JP2004065238A - Method for introducing peptide, dna protein complex or metallic fine particle into prokaryotic cell by using transfection reagent - Google Patents

Method for introducing peptide, dna protein complex or metallic fine particle into prokaryotic cell by using transfection reagent Download PDF

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JP2004065238A
JP2004065238A JP2003030205A JP2003030205A JP2004065238A JP 2004065238 A JP2004065238 A JP 2004065238A JP 2003030205 A JP2003030205 A JP 2003030205A JP 2003030205 A JP2003030205 A JP 2003030205A JP 2004065238 A JP2004065238 A JP 2004065238A
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transfection reagent
peptide
protein complex
cells
dna protein
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Application number
JP2003030205A
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Japanese (ja)
Inventor
Etsukazu Kawada
河田 悦和
Shinichi Yano
矢野 伸一
Hiroyuki Kojima
小嶋 洋之
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply, safely, and efficiently introduce a peptide, a DNA protein complex or a metallic fine particle into a prokaryotic cell having a cell wall consisting mainly of a peptideglycan. <P>SOLUTION: A method comprises introducing the peptide, the DNA protein complex or the metallic fine particle into the prokaryotic cell having the cell wall consisting mainly of the peptideglycan, wherein the method is conducted in coexistence of a transfection reagent. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞にペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を導入する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
原核細胞にペプチド及びDNAタンパク質複合体を導入し、タンパク質や遺伝子の発現を行うことは、今まであまり行われてこなかったが、今後発展が見込まれる技術である。
【0003】
原核細胞にペプチド及びDNAタンパク質複合体を導入する方法としては、主として物理法と化学法とが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
物理法は、エレクトロポレーション法、パーティクルガン法等を含み、例えば、エレクトロポレーション法の場合、大腸菌では対数増殖期の細胞を純水などの塩をほとんど含まない溶液にて洗浄し、氷上にてペプチド又はDNAタンパク質複合体と共存させた後、短い時間高電圧をかけることで細胞に一時的に小孔を生じさせペプチド又はDNAタンパク質複合体を導入し、賦活培地にて1時間程度37℃で培養し、ペプチド又はDNAタンパク質複合体の発現を行うものである。
【0005】
化学法は、例えば、大腸菌の場合には、塩化カルシウム溶液などで細胞を処理し、氷上でペプチド又はDNAタンパク質複合体と共存させた後、42℃で短時間温め、再度氷上で2分程度冷却した後に、賦活培地にて1時間程度37℃で培養し、ペプチド又はDNAタンパク質複合体の発現を行うものである。
【0006】
また真核細胞、特に培養細胞の場合には、化学法として上記の方法のほかにリポフェクション法が知られている。リポフェクション法は、主に正に荷電しているリポソーム(カチオンリポソーム)とポリヌクレオチドとの複合体を形成させ、該カチオンリポソームを負に荷電している細胞表面に吸着させ、細胞膜と融合させることによって、細胞内にペプチド又はDNAタンパク質複合体を導入させる方法である。
【0007】
これらの方法は従来から用いられてきた手法であり、以下に示すように問題点も多い。
【0008】
例えば、化学法は、細胞を処理する操作が煩雑であり、熟練した技術が必要である。また、ヒートショック処理なども必要であり細胞に負担がかかる。細胞へのペプチド又はDNAタンパク質複合体の導入効率もきわめて低い。
【0009】
エレクトロポレーション法は、細菌類、菌類、酵母、植物細胞、動物細胞等ほとんどの細胞に対して高い導入効率を示すが、死滅する細胞が多く、導入した細胞に対して損傷又は分極を引き起こすために、導入効率に違いを生じることがある。また、特別な装置を必要とする。
【0010】
リポフェクション法は、ペプチドグリカン層やセルロース層などの細胞壁を有する細胞の場合、リポフェクション試薬と融合する細胞膜が露出していないため、適用対象が細胞壁を有さない細胞に限定されると考えられてきたが、最近、本発明者は、細菌類においても可能であることを見出した(例えば、未公開特許出願1及び2参照)。
【0011】
【未公開特許出願1】
特願2002−132197
【0012】
【未公開特許出願2】
