HU209941B - Method for identifying and using biosynthetic or regulatory genes for enhanced production of beta-lactam antibiotics, these comprising vector, and transformation of fungi cells - Google Patents
Method for identifying and using biosynthetic or regulatory genes for enhanced production of beta-lactam antibiotics, these comprising vector, and transformation of fungi cells Download PDFInfo
- Publication number
- HU209941B HU209941B HU410589A HU410589A HU209941B HU 209941 B HU209941 B HU 209941B HU 410589 A HU410589 A HU 410589A HU 410589 A HU410589 A HU 410589A HU 209941 B HU209941 B HU 209941B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- gene
- dna
- sequence
- vector
- genes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
A találmány új eljárásokat és összetételeket ismertet másodlagos metabolitok fokozott termelése céljára. Az eljárásokkal olyan szekvenciák azonosítására van lehetőség, amelyekkel ha másodlagos metabolitot termelő gazdasejteket transzformáinak, fokozzák a másod- lagos metabolit termelését. Az eljárást a penicillin példáján mutatják be. Vonatkozik tehát a találmány a P. chrysogenum aciltranszferáz gén izolálására és szekvencia analízisére is, az izolált gén vektorba építésére, és a vektorral a gomba gazdasejt transzformálására. HU 209 941 A leírás terjedelme: 26 oldal (ezen belül 12 lap ábra)The present invention provides novel methods and compositions for the production of increased secondary metabolites. The methods allow for the identification of sequences which, when transformed into host cells that produce a secondary metabolite, enhance the production of the secondary metabolite. The procedure is illustrated by the example of penicillin. Thus, the invention also relates to the isolation and sequence analysis of the acyltransferase gene of P. chrysogenum, for incorporation of the isolated gene into a vector, and for vector transformation of the fungal host cell. EN 209 941 Description range: 26 pages (including 12 sheets)
Description
A találmány β-laktám antibiotikumok fokozott termeléséhez használható gének izolálására, klónozására, vektorba építésére, és az adott antibiotikumot termelő gomba gazdasejtek transzformálására vonatkozik.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the isolation, cloning, insertion into a vector of genes for enhanced production of β-lactam antibiotics and transformation of fungal host cells producing said antibiotic.
Az utóbbi négy évtizedben a klasszikus törzsfejlesztő eljárások eredményeként rendkívüli módon megnövekedett a penicillin termelés. Ezek a klasszikus törzs-fejlesztő eljárások elsősorban a Penicillium chysogenum rendszertelen mutagén kezelésén, s ezt követően a több penicillint termelő mutánsok kiválasztásán alapultak. A klónozó technikák fejlődése azonban egy potenciálisan új eszközt nyújtott ahhoz, hogy e gombában a penicillin termelését tovább javítsuk.Over the past four decades, classical strain development techniques have resulted in an enormous increase in penicillin production. These classical strain development techniques were based primarily on the systemic treatment of Penicillium chysogenum mutant mutation followed by the selection of multiple penicillin producing mutants. However, advances in cloning techniques have provided a potentially new tool for further improving penicillin production in this fungus.
A penicillint a P. chrysogenum fonalas gomba termeli, néhány enzimatikus lépés folyamán [például: E. Alvarez és mtsai, Antimicrob. Agents Chemother., 31, 1675-1682 (1987)]. Ezeket a lépéseket az 1. folyamat ábra mutatja be. A szabadalmi leírásban végig azokról a génekről beszélünk, amelyek közvetlenül részt vesznek a bioszintetikus folyamatban, tehát olyan génekről, amelyek egy másodlagos metabolit képződéséhez vezető több lépéses folyamatban az aktív enzimeket kódolják. Azaz a penicillin G vagy V termelése esetében az 1. folyamat ábrán bemutatott enzimeket kódoló génekről van szó. Az első reakció a ó-(l-a-aminoadipil)L-ciszteinil-D-valin tripeptid képződése a-amino-adipinsavból, ciszteinből és valinból. A reakcióért felelős enzim az ACV szintetáz (a továbbiakban ACVS), amely egy nagymolekulájú, többfunkciós enzim. A tripeptid gyűrűs formává alakítását az izopenicillin N szintetáz (a továbbiakban IPNS) vagy cikláz végzi. A reakciótermék az izopenicillin N. Ez egy olyan vegyület, amely a tipikus gyűrűs β-laktám szerkezetet tartalmazza és antibakteriális hatást fejt ki. A penicillin képződésének utolsó lépésében az izopenicillin N a-amino-adipinsav oldallánca egy erősebben hidrofób oldallánca cserélődik ki. Az ipari termelésben az általánosan használt hidrofób oldallánc vagy a fenil-ecetsav melynek eredménye a penicillin G- vagy a fenoxi-ecetsav, melynek eredménye a penicillin V. Felvetették, hogy az oldallánc kicserélődési reakciót egyetlen enzim katalizálja [A. L. Demain és N. A. Solomon (szerkesztők):Penicillin is produced by the filamentous fungus P. chrysogenum during some enzymatic steps [e.g., E. Alvarez et al., Antimicrob. Agents Chemother., 31, 1675-1682 (1987)]. These steps are illustrated in Figure 1. Throughout the patent, genes that are directly involved in the biosynthetic process are described, that is, genes that encode active enzymes in a multi-step process leading to the formation of a secondary metabolite. That is, the G or V production of penicillin are genes encoding the enzymes shown in Figure 1. The first reaction is the formation of the o- (1-α-aminoadipyl) L-cysteinyl-D-valine tripeptide from α-aminoadipic acid, cysteine and valine. The enzyme responsible for the reaction is ACV synthetase (hereinafter ACVS), a large-molecule, multifunctional enzyme. The cyclic formation of the tripeptide is accomplished by isopenicillin N synthetase (hereinafter IPNS) or cyclase. The reaction product is isopenicillin N. It is a compound containing the typical cyclic β-lactam structure and has antibacterial activity. In the final step of penicillin formation, a more hydrophobic side chain of the N-α-aminoadipic acid side chain of isopenicillin is replaced. In industrial production, the commonly used hydrophobic side chain or phenylacetic acid resulting in penicillin G or phenoxyacetic acid resulting in penicillin V. It has been suggested that the side chain exchange reaction is catalyzed by a single enzyme [A. L. Demain and N.A. Solomon (editors):
Antibiotics containing the β-lactam structure I. Springer Verlag, Berlin (1983); A. L. Demain közlése a 189-228. oldalon]. Mindazonáltal a kétlépéses reakció lehetősége is fennáll, melynek közti terméke a 6-APA (E. Alvarez és mtsai, lásd fent). Megállapították, hogy a végső reakcióban résztvevő enzim az acilCoA:6-APA aciltranszferáz (a továbbiakban AT), melyet homogenitásig tisztítottak (E. Alvarez és mtsai, lásd fent). Egy második olyan enzim részvételét, amely az IPN->6APA reakciót katalizálná, eddig sem meg nem erősítették, sem nem zárták ki.Antibiotics containing the β-lactam structure I. Springer Verlag, Berlin (1983); A. L. Demain Publication 189-228. Site]. However, there is also the possibility of a two-step reaction, the product of which is 6-APA (E. Alvarez et al., Supra). The enzyme involved in the final reaction was found to be acylCoA: 6-APA acyltransferase (hereinafter AT), which was purified to homogeneity (E. Alvarez et al., Supra). The involvement of a second enzyme that catalyzes the IPN-6APA reaction has not been confirmed or ruled out so far.
Nem tisztázott, vajon egy vagy több enzimreakció határolja be a penicillin bioszintézisének sebességét, s ha van ilyen, melyik enzimatikus folyamat vesz részt ebben.It is unclear whether one or more enzymatic reactions limit the rate of penicillin biosynthesis and, if so, which enzymatic process is involved.
Minthogy a penicillin bioszintézisének folyamata három aminosavval kezdődik, amelyek mindegyike egyébként más anyagcsere folyamatok részét képezi, úgy ezek a folyamatoknak a szabályozó lépései szintén befolyásolhatják a penicillin bioszintézisét. Másrészt, a penicillin termelés alá van vetve a szén katabolizmus represszióból és a nitrogén forrás szabályozásából álló komplex mechanizmusnak [H. Kleinkauf, H. von Döhren, H. Donnauer és G. Nesemann (szerkesztők): Reguládon of secondary metabolite formádon. VCH Verlaggesellschaft, Weinheim (1985); J. F. Martin és mtsai közlése a 41-75. oldalon]. Szabályozó proteinek szintén szerepelnek az ilyen típusú szabályozásban. Megállapították, hogy ezek a szabályozó proteinek és az általuk szabályozott proteinek közvetve résztvesznek egy másodlagos metabolit, ebben az esetben a penicillin, bioszintetikus folyamatában.Because the process of penicillin biosynthesis begins with three amino acids, each of which is otherwise part of other metabolic pathways, these regulatory steps of these processes may also influence penicillin biosynthesis. On the other hand, penicillin production is subject to a complex mechanism of carbon catabolism repression and nitrogen source control [H. Kleinkauf, H. von Döhren, H. Donnauer, and G. Nesemann (editors): Reguládon of secondary metabolite formád. VCH Verlaggesellschaft, Weinheim (1985); J.F. Martin et al., Pp. 41-75. Site]. Regulatory proteins are also involved in this type of regulation. These regulatory proteins and the proteins they regulate have been found to indirectly participate in the biosynthetic pathway of a secondary metabolite, in this case penicillin.
A penicillin G bioszintézisében résztvevő enzimek közül mostanáig csak egynek, az izopenicillin N szintetáznak (IPNS) vagy cikiáznak a génjét klónozták és szekventálták [L. G. Carr és mtsai, Gene, 48, 257-266 (1986)], felhasználva a megfelelő Acremonium chrysogenum gént [S. M. Sámson és mtsai, Natúré, 318, 191-194 (1985)]. Ez utóbbi gént klónozták és azonosították úgy, hogy az IPNS proteint tisztították, meghatározták amino-terminális aminosav szekvenciáját, előállítottak e szekvencia alapján egy szintetikus oligode1. FOLYAMATABRATo date, only one of the enzymes involved in penicillin G biosynthesis has been cloned and sequenced, the isopenicillin N synthase (IPNS) or cyclic [L. G. Carr et al., Gene, 48: 257-266 (1986)] using the appropriate Acremonium chrysogenum gene [S. M. Samson et al., Natur. 318, 191-194 (1985)]. The latter gene was cloned and identified by purifying the IPNS protein, determining the amino-terminal amino acid sequence, and generating a synthetic oligode1 based on this sequence. FLOW CHART
L-ciszteinL-cysteine
L- a -amino-adipinsav.L-α-amino adipic acid.
ACV-szintetáz (ACVS)ACV synthetase (ACVS)
L-valin δ -(L- a -amino-adipil)-L-ciszteinil-D-valin izopenicillin N (IPN)L-valine δ - (L-α-aminoadipyl) -L-cysteinyl-D-valine isopenicillin N (IPN)
Izopenicilin N szintetáz (IPNS; cikláz) acil-KoA:IPN aciltranszferáz (AT) penicillin -G vagy -VIsopenicillin N synthetase (IPNS; cyclase) acyl-CoA: IPN acyltransferase (AT) penicillin -G or -V
' 6-aminopenicillán sav .(6-APA) fenil-ecetsav vagy fenoxi-ecetsav6-Aminopenicillanic acid (6-APA) phenylacetic acid or phenoxyacetic acid
HU 209 941 Β zoxinukleotidokból álló készletet és egy kozmid genomiális gyűjteményt szondáztak ezen oligodezoxinukleotidok keverékével (S. M. Sámson, lásd fent).A set of zoxynucleotides and a cosmid genomic library were probed with a mixture of these oligodeoxynucleotides (S. M. Samson, supra).
A törzs javítására irányuló kísérletek, amelyekben a klónozott Penicillium chrysogenum izopenicillin N szintetáz géneket használták, a Penicillium chrysogenumban fokozott enzim aktivitást eredményeztek, de sem a penicillin termelés nem javult, sem nem észlelték a penicillin szintézis stimulációját [P. L. Skatrud és mtsai: poszter bemutatás a Society of Industrial Microbiology 1987. évi összejövetelén, (Baltimore, 1987. augusztus) kivonatát közölte a SÍM News (37. kötet, 77. old., 1987)].Attempts to improve the strain using the cloned Penicillium chrysogenum isopenicillin N synthetase genes resulted in increased enzyme activity in Penicillium chrysogenum but neither improved penicillin production nor stimulated penicillin synthesis [P. L. Skatrud et al., Poster Presentation at the 1987 Meeting of the Society of Industrial Microbiology, (Baltimore, August 1987), excerpted by SIM News (Vol. 37, p. 77, 1987)].
Kimutatták, hogy a β-laktám antibiotikumok bioszintézise glükóz repressziónak van alávetve [J. F. Martin és P. Lírás, TIBS, 3, 39^14 (1985)]. A glükóz okozta represszió kétségtelenül az ACVS hatására bekövetkező' tripeptid képződés és az IPNS aktivitás érdekében történik [Revilla és mtsai, J. Bact., 168, 947952 (1986)]. Másrészt, ami az aciltranszferázt illeti, az adatok kevésbé meggyőzőek. Revilla és mtsai (lásd fentebb) közölték, hogy az AT nincs alávetve glükóz repressziónak, de más adatok alapján feltételezhető, hogy glükóz jelenlétében az AT-nak nincs, vagy legalábbis csökkent az aktivitása [B. Spencer és T. Maung, Proc. Biochem. Soc., 29-30 (1970)].Biosynthesis of β-lactam antibiotics has been shown to undergo glucose repression [J. F. Martin and P. Lir, TIBS, 3, 39-4 (1985). Glucose repression is undoubtedly in the interest of ACVS tripeptide formation and IPNS activity (Revilla et al., J. Bact., 168, 947952 (1986)). On the other hand, as far as acyltransferase is concerned, the data are less convincing. Revilla et al., Supra, have reported that AT is not subject to glucose repression, but other data suggest that AT does not have, or at least reduced, its activity in the presence of glucose [B. Spencer and T. Maung, Proc. Biochem. Soc., 29-30 (1970)].
Nem ismert, hogy a glükóz okozta represszió az expresszió mely folyamatánál fejti ki hatását; ez a hatás vagy a transzkripció vagy a transzláció szintjén jelenhet meg. Ha az előbbi szabályozás érvényes, úgy a termelő és nem termelő tenyészetek közti mRNS szint különbségeket fel lehetne használni az említett gén izolálására.It is not known which glucose repression exerts its effect on expression; this effect may occur at either the level of transcription or translation. If the foregoing is valid, differences in mRNA levels between producing and non-producing cultures could be used to isolate said gene.
Egyéb bizonytalanságok is vannak a penicillin termelő sejtekben a különböző enzimeket kódoló mRNS szintekkel kapcsolatban.There are other uncertainties in penicillin producing cells regarding the levels of mRNA encoding different enzymes.
Szubtrakciós izolálási eljárásokat használunk azoknak a géneknek az azonosítására, amelyek a másodlagos metabolitok mikroorganizmusokban való termelésével kapcsolatosak. Az eljárást a P. chrysogenum által termelt penicillin példáján mutatjuk be.Subtraction isolation techniques are used to identify genes involved in the production of secondary metabolites in microorganisms. The procedure is illustrated by the example of penicillin produced by P. chrysogenum.
