. Dieses Protein
ist erforderlich, um das Resistenzphänomen hervorzurufen, aber nicht ausreichend,
um eine vollständige
Resistenz gegenüber
dem Antibiotikum zu erhalten. Es ist die Anwesenheit eines auf dem
klonierten Fragment von 5,2 kb von K. lactis lokalisierten Kofaktors
erforderlich, um eine Resistenz in einer Höhe von etwa 1 mg/ml bei K.
lactis zu erhalten.