特願2002−337529
【0013】
【非特許文献1】
サムブルック・ジェイ(Sambrook, J.)及びディー.ダブリュー.ラッセル(D.W. Russell)著,「分子クローニング(Molecular Cloning):実験マニュアル(A Laboratory Manual)」,(米国),第3版,コールドスプリングハーバーラボラトリープレス(Cold Spring Harbor Laboratory Press),2001年
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞に対して、簡便、安全且つ効率良く、ペプチド又はDNAタンパク質複合体又は金属微粒子を導入する方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の如き従来技術の問題点を解決するために、鋭意研究を重ねてきた。その結果、ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する細胞に対して、トランスフェクション試薬を用いてペプチド又はDNAタンパク質複合体の導入を行うことにより、簡便、安全且つ効率良くペプチド又はDNAタンパク質複合体を導入できることを見出した。
【0016】
即ち、本発明は、以下のペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を導入する方法に関する。
【0017】
1.ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞にペプチド又はDNAタンパク質複合体を導入する方法であって、該方法をトランスフェクション試薬の共存下に行うことを特徴とする方法。
【0018】
2.ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞に金属微粒子を導入する方法であって、該方法をトランスフェクション試薬の共存下に行うことを特徴とする方法。
【0019】
3.トランスフェクション試薬が脂質を主成分とする試薬である上記項1に記載の方法。
【0020】
4.トランスフェクション試薬がカチオンリポソームである上記項1に記載の方法。
【0021】
5.原核細胞が大腸菌であることを特徴とする上記項1に記載の方法。
【0022】
6.金属微粒子が、鉄、酸化チタン、白金及び金からなる群から選ばれる少なくとも1種である上記項2に記載の方法。
【0023】
7.ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬とを含むトランスフェクションキット。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明のペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を導入する方法は、ペプチドグリカンを細胞壁に有する原核細胞に、通常のトランスフェクション試薬を使用することに特徴がある。
【0025】
本発明においてペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子が導入される原核細胞は、ペプチドグリカン又はペプチドグリカンに類似する物質を細胞壁に有する原核細胞であり、例えば、大腸菌、枯草菌等を含む細菌類、ラン藻類等が挙げられる。その中でも、利便性等の点から大腸菌、ラン藻類等が好ましい。
【0026】
大腸菌の種類は限定されず、例えば、通常遺伝子組換えに使用されているDH5α、DH10B、BL21(DE3)等のK12株由来のものを挙げることができる。また、ラン藻類の種類も限定されず、例えば、シネココッカス、シネコキスチス、スピルリナ等を挙げることができる。
【0027】
本明細書において、ペプチドとは、例えば、アミノ酸数が2個以上結合している通常のペプチドだけでなく、タンパク質、酵素等を含む。ペプチドの種類、調製法等は特に限定されず、実験の目的等に応じて適宜選択することができる。
【0028】
本明細書において、DNAタンパク質複合体とは、ポリヌクレオチドと酵素等のタンパク質との複合体をいうものとする。タンパク質及びポリヌクレオチドの種類は特に限定されず、それらの組み合わせも実験の目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、トランスポゾン・トランスポゼース複合体や、制限酵素認識部位と制限酵素の複合体などを例示することができる。
【0029】
また、本明細書において、金属微粒子とは、原核細胞に入るものであれば特に限定されない。例えば、鉄、酸化チタン、白金及び金からなる群から選ばれる少なくとも1種が使用でき、その中でも好ましくは、鉄、酸化チタン等の金属微粒子である。金属微粒子の平均粒子径は、原核細胞に導入されれば限定されないが、例えば、約0.01μm〜約1.0μm、好ましくは約0.01μm〜約0.5μm、より好ましくは約0.01μm〜約0.05μmが挙げられる。
【0030】
得られたペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を原核細胞に導入する際に、トランスフェクション試薬を用いることが必要である。トランスフェクション試薬としては、一般に動物の培養細胞に使用されるトランスフェクション試薬を用いることができ、好ましくは脂質を主成分とするトランスフェクション試薬、更に好ましくはカチオンリポソームを主成分とするトランスフェクション試薬がよい。
【0031】
また、カチオンリポソームとは、例えば、不飽和度が低い炭素分子鎖を主体とする分子の片端にカチオンとなる原子団(カチオン荷電分子)を有する荷電した分子を意味する。
【0032】
炭素分子鎖を主体とする分子の例として、炭素数12〜20、二重結合の数が0〜4の脂肪酸の他に、官能基を有するベンゼン環、窒素原子を含む複素環化合物が挙げられる。具体的には、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、リグノセリン酸、パルミトオレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等や、(S)−2−メチル−1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−4−カルボン酸((S)−2−methyl−1,4,5,6−tetrahydropyrimidine−4−carboxylic acid)、(S)−2−メチル−5−ヒドロキシ−1,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−4−カルボン酸((S)−2−methyl−5−hydroxy−1,4,5,6−tetrahydropyrimidine−4−carboxylic acid)等が例示できる。これらを単独で使用することもできるし、2種以上使用することもできる。