Az alábbiakban röviden ismertetjük az ábrákat.The figures are briefly described below.
Az 1. ábrán a találmány szerinti eljárással izolált lambda kiónok fizikai térképe látható. A lambda G2 és a lambda B21 klón a cikláz és aciltranszferáz gén-csoportot (cluster) tartalmazza. A lambda B9, G5 és L5 klón a kritikus Y gént tartalmazza. Más lambda kiónok más kriptikus géneket tartalmaznak. E = EcoRI; B BamHI; H = Hindiül; K = KpnI; S = Sáli; Sa = SacI; Sp = Sphl; P = PstI; X = Xhol; Kb = Xbal; Hp = Hpal; N = Ncol; Bg = BglII.Figure 1 is a physical map of lambda clones isolated by the process of the invention. The lambda G2 and lambda B21 clones contain the cyclase and acyltransferase gene cluster. Lambda clones B9, G5 and L5 contain the critical Y gene. Other lambda clones contain other cryptic genes. E = EcoRI; B BamHI; H = Hindiyl; K = KpnI; S = Scarf; Sa = SacI; Sp = Sphl; P = PstI; X = Xhol; Kb = Xbal; Hp = Hpal; N = Ncol; Bg = BglII.
a lambda EMBL3 bakteriofág jobb karja (9 kb);right arm of bacteriophage lambda EMBL3 (9 kb);
—— a lambda EMBL3 bakteriofág bal karja !_____(20,3 kb);—— left arm of bacteriophage lambda EMBL3! _____ (20.3 kb);
l----* 1 a pen+ cDNS-sel hibridizáló szakasz;l ---- * 1 hybridization region with pen + cDNA;
a térkép felderítetlen szakasza;unexplored section of the map;
( ) restrikciós hely pozíciója/előfordulása nem tisztázott;() restriction site position / occurrence unclear;
la és ea a lambda bakteriofág bal, illetve jobb karjának jele.la and ea are the left and right arms of bacteriophage lambda.
A 2. ábra a P. chrysogenum aciltranszferáz génjének nukleotod szekvenciáját és az ebből levezetett aminosav szekvenciát ábrázolja.Figure 2 shows the nucleotide sequence of the acyltransferase gene of P. chrysogenum and the deduced amino acid sequence thereof.
A 3. ábra a P. chrysogenum pyrG génjének nukleotid szekvenciáját és az ebből levezetett aminosav szekvenciát ábrázolja. Ez a szekvencia képezi a 2,4 kb EcoRI fragmentum nagyobb részét, amely mint transzformációt stimuláló szekvencia működik.Figure 3 shows the nucleotide sequence of the pyrG gene of P. chrysogenum and the deduced amino acid sequence thereof. This sequence forms the major part of the 2.4 kb EcoRI fragment which acts as a transformation stimulating sequence.
A 4. ábrán a P. chrysogenum foszfoglicerát kináz génje protomerének nukleotid szekvenciája látható.Figure 4 shows the nucleotide sequence of the protomer of the phosphoglycerate kinase gene of P. chrysogenum.
Az 5. ábra a pUC13:pyrG egy restrikciós helyét és funkcionális térképét ábrázolja.Figure 5 shows a restriction site and functional map of pUC13: pyrG.
A 6. ábra a pPS54 egy restrikciós helyét és funkcionális térképét ábrázolja.Figure 6 shows a restriction site and functional map of pPS54.
A 7. ábra a pRHO5 egy restrikciós helyét és funkcionális térképét ábrázolja.Figure 7 shows a restriction site and functional map of pRHO5.
A 8. ábra a pGJOl A és B egy restrikciós helyét és funkcionális térképét ábrázolja.Figure 8 depicts a restriction site and functional map of pGJ101 A and B.
A 9. ábra a pPS47 egy restrikciós helyét és funkcionális térképét ábrázolja.Figure 9 shows a restriction site and functional map of pPS47.
A találmány szerint olyan DNS fragmentumokat azonosítunk, amelyek mono- vagy policisztoros szekvenciákat tartalmaznak. A gén (gének) által kódolt szekvenciák olyan enzimekre fordítódnak át, amelyek másodlagos metabolitok termelésével vgy kereskedelmileg fontos más termékekkel vannak kapcsolatban. A kívánt szekvenciákat úgy azonosítjuk, hogy egy másodlagos metabolitot termelő kompetens mikroorganizmusból - egy olyanból, ahol az illető gén aktívan kifejeződik és egy olyanból, ahol az expressziós néma - izolált RNS szekvenciákat összehasonlítjuk. Ilyen módon egy vagy több olyan gént kódoló DNS fragmentumhoz jutunk, amelyek eltérő módon fejeződnek ki és amelyek egy kereskedelmi szempontból fontos termék előállításában vesznek részt. A bejelentésben az eltérő módon való kifejeződés meghatározást a szóbanforgó gén (gének) kifejeződésére akkor használjuk, ha a kifejeződés kimondottan csak bizonyos meghatározott körülmények között aktívan, ugyanakkor más, ugyancsak jól meghatározott körülmények között elmarad (vagyis ebben a leírásban ezalatt azt értjük, hogy a kifejeződés alacsony szintű, például 5%-os vagy ennél kisebb az aktív fokozathoz képest). Az expresszió elmaradását represszió vagy a gén-expresszió indukciójának a hiánya vagy mutáció vagy más olyan esemény okozhatja, amely a szóbanforgó gén (gének) transzkripciójának némaságát eredményezi. Az izolált DNShez úgy jutunk, hogy egy gén-gyűjteményt szűrünk. A gyűjtemény olyan genomiális vagy cDNS gyűjtemény lehet, amelyet például lambda vagy kozmid klónozó vektor vagy expressziós vektor tartalmaz. Másodlagos metabolitok bioszintézise folyamán kifejeződő szekvenciákban gazdag cDNS szonda felhasználásával pozitív hibrideket azonosíthatunk a gyűjteményben a további manipulációkhoz, hogy ennek révén a másodlagos metabolit termelésével kapcsolatos enzim(ek) céljára expressziós szerkezeteket szerkesszünk. Ennélfogva egy mikroorganizmusból származó gén gyűjteményt két cDNS szonda használatával szűqük, ezek közül az egyik a transzkripciót illetően aktív fokozatból szárma3According to the invention, DNA fragments containing mono- or polycysteric sequences are identified. The sequences encoded by the gene (s) are translated into enzymes that are involved in the production of secondary metabolites or other commercially important products. The desired sequences are identified by comparing RNA sequences isolated from a competent microorganism producing a secondary metabolite, one in which the gene is actively expressed and one in which the expression is silent. In this way, DNA fragments encoding one or more genes which are expressed differently and which are involved in the production of a commercially important product are obtained. The term "differential expression" is used in the application to express the gene (s) in question when the expression is only explicitly active under certain specific conditions but other, well-defined conditions (i.e., as used herein, it is understood that expression) low level, such as 5% or less relative to the active gear). Lack of expression may be caused by repression or lack of induction of gene expression, or by mutation or other event that results in silent transcription of the gene (s) in question. The isolated DNA is obtained by screening a collection of genes. The collection may be a genomic or cDNA collection containing, for example, a lambda or cosmid cloning vector or an expression vector. Using a cDNA probe rich in sequences expressed during secondary metabolite biosynthesis, positive hybrids can be identified in the collection for further manipulation to construct expression constructs for the enzyme (s) involved in secondary metabolite production. Therefore, a gene collection from a microorganism was narrowed using two cDNA probes, one of which is derived from an active transcriptional stage3.
HU 209 941 Β zó szekvenciákban gazdag és a második a transzkripció szempontjából néma szituációból származik. Csak olyan kiónok izolálhatok összehasonlítás és szubsztrakció révén, amelyek a meghatározott aktív körülmények mellett aktívan kifejeződó' gént (géneket) tartalmazzák.It is rich in sequences and the second derives from a transcription-silent situation. Only clones containing a gene (s) that are actively expressed under defined active conditions can be isolated by comparison and subtraction.
Ezt az eljárást másodlagos metabolit - azaz pontosabban a penicillin - bioszintézisében résztvevő gének izolálásával példázzuk, amikoris laktózzal növekedő (termelő) és glükózzal növekedő (nem-termelő) micéliumból származó két cDNS szondát használunk.This procedure is exemplified by the isolation of genes involved in the biosynthesis of a secondary metabolite, namely, penicillin, using two cDNA probes derived from lactose growing (producing) and glucose growing (non-producing) mycelium.
Az azonosított DNS szekvenciák legalább egy olyan gént tartalmaznak, mely legalább egy antibiotikum bioszintetikus enzimet kódol és/vagy a teljes bioszintetizáló folyamatban egy szabályozott proteint vagy általánosabban bármilyen olyan proteint kódol, amely bármilyen módon, akár pozitív, akár negatív módon, az említett antibiotikum bioszintézisében résztvesz.The DNA sequences identified contain at least one gene that encodes at least one antibiotic biosynthetic enzyme and / or, throughout the biosynthetic process, encodes a regulated protein or, more generally, any protein that participates in the biosynthesis of said antibiotic in any way, either positive or negative. .
Ha a pozitívan működő szerkezeteket megfelelő módon vezetjük be alkalmas gazda mikroorganizmusba, ezek - döntően a β-laktám termelő mikroorganizmusokban - döntően megnövelik a bioszintetikus folyamat hatékonyságát a gén megnövelt mennyisége vagy a magasabb szintű gén expresszió révén. Izolálhatunk másrészt olyan szerkezeteket, amelyeknek negatív hatása van az antibiotikum termelésére (például melléktermékek képződnek). Ezeket a szerkezeteket arra használjuk, hogy gén helyettesítés vagy más, hasonlóan hatásos módon inaktiválják a negatívan működő gént. A kívánt antibiotikum kitermelése mindkét esetben magasabb lesz az ipari termelés folyamán. Ezt az eljárást β-laktám termelő mikroorganizmusokon mutatjuk be. Az eljárás β-laktám termelő mikroorganizmusok esetében nyer különleges alkalmazást antibiotikumok, főként penicillinek, termelése céljára. Előnyös, ha az expressziós kazetta olyan enzimeket kódoló géneket tartalmaz, amelyek sebesség-korlátozó lépéseket katalizálnak vagy olyan géneket, amelyek transzkripciót indukáló regulátor proteineket kódolnak vagy egyéb géneket.When properly introduced into a suitable host microorganism, the positively-acting constructs, in particular in β-lactam-producing microorganisms, will greatly enhance the efficiency of the biosynthetic process through increased gene expression or higher levels of gene expression. On the other hand, structures which have a negative effect on the production of the antibiotic (for example by-products) can be isolated. These constructs are used to inactivate the negatively working gene by gene replacement or other equally effective means. In both cases, the yield of the desired antibiotic will be higher during industrial production. This procedure is shown on β-lactam producing microorganisms. The process is of particular use for the production of β-lactam producing microorganisms for the production of antibiotics, mainly penicillins. Preferably, the expression cassette contains genes encoding enzymes that catalyze rate-limiting steps or genes encoding transcription-inducing regulatory proteins or other genes.
A találmány tárgyát képező eljárás ezenkívül olyan szekvenciákkal is szolgál, amelyeknél bár nem ismerjük az általuk kódolt terméket, de úgy találtuk, hogy a kívánt termék fokozott termelését eredményezi. Ezeket a szekvenciákat „kriptikus gének”-nek nevezzük, azaz olyan szekvenciák ezek, amelyeket az itt leírt izolálási eljárásokkal kaphatunk meg és ezek a szekvenciák olyan géneket tartalmaznak, amelyeknek ismert funkció még nem tulajdonítható. Ezekre a génekre az jellemző, hogy a transzformált mikroorganizmusban nagyobb mennyiségben fordulnak elő és/vagy fejeződnek ki, összehasonlítva a transzformálatlan gazdasejttel. A „kriptikus gének”-en kívül más génekkel is szolgál az eljárás, így az EPNS-t és az aciltranszferázt bocsátja rendelkezésre. Úgy találtuk, hogy egy „Y” elnevezésű kriptikus gén a penicillin fokozott bioszintézisét idézi elő.The method of the invention also provides sequences for which, although the product encoded by them is not known, it has been found to result in increased production of the desired product. These sequences are referred to as "cryptic genes", i.e., those sequences obtainable by the isolation procedures described herein, and which contain genes for which no known function has yet been attributed. These genes are characterized by higher levels of expression and / or expression in the transformed microorganism compared to the untransformed host cell. In addition to the "cryptic genes", the process provides other genes, such as EPNS and acyltransferase. We have found that a cryptic gene called "Y" induces an enhanced biosynthesis of penicillin.
A jelen találmányban felhasznált mikroorganizmusok prokarióták is és eukarióták is lehetnek, például olyan baktériumok, amelyek az Actinomycetes vagy Flavobaktérium taxonómiai csoportba tartoznak, vagy gombák - beleértve az élesztőket - amelyek az Aspergillus, Acremonium vagy Penicillium fajhoz tartoznak.The microorganisms used in the present invention may also be prokaryotes and eukaryotes, for example bacteria belonging to the taxonomic group Actinomycetes or Flavobacteria or fungi including yeasts belonging to the species Aspergillus, Acremonium or Penicillium.
A fragmentum eredetétől függően, akár genomiális vagy cDNS, akár prokarióta vagy eukarióta eredetű, különböző expressziós kazettákat szerkeszthetünk. Baktériumból származó genomiális DNS-nél a monovagy policisztron szerkezetű kódoló szakasz a saját transzkripciót indító szabályozó szakaszt tartalmazhatja, valamint egy transzkripciót leállító szakaszt tartalmazhatja, valamint egy transzkripciót leállító szakaszt és megfelelő transzlációs szignálokat - például a Shine-Dalgarno szekvenciát - és stop kodonokat. Amikor a genomiális DNS gomba eredetű, rendszerint csak egyetlen gén lesz kapcsolatban egy transzkripciót indító szabályozó szakasszal, így tehát minden génnek saját független transzkripciót indító szabályozó szakasza lesz. Amikor cDNS-t alkalmazunk, gondoskodnunk kell egy megfelelő transzkripciót indító szabályozó szakaszról, a későbbi expresszióhoz használt gazdaszervezettől függően.Depending on the origin of the fragment, different expression cassettes, whether of genomic or cDNA origin, or of prokaryotic or eukaryotic origin, may be constructed. For bacterial genomic DNA, the coding sequence for mono or polycistron may include its own transcriptional initiation regulatory region, as well as a transcriptional termination region, and a transcriptional termination region and appropriate translation signals, such as the Shine-Dalgarno sequence and stop codons. When genomic DNA is of fungal origin, usually only one gene will be linked to a transcriptional regulatory region, so each gene will have its own independent transcriptional regulatory region. When using cDNA, we must provide for a proper transcriptional regulatory region, depending on the host used for subsequent expression.
