JP2002515242A - Target evaluation of genetic aids in antibiotic drug discovery - Google Patents

Target evaluation of genetic aids in antibiotic drug discovery

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JP2002515242A
JP2002515242A JP2000549719A JP2000549719A JP2002515242A JP 2002515242 A JP2002515242 A JP 2002515242A JP 2000549719 A JP2000549719 A JP 2000549719A JP 2000549719 A JP2000549719 A JP 2000549719A JP 2002515242 A JP2002515242 A JP 2002515242A
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JP
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gene
essential
culture
plasmid
bacterial
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Withdrawn
Application number
JP2000549719A
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Japanese (ja)
Inventor
ジューディス・ヒーリー
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アナディス・ファーマシューティカルズ・インコーポレーテッド
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Publication date
Application filed by アナディス・ファーマシューティカルズ・インコーポレーテッド filed Critical アナディス・ファーマシューティカルズ・インコーポレーテッド
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6897Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids involving reporter genes operably linked to promoters

Abstract

(57)【要約】 細菌遺伝子が必須か必須でないかを確立するための迅速で効率的な方法の提供。 (57) [Summary] Providing a quick and efficient method for establishing whether bacterial genes are essential or not.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本出願は、1998年5月15日に提出された仮特許出願出願番号60/085,593から、3
5 U.S.C. §119の下で優先権を主張するものであり、この仮特許出願の全体の開
示は、参考として完全にここに取り込まれる。
This application is based on Provisional Patent Application No. 60 / 085,593, filed May 15, 1998,
Claiming priority under 5 USC §119, the entire disclosure of this provisional patent application is hereby incorporated by reference in its entirety.

【0002】 本発明は、新規な治療上の標的を発見及び立証するための手段を提供する、病
原性細菌における遺伝子分析のための方法を提供する。
[0002] The present invention provides methods for genetic analysis in pathogenic bacteria that provide a means for discovering and validating novel therapeutic targets.

【0003】[0003]

【従来の技術】[Prior art]

細菌ゲノム配列情報の増大した有用性により、遺伝子機能にアクセスするため
の測定可能な方法の必要性が生じている。配列ホモロジーは、多くの遺伝子産物
に潜在的な機能の付与を可能にするはずである。しかしながら、機能的な遺伝学
的分析は、ゲノムデータを有効に利用するために必要である。
The increased availability of bacterial genome sequence information has created a need for measurable methods for accessing gene function. Sequence homology should be able to confer potential functions on many gene products. However, functional genetic analysis is necessary to make effective use of genomic data.

【0004】 本発明の技術は、細菌の生育または病原性に関して必須または必須でない特徴
に従って、遺伝子の機能的な分類を可能にする。生育または毒性に必須である、
この方法によって同定される遺伝子産物は、殺菌活性を有する小分子の発見を目
的とした高スループットスクリーニングのための新規な標的のソースを提供する
[0004] The technology of the present invention allows for the functional classification of genes according to essential or non-essential characteristics with respect to bacterial growth or pathogenicity. Essential for growth or toxicity,
The gene products identified by this method provide a source of novel targets for high-throughput screening for the discovery of small molecules with bactericidal activity.

【0005】 遺伝学的補助の標的化評価(Genetic-Assisted Targeted Evaluation;GATE
)は、標的遺伝子断片を有する挿入性プラスミドと、細菌染色体の間の相同的組
換えを使用し、指定されたローカスで遺伝子破壊的突然変異を生ずる。GATE
は、非常に多数の遺伝子の分析が可能である迅速で、再生産可能で、規模の大き
い、細菌中の遺伝子ノックアウト分析のための強力な方法である。GATEのさ
らなる特性は、グラム陽性及びグラム陰性生物の両者を含む、病原性細菌の広範
囲での機能的な遺伝学的分析の可能性である。原理の証拠として、Streptococcu
s pyogenesとStaphylococcus aureusの医学的に重要な二つの関連性のあまりな
いグラム陽性病原体におけるGATEの有用性が示されている。
[0005] Genetic-Assisted Targeted Evaluation; GATE
) Uses homologous recombination between an insertable plasmid with the target gene fragment and the bacterial chromosome to produce a gene disruptive mutation at the specified locus. GATE
Is a fast, reproducible, large-scale, powerful method for the analysis of gene knockout in bacteria, which allows the analysis of very large numbers of genes. A further property of GATE is the possibility of extensive functional genetic analysis of pathogenic bacteria, including both Gram-positive and Gram-negative organisms. As proof of principle, Streptococcu
GATE has been shown to be useful in two less important medically relevant gram-positive pathogens, S. pyogenes and Staphylococcus aureus.