【0033】
カチオン荷電分子とは、カチオンに荷電する分子をいい、例えば、アミン塩、第4級アンモニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。これらも単独で使用しても良いし、2種以上用いても良い。
【0034】
炭素分子鎖を主体とする分子とカチオン荷電分子とは、任意の組み合わせで用いることができ、これらを結合させる方法は適宜選択することができる。
【0035】
カチオンリポソームを主成分とする具体的なトランスフェクション試薬としては、例えば、DOTAP(N−[1−(2,3−dioleoyloxy)propyl]−N,N,N−trimethylammoniummethyl sulfate)、DOSFER(1,3−Di−Oleoxyloxy−2−(6−Carboxy−spermyl)−propylamid)、Transome(登録商標)、FuGENE(登録商標)6、Chariot Kit(登録商標、Active Motief社製)等を例示することができる。
【0036】
ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を原核細胞に導入する際には、ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬をあらかじめ室温で混合し、複合体を形成させればよい。
【0037】
ペプチド又はDNAタンパク質複合体とトランスフェクション試薬とを混ぜ合わせる割合は、ペプチド又はDNAタンパク質複合体の種類、用いるトランスフェクション試薬の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、ペプチド又はDNAタンパク質複合体1μgあたり脂質成分として1〜1000μg程度が例示できる。
【0038】
また、金属微粒子とトランスフェクション試薬とを混ぜ合わせる割合は、金属微粒子の種類、用いるトランスフェクション試薬の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、金属微粒子1μgあたり脂質成分として0.01〜100μg程度が例示できる。
【0039】
ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬とを混ぜる方法は、ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬とが複合体を形成する限り限定されないが、例えばマイクロチューブのようなケースにトランスフェクション試薬を含む溶液を予め入れておき、必要量のペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を含む溶液を添加し、必要に応じて軽く混和し、1分以上、好ましくは3〜15分間程度、例えば氷上で静置すればよい。
【0040】
その後、得られたペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬との複合体を細胞と接触させればよい。その方法も限定されず、例えば、細胞の希釈液にペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子−トランスフェクション試薬複合体液を添加し、必要に応じて軽く混和し、静置すればよい。
【0041】
ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子−トランスフェクション試薬複合体と細胞希釈液との混合割合も、使用する細胞の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、細胞1×10個あたり、ペプチド又はDNAタンパク質複合体1〜100ng程度、好ましくは1〜10ng程度になるようにすることができる。また、細胞1×10個あたり金属微粒子1〜100ng程度、好ましくは1〜10ng程度になるようにすることができる。
【0042】
その後、選択培地で細胞を培養した後、ペプチド又はDNAタンパク質複合体が原核細胞に導入されたことを、公知の方法により確認することができる。例えば、抗生物質耐性などによる確認、導入タンパク酵素のアッセイによる酵素活性の検出等が挙げられる。
【0043】
また、金属微粒子が原核細胞に導入されたことは、例えば、SEM等を用いる公知の方法により直接観測することにより確認できる。
【0044】
原核細胞の中に導入できるペプチド又はDNAタンパク質複合体は、ペプチドライブラリーのスクリーニング、ペプチド性阻害物質の導入、タンパク質半減期の研究、細胞内の抗体などによる標識に利用可能であり、また、トランスポゾン・トランスポゼース複合体等によるゲノムへの遺伝子導入形質転換体の作成にも、この技術は利用可能である。
【0045】
また、金属微粒子を原核細胞に導入することにより、ドラッグデリバリーが可能となる。例えば、鉄の微粒子を導入することにより、薬理活性化合物(タンパク質等)を発現した原核細胞を直接生体内の作用部位まで磁力で運搬し、そこで溶菌させることにより薬理活性を発揮させることができる。
【0046】
更に、本来生体が持たない機能を金属微粒子によって触媒機能として付与し、高次の生体機能と触媒活性との融合が考えられる。例えば、光触媒と使用されている酸化チタンにより有毒な酸化窒素等を酸化し、原核細胞の栄養素として利用することもできる。
【0047】
上記のペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子と、トランスフェクション試薬とを含む混合液(複合体)は冷蔵又は冷凍保存することができ、必要なときに使用することができる。また、トランスフェクションキットして用いることもできる。
【0048】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明瞭にする。
【0049】
実施例  <β−ガラクトシダーゼの導入>