A számukra fontos génekhez úgy juthatunk, hogy az említett mikroorganizmusból előállított DNS gyűjteményt olyan szondákkal szűrjük, amelyeket a szóbanforgó másodlagos metabolitokat termelő említett mikroorganizmusok egy első tenyészetéből származó mRNS-ből vagy DNS-ből kapunk; majd ezt a DNS gyűjteményt olyan szondákkal szűrjük, amelyeket az említett mikroorganizmusnak vagy egy mutánsának amelyek az említett másodlagos metabolitot nem termelik - egy második tenyészetéből származó mRNSből vagy DNS-ből kapunk; ezután azonosítjuk az olyan géneket tartalmazó fragmentumokat, amelyek az említett első tenyészetben átíródnak és amelyek az említett második tenyészetben alapvetően nem íródnak át.The genes of interest to them may be obtained by screening the DNA collection obtained from said microorganism by probes obtained from mRNA or DNA from a first culture of said microorganisms producing said secondary metabolites; and then filtering said DNA collection by probes obtained from mRNA or DNA from a second culture of said microorganism or a mutant which does not produce said secondary metabolite; then identifying fragments containing genes that are transcribed in said first culture and which are substantially non-transcribed in said second culture.
A különösen értékes gének közé tartoznak azok, amelyek kifejezetten az antibiotikus bioszintézis folyamán fejeződnek ki, ilyenek az ezen szakterületen ismert β-laktám bioszintetikus enzimeket kódoló gének, például a tripeptid szintetáz (ACVS), cikláz (IPNS), aciltranszferáz (AT), epimeráz, expandáz, hidroxiláz, transzkarbomoiláz, metoxiláz, transzacetiláz. Az IPN:6-APA aciltranszferázt kódoló gén vagy a kriptikus „Y” gén előnyösen nagyobb mennyiségben fordul elő vagy fejeződik ki, s ez a kívánt antibiotikum fordul elő vagy fejeződik ki, s ez a kívánt antibiotikum nagyobb kitermelését eredményezi a transzformált gombában.Particularly valuable genes include those expressed specifically during antibiotic biosynthesis, such as genes encoding β-lactam biosynthetic enzymes known in the art, such as tripeptide synthetase (ACVS), cyclase (IPNS), acyltransferase (AT), epimerase, expandase, hydroxylase, transcarbomoylase, methoxylase, transacetylase. Preferably, the gene encoding the IPN: 6-APA acyltransferase or the cryptic "Y" gene is present or expressed in greater amounts, and this desired antibiotic is present or expressed and results in a higher yield of the desired antibiotic in the transformed fungus.
A szakemberek méltányolni fogják, hogy egy βlaktám termelő gazdasejtben a kifejezendő gén (gének) vagy saját natív promoter szekvenciáját hordozza, amelyet a gazdasejt RNS polimeráza felismer, vagy hozzá van kapcsolva bármilyen más alkalmas promoterhez, például egy másik β-laktám bioszintetikus gén vagy egy glükolitikus gén - mint a foszfoglicerát kináz, gliceraldehid-foszfát-dehidrogenáz, trióz-foszfát izomeráz-promoteréhez, vagy az EF-t transzlációs faktor promoteréhez és így tovább.Those skilled in the art will appreciate that a β-lactam-producing host cell carries the sequence of the gene (s) to be expressed or its native promoter recognized by the host cell RNA polymerase or linked to any other suitable promoter, such as another β-lactam biosynthetic gene or glycolytic gene such as phosphoglycerate kinase, glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, triose phosphate isomerase promoter, or EF to translational factor promoter and so on.
Egy ilyen promotert fel lehet használni arra, hogySuch a promoter can be used to:
HU 209 941 Β az említett enzimeket termelő egy vagy több gén kifejeződésének a szabályozását befolyásoljuk. Ez oda vezet, hogy transzformálás után az antibiotikum termelés megnövekszik, mivel penicillin termelés most már olyan körülmények mellett is lehetséges, amelyek a nem transzformált gazda törzsnél nem teszik lehetővé a penicillin termelést. Például a glikolitikus enzimek glükóz jelenlétében is expresszálódnak, míg a penicillin termelést represszálja a glükóz (J. F. Martin, lásd fent). Azzal, hogy a penicillin bioszintetikus géneket egy glükolitikus gén promoterének szabályozása alatt kifejeződésre késztetjük, a gének glükóz jelenlétében is kifejeződhetnek, s így penicillin termelődhet a fermentáció korai szakaszában is, amikor a szükséges micélium képződéshez magas koncentrációban van szükség glükózra. Egy ilyen promoter szabályozása alá helyezhető a szelekciós marker is.20 control the expression of one or more genes that produce these enzymes. This leads to an increase in antibiotic production after transformation, since penicillin production is now possible under conditions that do not allow penicillin production in the untransformed host strain. For example, glycolytic enzymes are also expressed in the presence of glucose, while penicillin production is repressed by glucose (J.F. Martin, supra). By inducing expression of the penicillin biosynthetic genes under the control of a promoter of a glycolytic gene, the genes may also be expressed in the presence of glucose, and thus penicillin may be produced early in the fermentation when high concentrations of glucose are required to form mycelium. The selectable marker may also be placed under the control of such a promoter.
A találmány példának állítja a P. chrysogenum foszfoglicerát kináz génjének promoterét, mint olyan promotert, amivel a penicillin bioszintézis glükóz represszióján felül lehet kerekedni. A promotert a P. chrysogenum egy genomiális gyűjteményéből izoláltuk standard módszerekkel, amikoris az R. A. Hitzeman [Nucl. Acids Rés., 10, 7791-7808 (1982)] által publikált élesztő szekvencia alapján készült oligodezoxiribonukleotid szondákat használtuk. A foszfoglicerát kináz promoterének nukleotid szekvenciája a 4. ábrán látható.The invention exemplifies the promoter of the phosphoglycerate kinase gene of P. chrysogenum as a promoter capable of overcoming glucose repression of penicillin biosynthesis. The promoter was isolated from a genomic collection of P. chrysogenum using standard methods described in R. A. Hitzeman, Nucl. 10: 7791-7808 (1982)] using oligodeoxyribonucleotide probes. The nucleotide sequence of the phosphoglycerate kinase promoter is shown in Figure 4.
A Penicillium transzformálásához olyan szerkezeteket használunk, amelyek a transzformált sejtek számára legalább egy szelekciós markert tartalmaznak és előnyös, ha fokozzák az integrálódott DNS fennmaradását. Ennélfogva előnyös, ha a vektor egy olyan DNS szekvenciát tartalmaz, amelyről tudjuk, hogy a transzformálás eredményességét fokozza. Egy ilyen DNS-re példa az „ans” elem, amelyet az Aspergillus nidulansból izoláltak [Ballance és Turner, Gene, 36, 321-331 (1985)]. A jelen találmány egy olyan DNS szekvenciát szolgáltat, amelyet a P. chrysogenum genomjából izoláltunk és amelyről megállapítottuk, hogy szekvenciájának hatása hasonló az „ans” szekvenciáéhoz. Minthogy ez a szekvencia a P. chrysogenum természetes szekvenciája, fel lehet használni P. chrysogenumban a transzformálás hatékonyságának növelésére. A DNS szekvenciában benne van a P. chrysogenum pyrG génje, amelyet akár egyedül, akár a gazda-pyrG-vel kombinálva használhatunk, s ebben az esetben a szóbanforgó DNS szekvencia mind a transzformált sejtek szelekcióját, mind a transzformációt fokozó hatást [v, ö. EPA-260 762] biztosítja vagy használhatjuk egy más szelekciós markeael kombinálva, például egy biociddel ilyen szelekciós markerrel kombinálva, például egy biociddel - ilyen például a phleomycin - szembeni rezisztenciát kódoló génnel kombinálva. Ez utóbbi esetben a transzformált sejtek szelekcióját és a transzformációt fokozó hatást két külön DNS szekvencia biztosítja és a pyrG elem egyetlen funkciója a transzformáció frekvenciájának a fokozása.For the transformation of Penicillium, constructs are used which contain at least one selection marker for the transformed cells and preferably enhance the survival of the integrated DNA. Therefore, it is preferred that the vector contains a DNA sequence that is known to enhance the efficiency of the transformation. An example of such a DNA is the "ans" element isolated from Aspergillus nidulans (Ballance and Turner, Gene, 1985, 36, 321-331). The present invention provides a DNA sequence isolated from the genome of P. chrysogenum which has been found to have a similar effect to the "ans" sequence. Because this sequence is the natural sequence of P. chrysogenum, it can be used to increase the efficiency of transformation in P. chrysogenum. The DNA sequence contains the pyrG gene of P. chrysogenum, which can be used alone or in combination with the host pyrG, in which case the DNA sequence in question has both a selection of transformed cells and an effect enhancing transformation [v, i. EPA-260,762] provides or may be used in combination with another selection marker, for example a biocide in combination with such a selection marker, for example a gene encoding resistance to a biocide such as phleomycin. In the latter case, the selection of the transformed cells and the transformation enhancer are provided by two separate DNA sequences and the only function of the pyrG element is to increase the frequency of the transformation.
A transzformált kiónok szelekciójára használható markerek olyan homológ vagy heterológ bioszintetikus gének lehetnek, amelyek a gazdasejt egy auxotróf szükségletet képesek kiegészíteni, amelyet egy aminosavhoz - például az argininhez - vagy egy nukleotid prekurzorhoz - például az uracilhoz - vezető anyagcsere folyamatban fennálló hiba idéz elő.Markers for the selection of transformed clones may be homologous or heterologous biosynthetic genes that can complement a host cell's auxotrophic requirement caused by a defect in the metabolic pathway to an amino acid such as arginine or a nucleotide precursor such as uracil.
A szelekcióhoz szükséges markert szolgáltató strukturális gén vagy a vad-típusú Penicillium gazdasejt sajátja, vagy egy olyan heterológ strukturális gén lehet, amely a gazdasejtben működőképes. Például, az anyagcsere folyamatban résztvevő egy enzimet kódoló strukturális gén származhat a Penicilliumból vagy más fonalas gombákból, ilyenek például az Aspergillus, Neurospora vagy élesztőkből, ha strukturális génjük a Penicillium gazdasejtben működőképes és az autrófiát prototrófiává változtatja.The structural gene providing the marker for selection may be either the wild-type Penicillium host cell or a heterologous structural gene operable in the host cell. For example, a structural gene encoding an enzyme involved in the metabolism process may be derived from Penicillium or other filamentous fungi such as Aspergillus, Neurospora or yeast if their structural gene is functional in the Penicillium host cell and converts autotrophy into prototrophy.
A kiegészítő (komplementáló) strukturális gén származhat anyagcsere folyamatból, ilyen például a purinok vagy pirimidinek (nukleozidok) vagy aminosavak szintézise. Különösen fontosak a pirimidin anyagcsere enzimeit kódoló strukturális gének, például az orotidin5’-foszfát-dekarboxiláz enzimet kódoló gén (pyrG vagy pyr4). Fontosabb gének még az aminosav bioszintetikus gének, például az ornitin-karbomoil transzferáz (argB) és az arginin-szukcinát liáz (arg4). A fent említett szelekciós markereket az EP-A-260762 számú európai szabadalmi bejelentés tárgyalja.The complementary structural gene may be derived from a metabolic process such as the synthesis of purines or pyrimidines (nucleosides) or amino acids. Of particular interest are the structural genes encoding the pyrimidine metabolism enzymes, such as the gene encoding the orotidine 5'-phosphate decarboxylase enzyme (pyrG or pyr4). Other important genes are amino acid biosynthetic genes, such as ornithine carbomoyl transferase (argB) and arginine succinate lyase (arg4). The selection markers mentioned above are discussed in European Patent Application EP-A-260762.
Auxotróf markerek helyett fermentációs markerek is használhatók. Például amikor a szén és nitrogén egyedüli forrásaként amidokat használunk, vagy amikor a növekedéshez különböző cukrok, például galaktóz vagy hasonlók szükségesek.Fermentation markers may be used instead of auxotrophic markers. For example, when amides are used as the sole source of carbon and nitrogen, or when different sugars such as galactose or the like are required for growth.
Ezenkívül használhatunk biocid rezisztenciát kódoló géneket is. Ilyen biocidek például a hygromycin, gentamicin, phleomycin, plyphosate, bialaphos, stb.In addition, genes encoding biocidal resistance may be used. Examples of such biocides are hygromycin, gentamicin, phleomycin, plyphosate, bialaphos, and the like.
A találmány olyan szerkezeteket szolgáltat, amelyek a kívánt szekvenciát tartalmazzák, de más funkciókat is tartalmazhatnak, így replikációs rendszereket egy vagy több gazdasejt számára, például klónozó gazdasejtek és/vagy másodlagos metabolit kifejeződésére szolgáló cél-gazdasejt számára; tartalmazhatnak egy vagy több szelekciós markért egy vagy több gazdasejt számára - mint fent említettük -; géneket, amelyek a transzformálás eredményességét fokozzák; vagy más speciális funkciókat.The present invention provides constructs that contain the desired sequence but may also have other functions, such as replication systems for one or more host cells, such as a target host cell for expression of a cloning host cell and / or a secondary metabolite; may contain one or more selectable markers for one or more host cells as mentioned above; genes that enhance transformation efficiency; or other special features.
A szerkezet legalább egy olyan gént tartalmaz, amelyet a találmány szerinti eljárással izolálunk. Előállítható a szerkezet hagyományos módon, így a többi kívánt génnek a megfelelő gazdasejtekből való izolálásával, az összes gén vagy a gének egy részének szintetizálásával vagy ezen eljárások kombinációjával. Ugyanígy, a szabályozó szignálokat, a transzkripciót és transzlációt indító és leállító szakaszokat izolálhatjuk természetes forrásból, vagy szintetizálhatjuk vagy ezeket a módszereket kombinálhatjuk. A különböző fragmentumokat a következőképpen kezelhetjük: emésztés endonukleázokkal (restrikció), ligálás, szekvenálás, in vitro mutagenezis, primer repair, vagy hasonlók. A különböző manipulációk jól ismertek a szakirodalomból és ezek speciális célok elérésére alkalmazhatók.The construct comprises at least one gene isolated by the method of the invention. The construct can be obtained in a conventional manner, such as isolating the other desired genes from the corresponding host cells, synthesizing all or some of the genes, or a combination of these methods. Similarly, regulatory signals, transcriptional and translational start and stop regions can be isolated from a natural source, synthesized, or combined. The various fragments may be treated by digestion with endonucleases (restriction), ligation, sequencing, in vitro mutagenesis, primer repair, or the like. Various manipulations are well known in the art and can be used for specific purposes.
HU 209 941 ΒHU 209 941 Β
A különböző fragmentumok hagyományos módszerek szerint kombinálhatok, klónozhatok, izolálhatok és szekvenálhatók. Az egyes manipulációk után a DNS fragmentumot vagy a fragmentumok kombinációit klónozó vektorba építjük be, a vektorral klónozó gazdasejtet, például E. coli sejtet transzformálunk, a klónozó gazdát tenyésztjük, lizáljuk, a plazmidot izoláljuk és a fragmentumot restrikciós analízissel, szekventálással vagy ezek kombinációjával vagy hasonlókkal vizsgáljuk. A kívánt gének kifejezésére E. coli sejteket is használhatunk gazdasejtet gyanánt, nagymennyiségű protein termelése céljából.The various fragments can be combined, cloned, isolated and sequenced according to conventional methods. After each manipulation, the DNA fragment or combination of fragments is inserted into a cloning vector, transformed with the vector, a cloning host cell, such as an E. coli cell, cultured, lysed, plasmid isolated, and the fragment by restriction analysis, sequencing, or the like. examined. E. coli cells can also be used as host cells to express the desired genes to produce large amounts of protein.