【0006】 GATEは、遺伝子が細菌の生育について必須であるかどうかを測定するため
の従来技術の方法に対して、いくつかの利点を有する。典型的に、興味あるロー
カスで遺伝子破壊または遺伝子置換突然変異のいずれかを生産するようにデザイ
ンされたプラスミド構築物を使用してトランスフォーマントを簡単に得られない
ことは、該遺伝子が細菌の生育に必須である証拠として解される。しかしながら
、トランスフォーマントを得られないことは、成功したトランスフォーメーショ
ン及びプラスミド挿入のための十分な正のコントロールの欠如のため、遺伝子機
能の評価にはそれ自体不十分である。同様に、部分的二倍体の構築に必須に基づ
く遺伝子の評価は過度な操作を必要とし、興味ある遺伝子に対する全長クローン
のみならず、相補的遺伝子コピーを二次的ゲノム部位に輸送可能な、例えば特異
的転移ファージのような、病原性細菌に対する遺伝子輸送システムの開発を必要
とする。
[0006] GATE has several advantages over prior art methods for determining whether a gene is essential for bacterial growth. Typically, the inability to easily obtain transformants using a plasmid construct designed to produce either a gene disruption or a gene replacement mutation at the locus of interest means that the gene is not easily accessible to bacterial growth. Perceived as essential evidence. However, the inability to obtain transformants is itself insufficient for assessing gene function due to the lack of sufficient positive controls for successful transformation and plasmid insertion. Similarly, the evaluation of genes that are essential for the construction of a partial diploid requires undue manipulation and can transport not only full-length clones for the gene of interest, but also complementary gene copies to secondary genomic sites, It requires the development of a gene transfer system for pathogenic bacteria, for example, specific transfer phages.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

かくして、細菌遺伝子が必須か必須でないかを確立するための迅速で効率的な
方法に対する当該分野の必要性が存在する。
Thus, there is a need in the art for a rapid and efficient method for establishing whether a bacterial gene is essential or non-essential.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明は、興味ある細菌遺伝子が必須か必須でないかを測定するための方法を
提供し、該方法は以下の工程によって実施される: (a)以下のものを実質的に同時の態様で用いて細菌カルチャーをトランスフォ
ームする工程: (i)その5’および3’末端で興味ある遺伝子に由来する配列に隣接する、第
一の選択マーカーを含む組換えカセットを含む第一のプラスミドであって、該組
換えカセットは、相同的組換えによって上記細菌のゲノム内に挿入可能であるプ
ラスミド;並びに (ii)その5’及び3’末端で細菌の生育に必須ではないことが周知な遺伝子
に由来する配列に隣接する、第二の選択マーカーを含む組換えカセットを含む第
二のプラスミドであって、該組換えカッセトは、相同的組換えによって上記細菌
のゲノム内に挿入可能であるプラスミド; (b)(i)第一の選択マーカーを発現する細胞のみが生存する選択的条件、ま
たは(ii)第二の選択マーカーを発現する細胞のみが生存する選択的条件の下
で、工程(a)で生産されたトランスフォームカルチャーを個々に培養する工程
; (c)工程(b)のカルチャー(i)及び(ii)中の生存細胞の数を測定する
工程;並びに (d)工程(c)で得られた測定値を比較する工程であって、カルチャー(i)
中の検出可能なコロニーの欠如と、カルチャー(ii)中のコロニーの出現が、
興味ある遺伝子が該細菌の生育に必須であることを示す工程。
The present invention provides a method for determining whether a bacterial gene of interest is essential or non-essential, which method is performed by the following steps: (a) using the following in a substantially simultaneous manner Transforming the bacterial culture by: (i) a first plasmid comprising a recombination cassette containing a first selectable marker flanked by sequences at its 5 'and 3' ends from the gene of interest; A plasmid that can be inserted into the genome of the bacterium by homologous recombination; and (ii) derived from genes whose 5 ′ and 3 ′ ends are known not to be essential for bacterial growth. A second plasmid comprising a recombination cassette containing a second selectable marker adjacent to the sequence to be inserted, said recombination cassette being insertable into the bacterial genome by homologous recombination. (B) under selective conditions in which only (i) cells expressing the first selectable marker survive, or (ii) selective conditions in which only cells expressing the second selectable marker survive. Culturing the transform cultures produced in step (a) individually; (c) measuring the number of viable cells in cultures (i) and (ii) of step (b); and (d) Comparing the measured values obtained in step (c), wherein the culture (i)
Lack of detectable colonies in culture and appearance of colonies in culture (ii)
Demonstrating that the gene of interest is essential for the growth of the bacterium.