0.25μg/μlのβ−ガラクトシダーゼ溶液を4μlずつ3本のマイクロチューブに分注し、1本目はそのまま、2本目はカチオンリポソーム DOTAP Liposomal Transfection Reagent(Roche社)4μlを、3本目にはChariot KitのChariot Transfection Reagent(Active Motief社 2mg/ml)8μlを室温にて混合し、15分放置した。
【0050】
大腸菌エレクトロコンピテントセルDH5α(TAKARA)を、前記の3本のマイクロチューブそれぞれに加え、氷上にて5分おいた後、37℃に温めておいたSOC培地1mlを加え、37℃で1時間振盪培養した。
【0051】
この細胞液をそれぞれマイクロチューブに移し、5000rpmにて1分遠心し上清をのぞき、PBS Buffer(1.5mM KHPO,150mM NaCl, 5mM NaHPO)にて、2回遠心、洗浄した。
【0052】
この菌体を、LB培地にて懸濁し、1時間37℃にてインキュベートしたのち、再度遠心し上清をのぞき、0.05%のXgalを含むLB培地に懸濁してさらに1時間インキュベートした。
【0053】
菌体懸濁液を顕微鏡下で観察したところ、トランスフェクション試薬であるDOTAP Liposomal Transfection Reagentでは30%程度、Chariot Transfection Reagentでは20%程度、β−ガラクトシダーゼ活性を示す青色に染まった菌体が観察された。しかし、トランスフェクション試薬を含まなかったものには、青色に染まった菌体が観察されなかった。
【0054】
実施例  < DNAタンパク質複合体の導入 >
(1)Tn5トランスポゼースをCRUZらの手法(Journal of Bacteriology、Vol.175、 No.21、 p.6932−6938、1993)により精製した。
【0055】
(2)カナマイシン耐性のTn5トランスポゾンEZ::TNTM<KAN2>Transposon (EPICENTER TECHNOLOGIES社)15μg/ml溶液 0.4μl(0.0075pmol)とTn5トランスポゼース0.4μl(0.1pmol相当)を静かにタッピングにて混合し、37℃にて10分間インキュベートした。
【0056】
(3)インキュベートした混合物を0.4μlずつ3本のマイクロチューブに分注し、1本目はそのまま、2本目はカチオンリポソーム DOTAP Liposomal Transfection Reagent(Roche社)0.4μlを、3本目にはChariot KitのChariot Transfection Reagent(Active Motief社 2mg/ml)2.0mlを室温にて混合し、15分放置した。
【0057】
(4)大腸菌エレクトロコンピテントセルDH5α(TAKARA)を、前記の3本のマイクロチューブそれぞれに加え、氷上にて5分おいた後、37℃に温めておいたSOC培地1mlを加え、37℃で1時間振盪培養し、カナマイシンを含むLB培地プレートに塗布し、37℃で一晩インキュベートした。
【0058】
トランスポゾン1μgあたり、DOTAP Liposomal Transfection Reagentを混ぜた方では4.0×10株、Chariot Transfection Reagentを混ぜた方では2.0×10株のカナマイシン耐性の形質転換株が得ら、それぞれのトランスフェクション試薬を混ぜなかったものでは形質転換体が得られなかった。
【0059】
(5)この際に得られた形質転換株にはプラスミドは存在せず、これらの形質転換体がトランスポゼースによってゲノムに遺伝子が導入されたものであることがわかった。
【0060】
実施例  <金属微粒子の導入>
磁性粒体:Streptavidin MagneSphere Paramagnetic Particles(Promega社)を遠心回収し、0.6mgを10μg/μlにMili−Q水に懸濁した。アンピシリン耐性を示すpUC19 plasmidを含む大腸菌DH5αセルをLB培地にて培養し、OD600=0.6で遠心回収し、Mili−Q水にて3回洗浄した後、OD600=10.0程度となるようにMili−Q水にて懸濁した。
【0061】
5本のマイクロチューブに上記の大腸菌を50μlずつ分注し氷の上に置いた。その5本のマイクロチューブをa、b、c、d及びeと名付け、それぞれのマイクロチューブに以下の組成のものを添加した。
a:大腸菌のみ
b:大腸菌+磁性粒体5μl
c:大腸菌+DOTAP(Roche社1μg/1μl)5μl
d:大腸菌+磁性粒体5μl+ DOTAP 5μl(別々に加える)
e:大腸菌+(磁性粒体5μl+DOTAP 5μlを37℃で5分インキュベートしたもの)。
【0062】
それぞれ、氷上にて5分間静置した後、42℃で90秒間ヒートショックを行い、37℃のSOC培養液1mlにて懸濁した。MagneSphere Technology Magnetic Separation Standsを用いて1分放置することで、磁性粒体を含む画分を回収し、上清を取り除いた。
【0063】
同様の操作を3回繰り返し、磁性粒体を含む画分を回収した。回収した菌体をSOC培養液0.1mlにて懸濁し、アンピシリン50μg/ml含むLBプレートに植菌し、37℃一晩培養した後、生じたコロニーの数を計測した。
【0064】
コロニーを生じたのは、bが1株、eが87株であり、磁性粒体により菌体が回収されたことが示された。eの菌体を拡大して観察したところ、磁性粒体と思われる黒い粒が菌体内に見られたが、他の条件の菌体には細胞内には黒い粒は観察されなかった。
【0065】
【発明の効果】
本発明のペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子を原核細胞に導入する方法によれば、ペプチドグリカンを主成分とする細胞壁を有する原核細胞にヌクレオチドを導入する際に、トランスフェクション試薬を共存させることによって、簡便、安全且つ効率良く導入することができる。
【0066】
また、本発明の方法は、操作が簡便で熟練した技術を要さず、特殊な機械等も使用しないので、誰でも行うことができる。例えば、小学校、中学校、高校、大学、専門学校等における実験、実習等にも使用することができる。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for introducing a peptide, a DNA-protein complex, or metal microparticles into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan.
[0002]
[Prior art]
The introduction of peptide and DNA protein complexes into prokaryotic cells to express proteins and genes has not been performed so far, but is a technology that is expected to develop in the future.
[0003]
As a method for introducing a peptide and DNA protein complex into prokaryotic cells, mainly a physical method and a chemical method are known (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
Physical methods include an electroporation method, a particle gun method, and the like.For example, in the case of the electroporation method, in E. coli, cells in the logarithmic growth phase are washed with a solution containing almost no salt such as pure water, and placed on ice. After coexisting with the peptide or DNA-protein complex, a high voltage is applied for a short time to temporarily create small pores in the cells, and the peptide or DNA-protein complex is introduced. For expression of a peptide or DNA protein complex.
[0005]
For example, in the case of Escherichia coli, for example, in the case of Escherichia coli, the cells are treated with a calcium chloride solution or the like, coexist with a peptide or DNA protein complex on ice, warmed briefly at 42 ° C., and cooled again on ice for about 2 minutes. After that, the cells are cultured at 37 ° C. for about 1 hour in an activation medium to express a peptide or DNA protein complex.
[0006]
In the case of eukaryotic cells, especially cultured cells, a lipofection method is known as a chemical method in addition to the above method. The lipofection method mainly comprises forming a complex of a positively charged liposome (cationic liposome) and a polynucleotide, adsorbing the cationic liposome on the surface of the negatively charged cell, and fusing it with the cell membrane. A method of introducing a peptide or DNA protein complex into cells.
[0007]
These methods are conventionally used methods and have many problems as described below.
[0008]
For example, in the chemical method, the operation of treating cells is complicated, and requires a skilled technique. In addition, heat shock treatment or the like is also required, which places a burden on cells. The transfection efficiency of the peptide or DNA protein complex into cells is also very low.
[0009]
The electroporation method shows high transfection efficiency for most cells such as bacteria, fungi, yeast, plant cells, and animal cells, but causes many cells to die and causes damage or polarization to the transfected cells. In addition, there may be differences in introduction efficiency. It also requires special equipment.
[0010]
It has been considered that the lipofection method is limited to cells having no cell wall in cells having a cell wall such as a peptidoglycan layer or a cellulose layer because a cell membrane fused with a lipofection reagent is not exposed. Recently, the inventor has found that it is also possible in bacteria (see, for example, unpublished patent applications 1 and 2).
[0011]
[Unpublished patent application 1]
Japanese Patent Application No. 2002-132197
[0012]
[Unpublished patent application 2]
Japanese Patent Application No. 2002-337529
[0013]
[Non-patent document 1]
Sambrook, J. and Dee. Wu. DW Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", (USA), 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. [0014]
[Problems to be solved by the invention]
A main object of the present invention is to provide a method for simply, safely and efficiently introducing a peptide or DNA protein complex or metal fine particles into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has made intensive studies in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. As a result, by introducing a peptide or DNA protein complex into a cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan using a transfection reagent, the peptide or DNA protein complex can be easily, safely and efficiently introduced. Was found.
[0016]
That is, the present invention relates to a method for introducing the following peptide, DNA protein complex or metal fine particle.
[0017]
1. A method for introducing a peptide or DNA protein complex into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan, wherein the method is performed in the presence of a transfection reagent.
[0018]
2. A method for introducing metal microparticles into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan, wherein the method is performed in the presence of a transfection reagent.
[0019]
3. Item 2. The method according to Item 1, wherein the transfection reagent is a reagent containing lipid as a main component.
[0020]
4. Item 2. The method according to Item 1, wherein the transfection reagent is a cationic liposome.
[0021]
5. Item 2. The method according to Item 1, wherein the prokaryotic cell is Escherichia coli.
[0022]
6. Item 3. The method according to Item 2, wherein the metal fine particles are at least one selected from the group consisting of iron, titanium oxide, platinum and gold.
[0023]
7. A transfection kit comprising a peptide, a DNA protein complex or a metal microparticle and a transfection reagent.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The method for introducing a peptide, DNA protein complex or metal microparticle of the present invention is characterized in that a normal transfection reagent is used for prokaryotic cells having peptidoglycan on the cell wall.
[0025]
In the present invention, the prokaryotic cell into which the peptide, the DNA protein complex or the metal microparticle is introduced is a prokaryotic cell having peptidoglycan or a substance similar to the peptidoglycan on the cell wall, for example, bacteria including Escherichia coli, Bacillus subtilis, and cyanobacteria. And the like. Among them, Escherichia coli, cyanobacteria and the like are preferable from the viewpoint of convenience and the like.
[0026]
The type of Escherichia coli is not limited, and examples thereof include those derived from the K12 strain such as DH5α, DH10B, and BL21 (DE3) which are usually used for gene recombination. Also, the type of cyanobacteria is not limited, and examples thereof include Synechococcus, Synechocystis, and Spirulina.
[0027]
In the present specification, the peptide includes, for example, not only ordinary peptides having two or more amino acids but also proteins, enzymes, and the like. The type and preparation method of the peptide are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose of the experiment and the like.
[0028]
In the present specification, a DNA-protein complex refers to a complex of a polynucleotide and a protein such as an enzyme. The types of proteins and polynucleotides are not particularly limited, and combinations thereof can be appropriately selected depending on the purpose of the experiment and the like. For example, a transposon-transposase complex or a complex of a restriction enzyme recognition site and a restriction enzyme can be exemplified.
[0029]
In the present specification, the metal fine particles are not particularly limited as long as they enter prokaryotic cells. For example, at least one selected from the group consisting of iron, titanium oxide, platinum and gold can be used, and among them, metal fine particles such as iron and titanium oxide are preferable. The average particle size of the metal microparticles is not limited as long as it is introduced into prokaryotic cells, for example, about 0.01 μm to about 1.0 μm, preferably about 0.01 μm to about 0.5 μm, more preferably about 0.01 μm To about 0.05 μm.
[0030]
It is necessary to use a transfection reagent when introducing the obtained peptide, DNA protein complex or metal microparticles into prokaryotic cells. As the transfection reagent, a transfection reagent generally used for cultured cells of animals can be used, and preferably, a transfection reagent containing lipid as a main component, and more preferably a transfection reagent containing cationic liposome as a main component. Good.
[0031]
In addition, the cationic liposome refers to, for example, a charged molecule having an atomic group (cation charged molecule) serving as a cation at one end of a molecule mainly composed of a carbon molecular chain having a low degree of unsaturation.
[0032]
Examples of molecules mainly composed of carbon molecular chains include, besides fatty acids having 12 to 20 carbon atoms and 0 to 4 double bonds, a benzene ring having a functional group and a heterocyclic compound containing a nitrogen atom. . Specifically, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, lignoceric acid, palmitooleic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, etc., and (S) -2-methyl- 1,4,5,6-tetrahydropyrimidine-4-carboxylic acid ((S) -2-methyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine-4 carboxylic acid), (S) -2-methyl-5 Examples thereof include hydroxy-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine-4-carboxylic acid ((S) -2-methyl-5-hydroxy-1,1,4,5,6-tetrahydropyrimidine-4 carboxylic acid). These can be used alone or in combination of two or more.
[0033]
The cation-charged molecule refers to a molecule charged to a cation, and examples thereof include an amine salt, a quaternary ammonium salt, and a pyridinium salt. These may be used alone or in combination of two or more.
[0034]
The molecule mainly composed of a carbon molecular chain and the cation-charged molecule can be used in any combination, and a method of bonding these can be appropriately selected.
[0035]
Specific transfection reagents containing a cationic liposome as a main component include, for example, DOTAP (N- [1- (2,3-dioleoyloxy) propyl] -N, N, N-trimethylammoniummethyl sulfate), DOSFFER (1,3) -Di-Oleoxyloxy-2- (6-Carboxy-spermyl) -propylamid), Transome (registered trademark), FuGENE (registered trademark) 6, Chariot Kit (registered trademark, manufactured by Active Motief) and the like.
[0036]
When introducing the peptide, DNA protein complex or metal microparticle into prokaryotic cells, the peptide, DNA protein complex or metal microparticle and the transfection reagent may be mixed in advance at room temperature to form a complex.
[0037]
The mixing ratio of the peptide or DNA protein complex and the transfection reagent can be appropriately selected depending on the type of the peptide or DNA protein complex, the type of the transfection reagent used, and the like. For example, about 1 to 1000 μg can be exemplified as a lipid component per 1 μg of the peptide or DNA protein complex.
[0038]
The mixing ratio of the metal fine particles and the transfection reagent can be appropriately selected according to the type of the metal fine particles, the type of the transfection reagent to be used, and the like. For example, about 0.01 to 100 μg can be exemplified as a lipid component per 1 μg of metal fine particles.
[0039]
The method of mixing the peptide, DNA protein complex or metal microparticle with the transfection reagent is not limited as long as the peptide, DNA protein complex or metal microparticle and the transfection reagent form a complex. A solution containing a transfection reagent is put in the case in advance, a necessary amount of a solution containing a peptide, a DNA protein complex or a metal microparticle is added, and the mixture is gently mixed if necessary, for 1 minute or more, preferably 3 to 15 minutes. It may be left on ice for about a minute, for example.