A szerkezet kialakításának folyamán és a gazdasejt transzformálására különböző vektorokat használhatunk. Ezek a vektorok lehetnek klónozó vektorok, expressziós vektorok és olyan vektorok, amelyek a gazdába való integrálódásra képesek, vagy használhatunk csupasz DNS-t a transzformáció és integrálás céljára.Various vectors may be used during the construction of the construct and to transform the host cell. These vectors may be cloning vectors, expression vectors, and vectors capable of integration into the host, or may use naked DNA for transformation and integration.
A klónozó vektort többnyire az jellemzi, hogy markért tartalmaz a klónozó vektort tartalmazó gazdasejt szelekciójához és adott esetben egy transzformációt fokozó szekvenciát. Tartalmazhat továbbá egy vagy több polilinkert vagy kiegészítő szekvenciákat inszercióhoz, szelekcióhoz, manipulációhoz, a szekvenálás megkönnyítéséhez, kimetszéshez, és így tovább.The cloning vector is typically characterized by containing a marker for the selection of a host cell containing the cloning vector and optionally a transformation enhancing sequence. It may also contain one or more polylinkers or complementary sequences for insertion, selection, manipulation, facilitation of sequencing, excision, and so on.
Az expressziós vektorok rendszerint olyan szerkezettel rendelkeznek a beépítéshez, amely transzkripciót és transzlációt indító szakaszt és terminátor szakaszokat tartalmaz, másrészt e szerkezetből hiányozhat az egyik vagy mindkét szabályozó régió, mivel ezeket az expressziós vektor szolgáltathatja a protein terméket kódoló szekvencia beépítésekor.Expression vectors usually have a construct for insertion that includes a transcriptional and translational initiation and terminator regions and, on the other hand, may lack one or both regulatory regions, as these expression vectors may provide upon insertion of the protein product coding sequence.
A kívánt enzimet (enzimeket) kódoló DNS-t bevezethetjük Penicillium gazdasejtbe, lényegében az EPA-260762 európai szabadalmi bejelentésben leírt eljárás alapján.DNA encoding the desired enzyme (s) may be introduced into a Penicillium host cell, essentially according to the method described in European Patent Application EPA-260762.
A Penicillium hatékony transzformálása révén olyan transzformált sejtek keletkezhetnek, amelyekben egy vagy több kifejeződésre képes gén külön-külön a gazda genomjába van integrálva (integrált gének). Olyan DNS szerkezeteket készítünk, amelyek biztosítják a transzformált gazdasejtek szelektálását. A transzformáláshoz olyan feltételeket alkalmazunk, amelyek nagy frekvenciával történő transzformációt eredményeznek, s egyben biztosítják a kívánt strukturális gént (géneket) kifejező transzformált gazdasejtek szelektálását és izolálását. A kapott transzformált sejtek lehetővé teszik az integrált DNS állandó fennmaradását és kifejeződését. A találmány szerinti transzformált gazda értéke abban van, hogy fel lehet használni kiindulási törzs gyanánt az olyan törzs-fejlesztési eljárásokban, amelyek különböznek a DNS közvetítette transzformációtól, amilyen például a protoplaszt fúzió, a mass mating és a mutáció. A kapott törzsek úgy tekinthetők, hogy azok a találmány részét képezik.Effective transformation of Penicillium can result in the formation of transformed cells in which one or more expressing genes are separately integrated into the host genome (integrated genes). DNA constructs are provided that allow selection of transformed host cells. Transformation uses conditions that result in high-frequency transformation, while ensuring selection and isolation of transformed host cells expressing the desired structural gene (s). The resulting transformed cells allow constant integration and expression of the integrated DNA. The value of the transformed host of the present invention is that it can be used as a parent strain in strain development methods other than DNA-mediated transformation, such as protoplast fusion, mass mating, and mutation. The resulting strains are considered to be part of the invention.
A kívánt gének, amelyeket transzformálás révén óhajtunk bevezetni, a transzformáló vektor integráns részét képezhetik, de gyakran sokkal előnyösebb, ha ezeket a géneket külön vektor révén juttatjuk be a transzformációs keverékbe, s így a szelektív vektorral együtt kotranszformációval építjük be ezen említett géneket, ami fonalas gombák esetében hatékony eljárás [P. J. Punt és mtsai, Gene, 56, 117-124 (1987); K. Wamars és mtsai, Mól. Gén. Génét., 209, ΊΧ—ΊΊ (1987); I. E. Mattem és mtsai, Mól. Gén. Génét., 270, 460-461 (1987)].The desired genes that we wish to introduce by transformation may be an integral part of the transforming vector, but it is often much more advantageous to introduce these genes into the transformation mixture via a separate vector, thereby co-transforming these genes with the selective vector. effective method for fungi [P. J. Punt et al., Gene, 56: 117-124 (1987); K. Wamars et al., Mol. Gene. Genet., 209, ΊΧ-ΊΊ (1987); I. E. Mattem et al., Mol. Gene. Genet. 270: 460-461 (1987).
A transzformálás eredménye az lesz, hogy a kívánt génből (génekből) legalább egy másolat jön létre, gyakran kettő vagy több, legtöbbször mintegy tíznél nem több. A számuk attól függ, hogy vagy integrált formát vagy stabil espeiszomális fenntartást alkalmazunk. Az integrált másolatok száma attól függ, hogy a szóbanforgó szerkezetek sokszorozódnak-e és így tovább.The result of the transformation will be to produce at least one copy of the desired gene (s), often two or more, in most cases no more than ten. Their number depends on whether an integrated form is used or stable espeissomal maintenance is used. The number of integrated copies depends on whether the structures in question are multiplied and so on.
A jelen találmány példaként ismertet egy eljárást, amely szerint specifikus cDNS szondák segítségével a termelő mikroorganizmusból, azaz a P. chrysogenumból származó gén gyűjteményből olyan gént izolálunk, amely résztvesz a penicillin bioszintézisében. Ez az eljárás mintául szolgál a másodlagos metabolitok fokozott termeléséért felelős kriptikus gének azonosításához. Ez az eljárás, amely a másodlagos metabolitok bioszintézisében résztvevő egy vagy több gént kódoló DNS szerkezet izolálását tűzi ki célul, magába foglalja a gén gyűjtemény szűrését egy olyan cDNS szondával, amely a bioszintézis folyamán specifikusan kifejeződő szekvenciákban gazdag. A „specifikus kifejeződés” alatt azt értjük, hogy ezeknek a géneknek a kifejeződése néma vagy igen alacsony szintű (például a termelési szint 5%-ánál kisebb), ha nincs penicillin termelés, ezzel szemben magas szintű a penicillin termelés folyamán. Végül radioaktív vagy másként jelzett cDNS szondákat szintetizáljuk a P. chrysogenum micéliumokból a penicillin termelés fázisában izolált mRNS templátok alapján.The present invention provides, by way of example, a method for isolating a gene that is involved in penicillin biosynthesis from a collection of genes derived from the producing microorganism, i.e., P. chrysogenum, using specific cDNA probes. This procedure serves as an example to identify the cryptic genes responsible for the increased production of secondary metabolites. This method, which seeks to isolate a DNA construct encoding one or more genes involved in the biosynthesis of secondary metabolites, involves screening the gene collection with a cDNA probe rich in sequences that are specifically expressed during biosynthesis. By "specific expression" we mean that the expression of these genes is silent or very low (e.g., less than 5% of the level of production) in the absence of penicillin production, but high in penicillin production. Finally, radioactive or otherwise labeled cDNA probes are synthesized from mRNA templates isolated from P. chrysogenum mycelia during the penicillin production phase.
A szondákban ezután feldúsítjuk azokat a szekvenciákat, amelyek specifikusan hibridizálnak a kívánt génekkel, eltávolítván azokat a cDNS szekvenciákat, amelyek olyan Penicillium fermentációból származó mRNS-sel hibridizálhatnak, amikor a körülmények nem engedik meg a penicillin termelést. Ilyen például a magas glükóz koncentráció. E dúsított szonda használatával kiónokat szelektálunk egy olyan P. chrysogenum gén gyűjteményből, amely nem hibridizál a nemtermelő micéliumokból származó szondával. Nagyszámú ilyen módon izolált klónról derült ki, hogy az izopenicillin N szintetáz (IPNS vagy cikláz) penicillin bioszintetikus enzimet kódolja.The probes are then enriched for sequences that specifically hybridize to the desired genes, removing cDNA sequences that can hybridize to PenRillium-derived mRNA when conditions do not allow penicillin production. Such is the case with high glucose levels. Using this enriched probe, clones are selected from a collection of P. chrysogenum genes that do not hybridize to a probe from non-producing mycelia. A large number of clones isolated in this way have been found to encode the isopenicillin N synthetase (IPNS or cyclase) penicillin biosynthetic enzyme.
Ezenkívül azt találtuk, hogy a szelektált kiónok között van olyan, amelyben az oldallánc cserét végző enzimet (aciltranszferáz) kódoló gén számos kópiája van jelen. Ezt olyan kísérletekkel bizonyítottuk, amelyekben a tisztított enzim aminoterminális peptid szekvenciáján alapuló DNS szondát alkalmaztuk.In addition, it has been found that there are several copies of a gene encoding a side chain exchange enzyme (acyltransferase) among selected clones. This was demonstrated by experiments using a DNA probe based on the amino terminal peptide sequence of the purified enzyme.
E kiónok identitását biokémiailag és biológiailag igazoltuk. Az aciltranszferáz gén nukleotid szekvenciáját és az ebből levezetett aminosav szekvenciáját a 2. ábrán mutatjuk be. Meglepő, hogy mind az izopenicillin N szintetáz, mind az aciltranszferáz enzimet kódoló gén ugyanazon DNS fragmentumon van jelen. Ezt úgyThe identity of these clones has been biochemically and biologically verified. The nucleotide sequence of the acyltransferase gene and the deduced amino acid sequence thereof are shown in Figure 2. Surprisingly, both the gene encoding isopenicillin N synthetase and acyltransferase are present on the same DNA fragment. That's it
HU 209 941 Β mutattuk ki, hogy az EMBL3 lambda vektorban lévő P. chrysogenum genom-gyűjtemény az említett két génre külön specifikus szondákkal hibridizáltuk. Az azonos kiónok mindkét szondával külön-külön hidridizáltak.We demonstrated that the P. chrysogenum genome collection in the EMBL3 lambda vector was hybridized with probes specific for the two genes. The same clone is hydrated with both probes separately.
Ezenfelül, az egyik genomiális lambda klón fizikai térképének elkészítése után, valamint a lambda klón restrikciós emészteteinek a két génhez külön készített szondákkal való hibridizálása alapján azt találtuk, hogy a genomiális szerkezet megfelel az 1. ábrán bemutatott képnek (B21 és G2 klón). A két génnek egyazon nagy DNS fragmentumon való elhelyezkedése lehetővé teszi olyan P. chrysogenum törzsek szerkesztését, amelyekben mind az izopenicillin N szintetáz, mind az aciltranszferáz gén nagyobb számban van jelen anélkül, hogy ez megzavarná a két gén rokon szerkezetét vagy kiegyensúlyozott kifejeződését. Ezenkívül, ha e nagy DNS fragmentumból több másolatot építünk be, úgy lehetővé válik, hogy az említett DNS fragmentumon lévő mindkét gén természetes környezetben fejeződjék ki a normál helyzettel azonos upstream és downstream szekvenciákkal.In addition, after generating a physical map of one genomic lambda clone and hybridizing the restriction digestions of the lambda clone with probes specifically designed for the two genes, it was found that the genomic structure corresponds to that shown in Figure 1 (clones B21 and G2). The location of the two genes on the same large DNA fragment allows the construction of strains of P. chrysogenum in which both the isopenicillin N synthetase and acyltransferase genes are present in larger numbers without disturbing the related structure or balanced expression of the two genes. In addition, by incorporating multiple copies of this large DNA fragment, it is possible for both genes on said DNA fragment to be expressed naturally in upstream and downstream sequences.
Mind a kiegyensúlyozott expresszió, mind a természetes környezet jó hatással van a génkifejeződés eredményességére és így a penicillin termelésre. Az izopenicillin N szintetáz plusz aciltranszferáz gén-csoport izolálásának technikát előnyösen lehetne alkalmazni más penicillin bioszintetizáló gének izolálásánál, kromoszóma séta-technikákkal a penicillin bioszintetikus gének csoportosíthatók lennének.Both the balanced expression and the natural environment have a good effect on the efficiency of gene expression and thus on penicillin production. The technique of isolating the isopenicillin N synthetase plus acyltransferase gene group could be advantageously used to isolate other penicillin biosynthetic genes, and the penicillin biosynthetic genes could be grouped by chromosome walking techniques.
A továbbiakban számos olyan gént izoláltunk, amelyekhez eddig még nem volt semmilyen funkció hozzárendelve, de amelynek - úgy tűnik - résztvesznek a β-laktám bioszintézisében. A találmány szerinti kriptikus gének fizikai térképe az 1. ábrán látható (B9-B23 kiónok).In the following, several genes have been isolated which have not yet been assigned any function, but which appear to be involved in the β-lactam biosynthesis. The physical map of the cryptic genes of the invention is shown in Figure 1 (clones B9-B23).
Ha a „kriptikus” gének közül az Y nevű génnel amelyet a B9, L5 és G5 klón tartalmaz egy 3,0 kb Sphl + BamHI alfafragmentumon - megfelelő gazdasejtet transzformálunk, ezzel úgy stimuláljuk a penicillin termelését, hogy az a transzformálatlan gazdasejthez képest 26%-kal nő. Ebből következik, hogy az Y gén termelése résztvesz a penicillin bioszintézisében. Ezenkívül ebből következik az is, hogy a találmány szerinti módszerrel izolált gének felhasználásával történő transzformálás, anélkül, hogy ismernénk a gének funkcióit, vagy identitását, eredményesen alkalmazható a P. chrysogenum törzs javításában.By transforming an appropriate host cell from the "cryptic" gene with the gene Y contained in clones B9, L5 and G5 on a 3.0 kb Sphl + BamHI alpha fragment, it stimulates penicillin production to 26% of that of the untransformed host cell. kal woman. It follows that the production of the Y gene is involved in the biosynthesis of penicillin. In addition, it follows that transformation using genes isolated by the method of the present invention without knowing the function or identity of the genes can be useful in repairing the P. chrysogenum strain.
További tárgyát képezik a találmánynak, hogy olyan génekkel transzformáljuk a Penicillium chrysogenum sejteket, amelyek specifikusan olyan feltételek mellett fejeződnek ki, amikor az antibiotikum szintetizálódik és amelyek olyan géntermékeket kódolnak, amelyek a szóbanforgó antibiotikumhoz vezető bioszintetikus reakciókat katalizálják.It is a further object of the present invention to transform Penicillium chrysogenum cells with genes that are specifically expressed under conditions where the antibiotic is synthesized and which encode gene products that catalyze the biosynthetic reactions leading to the antibiotic in question.
Az egyik ilyen enzim, az aciltranszferáz (a továbbiakban AT), a penicillin bioszintézis utolsó lépését katalizálja, amikoris az izopenicillin N amino-adipil része egy hidrofób acil-oldallánc prekurzorra, például fenilecetsavra vagy fenoxi-ecetsavra cserélődik ki, s ez a lépés a penicillin G-t, illetve V-t eredményezi.One such enzyme, acyltransferase (hereinafter referred to as AT), catalyzes the final step of penicillin biosynthesis, whereby the amino-adipyl moiety of isopenicillin N is replaced by a hydrophobic acyl side chain precursor such as phenylacetic acid or phenoxyacetic acid, which is the penicillin Gt or Vt.