【0009】 ここで使用される用語、「実質的に同時」は、トランスフォーメーションにお
いて使用される二つのDNA調製物が、細菌細胞内にDNAを導入するために使
用される刺激(例えば電気的パルス、熱ショック等)の前に、細菌と混合される
、またはさもなければ両者が細菌と接触されることを示す。各選択マーカーに隣
接した5’及び3’配列は、興味ある遺伝子または必須でない遺伝子(コントロ
ール遺伝子)のそれぞれの染色体コピー内への相同的組換えが可能な十分な長さ
、即ちそれぞれ少なくとも約100ヌクレオチドであると解される。
[0009] As used herein, the term "substantially simultaneous" refers to a stimulus (eg, electrical pulse) in which two DNA preparations used in transformation are used to introduce DNA into bacterial cells. , Heat shock, etc.) before being mixed with the bacteria or otherwise both being contacted with the bacteria. The 5 'and 3' sequences adjacent to each selectable marker are of sufficient length to allow homologous recombination of the gene of interest or a non-essential gene (control gene) into the respective chromosomal copy, ie at least about 100 each. It is understood to be a nucleotide.

【0010】 一つの実施態様として、選択マーカーは、抗生物質耐性遺伝子であり、選択的
条件は、同型の耐性遺伝子によって特異的な各抗生物質を含む個々の培養である
[0010] In one embodiment, the selectable marker is an antibiotic resistance gene and the selective condition is an individual culture containing each antibiotic specific for the same type of resistance gene.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

ここで引用される全ての特許出願、特許、参考文献は、参考として完全にここ
に取り込まれる。矛盾ある場合には、ここでの開示が優先する。
All patent applications, patents, and references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. In case of conflict, the present disclosure will prevail.

【0012】 GATEを使用する遺伝子分析を、(i)その表現型が調べられている標的遺
伝子、または(ii)突然変位表現型が容易に記録される必須でない遺伝子のい
ずれかの300−500bpの内部断片を含む二つの独立の挿入性プラスミドを
使用する、病原性細菌の共トランスフォーメーションにより実施する。各挿入性
プラスミドを、異なる抗生物質耐性決定因子でマークし、標的ローカスまたは必
須でないコントロールローカスで遺伝子破壊を有するトランスフォーマントを、
適切な抗生物質培地上での選択によって識別できるようにする。遺伝子破壊は、
プラスミドコード内部遺伝子断片と、相同的染色体配列の間での単一の組換え現
象によって作製され、標的遺伝子の切り詰められたコピーの破壊を生ずる。遺伝
子が必須である/必須でないことの決定は、標的を不活性化するプラスミド挿入
現象によって生じた抗生物質耐性トランスフォーマントの数を、コントロール遺
伝子を使用して形成されたものの数と比較することによってなされる。
[0012] Genetic analysis using GATE can be performed by analyzing 300-500 bp of either (i) the target gene whose phenotype is being investigated, or (ii) a non-essential gene whose sudden displacement phenotype is easily recorded. Performed by co-transformation of pathogenic bacteria using two independent insertable plasmids containing internal fragments. Each insertable plasmid was marked with a different antibiotic resistance determinant, and transformants with gene disruptions at the target locus or non-essential control locus were identified as
Be distinguishable by selection on the appropriate antibiotic medium. Gene disruption
Created by a single recombination event between the plasmid-encoding internal gene fragment and the homologous chromosomal sequence, resulting in the disruption of a truncated copy of the target gene. The determination that a gene is essential / non-essential is made by comparing the number of antibiotic resistant transformants generated by the plasmid insertion event that inactivates the target with the number formed using the control gene. Done.

【0013】 プラスミドトランスフォーメーション及び相同的組換えのための内部スタンダ
ードとしての必須でない記録可能な遺伝子の使用は、この方法のキーとなる特性
である。これは、細菌の生育に対する所定の標的遺伝子の必須でない性質を評価
するためのベンチマークを提供する。もしコントロール遺伝子で得られたものと
匹敵する頻度で、標的遺伝子構築物でのプラスミド挿入物を得ることが可能であ
るならば、標的遺伝子は生育に対して必須ではないことを推論させる。もしこれ
とは対照的に、同じトランスフォーメーション混合物で、コントロールローカス
での遺伝子破壊が容易に得られる場合に、標的ローカスでのプラスミド挿入物が
得られないのであれば、標的は生育に必須であることを推論する。
[0013] The use of non-essential recordable genes as internal standards for plasmid transformation and homologous recombination is a key property of this method. This provides a benchmark for assessing the non-essential properties of a given target gene for bacterial growth. If it is possible to obtain a plasmid insert with the target gene construct at a frequency comparable to that obtained with the control gene, it is inferred that the target gene is not essential for growth. In contrast, if the same transformation mixture is easily accessible for gene disruption at the control locus, but no plasmid insert at the target locus is available, the target is essential for growth. Infer that.