[0040]
Thereafter, the resulting peptide, DNA protein complex or complex of the metal microparticles and the transfection reagent may be brought into contact with the cells. The method is not limited, either. For example, a peptide, DNA protein complex or metal microparticle-transfection reagent complex solution may be added to a cell diluent, mixed gently if necessary, and allowed to stand.
[0041]
The mixing ratio of the peptide, DNA protein complex or metal microparticle-transfection reagent complex and the cell diluent can also be appropriately selected according to the type of cells used and the like. For example, the concentration can be set to about 1 to 100 ng, preferably about 1 to 10 ng, per 1 × 10 9 cells. Further, the metal fine particles can be set to about 1 to 100 ng, preferably about 1 to 10 ng per 1 × 10 9 cells.
[0042]
Thereafter, after culturing the cells in a selection medium, it can be confirmed by a known method that the peptide or DNA protein complex has been introduced into the prokaryotic cells. For example, confirmation by antibiotic resistance and the like, detection of enzyme activity by assay of an introduced protein enzyme, and the like can be mentioned.
[0043]
In addition, the fact that the metal fine particles have been introduced into the prokaryotic cells can be confirmed by direct observation using a known method using, for example, an SEM.
[0044]
Peptide or DNA protein complexes that can be introduced into prokaryotic cells can be used for screening peptide libraries, introducing peptide inhibitors, studying protein half-life, labeling with intracellular antibodies, and the like. -This technique can also be used to create a transgenic transformant into the genome using a transposase complex or the like.
[0045]
In addition, drug delivery becomes possible by introducing metal fine particles into prokaryotic cells. For example, by introducing fine iron particles, prokaryotic cells expressing a pharmacologically active compound (protein or the like) can be directly transferred to the site of action in a living body by magnetic force, and lysed there, thereby exhibiting pharmacological activity.
[0046]
Further, a function not originally possessed by a living body may be given as a catalytic function by metal fine particles, and fusion of a higher-order biological function and catalytic activity may be considered. For example, toxic nitrogen oxides and the like can be oxidized by a photocatalyst and titanium oxide used, and used as nutrients for prokaryotic cells.
[0047]
A mixed solution (complex) containing the above-described peptide, DNA protein complex or metal microparticle and a transfection reagent can be refrigerated or frozen and used when necessary. It can also be used as a transfection kit.
[0048]
【Example】
Examples are shown below to further clarify the features of the present invention.
[0049]
Example 1 <Introduction of β-galactosidase>
A 0.25 μg / μl β-galactosidase solution was dispensed into 3 microtubes by 4 μl each, the first one was kept as it was, the second one was cationic liposome DOTAP Liposomal Transfection Reagent (Roche) 4 μl, and the third one was Chariot Kit 8 μl of Chariot Transfection Reagent (2 mg / ml from Active Motief) was mixed at room temperature and left for 15 minutes.
[0050]
Escherichia coli electrocompetent cell DH5α (TAKARA) was added to each of the above three microtubes, left on ice for 5 minutes, then added with 1 ml of SOC medium warmed to 37 ° C, and shaken at 37 ° C for 1 hour. Cultured.
[0051]
Each of the cell solutions is transferred to a microtube, centrifuged at 5,000 rpm for 1 minute, and the supernatant is removed, followed by centrifugation and washing twice with PBS Buffer (1.5 mM KH 2 PO 4 , 150 mM NaCl, 5 mM Na 2 HPO 4 ). did.
[0052]
The cells were suspended in an LB medium and incubated for 1 hour at 37 ° C., and then centrifuged again to remove the supernatant, suspended in an LB medium containing 0.05% Xgal, and further incubated for 1 hour.
[0053]
When the cell suspension was observed under a microscope, about 30% of cells were transfected with DOTAP Liposomal Transfection Reagent, and about 20% of Chariot Transfection Reagent were stained blue with β-galactosidase activity. Was. However, no bacterial cells stained blue were observed in those containing no transfection reagent.
[0054]
Example 2 <Introduction of DNA-protein complex>
(1) Tn5 transposase was purified by the method of CRUZ et al. (Journal of Bacteriology, Vol. 175, No. 21, p. 6932-6938, 1993).
[0055]
(2) Kanamycin- resistant Tn5 transposon EZ :: TN <KAN2> Transposon (EPICENTER TECHNOLOGIES) 15 μg / ml solution 0.4 μl (0.0075 pmol) and Tn5 transposase 0.4 μl (corresponding to 0.1 pmol) are gently tapped. And incubated at 37 ° C. for 10 minutes.
[0056]
(3) Dispense 0.4 μl of the incubated mixture into three microtubes, leave the first one as it is, the second as a cationic liposome DOTAP Liposomal Transfection Reagent (Roche) 0.4 μl, and the third one as Chariot Kit 2.0 ml of Chariot Transfection Reagent (2 mg / ml from Active Motief) was mixed at room temperature and left for 15 minutes.