A P. chrysogenum aciltranszferáz génjét, beleértve nukleinsav szekvenciáját, rendelkezésre bocsátjuk. A találmány olyan konzervatív mutációkra is vonatkozik, amikor a szekvencia ugyanazt az aminosav szekvenciát kódolja, de a bázisok 30%-a különbözhet, rendszerint azonban a bázisoknak körülbelül 10%-a különbözik. A találmány tárgyát képezik a nem konzervatív mutációk is, az aminosavaknak kevesebb mint 10%-a, sokkal gyakrabban kevesebb mint körülbelül 5%-a és előnyösen nem több mint körülbelül 1%-a helyettesített vagy törölt és amikor 5%-nál kevesebb a beépített aminosav, ahol a százalék a természetben előforduló aminosavak számához való viszonyt jelenti. Felhasználhatjuk ezenkívül az enzimet kódoló nukleinsav fragmentumait rendszerint legalább körülbelül 9 kodont, még gyakrabban legalább 15 kodont - továbbá expressziós termékeit szondák gyanánt, antitestek termelésére és így tovább. A szondákat más fajokban az enzim azonosítására használhatjuk oly módon, hogy a nukleinsavakat hibridizálásra használjuk, az antitesteket pedig a keresztreagáló proteinek azonosítására.The acyltransferase gene of P. chrysogenum, including the nucleic acid sequence, is provided. The invention also relates to conservative mutations in which the sequence encodes the same amino acid sequence, but may differ from 30% of bases, but usually about 10% of bases. The invention also encompasses non-conservative mutations, with less than 10%, more often less than about 5%, and preferably no more than about 1% of the amino acids being substituted or deleted and when less than 5% amino acid, where the percentage refers to the number of naturally occurring amino acids. In addition, fragments of the nucleic acid encoding the enzyme can be used, usually at least about 9 codons, more often at least 15 codons - and expression products thereof as probes, for the production of antibodies, and so on. Probes can be used in other species to identify an enzyme by using nucleic acids for hybridization and antibodies to identify cross-reacting proteins.
Az aciltranszferáz szubsztrátumaként szóbaj öhető természetben elő nem forduló oldallánc prekurzorok vagy más penicillinnek vagy cephalosporinok utáni kutatást ki lehet egészíteni olyan mutáns aciltranszferáz enzimek utáni kutatással, amelyek szubsztrátum gyanánt elfogadnak más oldallánc prekurzorokat is, nemcsak a fenil-acetsavat vagy fenoxi-ecetsavat, vagy a természetes izopenicillin N szubsztrátumhoz képest más penicillineket vagy cephalosporinokat. A találmány mutáns aciltranszferáz enzimek utáni kutatáshoz kiindulási anyagot szolgáltat. Az E. coli a legjobb gazda a mutációs klónozó kísérletekhez; minthogy azonban az E. coli hiányzik az aciltranszferáz génben lévő intronok eltávolításához szükséges splicing mechanizmus, az aciltranszferáz gén egy cDNS kiónja a választandó szekvencia az enzimnek E. coliban való kifejeződéséhez. Ez a cDNS szekvencia könnyen mutálható a szakmában jól ismert eljárásokkal, ilyen például a besugárzással (röntgen vagy UV) vagy kémiai mutagénekkel (etil-metán-szulfonát, nitrozó-guanidin vagy metil-metán-szulfonát) való kezelés vagy a hely-specifikus mutagenezis, hogy olyan mutáns enzimekhez jussunk, amelyek egyrészt szubsztrátumként ismerik fel a nem természetes oldallánc prekurzorokat és katalizálják a nem természetes penicillinek képződését az izopenicillin N-ből, másrészt az izopenicillin N-től eltérő penicillineken vagy cephalosporinokon egy oldallánc kicserélődési reakciót katalizálnak.Research on non-naturally occurring side chain precursors or other penicillins or cephalosporins as acyltransferase substrates can be complemented by research on mutant acyltransferase enzymes that accept other side chain precursors as their substrate, not only acid or phenyl, penicillins or cephalosporins other than isopenicillin N substrate. The present invention provides a starting material for mutant acyltransferase enzymes. E. coli is the best host for mutation cloning experiments; however, since E. coli lacks the splicing mechanism required to remove introns in the acyltransferase gene, a cDNA clone of the acyltransferase gene is the sequence of choice for expression of the enzyme in E. coli. This cDNA sequence can be easily mutated by methods well known in the art, such as treatment with irradiation (X-ray or UV) or chemical mutagens (ethyl methanesulfonate, nitrosoguanidine or methyl methanesulfonate), or site-specific mutagenesis, to obtain mutant enzymes which recognize the substrate exchange of non-natural side chain precursors and catalyze the formation of unnatural penicillins from isopenicillin N and penicillins or cephalosporins other than isopenicillin N.
Az AT, Y és más penicillin bioszintetikus gének izolálása lehetővé teszi az individuális gének szabályozó elemeinek - ilyen egy promoter, egy upstream aktiváló szekvencia (UAS = upstream activating sequence), egy terminátor és hasonlók - azonosítását. Ez a gének egymás közti összehasonlításával érhető el, valamint az izopenicillin N szintetáz bioszintetikus génre és más rokon génekre kapott szekvenciákkal való összehasonlítással. Ez utóbbi összehasonlítás felfedheti ezenkívül a penicillin bioszintetikus gének csoportjában a génexpresszió szabályozásának speciális természetét.Isolation of AT, Y, and other penicillin biosynthetic genes allows the identification of regulatory elements of individual genes such as a promoter, an upstream activating sequence (UAS), a terminator, and the like. This can be achieved by comparing genes with one another and by comparing sequences obtained with the isopenicillin N synthetase biosynthetic gene and other related genes. This latter comparison may also reveal the specific nature of the regulation of gene expression in the group of penicillin biosynthetic genes.
HU 209 941 ΒHU 209 941 Β
Egy ilyen „penicillin bioszintetikus szabályozó elem” azonosítása specifikus szabályozó proteinek azonosításához vezet olyan standard technikák segítségével, mint a gél retardáció, kereszt-kötés, DNS footprint analízis és hasonlók. A specifikus szabályozó proteinek affinitás kromatográfiával való izolálása után következik az illető proteint kódoló gén klónozása, majd manipulálása egy megfelelő gazdasejtben.Identification of such a "penicillin biosynthetic regulatory element" leads to the identification of specific regulatory proteins by standard techniques such as gel retardation, cross-linking, DNA footprint analysis and the like. After isolation of the specific regulatory proteins by affinity chromatography, the gene encoding the respective protein is cloned and then manipulated in a suitable host cell.
A klónozott AT-gén, Y-gén és más penicillin bioszintetikus gének használatával módosított enzimek tervezhetők és szintetizálhatok. Ezek a módosítások azt eredményezik, hogy az enzimek jellemzői módosulnak, például változik pH és hőmérséklet optimumuk, változik a stabilitásuk vagy változik szubsztrátum specifitásuk. Azokat a gazda törzseket, amelyeket e módosított enzimeket kódoló génekkel transzformáltunk, úgy programozhatjuk, hogy az antibiotikus szintézist különböző feltételek mellett végezzék vagy hogy más antibiotikumot szintetizáljanak, például penicillin helyett ampicillint.Using the cloned AT gene, the Y gene and other penicillin biosynthetic genes, modified enzymes can be designed and synthesized. These modifications result in changes in the characteristics of the enzymes, such as changes in their pH and temperature optimum, changes in their stability, or changes in substrate specificity. Host strains transformed with genes encoding these modified enzymes can be programmed to perform antibiotic synthesis under different conditions or to synthesize another antibiotic, such as ampicillin instead of penicillin.
A találmány egy másik szempontja szerint, a klónozott gének olyan gazda törzsek transzformálására használhatók, amelyek a természetesben nem tartalmazzák ezeket az enzimeket. Ismeretes, hogy a Streptomycesnek és az Acremoniumnak nincs AT enzime, míg másrészt a Penicilliumból hiányzik a cephalosporin és cephamycin bioszintetikus enzimek génje. Ha ezeket a géneket gazdasejtbe vezetjük be, az eredmény az lesz, hogy a Penicillium cephalosporint vagy cephamycint és az acremonium penicillint vagy cephalosporinokat szintetizál hidrofób oldallánccal.In another aspect of the invention, cloned genes can be used to transform host strains which naturally do not contain these enzymes. It is known that Streptomyces and Acremonium do not have the AT enzyme, whereas Penicillium, on the other hand, lacks the gene for the cephalosporin and cephamycin biosynthetic enzymes. The introduction of these genes into a host cell results in the synthesis of Penicillium cephalosporin or cephamycin and acremonium penicillin or cephalosporins with a hydrophobic side chain.
A következő eredmények alapján nyilvánvaló, hogy a másodlagos metabolitok termelése nagyban fokozható olyan szűrési eljárások alkalmazásával, amelyek lehetővé teszik a másodlagos metabolitok termelésével összefüggő DNS szekvenciák azonosítását. A másodlagos metabolitok termelésével kapcsolatos specifikus szekvenciák azonosítására használt kivonásos módszerekkel mRNS és cDNS izolálható, amelyek - azonosításuk után - szondákként alkalmazhatók. Megállapítottuk tehát, hogy olyan fragmentumok, amelyek eddig nem ismert funkciójú géneket tartalmaznak, nagymértékben fokozzák a másodlagos metabolitok termelését és ezekkel a fragmentumokkal gazdasejtek transzformálhatok a másodlagos metabolit termelése céljából. Ezt az eljárást a penicillin példáján mutatjuk be.From the following results, it is clear that the production of secondary metabolites can be greatly enhanced by screening procedures that allow identification of DNA sequences associated with the production of secondary metabolites. Extraction methods used to identify specific sequences involved in the production of secondary metabolites can isolate mRNA and cDNA which, once identified, can be used as probes. Thus, it has been found that fragments containing genes of unknown function greatly enhance the production of secondary metabolites and these fragments can be transformed into host cells for production of the secondary metabolite. This procedure is illustrated by the example of penicillin.
Ismertetjük ezenkívül egy aciltranszferáz gént, amelyet változatos módon használhatunk: mint enzimez a β-laktám vegyületek módosítására, mint jelzőt, mint antigén forrást aciltranszferáz antitestek termeléséhez, mint promoter szekvencia forrást, mint olyan forrást, melynek révén nagymennyiségű protein fejezhető ki kristályosítás céljára, templátként in vitro mutagenezishez, amellyel módosított jellemzőket felmutató enzimet kapunk és így tovább.We also disclose an acyltransferase gene that can be used in a variety of ways: as an enzyme for modifying β-lactam compounds, as a marker, as an antigen source for producing acyltransferase antibodies, as a promoter sequence source, as a source for expressing large amounts of protein for crystallization, in vitro mutagenesis to produce an enzyme with modified characteristics and so on.
E szabadalmi leírásban említett minden közleményt és szabadalmi bejelentést úgy építettünk be referenciaként, mintha minden egyes közleményt vagy szabadalmi bejelentést speciálisan és egyedileg lenne indokolt referenciaként alkalmazni.All publications and patent applications mentioned in this patent are incorporated by reference as if each notice or patent application were to be specifically and individually used as reference.
Bár a találmányt bizonyos részletességgel írtuk le és a világosabb megértés céljából ábrákat és példákat adunk közre, az ezen szakterületen átlagos jártassággal rendelkezők számára a leírásban előadottak fényében nyilvánvalóvá válik, hogy bizonyos változtatásokat és módosításokat végezhetnek anélkül, hogy a csatolt szabadalmi igénypontok szellemétől vagy oltalmi körétől eltérnének.While the invention has been described in some detail, and for purposes of clarity, illustrations and examples are provided, it will be apparent to those of ordinary skill in the art in light of the disclosure that certain changes and modifications are made without departing from the spirit or scope of the appended claims. .
A következő példákat mint illusztrációkat adjuk közre, anélkül azonban, hogy ezekkel a találmány oltalmi körét korlátoznánk.The following examples are provided by way of illustration, but are not intended to limit the scope of the invention.
1. példaExample 1
Genomiális gyűjtemény előállítása Penicillium chrysogenumbólConstruction of a genomic library from Penicillium chrysogenum
A Penicillium chrysogenumból (ATCC 28089) lényegében a szakterület ismert módszerei szerint [T. Maniatis és mtsai, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, N. Y. USA (1982)] készítünk genomiális gyűjteményt. A kromoszomális DNS-t úgy vonjuk ki a Penicillium chrysogenumból, hogy a micéliumokat protoplasztokká alakítjuk, mint ahogy ezt korábban az EP-A-260762 európai szabadalmi bejelentés leírta.Penicillium chrysogenum (ATCC 28089) is essentially according to methods known in the art [T. Maniatis et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, N.Y. USA (1982)]. The chromosomal DNA is extracted from Penicillium chrysogenum by converting mycelia to protoplasts as previously described in EP-A-260762.
A protoplasztokat ezután úgy lizáljuk, hogy az izotóniás (0,7 mólos KC1) szuszpenziót négy térfogat TES pufferrel (0,05 M trisz· HC1, pH = 8,0, 0,1 M EDTA, 0,15 M NaCl) hígítjuk. Ezután 1% nátrium-lauril-szulfátot adunk a lizátumhoz ez az elegyet 55 °C-on inkubáljuk 30 percig. Egy fenolos és két kloroformos extrahálás után a DNS-t etanollal kicsapjuk, szárítjuk, majd TE pufferben (10 mM trisz, 1 mM EDTA, pH = 8,0) feloldjuk. A DNS oldatot ezután 100 μg/ml RNáz-zal kezeljük 37 °C-on 1 órán át, majd ezután 200 μg/ml proteináz K-val 42 °C-on 1 óra hosszat. Az oldatot egyszer fenollal és kétszer kloroformmal extraháljuk. Azonos mennyiségű izopropanolt rétegezünk a vizes fázis fölé és a DNS-t a határfelületről gyűjtjük össze úgy, hogy üvegbotra gombolyítjuk fel. Szárítás után a DNS-t TE pufferben oldjuk. Az így kapott DNS készítmény molekula súlya körülbelül 108. A DNS-t részlegesen emésztjük Sau3A-val, ezután BamHI-gyel hasított defoszforilált EMBL3 karokhoz (Promega Biotec, Madison WI., USA) ligáljuk és lambda bakteriofág kapszidokba pakoljuk Promega Biotec féle Packagene System segítségével. Minden reakciót az előállító cég előírásai szerint végeztünk, kivéve, hogy a pakolási reakció 22 ’C-on 2-3 órán át ment végbe. A gyűjteményeket úgy szaporítjuk, hogy a megpakolt fágokat lemezre visszük, a lemezeket 7-8 óra hosszat 37 ’C-on inkubáljuk, majd a fágokat Petri csészénként 4 ml SM pufferrel (0,1 M NaCl, 0,01 M MgSO4, 0,05 M triszHCl, pH = 7,5, 0,01% zselatin) oldjuk ki.The protoplasts were then lysed by diluting the isotonic (0.7 M KCl) suspension with four volumes of TES buffer (0.05 M Tris · HCl, pH 8.0, 0.1 M EDTA, 0.15 M NaCl). Then, 1% sodium lauryl sulfate was added to the lysate and this mixture was incubated at 55 ° C for 30 minutes. After extraction with phenol and two chloroform, the DNA was precipitated with ethanol, dried and dissolved in TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.0). The DNA solution was then treated with 100 µg / ml RNase at 37 ° C for 1 hour, followed by 200 µg / ml proteinase K at 42 ° C for 1 hour. The solution was extracted once with phenol and twice with chloroform. An equal volume of isopropanol is layered over the aqueous phase and DNA is collected from the interface by winding it onto a glass rod. After drying, the DNA is dissolved in TE buffer. The DNA composition thus obtained has a molecular weight of about 10 8 . The DNA was partially digested with Sau3A, then ligated to BamHI-cleaved dephosphorylated EMBL3 arms (Promega Biotec, Madison, WI., USA) and packaged in lambda bacteriophage capsids using the Promega Biotec Packagene System. All reactions were carried out according to the manufacturer's instructions, except that the packing reaction was carried out at 22 ° C for 2-3 hours. The collections were grown by placing the packaged phages on a plate, incubating the plates for 7 to 8 hours at 37 ° C, and then adding the phages in 4 ml of SM buffer (0.1 M NaCl, 0.01 M MgSO 4 , 0.01 M per Petri dish). , 05 M trisHCl, pH 7.5, 0.01% gelatin).