【0014】 必須でない記録可能な遺伝子の適切な候補は、ほとんどの病原性細菌で容易に
同定可能である。GATEを、プロテアーゼ基質としてカゼインを含むペトリ皿
で、細菌コロニーの活性を容易にアッセイできる細胞外システインプロテアーゼ
をコードする、必須でない遺伝子speBを内部コントロールとして使用して、Stre
ptococcus pyogenesで実施した。同様に、Staphylococcus aureusにおける遺伝
子分析にGATEを適用するために、指標培地で簡便に発現が記録できる分泌リ
パーゼ(geh)に対する構造遺伝子中での遺伝子破壊突然変異を使用した。
[0014] Suitable candidates for non-essential recordable genes are readily identifiable in most pathogenic bacteria. GATE was prepared in a Petri dish containing casein as a protease substrate, using the non-essential gene speB, which encodes an extracellular cysteine protease that can easily assay the activity of bacterial colonies, as an internal control.
Performed on ptococcus pyogenes. Similarly, to apply GATE to genetic analysis in Staphylococcus aureus, a gene disruption mutation in the structural gene for secretory lipase (geh), whose expression can be conveniently recorded in an indicator medium, was used.

【0015】 GATEは、相同的組換えが可能であり、遺伝子輸送法(例えば電気的トラン
スフォーメーション、天然能力、または接合)が確立できる何れの病原性細菌に
対しても適用できる。GATEは、数多くの遺伝子の分析に対して十分に適合的
である。相同的組換えは、300−500bp程度の短いクローン化内部遺伝子
断片を使用して多くの細菌で効率的に進行できるため、このアプローチは、遺伝
子破壊を作製するために適度な量のDNA配列情報のみしか必要としない。突然
変異を生ずることができるスループットを増大するために、(i)平滑末端のP
CR生産遺伝子断片の迅速なクローニングか可能であり、(ii)広範囲のグラ
ム陽性細菌で選択可能な抗生物質耐性マーカー(例えば、エリスロマイシン、カ
ナマイシン、またはスペクチノマイシン耐性遺伝子のような)を含む、一連の挿
入性ベクター(例えば、StratageneのpCR-ScriptTMCamの誘導体のような)が構
築されている。GATEはまた、突然変異株の遺伝子型を確認するための高スル
ープット法を含む。個々の細菌コロニーの粗溶解物を利用するPCR法が開発さ
れており、かくして遺伝子破壊現象が正確な染色体位置で生じたかどうかの測定
が可能である。
GATE is applicable to any pathogenic bacterium that is capable of homologous recombination and for which a gene transfer method (eg, electrical transformation, natural capacity, or conjugation) can be established. GATE is well suited for the analysis of many genes. Since homologous recombination can proceed efficiently in many bacteria using cloned internal gene fragments as short as 300-500 bp, this approach requires a modest amount of DNA sequence information to create a gene disruption. You only need it. To increase the throughput at which mutations can be made, (i) blunt-ended P
Rapid cloning of CR-producing gene fragments, including (ii) a series of antibiotic resistance markers (such as, for example, erythromycin, kanamycin, or spectinomycin resistance genes) selectable in a wide range of Gram-positive bacteria. Have been constructed (eg, such as Stratagene's pCR-Script Cam derivative). GATE also includes high throughput methods for genotyping mutant strains. A PCR method using a crude lysate of an individual bacterial colony has been developed, thus making it possible to determine whether a gene disruption phenomenon has occurred at an accurate chromosomal location.

【0016】 GATEは、グラム陽性細菌病原体S. Pyogenes中の26の予測される遺伝子
で実施された機能的遺伝学的分析で成功して使用されている。これらの標的は、
他の細菌における周知の機能の遺伝子、例えば転写、翻訳DNA複製、及び細胞
壁生合成のような必須の細胞プロセスに含まれる遺伝子のS. pyogenesホモロー
グを顕著に含んだ。他の細菌で周知である毒性因子のS. pyogenesホモローグを
含む、リッチ培地での生育のために必須でない疑いのある代表的な遺伝子もまた
調べられている。いくつかの場合、機能的分析を、S. pyogenesにおける実験の
結果が事前に予測できないような、特定の細菌では必須であり、他のものでは必
須ではない遺伝子で実施した。
GATE has been successfully used in functional genetic analysis performed on 26 predicted genes in the Gram-positive bacterial pathogen S. Pyogenes. These targets are
Significantly contained genes of well-known function in other bacteria, for example, S. pyogenes homologs of genes involved in essential cellular processes such as transcription, translated DNA replication, and cell wall biosynthesis. Representative genes that are suspected to be non-essential for growth on rich media, including the S. pyogenes homologue of a virulence factor that is well known in other bacteria, have also been investigated. In some cases, functional analyzes were performed on genes that are essential in certain bacteria and not in others, so that the results of experiments in S. pyogenes cannot be predicted in advance.

【0017】 共トランスフォーメーション実験において、標的遺伝子及びspeBという必須で
はない記録可能なコントロール遺伝子の内部断片を有する挿入性ベクターを、エ
レクトロポレーションによりS. pyogenes内に導入し、標的またはコントロール
ローカスでの遺伝子破壊現象を、リッチ抗生物質培地で選択した。in vitroでの
遺伝子機能に関する影響を、上述のようにコロニーカウントに基づいて調べた。
必須なローカスと必須でないローカスを容易に識別することが可能であった:評
価された26の予測遺伝子のうち16が、細菌の生育について必須である機能を
明らかにコードした一方で、残りの10は、必須でない機能をコードした。機能
的分析に対するアプローチとしてのGATEのさらなる利点は、生育に対する必
須または必須でない特性に従って遺伝子を分類することに加えて、例えば酸化ス
トレスの条件の下での生育、浸透圧若しくはpHの改変、または鉄の枯渇のよう
な、in vitroでの代替的な表現型に対して、突然変異株を後にアッセイすること
ができることである。この方法は、病原性に関与する機能を同定するために使用
できる。
In a co-transformation experiment, an insertable vector having a target gene and an internal fragment of a non-essential recordable control gene, speB, was introduced into S. pyogenes by electroporation and the target or control locus. Gene disruption events were selected on rich antibiotic media. The effects on gene function in vitro were examined based on colony counts as described above.
Essential and non-essential loci could easily be distinguished: 16 of the 26 predicted genes evaluated clearly encoded functions essential for bacterial growth, while the remaining 10 Coded non-essential features. A further advantage of GATE as an approach to functional analysis is that in addition to classifying genes according to essential or non-essential properties for growth, for example, growth under conditions of oxidative stress, modification of osmotic pressure or pH, or iron Mutant strains can later be assayed for alternative phenotypes in vitro, such as depletion of phenotype. This method can be used to identify functions involved in pathogenesis.

【0018】 本発明は、本発明の範囲を制限せずに、本発明をさらに記載するように企図さ
れた操作実施例において以下に記載される。
The present invention is described below in working examples which are intended to further describe the invention without limiting the scope of the invention.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

実施例1 特定の遺伝子が、S. pyogenesにおいて必須であるか必須でないかを試験する
ために、異なる抗生物質耐性マーカーを含む挿入性プラスミドベクターを使用し
た(Tao等, 1992)。これらのプラスミドは、ストレプトコッカス起源の複製オリ
ジンを含まないため、S. pyogenes中で複製できない(Tao等, 1992)。この実験で
使用された挿入性プラスミドは、抗生物質耐性マーカーの付加によって修飾され
ているPCR Scriptベクター(Stratagene)より成った。
Example 1 To test whether a particular gene is essential or not in S. pyogenes, an insertable plasmid vector containing different antibiotic resistance markers was used (Tao et al., 1992). These plasmids cannot replicate in S. pyogenes because they do not contain a replication origin of Streptococcal origin (Tao et al., 1992). The insertable plasmid used in this experiment consisted of a PCR Script vector (Stratagene) that had been modified by the addition of an antibiotic resistance marker.

【0020】 カナマイシン及びエリスロマイシン耐性遺伝子を、Pfuポリメラーゼ(Strat
agene)を使用してプラスミドpSF151及びpVA891.1(Tao等, 1992)
のそれぞれのPCR増幅によって生産した。カナマイシン耐性を与えるPCRS
cript−kanを構築するために、以下のオリゴヌクレオチドプライマーを
使用した:5'-GATCCCATGGGCGAACCATT-3'及び5'-GATCCCATGGAATTCCTCGT-3'。エリ
スロマイシン耐性を与えるPCRScript−ermを構築するために、以下
のオリゴヌクレオチドプライマーを使用した:5'-GATCCCATGGCGAAATGATA-3'及び
5'-GATCCCATGGGGCGCTAGGG-3'。PCR生産抗生物質耐性遺伝子を、PCRScr
iptベクターのNcoI部位にライゲートした。各興味ある遺伝子に相当する
300−500bpの内部断片を、S. pyogenesゲノムDNA鋳型(S. pyogenes
株2F-3MB-1512)を使用してPfuポリメラーゼ(Stratagene)でPCR増幅により
生産し、遺伝子特異的プライマーを共通のドメイン中のDNA配列データ(Strep
tococcus pyogenesゲノム配列データベース, University of Oklahoma)を使用し
てデザインした。PCR反応混合物は、300ngのゲノムDNA鋳型、100
ngの各プライマー、0.2mMのdNTP、及び2.5ユニットのPfuポリ
メラーゼを含んだ。反応物を30サイクルで増幅した(94℃、1分;50℃、1分
;72℃、3分)。各遺伝子断片を、ベクターの再環状化を防ぐためにSrfIの
存在下でPCRScript−ermのSmaI部位にライゲートした。必須で
ないコントロール遺伝子(speB)の内部遺伝子断片を、同様の態様でPCRScr
ipt−kanのSmaI部位にライゲートした。
The kanamycin and erythromycin resistance genes were ligated to Pfu polymerase (Strat
agene) using the plasmids pSF151 and pVA891.1 (Tao et al., 1992).
Was produced by PCR amplification. PCRS conferring kanamycin resistance
The following oligonucleotide primers were used to construct the script-kan: 5'-GATCCCATGGGCGAACCATT-3 'and 5'-GATCCCATGGAATTCCTCGT-3'. The following oligonucleotide primers were used to construct PCRScript-erms that confer erythromycin resistance: 5'-GATCCCATGGCGAAATGATA-3 'and
5'-GATCCCATGGGGCGCTAGGG-3 '. The PCR-producing antibiotic resistance gene was replaced with PCRScr
It was ligated to the NcoI site of the ipt vector. An internal fragment of 300-500 bp corresponding to each gene of interest was ligated to S. pyogenes genomic DNA template (S. pyogenes
Strain 2F-3MB-1512) using PCR amplification with Pfu polymerase (Stratagene), and gene-specific primers were prepared using DNA sequence data (Strep
Tococcus pyogenes genomic sequence database, University of Oklahoma). The PCR reaction mixture contains 300 ng of genomic DNA template, 100
ng of each primer, 0.2 mM dNTPs, and 2.5 units of Pfu polymerase. The reaction was amplified for 30 cycles (94 ° C., 1 minute; 50 ° C., 1 minute; 72 ° C., 3 minutes). Each gene fragment was ligated to the SmaI site of PCRScript-erm in the presence of SrfI to prevent recircularization of the vector. A non-essential control gene (speB) internal gene fragment was
It was ligated to the Smal site of ipt-kan.

【0021】 S. pyogenesの共トランスフォーメーションを実施し、特定の遺伝子が必須か
必須でないかを測定した。各プラスミドの10マイクログラムを組み合わせ、エ
タノール沈殿し、真空下で乾燥した。S. pyogenesのトランスフォーメーション
をエレクトロポレーションで実施した(McLaughlin及びFerretti, 1992)。電気的
コンピーテント細胞を調製する際、100mlの早期対数増殖期培養物を、4℃
で10分の3000gでの遠心分離によって回収した。上清を除去し、細胞ペレ
ットを5mlのスペント培地に再懸濁した。細胞懸濁物を42℃で9分の熱ショ
ックにかけ、その後細胞を遠心分離によって回収し、15%滅菌グリセリンの1
0mlで2回洗浄した。最終ペレットを0.6mlの15%グリセリンに再懸濁
した。トランスフォーメーションのため、200mlの電気的コンピーテント細
胞を、乾燥プラスミドDNAペレットを含むチューブに直接加えた。トランスフ
ォーメーション混合物を、冷却滅菌エレクトロポレーションキュベットに移し、
単一のパルスを与えた(1.75kV, 25μF静電容量、400W抵抗)。細胞懸濁物を氷上
に30分配置し、次いで10mlのTHYブロスに移し、30℃/5%CO2
2−3時間インキュベーションした。細胞を遠心分離によって回収し、トランス
フォーマントを1μlのTHYブロスに再懸濁した。細胞懸濁物の半分を、カナ
マイシン(100μg/ml)を含むTHYアガープレートに100μlの等量
物で配置し、残りの0.5mlを、エリスロマイシン(1μg/ml)を含むT
HYアガープレートに配置した。プレートを37℃/5%CO2で48時間イン
キュベーションした。
S. pyogenes cotransformation was performed to determine whether a particular gene was essential or not. 10 micrograms of each plasmid were combined, ethanol precipitated and dried under vacuum. Transformation of S. pyogenes was performed by electroporation (McLaughlin and Ferretti, 1992). When preparing electrically competent cells, 100 ml of early log phase culture was grown at 4 ° C.
And collected by centrifugation at 3000 g for 10 min. The supernatant was removed and the cell pellet was resuspended in 5 ml spent media. The cell suspension is heat shocked at 42 ° C. for 9 minutes, after which the cells are harvested by centrifugation and 1% of 15% sterile glycerin.
Washed twice with 0 ml. The final pellet was resuspended in 0.6 ml of 15% glycerin. For transformation, 200 ml of electrically competent cells were added directly to the tube containing the dried plasmid DNA pellet. Transfer the transformation mixture to a cold sterilized electroporation cuvette,
A single pulse was applied (1.75 kV, 25 μF capacitance, 400 W resistor). The cell suspension was placed on ice for 30 minutes, then transferred to 10 ml of THY broth and incubated at 30 ° C./5% CO 2 for 2-3 hours. Cells were harvested by centrifugation and the transformants were resuspended in 1 μl of THY broth. One half of the cell suspension was placed in 100 μl aliquots on a THY agar plate containing kanamycin (100 μg / ml), and the remaining 0.5 ml was placed in Tyr containing erythromycin (1 μg / ml).
Placed on HY agar plate. Plates were incubated at 37 ° C./5% CO 2 for 48 hours.

【0022】 コロニーを数え、試験遺伝子が必須であるか必須でないかを測定した。もし試
験遺伝子が必須でなければ、試験プレート(エリスロマイシン)上のコロニーの
数は、コントロールプレート(カナマイシン)に匹敵するはずである。もし試験
遺伝子が必須であれば、エリスロマイシンプレートは、コロニーを有さないはず
であり、一方でコントロールカナマイシンプレートは、必須でないコントロール
遺伝子内の挿入を示すコロニーの有意な数(典型的に200−300)を含むは
ずである。
Colonies were enumerated to determine whether the test gene was essential or not. If the test gene is not essential, the number of colonies on the test plate (erythromycin) should be comparable to the control plate (kanamycin). If the test gene is essential, the erythromycin plate should have no colonies, while the control kanamycin plate will have a significant number of colonies showing insertions in non-essential control genes (typically 200-300 ).

【0023】 speBの破壊を、1%カゼインを含むアガー上で視覚的に記録した。野生型S. p
yogenesコロニーは、speBコード化タンパク質分解活性のため、透明なハロによ
って一般的に囲まれる一方、プロテアーゼ活性に欠損を有するspeB突然変異体は
、顕著に小さいハロを生ずる。試験遺伝子の破壊は、プラスミド及び遺伝子特異
的プライマーを使用して、代表的なトランスフォーマントコロニーの直接的なP
CR増幅によって分子的に確認される。
[0023] Disruption of speB was visually recorded on agar containing 1% casein. Wild type S. p
The yogenes colony is generally surrounded by a clear halo due to the speB-encoding proteolytic activity, while the speB mutant with a deficiency in protease activity produces a significantly smaller halo. Disruption of the test gene is accomplished by direct plasmid transformation of representative transformant colonies using plasmids and gene-specific primers.
Confirmed molecularly by CR amplification.

【0024】 上述の方法を使用して、26のS. pyogenesオープンリーディングフレーム(
ORF)を、必須かまたは必須でないかを測定するために分析した。その結果が
、以下の表1に示されている。
Using the method described above, 26 S. pyogenes open reading frames (
ORF) was analyzed to determine whether it was required or not. The results are shown in Table 1 below.

【表1】 [Table 1]

【0025】 表1のデータから見て取れるように、16の遺伝子が必須であり、10の遺伝
子が必須でないと同定された。
As can be seen from the data in Table 1, 16 genes were identified as essential and 10 genes were not.

【0026】 参考文献: McLaughlin, R. E.及びFerretti, J. (1992): Methods in Molecular Biology
, Vol.47: Electroporation Protocols for Microorganisms Tao, L., LeBlanc, D. J.及びFerretti, J. (1992) Gene 120, 105-110
References: McLaughlin, RE and Ferretti, J. (1992): Methods in Molecular Biology
, Vol. 47: Electroporation Protocols for Microorganisms Tao, L., LeBlanc, DJ and Ferretti, J. (1992) Gene 120, 105-110.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、新規な抗生物質薬剤の発見における標的立証のための
GATEアッセイの使用を示す概要図である。
FIG. 1 is a schematic showing the use of the GATE assay for target validation in the discovery of novel antibiotic drugs.

【図2】 図2は、本発明のGATEアッセイにおけるStreptococcus py
ogenesグループA細菌を使用する利点を表す図である。
FIG. 2 shows Streptococcus py in the GATE assay of the present invention.
FIG. 2 illustrates the advantage of using ogenes group A bacteria.

【図3】 図3は、本発明に従ったGATEを使用する遺伝子破壊ストラ
テジーを使用する概要図である。
FIG. 3 is a schematic diagram using a gene disruption strategy using GATE according to the present invention.

【図4】 図4は、S. pyogenes中の試験遺伝子を分類するための内部ス
タンダードとして使用されたStreptococcus erythrogenusB毒素遺伝子をコード
するspeBローカスの使用を示す図である。
FIG. 4 shows the use of the speB locus encoding the Streptococcus erythrogenus B toxin gene used as an internal standard to classify test genes in S. pyogenes.

【図5】 図5は、S. pyogenes中の選択されたORFの分析を示す図で
ある。コントロール遺伝子と試験遺伝子の各共トランスフォーメーションに対す
るコロニーカウントが示される。
FIG. 5 shows analysis of selected ORFs in S. pyogenes. Colony counts for each co-transformation of control and test genes are shown.

【図6】 図6は、グラム陰性病原体Staphylococcus aureusにおける本
発明のGATE法の使用を示す図である。α−ヘモリシン(hla)遺伝子に対する
構造遺伝子の成功した破壊が、血液アガー上のヘモリシスのロスによって明らか
にされ、PCR分析によって確認された。
FIG. 6 shows the use of the GATE method of the present invention in the Gram-negative pathogen Staphylococcus aureus. Successful disruption of the structural gene for the α-hemolysin (hla) gene was revealed by loss of hemolysis on blood agar and confirmed by PCR analysis.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4B024 AA11 BA80 CA02 DA05 EA04 FA10 GA14 GA27 HA11 4B063 QA01 QA08 QA20 QQ06 QQ13 QR68 QX10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR , BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE , KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZWF term (reference) 4B024 AA11 BA80 CA02 DA05 EA04 FA10 GA14 GA27 HA11 4B063 QA01 QA08 QA20 QQ06 QQ13 QR68 QX10

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)以下のものを実質的に同時の態様で用いて細菌カルチ
ャーをトランスフォームする工程: (i)その5’および3’末端で興味ある遺伝子に由来する配列に隣接する、第
一の選択マーカーを含む組換えカセットを含む第一のプラスミドであって、該組
換えカセットは、相同的組換えによって上記細菌のゲノム内に挿入可能であるプ
ラスミド;並びに (ii)その5’及び3’末端で細菌の生育に必須ではないことが周知な遺伝子
に由来する配列に隣接する、第二の選択マーカーを含む組換えカセットを含む第
二のプラスミドであって、該組換えカッセトは、相同的組換えによって上記細菌
のゲノム内に挿入可能であるプラスミド; (b)(i)上記第一の選択マーカーを発現する細胞のみが生存する条件、また
は(ii)上記第二の選択マーカーを発現する細胞のみが生存する条件の下で、
工程(a)で生産されたトランスフォームカルチャーを個々に培養する工程; (c)工程(b)のカルチャー(i)及び(ii)中の生存細胞の数を測定する
工程;並びに (d)工程(c)で得られた測定値を比較する工程であって、カルチャー(i)
中の検出可能なコロニーの欠如と、カルチャー(ii)中のコロニーの出現が、
興味ある遺伝子が該細菌の生育に必須であることを示す工程; を含む、興味ある細菌遺伝子が必須か必須でないかを測定するための方法。
1. A step of transforming a bacterial culture using in a substantially simultaneous manner the following: (i) its 5 'and 3' ends flanking a sequence derived from the gene of interest. A first plasmid comprising a recombination cassette comprising a first selectable marker, wherein said recombination cassette is insertable into the genome of said bacterium by homologous recombination; and (ii) part 5 A second plasmid comprising a recombination cassette containing a second selectable marker flanked at the 'and 3' ends by sequences derived from genes known not to be essential for bacterial growth, said recombinant cassette comprising: Are plasmids that can be inserted into the genome of the bacterium by homologous recombination; (b) (i) conditions under which only cells expressing the first selectable marker survive, or (ii) Under conditions where only cells expressing the second selection marker will survive,
Individually culturing the transform cultures produced in step (a); (c) measuring the number of viable cells in cultures (i) and (ii) of step (b); and (d) Comparing the measured values obtained in (c), wherein the culture (i)
Lack of detectable colonies in culture and appearance of colonies in culture (ii)
Indicating that the gene of interest is essential for the growth of the bacterium. A method for determining whether a bacterial gene of interest is essential or non-essential.
JP2000549719A 1998-05-15 1999-05-13 Target evaluation of genetic aids in antibiotic drug discovery Withdrawn JP2002515242A (en)

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