[0057]
(4) E. coli electrocompetent cell DH5α (TAKARA) was added to each of the above three microtubes, left on ice for 5 minutes, and then 1 ml of SOC medium warmed to 37 ° C was added. The cells were cultured with shaking for 1 hour, applied to an LB medium plate containing kanamycin, and incubated at 37 ° C overnight.
[0058]
For 1 μg of transposon, 4.0 × 10 3 strains obtained by mixing DOTAP Liposomal Transfection Reagent, and 2.0 × 10 3 strains obtained by mixing Chariot Transfection Reagent showed kanamycin- resistant transformants. No transformant was obtained without the addition of the injection reagent.
[0059]
(5) No plasmid was present in the transformants obtained at this time, and it was found that these transformants had the gene introduced into the genome by transposase.
[0060]
Example 3 <Introduction of metal fine particles>
Magnetic particles: Streptavidin MagneSphere Paramagnetic Particles (Promega) was collected by centrifugation, and 0.6 mg was suspended in Milli-Q water at 10 μg / μl. Escherichia coli DH5α cells containing pUC19 plasmid exhibiting ampicillin resistance are cultured in an LB medium, collected by centrifugation at OD600 = 0.6, washed three times with Milli-Q water, and adjusted to OD600 = 10.0. Was suspended in Milli-Q water.
[0061]
The above E. coli was dispensed in 50 μl portions into five microtubes and placed on ice. The five microtubes were named a, b, c, d, and e, and each of the microtubes had the following composition.
a: E. coli only b: E. coli + magnetic particles 5 μl
c: 5 μl of Escherichia coli + DOTAP (Roche 1 μg / 1 μl)
d: E. coli + 5 μl of magnetic particles + 5 μl of DOTAP (added separately)
e: Escherichia coli + (5 μl of magnetic particles + 5 μl of DOTAP incubated at 37 ° C. for 5 minutes).
[0062]
Each was left still on ice for 5 minutes, then heat shocked at 42 ° C for 90 seconds, and suspended in 1 ml of 37 ° C SOC culture solution. The mixture was allowed to stand for 1 minute using MagneSphere Technology Magnetic Separation Stands to collect a fraction containing magnetic particles, and the supernatant was removed.
[0063]
The same operation was repeated three times to collect a fraction containing magnetic particles. The collected cells were suspended in 0.1 ml of SOC culture solution, inoculated on an LB plate containing 50 μg / ml of ampicillin, cultured at 37 ° C. overnight, and the number of colonies formed was counted.
[0064]
One colony was formed and b was 87 strains, and it was shown that e was 87 strains, indicating that the bacterial cells were recovered by the magnetic particles. As a result of observing the bacterial cells of e in an enlarged manner, black particles considered to be magnetic particles were observed in the cells, but no black particles were observed in the cells of the cells under other conditions.
[0065]
【The invention's effect】
According to the method of introducing a peptide, a DNA protein complex or a metal microparticle into a prokaryotic cell according to the present invention, when a nucleotide is introduced into a prokaryotic cell having a cell wall composed mainly of peptidoglycan, a transfection reagent is allowed to coexist. It can be introduced simply, safely and efficiently.
[0066]
In addition, the method of the present invention can be performed by anyone because the operation is simple, does not require skilled technology, and does not use a special machine or the like. For example, it can be used for experiments, practical training, and the like in elementary schools, junior high schools, high schools, universities, vocational schools, and the like.

Claims (7)

ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞にペプチド又はDNAタンパク質複合体を導入する方法であって、該方法をトランスフェクション試薬の共存下に行うことを特徴とする方法。A method for introducing a peptide or DNA protein complex into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan, wherein the method is performed in the presence of a transfection reagent. ペプチドグリカンを主体とする細胞壁を有する原核細胞に金属微粒子を導入する方法であって、該方法をトランスフェクション試薬の共存下に行うことを特徴とする方法。A method for introducing metal microparticles into a prokaryotic cell having a cell wall mainly composed of peptidoglycan, wherein the method is performed in the presence of a transfection reagent. トランスフェクション試薬が脂質を主成分とする試薬である請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the transfection reagent is a lipid-based reagent. トランスフェクション試薬がカチオンリポソームである請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the transfection reagent is a cationic liposome. 原核細胞が大腸菌であることを特徴とする請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the prokaryotic cell is Escherichia coli. 金属微粒子が、鉄、酸化チタン、白金及び金からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項2に記載の方法。The method according to claim 2, wherein the metal fine particles are at least one selected from the group consisting of iron, titanium oxide, platinum, and gold. ペプチド、DNAタンパク質複合体又は金属微粒子とトランスフェクション試薬とを含むトランスフェクションキット。A transfection kit comprising a peptide, a DNA protein complex or metal microparticles and a transfection reagent.
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