2. példaExample 2
A penicillin bioszintézise folyamán specifikusan kifejeződő gének izolálása differenciál-szűrési eljárássalIsolation of genes specifically expressed during penicillin biosynthesis by differential screening
A penicillin bioszintézise folyamán specifikusan és túlsúlyban kifejeződő géneket úgy azonosítjuk, hogy az 1. példa szerinti genomiális gyűjteményt megszon8Genes specifically and predominantly expressed during penicillin biosynthesis were identified by deleting the genomic library of Example 1
HU 209 941 Β dázzuk olyan jelzett cDNS szondákkal, amelyeket a termelő (laktózon növekedő) és nemtermelő (glükózon növekedő) micéliumokból kivont mRNS templátok alapján szintetizáltunk és kiválasztjuk azokat a kiónokat, amelyek túlnyomórészt pozitív szignált adnak az előbbi (+) szondával.We digested with labeled cDNA probes synthesized from mRNA templates extracted from productive (lactose-growing) and non-producing (glucose-growing) mycelia and selected clones that predominantly gave a positive (+) probe.
Messzendszer RNS-eket izolálunk a 3. vagy 6. napos tenyészetekből, egyszer a termelő táptalajból (lásd a '3. példát) (+ előállítás), másszor ugyanebből a táptalajból, amikor a laktózt glükózzal helyettesítjük (- előállítás). A micéliumokat szűréssel gyűjtjük össze, folyékony nitrogénben fagyasztjuk, homogenizáljuk és a mRNS-t a T. Maniatis és mtsai (lásd fentebb) által leírt guanidium-izotiocianát módszerrel izoláljuk.Long-range RNAs were isolated from day 3 or 6 cultures, one time from the production medium (see Example 3) (+ production) and second from the same medium when lactose was replaced with glucose (- production). Mycelia were collected by filtration, frozen in liquid nitrogen, homogenized, and mRNA isolated by the guanidium isothiocyanate method described by T. Maniatis et al., Supra.
Mindkét mRNS populációval szemben cDNS-t szintetizálunk és (a-32P) dATP-vel jelezzük nagy specifikus aktivitás mellett 30 μΐ reakcióelegyben, melynek összetétele a következő:Against both mRNA populations, cDNA was synthesized and labeled with (α- 32 P) dATP at high specific activity in a 30 μΐ reaction mixture of the following composition:
A poli A+RNS-t és az oligo-dT-t külön kevertük össze, 100 °C-on 1 percig hevítettük, és mielőtt a reakcióelegyhez adtuk, lehűtöttük jeges vízben. A reakcióelegyet 1,5 órán át 42 °C-on inkubáljuk, majd hozzáadunk 5 μΐ 1 mM dATP-t és tovább inkubáljuk 30 percig. Ezután a reakcióelegy DETA koncentrációját 20 mM-ra, NaOH koncentrációját 20 mM-ra állítjuk be (végső térfogat 100 μΐ), és 65 °C-ra hívtjük. Egy órás inkubáció után hozzáadunk 5 μΐ 1 mólos trisz. HCl-t (pH = 8,3), 40 μΐ 0,1 M HCl-t, 7 μg borjú tunusz DNS-t, 100 μΐ TES puffért (10 mM trisz, 1 mM EDTA, 1% SDS, pH = 7,5) és 200 μΐ 5 mólos ammónium-acetátot, és a DNS-t 800 μΐ etanollal csapjuk ki, -20 °C-on 16 óra alatt.Poly A + RNA and oligo-dT were mixed separately, heated at 100 ° C for 1 minute, and cooled in ice water before being added to the reaction mixture. The reaction mixture was incubated for 1.5 hours at 42 ° C, then 5 μΐ of 1 mM dATP was added and incubated for another 30 minutes. The reaction mixture was then adjusted to 20 mM DETA, 20 mM NaOH (final volume 100 μΐ) and brought to 65 ° C. After incubation for one hour, 5 μΐ of 1 M tris was added. HCl (pH 8.3), 40 μΐ 0.1 M HCl, 7 μg bovine tuna DNA, 100 μΐ TES buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, 1% SDS, pH 7, 5) and 200 μΐ of 5 M ammonium acetate and the DNA was precipitated with 800 μΐ of ethanol at -20 ° C for 16 hours.
A csapadékot centrifugálással gyűjtjük össze, 70%os etanollal mossuk, szárítjuk, végül 32,5 μΐ TE pufferben (10 mM trisz, 1 mM EDTA, pH = 8,0) oldjuk fel. A (+) cDNS készítményt ezután a penicillin bioszintézise folyamán specifikusan kifejeződő szekvenciákban dúsítjuk fel úgy, hogy két egymásután következő hibridizációs lépcsőben (kaszkád) a (-) mRNS készítménnyel hibridizáljuk 75 μΐ reakcióelegyben, melynek összetétele a következő:The precipitate was collected by centrifugation, washed with 70% ethanol, dried and finally dissolved in 32.5 μΐ TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.0). The (+) cDNA preparation is then enriched in sequences that are specifically expressed during penicillin biosynthesis by hybridization with a (-) mRNA composition in two successive hybridization steps (cascade) in a 75 μΐ reaction mixture as follows:
A reakcióelegyet 16 órán át 68 °C-on inkubáljuk, hozzáadunk 102 μΐ vizet (a végső foszfát koncentráció 170 mM), és az elegyet hidroxilapatit oszlopra visszük, amelyet előzőleg 170 mM foszfát oldattal hoztunk egyensúlyba 68 °C-on. Ilyen körülmények mellett a kettős-szálú nukleinsavak az oszlopon megkötődnek, míg az egyszálú nukleinsavak kioldódnak. Az eluátumot összegyűjtjük, TE pufferrel szemben 1,5 óra hosszat dializáljuk és 4 μg hordozó (borjú tímusz) DNS hozzáadása után etanollal kicsapjuk. Az eljárást megismételjük és a végső kötetlen cDNS-t közvetlenül használjuk szondaként a Penicillium genomiális gyűjtemény szűrésére a következőképpen:The reaction mixture was incubated for 16 hours at 68 ° C, 102 μΐ of water (final phosphate concentration 170 mM) was added, and the mixture was placed on a hydroxylapatite column previously equilibrated with 170 mM phosphate solution at 68 ° C. Under these conditions, the double-stranded nucleic acids are bound on the column while the single-stranded nucleic acids are dissolved. The eluate was collected, dialyzed against TE buffer for 1.5 hours, and precipitated with ethanol after addition of 4 μg of carrier (calf thymus) DNA. The procedure was repeated and the final unbound cDNA was used directly as a probe to screen the Penicillium genomic collection as follows:
Az 1. példa szerinti elszaporírott gyűjtemény egy mintáját 5 Petri csészére szélesztjük úgy, hogy lemezenként körülbelül 1500 plakk képződjön. A plakkokat két-két Gene Screen Plus szűrőre (New England Nuclear) visszük át az előállító cég előírása szerint. Az egyik szűrő csoportot a jelzett, dúsított (+) cDNS készítménnyel szondázzuk, a második szűrő csoportot a jelzett (-) cDNS-sel, mint kontrollal szondázzuk.A sample of the duplicate collection of Example 1 was plated on 5 Petri dishes to form approximately 1500 plaques per plate. Plaques were transferred to two Gene Screen Plus filters (New England Nuclear) according to the manufacturer's instructions. One filter group is probed with the labeled enriched (+) cDNA composition and the second filter group is probed with the labeled (-) cDNA as a control.
A pozitív plakkokat tisztítjuk és egy másik szűrésnek vetjük alá. Ezzel az eljárással 96 olyan plakkot szelektáltunk, amelyek túlnyomóan pozitív szignált adtak a (+) cDNS szondával.Positive plaques are purified and subjected to another filtration. By this procedure, 96 plaques that predominantly gave a positive signal with the (+) cDNA probe were selected.
Azokat a rekombináns fág DNS-eket, amelyek erős vagy közepes szignált adtak az első szűrésnél, 32P-vel jeleztük és szondák gyanánt használtuk fel a termelő és nem-termelő micéliumokból izolált Penicillium RNSek Northern blokkjainak szűréséhez abból a célból, hogy megállapítsuk mindkét körülmény mellett az expresszió szintjét. Eszerint a rekombináns kiónokat három csoportba osztottuk.Recombinant phage DNAs that gave a strong or medium signal at first screening were labeled with 32 P and used as probes to screen Northern blocks of Penicillium RNAs isolated from producing and non-producing mycelia to determine under both conditions. expression level. Accordingly, the recombinant clones were divided into three groups.
Az 1. csoport olyan géneket tartalmaz, amelyek magas szinten fejeződnek ki a penicillin bioszintézise folyamán.Group 1 contains genes that are expressed at high levels during penicillin biosynthesis.
Ilyenek például az alábbi kiónok:Examples include the following clones:
G2 és B21G2 and B21
B9, L5 és G5B9, L5 and G5
L12L12
K9K9
A 2. csoportba tartozó gének kifejeződése közepes. Ilyenek például az alábbi kiónok:Group 2 genes have moderate expression. Examples include the following clones:
C12C12
P3 ésKllP3 and Kll
B13B13
B20B20
A 3. csoportba tartozó gének kifejeződése gyenge. Ilyenek például az alábbi kiónok:Group 3 genes have poor expression. Examples include the following clones:
G3G3
G1 K16G1 K16
L10 B23L10 B23
Ezen rekombináns fágok fizikai térképét mutatja be a 2. ábra. A G2 és B12 klón pozitív hibridizációs szignált adott, amikor egy izopenicillin N szintetáz specifikus szondával vizsgáltuk (S. M. Sámson és mtsai, lásd fentebb). Meglepő módon úgy tűnt, hogy ugyanezen kiónok egy aciltranszferáz specifikus szondával is hibridizáltak (lásd az 5. példát).The physical map of these recombinant phages is shown in Figure 2. Clones G2 and B12 gave a positive hybridization signal when tested with an isopenicillin N synthetase specific probe (S. M. Samson et al., Supra). Surprisingly, the same clone appeared to hybridize to an acyltransferase-specific probe (see Example 5).
HU 209 941 ΒHU 209 941 Β
3. példaExample 3
Az aciltranszferáz tisztításaPurification of acyltransferase
Penicillium chrysogenum törzzsel (ATCC 28089) beoltunk 2 · 106 konidium/ml mennyiséggel) egy komplex oltó táptalajt, melynek összetétele a következő: kukorica lekvár (20 g/1); szeszgyártási maradék (20 g/1); szacharóz (20 g/1); CaCO3 (5 g/1). A táptalaj pH-ja sterilizálás előtt 5,7. Az oltó-táptalajt 36 órán át 25 ’C-on 250 ford/perc mellett inkubáljuk, s a kapott tenyészetet használjuk hússzoros térfogatú komplex termelő táptalaj beoltására. A termelő táptalaj 35 g/1 szárított lekvárt, 25 g/1 laktózt, 2,5 g/1 kálium-fenilacetátot, 3 g/1 MgSO4-7H2O-t, 7 g/1 KH2PO4-ot, 2,5 g kukoricaolajat és 10 g/1 CaC03-ot tartalmaz. Az inkubálást tovább folytatjuk 48 órán át, majd a micéliumokat szűréssel gyűjtjük össze és a szűrő-pogácsát négyszer mossuk hideg 0,15 mólos NaCl-dal.Penicillium chrysogenum strain (ATCC 28089) was inoculated with 2 x 10 6 conidium / ml) into a complex seeding medium consisting of: corn jam (20 g / l); alcohol production residue (20 g / l); sucrose (20 g / l); CaCO 3 (5 g / L). The pH of the medium before sterilization is 5.7. The inoculum medium is incubated for 36 hours at 25 ° C and 250 rpm, and the resulting culture is used to inoculate 20 times the volume of complex medium. The production medium is 35 g / l dried jam, 25 g / l lactose, 2.5 g / l potassium phenylacetate, 3 g / l MgSO 4 -7H 2 O, 7 g / l KH 2 PO 4 , 2, 5 g of corn oil and 10 g / 1 CaC0 3 respectively. The incubation was continued for 48 hours and the mycelia were collected by filtration and the filter cake washed four times with cold 0.15 M NaCl.
200 g (nedves tömeg) micéliumot szuszpendálunk 700 ml 5 mM ditiotreitolt (DTT) tartalmazó 0,05 mólos trisz-HCl pufferben (pH = 8, TD puffer). A szuszpenziót Braun féle dezintegrátorban (Braun, Melsunge, NSZK) Ballotini üvegszemcsék (Sigma, V típus, átmérő: 450-500 μπι) használatával, 15 másodperc intervallumokban 30 másodperces periódusokkal, etanol/száraz-jég fürdőben mélyhűtve tárjuk fel. A kivonatot ezután 30 percig 20 000 g mellett centrifugáljuk. Ezt a műveletet és minden ezután következő lépést 4 °C-on végzünk. A kivonat 640 ml-éhez lassan hozzáadunk 27 ml 0,5 mólos trisz HCl-el (pH = 8,0) készített 10%os (vegyes) protamin-szulfát oldatot. Az oldatot 45 percig kevertetjük, majd a nukleinsav csapadékot centrifugálással - 20 000 g mellett - távolítjuk el és a felülúszót ammónium-szulfátos kicsapással frakcionáljuk, miközben az oldat pH-ját 8,0-on tartjuk az ammóniumszulfát adagolása folyamán. A40-55%-os telítés között kicsapódott frakciót 1 M ammónium-szulfát tartalmú TD pufferben oldjuk fel, és az oldatot CL-4B oszlopra (1,8 X 16 cm) visszük fel, melyet előzőleg ugyanezen pufferrel hoztuk egyensúlyba. Az oszlopot TF pufferrel mossuk 5 ml/perc átfolyási sebesség mellett, amíg kötetlen protein már nem jön le az oszlopról.200 g (wet weight) of mycelium are suspended in 700 ml of 0.05 M Tris-HCl buffer (pH 8, TD buffer) containing 5 mM dithiothreitol (DTT). The suspension is disintegrated in a ethanol / dry ice bath at 15 second intervals using Ballotini glass particles (Sigma, type V, diameter: 450-500 μπι) in Braun disintegrator (Braun, Melsunge, Germany). The extract is then centrifuged at 20,000 g for 30 minutes. This operation and each subsequent step are performed at 4 ° C. To 640 ml of the extract is slowly added 27 ml of a 10% (mixed) solution of protamine sulphate in 0.5 M Tris HCl, pH 8.0. After stirring for 45 minutes, the nucleic acid precipitate was removed by centrifugation at 20,000 g and the supernatant fractionated by precipitation with ammonium sulfate while maintaining the pH of the solution at 8.0 during the addition of ammonium sulfate. The fraction precipitated between 40-55% saturation was dissolved in 1M ammonium sulfate containing TD buffer and applied to a CL-4B column (1.8 x 16 cm) previously equilibrated with the same buffer. The column was washed with TF buffer at a flow rate of 5 ml / min until unbound protein was removed from the column.
Ezután az aciltranszferázt oldjuk le az oszlopról 0,05 mólos trisz HCl-el (pH = 8,0) készített 40%-os etilén-glikollal.The acyltransferase is then dissolved from the column with 40% ethylene glycol in 0.05M Tris HCl, pH 8.0.
A kioldott frakciókat aciltranszferáz aktivitásra vizsgáljuk oly módon, hogy a 0,2 mM fenil-acetil-koenzim A-t, 0,2 mM 6-amino-penicillán-savat, 5 mM DTT-t, 0,1 M trisz HCl-t (pH = 8,0) és az enzimkivonatot tartalmazó reakcióelegyet, melynek végső térfogata 200 μΐ, 25 °C-on inkubáljuk. Tíz perc múlva a reakciót 200 μΐ metanol hozzáadásával állítjuk le. A mintákat 5 000 g mellett centrifugáljuk, és a felülúszóban lévő penicillin G-t hagyományos mikrobiológiai vagy kromatográfiás módszerekkel határozzuk meg.The dissolved fractions were assayed for acyltransferase activity by adding 0.2 mM phenylacetyl coenzyme A, 0.2 mM 6-aminopenicillanic acid, 5 mM DTT, 0.1 M tris HCl (pH). = 8.0) and the reaction mixture containing the enzyme extract to a final volume of 200 μΐ was incubated at 25 ° C. After 10 minutes, quench the reaction with 200 μ 200 of methanol. The samples are centrifuged at 5,000 g and the penicillin G in the supernatant is determined by conventional microbiological or chromatographic methods.
A fenil-Sepharose oszlopról származó aktív frakciókat egyesítjük, és felvisszük DEAE-Sephacel oszlopra (1,5 x 20 cm), melyet előzőleg TD pufferrel hoztunk egyensúlyba, és az aciltranszferáz aktivitást TD pufferes NaCl lineáris gradiensével (0-0,25 M oldjuk le, 0,25 ml/perc átfolyási sebesség mellett. Az egyesített aktív frakciókat 70% ammónium-szulfáttal csapjuk ki, a csapadékot 3 ml TD pufferben oldjuk, majd TD pufferrel kiegyensúlyozott Sephadex G-75 (coarse) oszlopra (2,6 x 70 cm) visszük fel. Az aciltranszferázt TD pufferrel oldjuk ki 9 ml/óra átfolyási sebességgel. A később kioldó frakció-részeket gyűjtjük össze, ahol a protein-csúcs szimmetrikus a megfelelő aciltranszferáz aktivitással. A végső tisztaság 258-szoros volt.The active fractions from the phenyl-Sepharose column were pooled and applied to a DEAE-Sephacel column (1.5 x 20 cm) previously equilibrated with TD buffer and the acyltransferase activity was solubilized with a linear TD gradient of NaCl (0-0.25 M). At a flow rate of 0.25 mL / min. The combined active fractions were precipitated with 70% ammonium sulfate, dissolved in 3 mL of TD buffer and applied to a TD-equilibrated Sephadex G-75 (coarse) column (2.6 x 70 cm). The acyltransferase was dissolved in TD buffer at a flow rate of 9 ml / h, and the subsequent fraction fractions were collected where the protein peak was symmetric with the corresponding acyltransferase activity and the final purity was 258 times.
4. példaExample 4
Az aciltranszferáz aminoterminális aminosav szekvenciájának meghatározása és a megfelelő oligonukleotid szonda keverékek megtervezése A 3. példa szerinti eljárással kapott enzimkészítményt SDS-PAGE gélben [U. K. Laemmli, Natúré, 227, 680 (1970)] futtatjuk (13% akrilamid; 50 mA). Az SDS gélből egy 29 kD sávot (körülbelül 10 μg protein) vágunk ki, és a proteint elektroforetikus úton egy PCGM-2 membránra (polybrene impregnated glassfibre, Janssen, Beerse, Belgium) visszük át Multiphor II Nova biot egység (LKB; 0,8 mA/cm2; 90 perc; elektród puffer: 5 mM nátrium-borát; pH = 8,0) segítségével. A blotting után a PCGm membránt négyszer mossuk 25 mM nátrium-kloridot és 10 mM nátrium-borátot tartalmazó oldattal (pH = 8,0), majd szárítjuk.Determination of the amino terminal amino acid sequence of acyltransferase and design of appropriate oligonucleotide probe mixtures The enzyme preparation obtained in Example 3 was run on SDS-PAGE gel (UK Laemmli, Natura, 227, 680 (1970)) (13% acrylamide; 50 mA). A 29 kD band (approximately 10 μg of protein) was excised from the SDS gel and the protein was electrophoretically transferred onto a PCGM-2 membrane (polybrene impregnated glass fiber, Janssen, Beerse, Belgium) in a Multiphor II Nova biotype (LKB; 0.8). mA / cm 2 ; 90 min; electrode buffer: 5 mM sodium borate, pH 8.0). After blotting, the PCGm membrane was washed four times with 25 mM sodium chloride and 10 mM sodium borate (pH 8.0) and dried.
Az ilyen módon kapott, PCGM-re adszorbeált protein N-terminális aminosav szekvenciájának analízisét gázfázisú szekvenátorral (Applied Biosystems, model 470A) végeztük el. A meghatározás a következő szekvenciát eredményezte:The N-terminal amino acid sequence analysis of the protein thus adsorbed to PCGM was performed with a gas phase sequencer (Applied Biosystems, model 470A). The assay resulted in the following sequence:
thr-thr-ala-tyr-cys-gln-leu-pro-asn-gly-ala-leu-glngly-gln-asn-trp-aspthr-thr-ala-tyr-gln-cys-leu-pro-asn-gly-leu-ala-gln-asn glngly-asp-trp
Fenti aminosav szekvencia aláhúzott része alapján egy alábbi oligodezoxinukleotid készletet szintetizáltunk:Based on the underlined portion of the above amino acid sequence, the following oligodeoxynucleotide set was synthesized:
TT
A C A T TA C A T T
5’ CA GG CA AA TGGGA 3’5 'CA GG CA AA TGGGA 3'
G A G C CG A G C C
GG
A készítményben néha jelenlévő 10 kD sáv aminoterminális aminosav szekvenciáját szintén meghatároztuk, de nem használtuk fel oligodezoxiribonukleotid szonda készítéséhez. A kapott szekvencia a következő: Met-LeuHis-Ile-Leu-X-Gln-Gly-Thr-Pro-Phe-Glu-Ile-Gly-TyrGlu-His-Gly-Ser-Ala-Ala-Lys-Ala-Val-Ile-Ala.The amino terminal amino acid sequence of the 10 kD band that is sometimes present in the composition was also determined, but was not used to construct an oligodeoxyribonucleotide probe. The resulting sequence is as follows: Met-LeuHis-Ile-Leu-X-Gln-Gly-Thr-Pro-Phe-Glu-Ile-Gly-TyrGlu-His-Gly-Ser-Ala-Ala-Lys-Ala-Val- Ile-Ala.
5. példaExample 5
Az aciltranszferáz gén azonosításaIdentification of the acyltransferase gene
Néhány 2. példa szerinti lambda klón DNS-t Sáli restrikciós endonukleázzal emésztünk, a fragmentumokat 0,7%-os agaróz gélben elválasztjuk, átvisszük Genescreen Plus membránra, ahol a 4. példa szerinti (32P)-vel végjelzett oligonukleotidok keverékével hibridizáljuk. A pozitív szignált adó klónokról standard módszerekkel végzett restrikciós analízissel térképet készítünk. Két rekombináns fág - lambda B21 és lambda G2 - reprezentatív fizikai térképét mutatja be az 1. ábra. Az oligodezoxiribonukleotid keverék specifikusan hibridizált a térképen jelzett EcoRI/HindlII szub10Some of the lambda clone DNA of Example 2 was digested with SalI restriction endonuclease, and the fragments were separated on a 0.7% agarose gel, transferred to a Genescreen Plus membrane, and hybridized with a mixture of 32 P-labeled oligonucleotides of Example 4. A positive signal-producing clone is map mapped using standard methods. Representative physical maps of two recombinant phages, lambda B21 and lambda G2, are shown in Figure 1. The oligodeoxyribonucleotide mixture was specifically hybridized to the EcoRI / HindIII subunit on the map.
HU 209 941 Β fragmentummal. Ezt és a szomszédos fragmentumokat a pTZ 18/19-ben (United States Biochemical Corporation) újra klónoztuk és elvégeztük nukleotid szekvencia analízisüket. A meghatározott szekvencia és a belőle levezetett aminosav szekvencia a 2. ábrán látható.HU 209 941 Β fragment. This and adjacent fragments were re-cloned in pTZ 18/19 (United States Biochemical Corporation) and subjected to nucleotide sequence analysis. The determined sequence and the deduced amino acid sequence are shown in Figure 2.
Meghatároztuk a készítményben szintén jelenlévő 10 kD sáv amino-terminális aminosav szekvenciáját és megállapítottuk, hogy ez egy olyan DNS szekvenciának felel meg, amely a 29 kD szekvenciához képest upstream helyezkedik el. Tehát valószínű, hogy az AT mint egy 40 kD protein szintetizálódik. Ezt a nézetet támasztja alá az AT messzendzser hossza, amelyről kimutattuk, hogy 1500 bázis hosszú (hasonlóan az izopenicillin N szintetáz mRNS-hez, amely egy 38 kD proteint kódol), s ez teszi lehetővé 100 bázis hosszú 3’ és 5’ transzlatált szakaszok jelenlétét.The amino-terminal amino acid sequence of the 10 kD band also present in the composition was determined and found to correspond to a DNA sequence upstream of the 29 kD sequence. Thus, it is likely that AT is synthesized as a 40 kD protein. This view is supported by the length of the AT messenger, which has been shown to be 1500 bases long (similar to isopenicillin N synthetase mRNA, which encodes a 38 kD protein), allowing for the presence of 100 bases of 3 'and 5' translated segments. .
A 29 kD protein aminosav szekvenciája (kiterjesztve a thr-Thr-Ala-Tyr-Cys-Gln-Leu-Pro-Asp-Gly-AlaLeu-Gln-Gly-Gln-Asn-Trp-Asp-Phe-Phe-Ser-Ala-TrhLys-Gln-Ala szekvenciára) és a 10 kD protein aminosav szekvenciája két intron jelenlétét mutatja. Egy harmadik intron léte is feltételezhető a 10 kD protein bruttó aminosav összetétele (97 csoport) és határainak általánosan elfogadott szekvenciája alapján [D. J. Ballance, Yeast, 2, 229-236 (1986)]. Ennek a harmadik intronnak a jelenlétét primer extenzióval és a kódoló és nem kódoló szakaszokból származó oligonukleotid szondák használatával végzett Norther biot hibridizációval bizonyítottuk.The 29 kD protein amino acid sequence (extended to thr-Thr-Ala-Tyr-Cys-Gln-Pro-Asp-Gly-AlaLeu-Gln-Gly-Gln-Asn-Trp-Asp-Phe-Phe-Ser-Ala) -TrhLys-Gln-Ala sequence) and the 10 kD protein amino acid sequence indicates the presence of two introns. The existence of a third intron can also be assumed based on the gross amino acid composition of the 10 kD protein (groups 97) and the generally accepted sequence of its boundaries [D. J. Ballance, Yeast 2: 229-236 (1986)]. The presence of this third intron was confirmed by Norther biot hybridization with primary extension and using oligonucleotide probes from the coding and non-coding regions.
6. példaExample 6
A pPS47 szerkesztéseEditing pPS47
A Penicillium genom gyűjteményből standard módszerekkel (Maniatis; 1. példa) izoláljuk a foszfoglicerát kináz (pgk) gént, amikóris hibridizációs szondaként a megfelelő élesztő gént használjuk (Hitzeman és mtsai, lásd fent). A pgk promoter szakaszt részben a 4. ábrán bemutatott szekvencia írja le, amely közvetlenül a pgk kódoló szakasztól upstream helyezkedik el.The phosphoglycerate kinase (pgk) gene was isolated from the Penicillium genome collection by standard methods (Maniatis; Example 1), using the appropriate yeast gene as a hormone hybridization probe (Hitzeman et al., Supra). The pgk promoter region is described in part by the sequence shown in Figure 4, which is upstream of the pgk coding region.
A P. chrysogenum pgk promotert, mint 1,5 kb HindlII fragmentumot, beklónozzuk a pTZ18R-be és egy olyan kiónt szelektálunk, amelyben megfelelő az orientációja.The P. chrysogenum pgk promoter, as a 1.5 kb HindIII fragment, is cloned into pTZ18R and a clone with the correct orientation is selected.
Ezután a phleomycin rezisztencia gént, melyet az 1,0 kb BamHI plusz BglII fragmentum alakjában a pUT702-ből (Cayla, Toulose Cedex, Franciaország) izoláltunk, beklónozzuk ebbe a kiónba, a polilinker BamHI helyére. A pgk promotert a phleomycin rezisztencia gén keretébe fuzionáljuk úgy, hogy kigombolyítjuk a deletálandó szekvenciát az alábbi oligonukleotid szekvencia használatával:The phleomycin resistance gene, isolated in the form of the 1.0 kb BamHI plus BglII fragment from pUT702 (Cayla, Toulose Cedex, France), was then cloned into this clone at the BamHI site of the polylinker. The pgk promoter is fused within the framework of the phleomycin resistance gene by unblocking the sequence to be deleted using the following oligonucleotide sequence:
5’ - GGA ACG GCA CTG GTC AAC TTG GCC ATG GTG GGT AGT TAA TGG TAT G - 3 ’5 '- GGA ACG GCA CTG GTC AAC TTG GCC ATG GTG GGT AGT TAA TGG TAT G - 3'
Ez az oligonukleotid ezenfelül egy Ncol helyet vezet be az ATG helynél (aláhúzva).This oligonucleotide also introduces an NcoI site at the ATG site (underlined).
7. példaExample 7
Nagy transzformációs hatékonyságú transzformáló vektor szerkesztése (pPS54)Construction of a Transformation Vector with High Transformation Efficiency (pPS54)
Annak érdekében, hogy a P. chrysogenum esetében olyan transzformációs frekvenciát kapjunk, amely elég magas ahhoz, hogy lehetővé váljék transzformálás vagy kotranszformálás révén gének beépítése olyan céllal, hogy kiegészítsük vagy megsokszorozzuk a βlaktám bioszintézisében szereplő nem-szelektálható géneket, kívánatos, hogy a transzformáció vektorba egy transzformációt fokozó szekvenciát vezessünk be [ans szekvencia az Aspergillusban; D. J. Ballance és G. Turner, Gene, 36, 321-331 (1985)]. Meglepő, hogy a P. chrysogenumban működő transzformáció-stimuláló szekvencia a P. chrysogenum pyrG génjét tartalmazó DNS szekvencián helyezkedik el. Ennek a 2,4 kb EcoRI fragmentumnak egy részét a 3. ábrán bemutatott nukleotid szekvencia írja le. Ez a DNS fragmentum részét képezi annak a 4 kb Sau3A parciális fragmentumnak, amely a pUC13 plazmid BamHI helyére van beklónozva [J. Messing, Meth. Enzymol, 101, 20 (Acad. Press, 1983)]. A plazmid jele a következőkben: pUC13::pyrG (lásd az EP-A-260762 számú európai szabadalmi bejelentést és az 5. ábrát).In order to obtain a transformation frequency for P. chrysogenum that is high enough to allow the incorporation of genes by transformation or cotransformation to complement or amplify the non-selectable genes involved in β-lactam biosynthesis, it is desirable that the transformation vector introducing a transformation enhancer sequence [ans sequence in Aspergillus; D. J. Ballance and G. Turner, Gene, 36: 321-331 (1985). Surprisingly, the transformation stimulating sequence in P. chrysogenum is located on the DNA sequence containing the pyrG gene of P. chrysogenum. Part of this 2.4 kb Eco RI fragment is described in the nucleotide sequence shown in Figure 3. This DNA fragment is part of the 4 kb Sau3A partial fragment cloned into the BamHI site of plasmid pUC13 [J. Brass, Meth. Enzymol, 101, 20 (Acad. Press, 1983). The plasmid is designated pUC13 :: pyrG (see European Patent Application EP-A-260762 and Figure 5).
A 2,4 kb EcoRI fragmentumot beépítjük a Streptoalloteichus hindustanus phleomycin rezisztencia génjét tartalmazó plazmidba (pPS47) a P. chrysogenumból származó foszfolicerát kináz (pgk) gén promoterének szabályozása alá. A kapott szerkezet neve: pPS54.The 2.4 kb EcoRI fragment was inserted into the plasmid containing the Streptoalloteichus hindustanus phleomycin resistance gene (pPS47) under the control of the promoter of the phospholicerate kinase (pgk) gene from P. chrysogenum. The resulting structure is called pPS54.
A pyrG fragmentumnak a transzformálás gyakoriságára való stimuláló hatását az alábbi 1. táblázat ismerteti.The stimulatory effect of the pyrG fragment on the frequency of transformation is shown in Table 1 below.
1. táblázatTable 1
8. példaExample 8
Az AT kiónok identitásának biológiai és biokémiai bizonyításaBiological and biochemical verification of the identity of the AT clone
Az AT kiónok identitásának biológiailag egy P. chrysogenum Wis 54-1255 npe 8 aciltranszferáz-negatív mutáns kiegészítésével igazoljuk.The identity of the AT clone is biologically confirmed by the addition of a P. chrysogenum Wis 54-1255 npe 8 acyltransferase negative mutant.
A Wis 54-1255 npe 8 törzs egy uracil-függő származékából, a Wis 54-1255 npe 8 pyrG (CBS 512.88) sejtekből, 2 107 protoplasztot készítünk. A protoplasztokat 5 pg pUC13::pyrG szelektív plazmidból és 15 pg lambda B21 DNS-ből álló keverékkel kotranszformáljuk úgy, ahogy azt előzőleg leírtuk (EP-A-260762).From a uracil-dependent derivative of Wis 54-1255 npe 8 strain Wis 54-1255 npe 8 pyrG (CBS 512.88) cells, 2 10 7 protoplasts were made. The protoplasts were cotransformed with a mixture of 5 pg of pUC13 :: pyrG selective plasmid and 15 pg of lambda B21 DNA as described previously (EP-A-260762).
Több száz transzformált sejtet kapunk, amelyekből a konidiumokat összegyűjtjük, és az 1. példa szerinti komplex termelő táptalajt tartalmazó lemezekre viszszük, Perti csészénként 1-10 telep sűrűségben. A lemezeket 3 napig 25 °C-on inkubáljuk, majd rárétegezünk penicillin érzékeny Bacillus subtilis indikátor törzsből készült spóra szuszpenziót. A lemezeket egy éjszakán át 30 °C-on inkubáljuk, majd meghatározzuk a baktérium pázsiton kialakult gátlási zónák nagyságát.Hundreds of transformed cells are obtained from which the conidia are harvested and plated on plates containing the complex production medium of Example 1 at a density of 1-10 colonies per Perti dish. The plates are incubated for 3 days at 25 ° C and a spore suspension of penicillin sensitive Bacillus subtilis indicator strain is applied. Plates are incubated overnight at 30 ° C and the extent of inhibition zones on the bacterial lawn is determined.
A transzformált sejtek legnagyobb részénél (75%) igen kicsi a gyűrű, hasonló, mint a penicillin nem-termelő npe 8 pyrG recipiens törzsnél. A maradék 25% nagy gátlási zónát mutatott, ahhoz hasonlót, mint amilyen a Wis 54-1255 vad-típusú törzsnél fordul elő.Most of the transformed cells (75%) have a very small ring, similar to the penicillin-producing npe 8 pyrG recipient strain. The remaining 25% exhibited a high inhibition zone similar to that found in the wild-type strain Wis 54-1255.
HU 209 941 ΒHU 209 941 Β
Ebből azt következtettük, hogy az előbbi csoport csak a pUC13::pyrG szelektív plazmidot kapta meg, míg az utóbbi csoport a pUC13::pyrG-t és a lambda B21-et is, ami helyre állítja a penicillin termelést.From this it was concluded that the former group received only the pUC13 :: pyrG selective plasmid, while the latter group also received pUC13 :: pyrG and lambda B21, which restores penicillin production.
Mindkét csoportból több transzformált klón sejtmentes kivonatából meghatároztuk az AT aktivitást. A micéliumokat két napos növekedés után összegyűjtjük - mint ahogy azt a 3. példában leírtuk - mossuk, folyékony nitrogénben fagyasztjuk és porítjuk. Minden meghatározáshoz 2,5 g őrölt micéliumot szuszpendálunk 5 mM DTT és 5 mM EDTA tartalmú 50 mM kálium-foszfát pufferben (pH = 8,9) - a végső térfogat 12,5 ml és a szuszpenziót 25 percig kevertetjük. A sejtmentes kivonatot úgy kapjuk meg, hogy a szuszpenziót 5 percig 1000 g mellett centrifugáljuk.Cellular extracts of several transformed clones from both groups were determined for AT activity. After two days of growth, mycelia were harvested, washed as described in Example 3, frozen in liquid nitrogen and powdered. For each determination, 2.5 g of ground mycelium are suspended in 50 mM potassium phosphate buffer, pH 8.9 containing 5 mM DTT and 5 mM EDTA - final volume is 12.5 ml and the suspension is stirred for 25 minutes. The cell-free extract was obtained by centrifugation of the suspension at 1000 g for 5 minutes.
Az AT aktivitás meghatározásakor 2 ml sejtmentes kivonatot 0,1 ml DTT-vei (10 mg/ml), 0,2 ml 6-amino2. táblázatWhen determining AT activity, 2 ml of cell-free extract with 0.1 ml DTT (10 mg / ml), 0.2 ml 6-amino2. spreadsheet
relatív AT aktivitás a kivonatban ** mutáció következtében inaktívrelative AT activity in the extract is inactive due to mutation **
9. példaExample 9
Megnövekedett penicillin termelés kriptikus Y génnel transzformált gazdatörzsben Annak érdekében, hogy bemutassuk azoknak a géneknek a hatását, amelyekről megállapítottuk, hogy résztvesznek a penicillin termelésben, a Penicillium gazda törzsben megnöveltük egy ilyen gén mennyiségét. Úgy jártunk el, hogy az „Y” gént, amelyet a B9, L5 és G5 klón tartalmaz, beklónoztuk mint 3;0 kb BamHI plusz Sphl fragmentumot a pPS47-be. A kapott pRH05 jelű szerkezettel P. chrysogenum Wis 54-1255 (ATCC 28089) sejteket transzformáltunk és a phleomycin rezisztens kiónokat izoláltuk. Több kiónt vizsgáltunk penicillin termelésre, rázott palackokban.Increased Penicillin Production in a Host Strain Transformed with a Cryptic Y Gene In order to illustrate the effect of genes found to be involved in penicillin production, we increased the amount of such a gene in the Penicillium host strain. The "Y" gene contained in clones B9, L5 and G5 was cloned as 3 ; 0 kb BamHI plus SphI fragment to pPS47. The resulting pRH05 construct was transformed into P. chrysogenum Wis 54-1255 (ATCC 28089) cells and isolated phleomycin resistant clones. Several clones were tested for penicillin production in shaken bottles.
Egy izolált transzformált sejttel kapott eredményeket a 3. táblázat tartalmazza.The results obtained with an isolated transformed cell are shown in Table 3.
3. táblázatTable 3
Southern biot analízissel bizonyítottuk, hogy az Y génből nagyobb mennyiséget tartalmaz a transzformált sejt, mint a nem transzformált gazdasejt. Tehát a találpenicillánsavval (10 mg/ml) és 0,2 ml fenil-acetil-koenzim A oldattal (20 mg/ml) inkubálunk 25 °C-on.Southern biot analysis showed that the transformed cell contains a higher amount of the Y gene than the untransformed host cell. Thus, it is incubated with Leppenicillanic acid (10 mg / ml) and 0.2 ml of phenylacetyl-coenzyme A solution (20 mg / ml) at 25 ° C.
Á reakciót 15 és 30 perc múlva azonos mennyiségű metanol hozzáadásával állítjuk le, és a mintát lecentri5 fugáljuk (20 perc; 5000 g). A felülúszót penicillin G tartalomra vizsgáljuk az ismert kromatográfiás (HPLC) módszerekkel. Egy tipikus kísérlet eredményét a 2. táblázatban foglaljuk össze. Az adatok azt mutatják, hogy a transzformált törzsek - (3) és (4) - AT aktivitása 10 2-3-szor felülmúlja a vad-típusú törzs (5) AT aktivitását, ami egybevág a megnövekedett gén mennyiséggel.After 15 and 30 minutes, the reaction was quenched with an equal volume of methanol and the sample was centrifuged (20 minutes; 5000 g). The supernatant is assayed for penicillin G content by known chromatography (HPLC) methods. The results of a typical experiment are summarized in Table 2. The data show that the transformed strains - (3) and (4) - AT have a 10 to 2 to 3-fold higher activity than the wild-type strain (5) AT, which is consistent with the increased gene content.
Az IPNS + AT csoportot beklónozzuk a pPS54-be, s megkapjuk a pGJOl A és B vektort. Egy 5 kb Sáli fragmentumot tompa végűvé alakítunk T4 DNS poli15 merázzal, majd miután a vektort T4 DNS polimerázzal kezeltük, a pPS54 egyetlen HindllI helyére kötjük be (ligázzal).The IPNS + AT group was cloned into pPS54 to give vector pGJ101 A and B. A 5 kb Sal I fragment was blunt-ended with T4 DNA poly15 merase and, after treatment with T4 DNA polymerase, was ligated into a single HindIII site of pPS54 (ligase).
mány szerinti eljárással izolált kriptikus gén, azaz az Y gén lényegesen megnövelte a penicillin termelést.The Y gene significantly increased penicillin production.
Az Y gén átiratának nagyságát Northern biot hibridizációval határoztuk meg: az átírt szekvencia körülbelül 1,0 kb hosszúnak bizonyult.The size of the transcript of the Y gene was determined by Northern biot hybridization: the transcribed sequence proved to be approximately 1.0 kb.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP88201714 | 1988-08-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HU209941B true HU209941B (en) | 1994-12-28 |
Family
ID=8199836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU410589A HU209941B (en) | 1988-08-11 | 1989-08-10 | Method for identifying and using biosynthetic or regulatory genes for enhanced production of beta-lactam antibiotics, these comprising vector, and transformation of fungi cells |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
HU (1) | HU209941B (en) |
IE (1) | IE892571L (en) |
-
1989
- 1989-08-10 HU HU410589A patent/HU209941B/en not_active IP Right Cessation
- 1989-08-10 IE IE257189A patent/IE892571L/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IE892571L (en) | 1990-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3833725B2 (en) | Recombinant strain that does not contain a selectable marker gene, its production method and use of the strain | |
KR100336174B1 (en) | Efficient method for preparing 7-ADCA via 2- (carboxyethylthio) acetyl-7-ADCA and 3- (carboxymethylthio) propionyl-7-ADCA | |
EP0357119B1 (en) | A method for enhancing production of secondary metabolites using clustered biosynthetic genes | |
US5821090A (en) | Riboflavin-biosynthesis in fungi | |
KR100327881B1 (en) | Efficient way to prepare 7-ADCA via 3- (carboxyethylthio) propionyl-7-ADCA | |
US5108918A (en) | Method for identifying and using biosynthetic genes for enhanced production of secondary metabolites | |
FI104984B (en) | Method for Identifying and Using Biosynthetic or Regulatory Genes to Improve Secondary Metabolite Production | |
WO2001051639A2 (en) | Everninomicin biosynthetic genes | |
EP0783581B1 (en) | Process for the production of secondary metabolites | |
US5652132A (en) | Oxido reductase enzyme system obtainable from P. chrysogenum, the set of genes encoding the same and the use of oxido reductase enzyme systems or genes encoding the same for increasing antibiotic production | |
Banuelos et al. | Overexpression of the lys1 gene in Penicillium chrysogenum: homocitrate synthase levels, α-aminoadipic acid pool and penicillin production | |
HU209941B (en) | Method for identifying and using biosynthetic or regulatory genes for enhanced production of beta-lactam antibiotics, these comprising vector, and transformation of fungi cells | |
US5882879A (en) | Method for influencing β-lactam antibiotic production and for isolation of large quantities of ACV synthetase | |
US5747285A (en) | DNA comprising regulatory regions from gene y of penicillium chrysogenum | |
EP0445868B1 (en) | A method for influencing beta-lactam antibiotic production and for isolation of large quantities of ACV synthetase | |
EP1675946A1 (en) | Process for producing penicillin | |
US6258555B1 (en) | DNA encoding ACV synthetase | |
US5753435A (en) | Oxido reductase enzyme system obtainable from P. chrysogenum, the set of genes encoding the same and the use of oxido reductase enzyme systems or genes encoding the same for increasing antibiotic production | |
WO1992007079A1 (en) | Transformation selection marker system adapted for penicillium | |
Whitehead | Development of homologous transformation systems for the filamentous fungi'Cephalosporium acremonium'and'Penicillium chrysogenum' | |
WO1992017496A1 (en) | Isolation and sequence of the acetyl coa:deacetylcephalosporin acetyltransferase gene | |
PT91410B (en) | PROCESS FOR IDENTIFYING AND USING BIOSAETIC OR REGULATING GENES FOR THE ENHANCED PRODUCTION OF SECONDARY METABOLITES |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HPC4 | Succession in title of patentee |
Owner name: DSM N.V., NL |
|
HPC4 | Succession in title of patentee |
Owner name: DSM IP ASSETS B.V., NL |
|
MM4A | Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees |