JP2008199963A - Negative selection marker gene and utilization thereof - Google Patents

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Hiroshi Horikawa
洋 堀川
Masaharu Mukoyama
正治 向山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a marker gene enabling the negative selection in a target cell. <P>SOLUTION: The gene encoding a polypeptide having levansucrase activities and not having cleaving activities of a signal sequence, or a polypeptide having the levansucrase activities and not having the signal sequence is used as the negative selection marker. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ネガティブ選択マーカーとして利用可能な遺伝子およびその利用に関するものであり、より詳細には、宿主細胞内で発現させたとき、スクロース存在下で宿主細胞の生育を阻害する遺伝子およびその利用に関するものである。   The present invention relates to a gene that can be used as a negative selectable marker and use thereof, and more particularly to a gene that inhibits the growth of a host cell in the presence of sucrose when expressed in the host cell and use thereof. Is.

代謝工学的手法を用いた有用物質の生産には、ゲノム上の複数の遺伝子を破壊する技術、および複数の外来遺伝子をゲノム上に導入する技術が用いられている。遺伝子破壊および外来遺伝子導入が行われた細胞株を効率よく選抜するための選択マーカー遺伝子として薬剤耐性遺伝子が用いられる。このような選択マーカーは、選択マーカーを含む細胞を選択する(生存させる)ポジティブ選択マーカーといわれている。   For the production of useful substances using metabolic engineering techniques, a technique for destroying a plurality of genes on the genome and a technique for introducing a plurality of foreign genes onto the genome are used. A drug resistance gene is used as a selection marker gene for efficiently selecting cell lines in which gene disruption and foreign gene introduction have been performed. Such a selection marker is said to be a positive selection marker that selects (survives) cells containing the selection marker.

近年、技術が高度化し、1つのゲノム上において複数の遺伝子改変を行う必要性が生じてきた。単一の標的に対して複数の遺伝子改変を行う場合には、複数の選択マーカーを組み合わせて使用することが必要である。しかし、選択マーカーとして使用可能な薬剤耐性遺伝子の種類は限られている。このために、使用可能な新たな選択マーカーの開発が望まれている。   In recent years, as technology has advanced, there has been a need to perform a plurality of gene modifications on one genome. When a plurality of genetic modifications are performed on a single target, it is necessary to use a combination of a plurality of selectable markers. However, the types of drug resistance genes that can be used as selectable markers are limited. For this reason, development of a new selectable marker that can be used is desired.

他のタイプの選択マーカーとして、選択マーカーを含む細胞を排除(殺傷)するネガティブ選択マーカーが知られている。ネガティブ選択マーカー遺伝子としては、Bacillus由来のSacB遺伝子、tetAR遺伝子、rpsL遺伝子等が知られている(非特許文献1)。ネガティブ選択マーカーは単独で用いられても、ポジティプ−ネガティブ選択(PNS)法のような二重選択法としてポジティブ選択マーカーと組み合わせて用いられてもよい。   As another type of selectable marker, a negative selectable marker that eliminates (kills) cells containing the selectable marker is known. As a negative selection marker gene, SacB gene derived from Bacillus, tetAR gene, rpsL gene and the like are known (Non-patent Document 1). The negative selection marker may be used alone or in combination with a positive selection marker as a double selection method such as the positive-negative selection (PNS) method.

SacB遺伝子は、レバンスクラーゼ(levansucrase)活性を有する酵素の1つであるSacBタンパク質をコードする遺伝子である。SacBタンパク質は、スクロースを分解し、レバン(levan)を生成する。グラム陰性菌は、細胞内においてSacBタンパク質が発現すると、スクロース存在下において生育することができない。このように、スクロース存在下においてSacB遺伝子が導入された細胞株を排除(ネガティブ選択)することにより、目的とする遺伝子改変細胞株を効率よく選択することが可能である(非特許文献2)。   The SacB gene is a gene encoding a SacB protein, which is one of enzymes having levansucrase activity. SacB protein breaks down sucrose and produces levan. Gram-negative bacteria cannot grow in the presence of sucrose when SacB protein is expressed in cells. Thus, by excluding (negative selection) the cell line introduced with the SacB gene in the presence of sucrose, it is possible to efficiently select the target genetically modified cell line (Non-patent Document 2).

グラム陰性菌におけるSacB遺伝子の発現が、スクロース存在下において細胞に致死性を付与する理由は、明らかになっていない。グラム陰性菌において、レバンスクラーゼ活性はペリプラズムに局在していることが知られているので、レバンスクラーゼ活性により生成される高分子量のレバンがペリプラズム内に蓄積することが、細胞に致死性を付与する要因の1つとして考えられる。   The reason why the expression of the SacB gene in Gram-negative bacteria confers lethality to cells in the presence of sucrose has not been clarified. In gram-negative bacteria, levansucrase activity is known to be localized in the periplasm, and the accumulation of high-molecular-weight levan produced by levansucrase activity in the periplasm imparts lethality to cells. This is considered as one of the factors.

グラム陽性菌は細胞外膜を有していないのでペリプラズム領域が存在しない。細胞外膜を有していないグラム陽性菌では、SacBタンパク質は細胞外へ放出され、その結果、細胞内においてレバンが生成も蓄積もされ得ないと考えられる。しかし、グラム陽性菌であっても、Corynebacteria、Mycobacteria等の一部の菌においては、SacB遺伝子の発現によって細胞に致死性が付与される(非特許文献3)。非特許文献3に示される結果は、CorynebacteriaおよびMycobacteriaのように、細胞壁中にミコール酸(Mycolic achids)を含むグラム陽性菌においては、ミコール酸に起因して形成された細胞外膜様構造のためにSacBタンパク質が細胞内に留まり、同様に形成されたペリプラズム様領域にレバンが蓄積したからであると考えられる。   Gram-positive bacteria do not have an outer membrane, so there is no periplasmic region. In Gram-positive bacteria that do not have an outer membrane, it is thought that SacB protein is released outside the cell, and as a result, levan cannot be produced or accumulated in the cell. However, even in the case of Gram-positive bacteria, in some bacteria such as Corynebacterium and Mycobacterium, lethality is imparted to the cells by the expression of the SacB gene (Non-patent Document 3). The results shown in Non-Patent Document 3 are due to the outer membrane-like structure formed due to mycolic acid in Gram-positive bacteria containing mycolic acids in the cell wall, such as Corynebacterium and Mycobacterium. This is probably because the SacB protein stayed in the cell and levan accumulated in the periplasm-like region similarly formed.

通常のグラム陽性菌は、細胞壁中にミコール酸を有していないので、細胞内にてレバンが生成も蓄積もされない。そのために、SacB遺伝子が細胞内で発現していたとしても、スクロース存在下で細胞に致死性は付与されない。このことは、通常のグラム陽性菌においては、SacB遺伝子をネガティブ選択マーカーとして使用することができないことを示している。   Since ordinary gram-positive bacteria do not have mycolic acid in the cell wall, levan is not produced or accumulated in the cells. Therefore, even if the SacB gene is expressed in the cell, the cell is not lethal in the presence of sucrose. This indicates that the SacB gene cannot be used as a negative selection marker in normal gram-positive bacteria.

導入したい遺伝子をプロモータとマーカー遺伝子との間に挿入することにより、ポジティブ選択マーカー遺伝子をネガティブ選択マーカーとして用いることができる。同様に、導入したい遺伝子をプロモータとマーカー遺伝子との間に挿入することにより、ネガティブ選択マーカー遺伝子をポジティブ選択マーカーとして用いることができる。もちろん、導入したい遺伝子の挿入部位はプロモータとマーカー遺伝子との間に限られず、マーカー遺伝子の中に目的の遺伝子を挿入しても、マーカー遺伝子の発現を抑えることができる。   By inserting the gene to be introduced between the promoter and the marker gene, the positive selection marker gene can be used as a negative selection marker. Similarly, a negative selection marker gene can be used as a positive selection marker by inserting the gene to be introduced between the promoter and the marker gene. Of course, the insertion site of the gene to be introduced is not limited to between the promoter and the marker gene, and even if the target gene is inserted into the marker gene, the expression of the marker gene can be suppressed.

この観点を利用した、大腸菌にSacB遺伝子をマルチコピー数導入して細胞内に過剰発現させることにより、SacB遺伝子をポジティブ選択マーカーとして用いる技術が報告されている(特許文献1)。   A technique using the SacB gene as a positive selection marker by introducing multiple copies of the SacB gene into Escherichia coli and overexpressing it in cells using this viewpoint has been reported (Patent Document 1).

また、シグナル配列切断活性を欠失した変異型SacB遺伝子を、細胞壁中にミコール酸を有さないグラム陽性菌にマルチコピー数導入して細胞内に過剰発現させることにより、変異型SacB遺伝子をポジティブ選択マーカーとして用いる技術が報告されている(特許文献2)。
WO92/14819号公報(公開日:1992年9月3日) 特表平11−514527号公報(公表日:平成11年12月14日) Reyrat J M et al., Infection and Immunity,Sept.1998;4011−4017 Jagar W et al., Journal of bacteriology 1992;5462−5465 Pelicic V et al., Journal of bacteriology 1996;1197−1199 Borchert T V et al., Journal of bacteriology 1991;276−282 Bramucci M G et al., Applied and Environmental Microbiology 1996;3948−3953
In addition, a mutant SacB gene lacking signal sequence cleavage activity is introduced into a Gram-positive bacterium having no mycolic acid in the cell wall and overexpressed in the cell, thereby positively mutating the SacB gene. A technique used as a selection marker has been reported (Patent Document 2).
WO92 / 14819 (publication date: September 3, 1992) Special table 11-1151427 gazette (publication date: December 14, 1999) Reyrat J M et al. , Infection and Immunity, Sept. 1998; 4011-4017 Jagar W et al. , Journal of Bacteriology 1992; 5462-5465 Pelic V et al. , Journal of Bacteriology 1996; 1971-1199. Borchert TV et al. , Journal of Bacteriology 1991; 276-282. Bramucci MG et al. , Applied and Environmental Microbiology 1996; 3948-3953.

SacBタンパク質は、そのシグナル配列切断活性を欠失すると、SacB前駆体タンパク質からシグナル配列が切断されないので細胞外に分泌されない(非特許文献4)。もちろん、このような変異型SacBタンパク質は野生型のようなペリプラズム局在性を有していないが、遺伝子を細胞に過剰発現させたことにより細胞質膜近傍に変異型SacBタンパク質が存在し、その結果、細胞質膜および細胞壁近傍にレバンが生成および蓄積されて、変異型SacB遺伝子がポジティブ選択マーカーとして機能したと考えられる(非特許文献5)。   If SacB protein lacks its signal sequence cleavage activity, the signal sequence is not cleaved from the SacB precursor protein and is not secreted outside the cell (Non-patent Document 4). Of course, such a mutant SacB protein does not have periplasmic localization as in the wild type, but the mutant SacB protein exists in the vicinity of the cytoplasmic membrane by overexpressing the gene in the cell. It is considered that levan was generated and accumulated near the cytoplasmic membrane and cell wall, and the mutant SacB gene functioned as a positive selection marker (Non-patent Document 5).

しかしながら、変異型SacB遺伝子をポジティブ選択マーカーとして用いるためには、特許文献2に記載されているように、宿主細胞内にマルチコピーの変異型SacB遺伝子が存在していなければならない。シングルコピーの変異型SacB遺伝子をグラム陽性菌細胞に導入した場合では、宿主細胞にスクロース誘因の致死性が観察されない(非特許文献5)。   However, in order to use the mutant SacB gene as a positive selection marker, as described in Patent Document 2, a multicopy mutant SacB gene must be present in the host cell. When a single-copy mutant SacB gene is introduced into Gram-positive bacterial cells, sucrose-induced lethality is not observed in the host cells (Non-patent Document 5).

二重選択用マーカーに用いられる選択マーカー遺伝子のうち二度目の選択に用いられるマーカー遺伝子は、宿主細胞内に導入されるコピー数がシングルであることが好ましい。特に、単一の標的に対して複数の遺伝子改変を行う場合には、シングルコピーの遺伝子が存在するだけでマーカーとして機能し得ることは非常に重要である。特許文献2および非特許文献5に記載の方法では、シングルコピーの変異型SacB遺伝子を導入した宿主細胞がスクロース存在下で致死性を示していないので、変異型SacB遺伝子をネガティブ選択マーカー遺伝子として使用することはできない。   Of the selectable marker genes used for the double selection marker, the marker gene used for the second selection preferably has a single copy number introduced into the host cell. In particular, when a plurality of genetic modifications are performed on a single target, it is very important that only a single copy gene exists and can function as a marker. In the methods described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 5, since a host cell into which a single-copy mutant SacB gene has been introduced is not lethal in the presence of sucrose, the mutant SacB gene is used as a negative selection marker gene. I can't do it.

さらに、近年、異種遺伝子としての選択マーカー遺伝子を形質転換体に残さない技術の開発が熱望されているが、特許文献1および2のような構成を有する選択マーカーではこのような技術に適用することができない。   Furthermore, in recent years, development of a technique that does not leave a selection marker gene as a heterologous gene in a transformant is eagerly desired. However, a selection marker having a configuration such as Patent Documents 1 and 2 may be applied to such a technique. I can't.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、グラム陽性菌において利用可能なネガティブ選択マーカー遺伝子、およびこれを用いる遺伝子改変技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a negative selection marker gene that can be used in Gram-positive bacteria and a gene modification technique using the same.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、ネガティブ選択マーカー遺伝子およびポジティブ選択マーカー遺伝子を含む融合遺伝子であって、該ネガティブ選択マーカー遺伝子および該ポジティブ選択マーカー遺伝子はそれぞれ第1および第2のプロモータに作動可能に連結されており、該ネガティブ選択マーカー遺伝子がコードするポリペプチドは、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、またはレバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドであることを特徴としている。   The selectable marker fusion gene according to the present invention is a fusion gene comprising a negative selectable marker gene and a positive selectable marker gene, and the negative selectable marker gene and the positive selectable marker gene can operate on the first and second promoters, respectively. The polypeptide encoded by the negative selectable marker gene has a levansucrase activity and does not have a signal sequence cleavage activity, or has a levansucrase activity and has a signal sequence. It is characterized by not being a polypeptide.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記第1および第2のプロモータは、グラム陽性菌由来のプロモータであることが好ましい。   In the selection marker fusion gene according to the present invention, the first and second promoters are preferably promoters derived from Gram-positive bacteria.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子は、SacB遺伝子、fefA遺伝子、lev遺伝子、mlft遺伝子、lsc遺伝子、lsxA遺伝子からなる群より選択される遺伝子に由来する遺伝子であってもよい。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the negative selectable marker gene may be a gene derived from a gene selected from the group consisting of a SacB gene, a fefA gene, a lev gene, an mlft gene, an lsc gene, and an lsxA gene. Good.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子はまた、Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens、Lactobacillus sanfranciscensis、Lactobacillus johnsonii、Lactobacillus reuteri、Leuconostoc mesenteroides、Oenococcus oeni、Paenibacillus polymyxaからなる群より選択される細胞由来の野生型SacB遺伝子に由来する遺伝子であってもよい。   In the selection marker fusion gene according to the present invention, also the negative selectable marker gene, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus sanfranciscensis, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus reuteri, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni, derived cells selected from the group consisting of Paenibacillus polymyxa It may be a gene derived from the wild type SacB gene.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子はまた、以下の(A)〜(C)のポリペプチドのいずれかをコードしている遺伝子であってもよい:(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−Alaの少なくともいずれか一方のAlaが置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド;あるいは(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the negative selectable marker gene may also be a gene encoding any of the following polypeptides (A) to (C): (A) wild type A polypeptide comprising an amino acid sequence in which at least one Ala of Ala-X-Ala present at positions 20 to 44 in the amino acid sequence encoded by the SacB gene is substituted; or (B) above (A) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in the above, having a levansucrase activity and a signal sequence cleavage activity. Or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above A, a polypeptide having no cleavage activity has and signal sequence levansucrase activity is.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子はまた、以下の(A)〜(C)のポリペプチドのいずれかをコードしている遺伝子であってもよい:(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−AlaよりもN末端側のアミノ酸が欠損しているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド;あるいは(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the negative selectable marker gene may also be a gene encoding any of the following polypeptides (A) to (C): (A) wild type A polypeptide comprising an amino acid sequence in which the amino acid at the N-terminal side of Ala-X-Ala existing at positions 20 to 44 in the amino acid sequence encoded by the SacB gene is deleted; or (B) above (A) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in the above, and having a levansucrase activity and not having a signal sequence Or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, wherein Polypeptide having no have and signal sequence activity.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子はまた、以下の(A)〜(C)のポリペプチドのいずれかをコードしている遺伝子であってもよい:(A)配列番号1〜8のいずれかに示されるアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−Alaの少なくともいずれか一方のAlaが置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド;あるいは(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the negative selectable marker gene may also be a gene encoding any of the following polypeptides (A) to (C): (A) SEQ ID NO: A polypeptide comprising an amino acid sequence in which at least one Ala of Ala-X-Ala present at positions 20 to 44 in the amino acid sequence represented by any one of 1 to 8 is substituted; or (B) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, having a levansucrase activity and a signal sequence cleavage activity Or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above. A preparative has a levansucrase activity and have no polypeptide having the cleavage activity of the signal sequence.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子はまた、以下の(A)〜(C)のポリペプチドのいずれかをコードしている遺伝子であってもよい:(A)配列番号1〜8のいずれかに示されるアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−AlaよりもN末端側のアミノ酸が欠損しているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド;あるいは(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the negative selectable marker gene may also be a gene encoding any of the following polypeptides (A) to (C): (A) SEQ ID NO: A polypeptide comprising an amino acid sequence in which the amino acid at the N-terminal side of Ala-X-Ala existing at positions 20 to 44 in the amino acid sequence shown in any of 1 to 8 is deleted; or (B) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, having levansucrase activity and having a signal sequence Or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, comprising a levan Have cyclase activity and a polypeptide having no signal sequences.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ポジティブ選択マーカー遺伝子は、薬剤耐性遺伝子であってもよい。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the positive selectable marker gene may be a drug resistance gene.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ポジティブ選択マーカー遺伝子はまた、グラム陽性菌由来の薬剤耐性遺伝子であってもよい。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the positive selectable marker gene may also be a drug resistance gene derived from a Gram-positive bacterium.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記ポジティブ選択マーカー遺伝子はまた、エリスロマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、alpha−galactosidase遺伝子、phospho beta−glactosidase遺伝子、alanine racemase遺伝子、thymidylate synthase遺伝子、ochre suppressor遺伝子、amber suppressor遺伝子、asparate aminotransferase遺伝子、nisin immunity遺伝子、lactacin F immunity遺伝子、levanase遺伝子、crythromycin耐性遺伝子、lincomycin耐性遺伝子からなる群より選択される遺伝子であってもよい。   In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the positive selectable marker gene may also include an erythromycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, an alpha-galactosidase gene, a phosphobeta-glatosidase gene, an alanine racemase gene, a thymylate synapse gene, an oxidase synapse gene, A gene selected from the group consisting of: a gene, an amber suppressor gene, an aspartate aminotransferase gene, a nisin immunity gene, a lactacin immunity gene, a levanase gene, a crythromycin-resistant gene, and a lincomycin-resistant gene It may be a child.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、グラム陽性菌細胞における二重選択用マーカーとして用いられる遺伝子であってもよい。   The selectable marker fusion gene according to the present invention may be a gene used as a double selection marker in Gram-positive bacterial cells.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、上記細胞はまた、Leuconostoc、Pediococcus、Streptococcus、Lactobacillus、Melisscoccus、Enterococcus、Lactococcus、Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Lactosphaera、Oenococcus、Abiotrophia、Paralactobacillus、Granulicatella、Atopobacter、Alkalibacterium、Olsenellaからなる群より選択される細胞であってもよい。   In the selection marker fusion gene according to the present invention, the cells also, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Melisscoccus, Enterococcus, Lactococcus, Carnobacterium, Vagococcus, Tetragenococcus, Atopobium, Weissella, Lactosphaera, Oenococcus, Abiotrophia, Paralactobacillus, Granulicatella, Atopobacter Or a cell selected from the group consisting of Alkabacterium and Olsenella.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、異種配列をゲノム中に残すことなく標的細胞のゲノム配列を改変するための遺伝子であってもよい。   The selectable marker fusion gene according to the present invention may be a gene for modifying the genomic sequence of a target cell without leaving a heterologous sequence in the genome.

本発明に係るグラム陽性菌細胞における二重選択用キットは、本発明に係る選択マーカー融合遺伝子を備えていることを特徴としている。   The double selection kit for Gram-positive bacterial cells according to the present invention is characterized by comprising the selection marker fusion gene according to the present invention.

本発明に係る目的の細胞を二重選択する方法は、本発明に係る融合遺伝子をグラム陽性菌細胞内に導入する工程;ポジティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程;上記ネガティブ選択マーカー遺伝子を除去する工程;およびネガティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程を包含することを特徴としている。なお、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子を除去する工程は、上記融合遺伝子全体を除去する工程であってもよい。   The method of double-selecting a target cell according to the present invention comprises a step of introducing the fusion gene according to the present invention into a Gram-positive bacterium cell; a step of culturing the cell under conditions for positive selection; Removing the marker gene; and culturing the cell under conditions for negative selection. The step of removing the negative selection marker gene may be a step of removing the entire fusion gene.

本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子は、該遺伝子がコードするポリペプチドは、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、またはレバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドであることを特徴としている。   The negative selectable marker gene according to the present invention is such that the polypeptide encoded by the gene has a levansucrase activity and does not have a signal sequence cleavage activity, or has a levansucrase activity and a signal sequence. It is characterized by being a polypeptide that it does not have.

本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択するためのキットは、本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子を備えていることを特徴としている。   A kit for negatively selecting a target cell according to the present invention is characterized by comprising the negative selection marker gene according to the present invention.

本発明に係るキットにおいて、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子は、上述した特徴を有している遺伝子であればよく、グラム陽性菌由来のプロモータに作動可能に連結されていることが好ましい。また、上記細胞は、上述した特徴を有している細胞であればよい。   In the kit according to the present invention, the negative selection marker gene may be a gene having the above-described characteristics, and is preferably operably linked to a promoter derived from a Gram-positive bacterium. Moreover, the said cell should just be a cell which has the characteristic mentioned above.

本発明を用いれば、グラム陽性菌細胞をネガティブ選択することが可能である。また、本発明を用いれば、グラム陽性菌細胞を二重選択することが可能である。さらに、本発明は、異種遺伝子としての選択マーカー遺伝子を形質転換体に残さないターゲティング技術として利用され得る。   Using the present invention, it is possible to negatively select Gram-positive bacterial cells. Moreover, if this invention is used, it is possible to double-select Gram positive bacteria cells. Furthermore, the present invention can be used as a targeting technique that does not leave a selection marker gene as a heterologous gene in a transformant.

〔1.ネガティブ選択マーカー遺伝子〕
本発明者らは、レバンスクラーゼ活性を有しているポリペプチドをコードする遺伝子の特定の変異体が、細胞をネガティブ選択するための選択マーカー遺伝子として機能することを見出した。
[1. Negative selectable marker gene)
The present inventors have found that a specific variant of a gene encoding a polypeptide having levansucrase activity functions as a selection marker gene for negative selection of cells.

すなわち、本発明は、細胞をネガティブ選択するためのネガティブ選択マーカー遺伝子を提供する。ネガティブ選択マーカー遺伝子は、この遺伝子を含む細胞を排除(殺傷)するための選択マーカーとして機能する遺伝子であり、この遺伝子を用いて目的の細胞を選択することをネガティブ選択という。具体的には、ネガティブ選択では、ネガティブ選択マーカー遺伝子が導入されていない細胞のみを生育し得る所定の条件下において細胞を培養することによって、ネガティブ選択マーカー遺伝子が導入されている細胞株を排除し、ネガティブ選択マーカー遺伝子が導入されていない目的細胞を選択し得る。   That is, the present invention provides a negative selection marker gene for negative selection of cells. The negative selection marker gene is a gene that functions as a selection marker for eliminating (killing) cells containing this gene, and selecting a target cell using this gene is called negative selection. Specifically, in negative selection, cell lines in which the negative selection marker gene has been introduced are eliminated by culturing the cells under predetermined conditions that allow only cells that have not been introduced with the negative selection marker gene to grow. The target cell into which the negative selection marker gene has not been introduced can be selected.

なお、グラム陽性菌細胞において使用されているネガティブ選択マーカー遺伝子として、uracylphosphoribosyl transferase(upp)遺伝子、beta−lactamase repressor(blaI)遺伝子、mazF遺伝子等が挙げられる(”mazF,a novel counter−selectable marker for unmarked chromosomal manipulation in Bacillus subtilis.”,Nucleic acids research,vol34(2006)、および”New integrative method to generate Bacillus subtilis recombinant strains free of selection markers.”,Applied environmental microbiology,7241−7250(2004)参照のこと)。   Examples of the negative selection marker gene used in Gram-positive bacterial cells include uraylphosphophosphoyltransferase (upp) gene, beta-lactamase repressor (blaI) gene, mazF gene, and the like (“mazF, a novel counter molecule-select”). unmarked chromosomal manipulation in Bacillus subtilis. ", Nucleic acids research, vol34 (2006), and" New integrated method to generate bilites substitut. s free of selection markers. ", Applied environmental microbiology, 7241-7250 (2004) see).

本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子は、レバンスクラーゼの変異体をコードしている。本明細書において使用される場合、特に説明がない限り、「レバンスクラーゼ」は「レバンスクラーゼ活性を有するポリペプチド」が意図され、「レバンスクラーゼポリペプチド」または「レバンスクラーゼタンパク質」と交換可能に使用される。   The negative selectable marker gene according to the present invention encodes a mutant of levansucrase. As used herein, unless otherwise specified, “levansucrase” is intended to be “a polypeptide having levansucrase activity” and is used interchangeably with “levansucrase polypeptide” or “levansucrase protein”. Is done.

本明細書中で使用される場合、「レバンスクラーゼ活性」は、スクロースを分解し、レバンを生成する活性が意図される。「レバンスクラーゼの変異体」は「変異型レバンスクラーゼ」と交換可能に使用される。変異型レバンスクラーゼは、具体的には、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、またはレバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドである。   As used herein, “levansucrase activity” intends the activity of degrading sucrose to produce levan. “Levansucrase variant” is used interchangeably with “mutant levansucrase”. The mutant levansucrase is specifically a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence cleavage activity, or a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence. .

「シグナル配列」は、「シグナル配列からなるポリペプチド」が意図され、分泌タンパク質などが細胞外へ移行する際に必要な配列である。細胞内において合成されるレバンスクラーゼの前駆体は、シグナル配列のプロセッシング部位が切断されることにより成熟配列に変換され、細胞外に分泌される。本明細書中で使用される場合、レバンスクラーゼの「シグナル配列」は、グラム陰性菌または一部のグラム陽性菌においては、細胞内において発現したレバンスクラーゼをペリプラズムまたはペリプラズム様領域に移行させる機能を有するポリペプチドであることが意図され、その他のグラム陽性菌においては、細胞内において発現したレバンスクラーゼを細胞外に移行させる機能を有するポリペプチドであることが意図される。   “Signal sequence” is intended as a “polypeptide consisting of a signal sequence”, and is a sequence necessary when a secreted protein or the like moves outside a cell. The precursor of levansucrase synthesized in the cell is converted into a mature sequence by cleaving the processing site of the signal sequence and secreted outside the cell. As used herein, the “signal sequence” of levansucrase has the function of transferring levansucrase expressed in cells to the periplasm or periplasm-like region in gram-negative or some gram-positive bacteria. In other Gram-positive bacteria, it is intended to be a polypeptide having a function of transferring levansucrase expressed intracellularly to the outside of the cell.

「変異型レバンスクラーゼ」の1つである「レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド」は、レバンスクラーゼ前駆体からシグナル配列が除去されないように、シグナル配列のプロセッシング部位が変異した変異型レバンスクラーゼポリペプチドが意図される。このような変異体においては、レバンスクラーゼ前駆体からシグナル配列が除去され得ないために、レバンスクラーゼポリペプチドの成熟配列を上記のように移行させることができない。   One of the “mutant levansucrases”, “polypeptide having levansucrase activity and not having signal sequence cleavage activity”, is such that the signal sequence is not removed from the levansucrase precursor. Variant levansucrase polypeptides with mutated processing sites are contemplated. In such mutants, the signal sequence cannot be removed from the levansucrase precursor, so the mature sequence of levansucrase polypeptide cannot be transferred as described above.

また、別の「変異型レバンスクラーゼ」である「レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド」は、レバンスクラーゼ前駆体からシグナル配列が欠落するように変異した変異型レバンスクラーゼポリペプチドが意図される。このような変異型レバンスクラーゼポリペプチドは、シグナル配列を有していないために、レバンスクラーゼポリペプチドの成熟配列を上記のように移行させることができない。   Another “mutant levansucrase”, “polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence”, is a mutant levansucrase mutated so that the signal sequence is missing from the levansucrase precursor. A polypeptide is contemplated. Since such a mutant levansucrase polypeptide does not have a signal sequence, the mature sequence of levansucrase polypeptide cannot be transferred as described above.

このように「変異型レバンスクラーゼポリペプチド」は、野生型ポリペプチドの有するレバンスクラーゼ活性を保持しているポリペプチドであり、かつシグナル配列の切断活性を有していないかまたはシグナル配列を有していないポリペプチドが意図される。また、「変異型レバンスクラーゼ遺伝子」は、上記変異型レバンスクラーゼポリペプチドをコードする遺伝子であることが意図される。   Thus, a “mutant levansucrase polypeptide” is a polypeptide that retains the levansucrase activity of a wild-type polypeptide and does not have a signal sequence cleavage activity or has a signal sequence. Polypeptides not intended are contemplated. Further, the “mutant levansucrase gene” is intended to be a gene encoding the mutant levansucrase polypeptide.

なお、本明細書中で使用される場合、「ポリペプチド」は、「ペプチド」または「タンパク質」と交換可能に使用される。また、「遺伝子」は、「ポリヌクレオチド」、「核酸」または「核酸分子」と交換可能に使用される。本明細書中で使用される場合、「塩基配列」は、「核酸配列」または「ヌクレオチド配列」と交換可能に使用され、デオキシリボヌクレオチド(A、G、CおよびTと省略される)の配列として示される。   In addition, as used herein, “polypeptide” is used interchangeably with “peptide” or “protein”. “Gene” is used interchangeably with “polynucleotide”, “nucleic acid” or “nucleic acid molecule”. As used herein, “base sequence” is used interchangeably with “nucleic acid sequence” or “nucleotide sequence” and as a sequence of deoxyribonucleotides (abbreviated as A, G, C, and T). Indicated.

本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子としては、上述したように、レバンスクラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子の変異型遺伝子が採用され得る。レバンスクラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子として好ましいものは、SacB遺伝子、fefA遺伝子(accession number:AJ508391,Lactobacillus sanfranciscensis由来のlevansucrase)、lev遺伝子(accession number:Q8GGV4,Lactobacillus reuteri由来のlevansucrase)、mlft遺伝子(accession number;AAT81165,Leuconostoc mesenteroides由来のlevansucrase)、lsc遺伝子(accession number:O68609,Pseudomonas syringae由来のlevansucrase)、lsxA遺伝子(accession number:BAA93720,Gluconacetobacter xylinus由来のlevansucrase)が挙げられるが、これらに限定されない。   As described above, a mutant gene of a gene encoding a polypeptide having levansucrase activity can be employed as the negative selectable marker gene according to the present invention. Preferred genes encoding a polypeptide having levansucrase activity include the SacB gene, the fefA gene (accession number: AJ508391, levantocase from Lactobacillus sanfranciscensis), and the lev gene (accession number: Q8Gvcil4, Lc). Gene (accession number: AAT81165, levansucrose derived from Leuconostoc mesenteroides), lsc gene (accession number: O68609, levansuc from Pseudomonas syringae) race), lsxA gene (accession number: BAA93720, levansucrose derived from Gluconacetobacter xylinus), but is not limited thereto.

本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子として、SacB遺伝子由来の遺伝子を例に挙げて説明する。   As a negative selection marker gene of the present invention, a gene derived from the SacB gene will be described as an example.

上述したように、SacB遺伝子は、レバンスクラーゼ活性を有するポリペプチドの1つであるSacBタンパク質をコードする遺伝子である。SacBタンパク質は、SacB前駆体タンパク質として生成された後にシグナル配列が切断されることにより生成される。SacBタンパク質は、スクロースを分解し、レバンを生成する。野生型SacB遺伝子としては、Bachillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens、Lactobacillus sanfranciscensis、Lactobacillus johnsonii、Lactobacillus reuteri、Leuconostoc mesenteroides、Oenococcus oeni、またはPaenibacillus polymyxaに由来する野生型SacB遺伝子が挙げられるが、これらに限定されない。   As described above, the SacB gene is a gene encoding a SacB protein that is one of the polypeptides having levansucrase activity. The SacB protein is produced by cleaving the signal sequence after being produced as a SacB precursor protein. SacB protein breaks down sucrose and produces levan. The wild-type SacB gene, Bachillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus sanfranciscensis, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus reuteri, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni, or there may be mentioned the wild-type SacB gene from Paenibacillus polymyxa, but are not limited to.

なお、例示列挙した上記8つの細胞に由来するSacB前駆体タンパク質は、配列番号1〜8に示されるアミノ酸配列として提供され、当該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを構成する塩基配列は、配列番号9〜16に示される塩基配列として提供される。上記8つの細胞に由来するSacB遺伝子のうち、Bacillus subtilis由来SacB遺伝子は、29アミノ酸のシグナル配列を有するSacB前駆体タンパク質として細胞内にて合成される。   The SacB precursor proteins derived from the eight cells listed as examples are provided as amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 8, and the nucleotide sequence constituting the polynucleotide encoding the polypeptide is SEQ ID NO: 9 It is provided as the base sequence shown in -16. Among the SacB genes derived from the above eight cells, the Bacillus subtilis-derived SacB gene is synthesized in the cell as a SacB precursor protein having a signal sequence of 29 amino acids.

本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において、第20位〜第44位に存在するAla−X−Alaの少なくともいずれか一方のAlaが置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子であり得る。すなわち、配列番号1〜8に示されるようなアミノ酸配列として提供される野生型SacB前駆体タンパク質のシグナル配列の切断活性に関与する部位が変異していることにより、シグナル配列の切断活性を有していない変異型SacBタンパク質をコードする遺伝子であり得る。   In the negative selection marker gene of the present invention, (A) in the amino acid sequence encoded by the wild-type SacB gene, Ala at least one of Ala-X-Ala present at positions 20 to 44 is substituted. It may be a gene encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence. That is, since the site involved in the cleavage activity of the signal sequence of the wild-type SacB precursor protein provided as an amino acid sequence as shown in SEQ ID NOs: 1 to 8 is mutated, it has a cleavage activity of the signal sequence. It may be a gene encoding a mutant SacB protein that is not present.

また、本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。   The negative selectable marker gene of the present invention includes (B) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above. Further, it may be a gene encoding a polypeptide having levansucrase activity and not having signal sequence cleavage activity.

さらに、本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。   Furthermore, the negative selectable marker gene of the present invention is (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, which has levansucrase activity and does not have signal sequence cleavage activity. It may be a gene encoding a polypeptide.

また、本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において、第20位〜第44位に存在するAla−X−AlaよりもN末端側のアミノ酸が欠損しているアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子であり得る。すなわち、配列番号1〜8に示されるようなアミノ酸配列として提供される野生型SacB前駆体タンパク質のシグナル配列が変異していることにより、シグナル配列を有していない変異型SacBタンパク質をコードする遺伝子であり得る。   In addition, the negative selection marker gene of the present invention has (A) an amino acid sequence encoded by the wild-type SacB gene that lacks an amino acid on the N-terminal side from Ala-X-Ala present at positions 20 to 44. It can be a gene encoding a polypeptide consisting of a certain amino acid sequence. That is, a gene encoding a mutant SacB protein that does not have a signal sequence because the signal sequence of the wild-type SacB precursor protein provided as an amino acid sequence as shown in SEQ ID NOs: 1 to 8 is mutated It can be.

さらに、本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において、1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。   Furthermore, the negative selectable marker gene of the present invention comprises (B) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above. Further, it may be a gene encoding a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence.

さらにまた、本発明のネガティブ選択マーカー遺伝子は、(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。   Furthermore, the negative selectable marker gene of the present invention is a polypeptide that is (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above and has levansucrase activity and no signal sequence. It may be a gene encoding.

ポリペプチドのアミノ酸配列におけるいくつかのアミノ酸が、このポリペプチドの構造または機能に有意に影響することなく容易に改変し得ることは、当該分野において周知である。さらに、人為的に改変させるだけではなく、天然のタンパク質において、当該タンパク質の構造または機能を有意に変化させない変異型が存在することもまた周知である。当業者は、周知技術を使用してポリペプチドのアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸を容易に変異させることができる。   It is well known in the art that some amino acids in the amino acid sequence of a polypeptide can be easily modified without significantly affecting the structure or function of the polypeptide. Furthermore, it is also well known that there are variants that not only artificially modify, but also do not significantly alter the structure or function of the natural protein. One skilled in the art can readily mutate one or several amino acids in the amino acid sequence of a polypeptide using well-known techniques.

他の実施形態において、本発明に係る遺伝子の変異型は、上記(A)〜()のポリペプチドをコードする遺伝子であって、(I)当該遺伝子の塩基配列において、1個もしくは数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列からなる遺伝子;(II)当該遺伝子の塩基配列またはその相補配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子;または(III)当該遺伝子の塩基配列と少なくとも80%同一な塩基配列からなる遺伝子であり得る。 In another embodiment, the mutant form of the gene according to the present invention is a gene encoding the polypeptide of (A) to ( C ) above, and (I) one or several in the base sequence of the gene (II) a gene that hybridizes under stringent conditions with a gene consisting of the base sequence of the gene or its complementary sequence; or (III) the gene It may be a gene consisting of a base sequence that is at least 80% identical to the base sequence.

ハイブリダイゼーションは、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 第3版,J.SambrookおよびD.W.Russll編,Cold Spring Harbor Laboratory,NY(2001)」(本明細書中に参考として援用される)に記載されている方法のような周知の方法で行うことができる。   Hybridization is described in “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 3rd edition, J. Sambrook and D. W. Russll, Cold Spring Harbor Laboratory, NY (2001)” (incorporated herein by reference). It can be carried out by a known method such as a known method.

本明細書中で使用される場合、「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件」は、ハイブリダイゼーション溶液(50%ホルムアミド、5×SSC(150mMのNaCl、15mMのクエン酸三ナトリウム)、50mMのリン酸ナトリウム(pH7.6)、5×デンハート液、10%硫酸デキストラン、および20μg/mlの変性剪断サケ精子DNAを含む)中にて42℃で一晩インキュベーションした後、約65℃にて0.1×SSC中でフィルター洗浄することが意図される。   As used herein, “stringent hybridization conditions” include hybridization solution (50% formamide, 5 × SSC (150 mM NaCl, 15 mM trisodium citrate), 50 mM sodium phosphate ( pH 7.6) in 5 × Denhart solution, 10% dextran sulfate, and 20 μg / ml denatured sheared salmon sperm DNA) after overnight incubation at 42 ° C., then 0.1 × SSC at about 65 ° C. It is intended to be filter washed in.

本発明は、目的の細胞をネガティブ選択する方法、および目的の細胞をネガティブ選択するためのキットもまた提供する。   The present invention also provides a method for negatively selecting a target cell and a kit for negatively selecting a target cell.

本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択する方法は、本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子を用いることを特徴としており、具体的には、ネガティブ選択マーカー遺伝子を細胞内に導入する工程、およびネガティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程を包含することが好ましい。本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択する方法は、グラム陽性菌細胞をネガティブ選択するために用いられることが好ましい。   The method of negatively selecting a target cell according to the present invention is characterized by using the negative selectable marker gene according to the present invention. Specifically, a step of introducing a negative selectable marker gene into a cell, and negative selection Preferably, the method includes the step of culturing the cells under conditions for. The method for negatively selecting a target cell according to the present invention is preferably used for negatively selecting a Gram-positive bacterial cell.

また、本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択するためのキットは、本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子を備えていることを特徴としている。本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択するためのキットは、グラム陽性菌細胞をネガティブ選択するために用いられることが好ましい。なお、本明細書中で使用される場合、「キット」は、各種成分の少なくとも1つが別物質(例えば、容器)中に含有されている形態であることが意図される。   In addition, a kit for negative selection of a target cell according to the present invention is characterized by comprising the negative selection marker gene according to the present invention. The kit for negatively selecting a target cell according to the present invention is preferably used for negatively selecting a Gram-positive bacterial cell. As used herein, a “kit” is intended to be a form in which at least one of various components is contained in another substance (eg, a container).

本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子を具体的に説明するために、Bacillus subtilis由来SacB遺伝子に由来する変異型SacB遺伝子を例に挙げて説明したが、本発明において、ネガティブ選択マーカー遺伝子が、上記変異型SacB遺伝子に限定されないことを、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。   In order to specifically describe the negative selectable marker gene according to the present invention, the mutant SacB gene derived from the Bacillus subtilis-derived SacB gene has been described as an example. In the present invention, the negative selectable marker gene is the above mutation. Those of ordinary skill in the art who have read this specification will readily appreciate that they are not limited to type SacB genes.

このように、本発明に係るネガティブ選択マーカー遺伝子を用いれば、目的とする細胞をネガティブ選択することができる。   Thus, the target cell can be negatively selected by using the negative selection marker gene according to the present invention.

〔2.選択マーカー融合遺伝子〕
本発明はまた、目的の細胞を選択するための選択マーカー融合遺伝子を提供する。本明細書中で使用される場合、「選択マーカー融合遺伝子」は、目的の細胞を複数回選択するためのマーカー遺伝子が意図され、ポジティブ選択マーカー遺伝子とネガティブ選択マーカー遺伝子とを含んでいる。「選択マーカー融合遺伝子」は、「二重選択マーカー融合遺伝子」または「ポジティブ−ネガティブ選択マーカー融合遺伝子」と交換可能に使用される。なお、本明細書中で使用される場合、「二重選択」は、単一のポジティブ選択と単一のネガティブ選択のみからなる選択に限定されず、少なくとも1回のポジティブ選択と少なくとも1回のネガティブ選択を含む選択が意図される。
[2. Selectable marker fusion gene]
The present invention also provides a selectable marker fusion gene for selecting cells of interest. As used herein, “selection marker fusion gene” is intended to be a marker gene for selecting a target cell multiple times, and includes a positive selection marker gene and a negative selection marker gene. “Selectable marker fusion gene” is used interchangeably with “double selectable marker fusion gene” or “positive-negative selectable marker fusion gene”. As used herein, “double selection” is not limited to a selection consisting of only a single positive selection and a single negative selection, but at least one positive selection and at least one selection. Selection including negative selection is contemplated.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、上述したネガティブ選択マーカー遺伝子を含んでおり、ポジティブ選択マーカー遺伝子をさらに含んでいることを特徴としている。なお、ポジティブ選択マーカー遺伝子は、この遺伝子を含む細胞を選択する(生存させる)ための選択マーカーとして機能する遺伝子であり、この遺伝子を用いて目的の細胞を選択することをポジティブ選択という。具体的には、ポジティブ選択では、ポジティブ選択マーカー遺伝子が導入された細胞のみを生育し得る所定の条件下において細胞を培養することによって、ポジティブ選択マーカー遺伝子が導入されていない細胞株を排除し、ポジティブ選択マーカー遺伝子が導入された目的細胞を選択し得る。   The selection marker fusion gene according to the present invention includes the negative selection marker gene described above, and further includes a positive selection marker gene. The positive selection marker gene is a gene that functions as a selection marker for selecting (surviving) cells containing this gene, and selecting a target cell using this gene is called positive selection. Specifically, in the positive selection, by culturing the cells under a predetermined condition capable of growing only the cells into which the positive selection marker gene has been introduced, the cell line into which the positive selection marker gene has not been introduced is excluded, A target cell into which a positive selection marker gene has been introduced can be selected.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子に含まれるポジティブ選択マーカー遺伝子は、薬剤耐性遺伝子が好ましく、特にグラム陽性菌由来の薬剤耐性遺伝子がより好ましい。本発明のポジティブ選択マーカー遺伝子としては、好ましくは、エリスロマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、alpha−galactosidase遺伝子、phospho beta−glactosidase遺伝子、alanine racemase遺伝子、thymidylate synthase遺伝子、ochre suppressor遺伝子、amber suppressor遺伝子、asparate aminotransferase遺伝子、nisin immunity遺伝子、lactacin F immunity遺伝子、levanase遺伝子、crythromycin耐性遺伝子、またはlincomycin耐性遺伝子が挙げられるが、これらに限定されない。   The positive selection marker gene contained in the selection marker fusion gene according to the present invention is preferably a drug resistance gene, and more preferably a drug resistance gene derived from a Gram-positive bacterium. As the positive selection marker gene of the present invention, preferably, an erythromycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, an alpha-galactosidase gene, a phospho beta-gluctosidase gene, an alanine racemase gene, a thymylate synthase gene, an ochresuprap gene, , Aspartate aminotransferase gene, nisin immunity gene, lactacin immunity gene, levanase gene, crymyrmycin resistance gene, or lincomycin resistance gene, but is not limited thereto.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子に含まれるポジティブ選択マーカー遺伝子およびネガティブ選択マーカー遺伝子は、細胞を複数回選択するために、それぞれ第1および第2のプロモータに作動可能に連結されている。   The positive selection marker gene and the negative selection marker gene contained in the selection marker fusion gene according to the present invention are operably linked to the first and second promoters, respectively, in order to select cells multiple times.

本明細書中において使用される場合、「作動可能に連結される(連結されている)」は、目的の配列が、特定の転写翻訳調節配列(例えば、プロモータ、エンハンサなど)の制御下に配置されることにより、その発現が調節され得る構成であることが意図される。目的の遺伝子の上流にプロモータが配置されることにより、目的の遺伝子がプロモータに作動可能に連結される。なお、プロモータは、目的の遺伝子に隣接して配置される必要はない。   As used herein, “operably linked (linked)” means that the sequence of interest is placed under the control of specific transcriptional translational regulatory sequences (eg, promoters, enhancers, etc.). By doing so, it is intended that the expression can be regulated. By placing a promoter upstream of the gene of interest, the gene of interest is operably linked to the promoter. Note that the promoter need not be located adjacent to the target gene.

本明細書中において使用される場合、「プロモータ」は、作動可能に連結されている遺伝子の転写開始に関与する遺伝子であることが意図される。本発明に係る選択マーカー融合遺伝子に含まれる、ネガティブ選択マーカー遺伝子およびポジティブ選択マーカー遺伝子は、それぞれ独立してネガティブ選択マーカータンパク質およびポジティブ選択マーカータンパク質を発現することが好ましいので、それぞれ別個のプロモータに作動可能に連結されていることが好ましい。   As used herein, a “promoter” is intended to be a gene involved in initiating transcription of an operably linked gene. Since the negative selection marker gene and the positive selection marker gene contained in the selection marker fusion gene according to the present invention preferably independently express the negative selection marker protein and the positive selection marker protein, each operates on a separate promoter. It is preferable that they are connected.

このため、それぞれのプロモータは、連結されている遺伝子の転写を別個独立に制御する。本発明に係る選択マーカー融合遺伝子において、ネガティブ選択マーカー遺伝子に連結されている第1のプロモータはグラム陽性菌由来のプロモータ(Bacillus subtilis由来のプロモータ)が好ましく、ポジティブ選択マーカー遺伝子に連結されている第1のプロモータはグラム陽性菌由来のプロモータ(Lactococcus由来のプロモータ)が好ましいが、これらに限定されない。   Thus, each promoter independently controls transcription of the linked gene. In the selectable marker fusion gene according to the present invention, the first promoter linked to the negative selectable marker gene is preferably a promoter derived from Gram-positive bacteria (promoter derived from Bacillus subtilis), and the first promoter linked to the positive selectable marker gene. One promoter is preferably a gram-positive bacterium-derived promoter (Lactococcus-derived promoter), but is not limited thereto.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、グラム陽性菌細胞における二重選択用マーカーとして使用し得る。本明細書中で使用する限り、「二重選択用マーカー」は、細胞をネガティブ選択およびポジティブ選択するために用いられる二機能性マーカー遺伝子であることが意図される。「二重選択」としては、例えば、目的の遺伝子およびマーカー遺伝子がゲノム内に挿入された細胞をポジティブ選択条件下において選択した後に、相同組換えなどによってゲノムからマーカー遺伝子が排除された細胞をネガティブ選択条件下において生育させることによって、目的とする細胞(すなわち、選択マーカー遺伝子をゲノム内に残すことなくターゲティングされた細胞)のみを選択する技術が挙げられるが、これに限定されない。   The selectable marker fusion gene according to the present invention can be used as a double selection marker in Gram-positive bacterial cells. As used herein, a “dual selectable marker” is intended to be a bifunctional marker gene that is used to negatively and positively select cells. In “double selection”, for example, cells in which the target gene and marker gene are inserted into the genome are selected under positive selection conditions, and then cells in which the marker gene is excluded from the genome by homologous recombination are negative. A technique for selecting only a target cell (that is, a targeted cell without leaving a selectable marker gene in the genome) by growing under selection conditions can be mentioned, but is not limited thereto.

本発明の適用対象として好ましい細胞はグラム陽性菌細胞であることが好ましい。グラム陽性菌は、グラム染色により紫色に染色される細菌をいう。代表的なグラム陽性菌としては、球菌(Micrococcus属、Staphylococcus属、Streptococcus属)、胞子形成桿菌(Bacillus属、Clostridium属)、乳酸菌(Lactobacillus属など)、コリネフォルム細菌(Corynebacterium属など)、放線菌(Streptomyces属)が挙げられる。   A cell preferable as an application target of the present invention is preferably a Gram-positive bacterial cell. Gram positive bacteria refer to bacteria that are stained purple by Gram staining. Representative gram-positive bacteria include cocci (Micrococcus genus, Staphylococcus genus, Streptococcus genus), spore-forming rods (Bacillus genus, Clostridium genus), lactic acid bacteria (Lactobacillus genus etc.), coryneform bacteria (Corynebacterium genus, etc.) (Streptomyces genus).

本発明の適用対象として好ましい細胞は、細胞壁にミコール酸を含まないグラム陽性菌細胞であることがより好ましい。本明細書中で用いられる場合、「細胞壁にミコール酸を含まないグラム陽性菌」には、Corynebacterium属、Mycobacterium属、Nocardia属等は含まれない。   The cells preferred as the application target of the present invention are more preferably Gram-positive bacterial cells that do not contain mycolic acid in the cell wall. As used herein, “a Gram-positive bacterium that does not contain mycolic acid in the cell wall” does not include the genus Corynebacterium, the genus Mycobacterium, the genus Nocardia, and the like.

本発明の適用対象として好ましい細胞はいわゆる乳酸菌細胞であることがさらにより好ましい。本明細書中で用いられる場合、「乳酸菌」は、炭水化物を分解して乳酸を生成することによってエネルギーを獲得する微生物のうち細菌に属するものが意図される。好ましい乳酸菌としては、Lactobacillus属、Leuconostoc属、Pediococcus属、Streptococcus属、Melisscoccus属、Enterococcus属、Lactococcus属、Carnobacterium属、Vagococcus属、Tetragenococcus属、Atopobium属、Weissella属、Lactosphaera属、Oenococcus属、Abiotrophia属、Paralactobacillus属、Granulicatella属、Atopobacter属、Alkalibacterium属およびOlsenella属が挙げられるが、これらに限定されない。   It is even more preferable that the cells preferred as the application target of the present invention are so-called lactic acid bacteria cells. As used herein, “lactic acid bacteria” are intended to belong to bacteria among microorganisms that acquire energy by decomposing carbohydrates to produce lactic acid. Preferred lactic acid bacteria include Lactobacillus genus, Leuconostoc genus, Pediococcus genus, Streptococcus genus, Melissococcus genus, Enterococcus genus, Lactococcus genus, Carnobacterium genus, Vacococcus genus, Tetragenus genus, Examples include, but are not limited to, the genus Paralactobacillus, Granulacatella, Atopobacter, Alkabacterium, and Olsenella.

本発明に係る選択マーカー融合遺伝子は、異種配列をゲノム中に残すことなく標的細胞のゲノム配列を改変するために用いられ得る。本明細書中で用いられる場合、「異種配列」は、「異種遺伝子配列」または「外来遺伝子配列」と交換可能に使用され、遺伝子が導入されるべき細胞と異なる細胞に由来する遺伝子配列が意図される。また、「異種配列をゲノム中に残すことなく標的細胞のゲノム配列を改変する」は、異種遺伝子としての選択マーカー遺伝子を形質転換体に残すことなく遺伝子ターゲティングを行うことが意図される。   The selectable marker fusion gene according to the present invention can be used to modify the genomic sequence of a target cell without leaving a heterologous sequence in the genome. As used herein, “heterologous sequence” is used interchangeably with “heterologous gene sequence” or “foreign gene sequence” and intends a gene sequence derived from a cell different from the cell into which the gene is to be introduced. Is done. Further, “modifying the genomic sequence of the target cell without leaving the heterologous sequence in the genome” is intended to perform gene targeting without leaving the selectable marker gene as a heterologous gene in the transformant.

このように、本発明に係る選択マーカー融合遺伝子を用いれば、より精度良く目的とする細胞を選択することができる。   Thus, the target cell can be selected with higher accuracy by using the selection marker fusion gene according to the present invention.

〔3.選択マーカー融合遺伝子を含むベクター〕
本発明は、上述した遺伝子を含むベクターを提供する。本発明に係るベクターは、上述した遺伝子を含むものであれば、特に限定されない。例えば、ネガティブ選択マーカー遺伝子または選択マーカー融合遺伝子のcDNAが挿入された発現ベクターなどが挙げられる。本発明に係るベクターの作製方法としては、プラスミド、ファージ、またはコスミドなどを用いる方法が挙げられるが特に限定されない。
[3. Vector containing selection marker fusion gene)
The present invention provides a vector comprising the gene described above. The vector according to the present invention is not particularly limited as long as it contains the above-described gene. For example, an expression vector into which cDNA of a negative selectable marker gene or a selectable marker fusion gene is inserted can be mentioned. Examples of the method for producing a vector according to the present invention include, but are not limited to, a method using a plasmid, phage, cosmid or the like.

発現ベクターの場合、ベクターの具体的な種類には特に限定されず、宿主細胞中で発現可能なベクターが適宜選択され得る。すなわち、上記遺伝子を確実に発現し得るように、宿主細胞の種類に応じて目的の遺伝子を各種プラスミド等に組み込んだベクターを発現ベクターとして用いればよい。このような発現ベクターを使用すれば、上記遺伝子を導入した細胞において、当該細胞中に選択マーカー融合遺伝子がコードするポリペプチドを発現させることができる。   In the case of an expression vector, the specific type of the vector is not particularly limited, and a vector that can be expressed in a host cell can be appropriately selected. That is, a vector in which the gene of interest is incorporated into various plasmids or the like according to the type of host cell may be used as an expression vector so that the gene can be expressed reliably. If such an expression vector is used, the polypeptide encoded by the selectable marker fusion gene can be expressed in the cell into which the gene has been introduced.

〔4.グラム陽性菌細胞を二重選択するための方法およびキット〕
本発明は、目的の細胞を二重選択するための方法およびキットを提供する。
[4. Method and kit for double selection of Gram-positive bacterial cells]
The present invention provides methods and kits for double selection of cells of interest.

本発明に係る細胞を二重選択する方法は、上述した選択マーカー融合遺伝子を用いることを特徴としており、具体的には、上述した融合遺伝子を細胞内に導入する工程;ポジティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程;ネガティブ選択マーカー遺伝子を除去する工程;および、ネガティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程を包含することが好ましい。本発明に係る目的の細胞をネガティブ選択する方法は、グラム陽性菌細胞を二重選択するために用いられることが好ましい。選択マーカー融合遺伝子をグラム陽性菌細胞に導入する工程には、当該分野において周知の遺伝子導入技術(例えば、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法等)が採用され得る。また、目的遺伝子を標的細胞のゲノムに挿入するための技術もまた、当該分野において周知である。   The method for double-selecting cells according to the present invention is characterized by using the above-described selection marker fusion gene, specifically, the step of introducing the above-mentioned fusion gene into the cell; conditions for positive selection Preferably, the method comprises culturing the cell under; removing the negative selectable marker gene; and culturing the cell under conditions for negative selection. The method of negatively selecting a target cell according to the present invention is preferably used for double selection of Gram-positive bacterial cells. For the step of introducing the selectable marker fusion gene into Gram-positive bacterial cells, gene transfer techniques well known in the art (eg, electroporation, calcium phosphate method, liposome method, DEAE dextran method, etc.) can be employed. In addition, techniques for inserting a target gene into the genome of a target cell are also well known in the art.

なお、「ポジティブ選択のための条件」は、本発明の選択マーカー融合遺伝子に含まれるポジティブ選択マーカー遺伝子がコードするポリペプチドが発現した細胞が生育可能な条件であって、当該ポリペプチドが発現していない細胞が生育不能な条件が意図される。例えば、上記ポジティブ選択マーカー遺伝子として、エリスロマイシン耐性遺伝子を用いた場合、「ポジティブ選択のための条件」は、エリスロマイシン耐性遺伝子を有さない細胞が生育不能となる量のエリスロマイシンが培地中に含まれることが意図される。   The “conditions for positive selection” are conditions under which a cell expressing a polypeptide encoded by the positive selection marker gene contained in the selection marker fusion gene of the present invention can be grown, and the polypeptide is expressed. Conditions where non-viable cells cannot grow are contemplated. For example, when an erythromycin resistance gene is used as the positive selection marker gene, the "condition for positive selection" is that the medium contains an amount of erythromycin so that cells not having the erythromycin resistance gene cannot grow. Is intended.

また、ネガティブ選択マーカー遺伝子を除去する工程においては、細胞をネガティブ選択することを可能にするために、グラム陽性菌細胞のゲノムに挿入された融合遺伝子のうちネガティブ選択マーカー遺伝子のみを該細胞から除去すればよいが、上記融合遺伝子すべてを除去してもよい。ネガティブ選択マーカー遺伝子の除去は、ゲノム上に組み込まれているネガティブ選択マーカー遺伝子配列を他の塩基配列で(例えば、相同組換えなどによって)置換することによって実現され得る。   In addition, in the step of removing the negative selection marker gene, only the negative selection marker gene is removed from the fusion gene inserted into the genome of the Gram-positive bacterial cell in order to enable negative selection of the cell. However, all of the above fusion genes may be removed. Removal of the negative selectable marker gene can be realized by replacing the negative selectable marker gene sequence integrated on the genome with another base sequence (for example, by homologous recombination).

具体的には、ネガティブ選択マーカー遺伝子の周辺領域の塩基配列を増幅し、増幅した塩基配列を用いて、ゲノム上のネガティブ選択マーカー遺伝子が挿入された領域を相同組換えすることによって、ネガティブ選択マーカー遺伝子をゲノム上から除去する。また、増幅した塩基配列と外来遺伝子とをつないだ遺伝子断片を用いて、ゲノム上のネガティブ選択マーカー遺伝子が挿入された領域を相同組換えすることによって、ネガティブ選択マーカー遺伝子をゲノム上から除去してもよい(図5参照のこと)。   Specifically, a negative selection marker gene is amplified by amplifying the base sequence in the peripheral region of the negative selectable marker gene and using the amplified base sequence to homologously recombine the region where the negative selectable marker gene is inserted on the genome. Remove the gene from the genome. In addition, by using the gene fragment connecting the amplified base sequence and the foreign gene, homologous recombination of the region where the negative selection marker gene was inserted on the genome, the negative selection marker gene was removed from the genome. It is also possible (see FIG. 5).

さらに、「ネガティブ選択のための条件」は、本発明の選択マーカー融合遺伝子に含まれるネガティブ選択マーカー遺伝子がコードするポリペプチドが発現した細胞が生育不能な条件であって、当該ポリペプチドが発現していない細胞が生育可能な条件が意図される。例えば、上記ネガティブ選択マーカー遺伝子として、Bacillus subtilis由来SacB遺伝子に由来する変異型SacB遺伝子を用いた場合、「ネガティブ選択のための条件」は、変異型SacB遺伝子を有する細胞が生育不能となる量のスクロースが培地中に含まれることが意図される。   Furthermore, “conditions for negative selection” are conditions under which cells expressing a polypeptide encoded by the negative selection marker gene contained in the selection marker fusion gene of the present invention cannot grow, and the polypeptide is expressed. Conditions under which cells that are not able to grow are intended. For example, when a mutant SacB gene derived from a Bacillus subtilis-derived SacB gene is used as the negative selection marker gene, the “condition for negative selection” is an amount that prevents the cells having the mutant SacB gene from growing. It is contemplated that sucrose is included in the medium.

上述したように、変異型SacB遺伝子がコードするポリペプチドは、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、またはレバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドであるので、当該ポリペプチドは細胞内に存在される。これにより、当該細胞を所定濃度のスクロース存在下において培養した場合、上記ポリペプチドが発現した細胞を排除し得、細胞をネガティブ選択することが可能となる。   As described above, the polypeptide encoded by the mutant SacB gene has a levansucrase activity and does not have a signal sequence cleavage activity, or has a levansucrase activity and a signal sequence. The polypeptide is present in the cell because it is not a polypeptide. Thereby, when the cells are cultured in the presence of a predetermined concentration of sucrose, the cells in which the polypeptide is expressed can be excluded, and the cells can be negatively selected.

本発明に係るグラム陽性菌細胞における二重選択用キットは、上述した選択マーカー融合遺伝子を備えていることを特徴としている。本発明に係る目的の細胞を二重選択するためのキットは、グラム陽性菌細胞を二重選択するために用いられることが好ましい。これにより、本発明の選択マーカー融合遺伝子を用いてグラム陽性菌細胞を形質転換し、当該グラム陽性菌細胞をポジティブ選択のための条件下で培養することによってポジティブ選択し、当該グラム陽性菌細胞をネガティブ選択のための条件下で培養することによってネガティブ選択することができる。なお、本発明に係る二重選択用キットは、二重選択に供すべき細胞をさらに備えていてもよい。   The double selection kit for Gram-positive bacterial cells according to the present invention is characterized by comprising the above-described selection marker fusion gene. The kit for double-selecting cells of interest according to the present invention is preferably used for double-selecting Gram-positive bacteria cells. Thus, the Gram-positive bacterial cell is transformed using the selection marker fusion gene of the present invention, and the Gram-positive bacterial cell is positively selected by culturing under the conditions for positive selection. Negative selection can be performed by culturing under conditions for negative selection. The double selection kit according to the present invention may further include cells to be subjected to double selection.

本発明に係るグラム陽性菌細胞を二重選択するための方法およびキットを用いれば、上述した選択マーカー遺伝子を導入したグラム陽性菌細胞をポジティブ選択した後に、さらにネガティブ選択することによって、目的とする細胞を二重選択することが可能である。また、本発明は、選択マーカー遺伝子をゲノム内に残すことなくターゲティングされた細胞のみを選択するための技術に適用され得る。   If the method and kit for double-selecting Gram-positive bacteria cells according to the present invention are used, the above-mentioned Gram-positive bacteria cells into which the selection marker gene has been introduced are positively selected and then further selected negatively. It is possible to double select cells. The present invention can also be applied to a technique for selecting only targeted cells without leaving a selectable marker gene in the genome.

なお、グラム陽性菌細胞を二重選択する方法およびキットは、上述した態様に限定される必要はなく、上述した以外の細胞を二重選択する方法および細胞の二重選択用キットの具体的な態様を、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。   Note that the method and kit for double-selecting Gram-positive bacteria cells need not be limited to the above-described embodiment, and a specific method for double-selecting cells other than those described above and a kit for double-selection of cells. The embodiments will be readily understood by those of ordinary skill in the art who have read this specification.

以下に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、請求項および上記実施形態に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various modifications are possible within the scope shown in the claims and the above embodiments. Embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

[1.材料および方法]
〔1−1.変異SacB遺伝子の構築〕
GenBankに登録されているBacillus subtilisのSacB遺伝子配列(GenBank Accession # NP_391325)に基づいて、SacB遺伝子のプロモータ領域を含む領域を増幅するプライマー(SacB_PstI)を合成した。次に、SacB遺伝子のシグナルペプチドプロセッシングサイトの1つ前のアラニンをトリプトファンに置換したプライマー(SacB(W29)_R)を合成した。Bacillus subtilisゲノムDNAをテンプレートとしてPCR増幅により断片1の増幅を行った。
[1. Materials and methods]
[1-1. Construction of mutant SacB gene]
Based on the SacB gene sequence of Bacillus subtilis registered in GenBank (GenBank Accession # NP_391325), a primer (SacB_PstI) for amplifying a region including the promoter region of the SacB gene was synthesized. Next, a primer (SacB (W29) _R) in which alanine immediately before the signal peptide processing site of the SacB gene was replaced with tryptophan was synthesized. Fragment 1 was amplified by PCR amplification using Bacillus subtilis genomic DNA as a template.

PCR増幅を、SacB_PstI_Fプライマー(5’−ggggctgcagaaaaaggcaactttatgcccatgcaacagaaac−3’(配列番号17))、およびSacB(W29)_Rプライマー(5’−ttttggttcgtttctttccaaaacgcttgagtt−3’(配列番号18))を含む、表1に示す反応液を用いて、94℃で2分間の反応後、94℃で30秒間の変性、53℃で30秒間のアニーリング、および74℃で1分間の伸長を30サイクル行い、反応液を4℃で保存した。   PCR amplification is performed on SacB_PstI_F primers (5′-ggggctgcaaaaaaaggcaactttagtccccatgcaacaagaacac-3 ′ (SEQ ID NO: 17)) and SacB (W29) _R primers (5′-ttttggttcgtcgtgttgttgtgttgttgttgtgtt After the reaction at 94 ° C for 2 minutes, 30 cycles of denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 53 ° C for 30 seconds, and extension at 74 ° C for 1 minute are performed, and the reaction solution is stored at 4 ° C. did.

Figure 2008199963
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PCR反応液を1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。目的とする増幅産物のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。   The PCR reaction solution was applied to a 1% agarose gel and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the amplification product of interest was excised from the agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).

また、SacB(W29)_Rの逆相補配列であるSacB(W29)_F、およびSacB遺伝子の終始コドンまでを増幅するSacB_BamHIを合成した。Bacillus subtilisゲノムDNAをテンプレートとしてPCR増幅により断片2の増幅を行った。   In addition, SacB (W29) _F, which is a reverse complementary sequence of SacB (W29) _R, and SacB_BamHI that amplifies up to the termination codon of the SacB gene were synthesized. Fragment 2 was amplified by PCR amplification using Bacillus subtilis genomic DNA as a template.

PCR増幅を、SacB(W29)_Fプライマー(5’−aactcaagcgttttggaaagaaacgaaccaaaa−3’(配列番号19))、およびSacB_BamHI_Rプライマー(5’−cccggatccggatatcggcattttcttttcgctttttatttg−3’(配列番号20))を含む、表2に示す反応液を用いて、94℃で2分間の反応後、94℃で30秒間の変性、53℃で30秒間のアニーリング、および74℃で1分間の伸長を30サイクル行い、反応液を4℃で保存した。   PCR amplification is included in the SacB (W29) _F primer (5′-aactcaagcgtttttggaaaaagaacagaaccaaaaa-3 ′ (SEQ ID NO: 19)) and the SacB_BamHI_R primer (5′-cccggatccggtatctgtttttttttt) After the reaction at 94 ° C for 2 minutes, 30 cycles of denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 53 ° C for 30 seconds, and extension at 74 ° C for 1 minute are performed, and the reaction solution is stored at 4 ° C. did.

Figure 2008199963
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PCR反応液を1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。目的とする増幅産物のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて精製した。   The PCR reaction solution was applied to a 1% agarose gel and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the amplification product of interest was excised from the agarose gel and purified using a QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).

次に、精製した断片1および断片2を含む混合液をテンプレートとして、SacB_PstI_F、およびSacB_BamHI_Rを用いてPCR増幅を行い、変異型SacB遺伝子断片を作製した。   Next, PCR amplification was performed using SacB_PstI_F and SacB_BamHI_R using the mixed solution containing the purified fragment 1 and fragment 2 as a template, and a mutant SacB gene fragment was prepared.

PCR増幅を、表3に示す反応液を用いて、94℃で2分間の反応後、94℃で30秒間の変性、53℃で30秒間のアニーリング、および74℃で1分間の伸長を30サイクル行い、反応液を4℃で保存した。   PCR amplification was carried out using the reaction solution shown in Table 3 at 94 ° C for 2 minutes, followed by 30 cycles of denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 53 ° C for 30 seconds, and extension at 74 ° C for 1 minute. And the reaction was stored at 4 ° C.

Figure 2008199963
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PCR反応液を1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。目的とする増幅産物のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて精製し、変異型SacB遺伝子断片を構築した。   The PCR reaction solution was applied to a 1% agarose gel and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the target amplification product was excised from the agarose gel and purified using a QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN) to construct a mutant SacB gene fragment.

〔1−2.変異型SacB遺伝子導入ベクターの構築〕
変異型SacB遺伝子断片を、制限酵素(PstIおよびBamHI)を用いて処理した後、1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。目的とする断片のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。また、pUC18(タカラバイオ製)を、制限酵素(PstIおよびBamHI)を用いて処理した後、1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。制限酵素(PstIおよびBamHI)で切断されたpUC18のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて精製した。
[1-2. Construction of mutant SacB gene transfer vector]
The mutant SacB gene fragment was treated with restriction enzymes (PstI and BamHI), applied to a 1% agarose gel, and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the fragment of interest was excised from the agarose gel and purified using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). Further, pUC18 (manufactured by Takara Bio Inc.) was treated with restriction enzymes (PstI and BamHI), applied to a 1% agarose gel, and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only pUC18 cleaved with restriction enzymes (PstI and BamHI) was excised from the agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).

制限酵素(PstIおよびBamHI)で切断した変異型SacB遺伝子およびpUC18を、Ligation−convenience kit(ニッポンジーン製)を用いてライゲーションし、得られたプラスミドを用いて大腸菌Chemical competent cell−TOP10(Invitrogen製)を形質転換した。形質転換体細胞を、アンピシリン100ppm含有LB寒天培地に植菌し、変異型SacB/pUC18を構築した。   The mutated SacB gene and pUC18 cleaved with restriction enzymes (PstI and BamHI) were ligated using Ligation-convenience kit (Nippon Gene), and the resulting plasmid was used to produce Escherichia coli Chemical competent cell-TOP10 (Invitrogen). Transformed. The transformed somatic cells were inoculated into an LB agar medium containing 100 ppm of ampicillin to construct mutant SacB / pUC18.

〔1−3.ポジティブ−ネガティブ選択マーカー融合遺伝子の構築〕
変異型SacB遺伝子と共に細胞の二重選択に用いるポジティブ選択マーカーとして、いわゆる乳酸球菌の1つであるLactococcus lacits由来のエリスロマイシン耐性遺伝子を用いた。図2の模式図に示すように、変異型SacB遺伝子およびエリスロマイシン耐性遺伝子が、それぞれBacillus subtilis由来のSacBプロモータおよびLactococcus由来のEmRプロモータに連結された、ポジティブ−ネガティブ選択マーカー融合遺伝子を構築した。
[1-3. Construction of positive-negative selection marker fusion gene]
As a positive selection marker used for double selection of cells together with the mutant SacB gene, an erythromycin resistance gene derived from Lactococcus lactis, which is one of so-called lactococci, was used. As shown in the schematic diagram of FIG. 2, a positive-negative selection marker fusion gene was constructed in which a mutant SacB gene and an erythromycin resistance gene were linked to a SacB promoter derived from Bacillus subtilis and an EmR promoter derived from Lactococcus, respectively.

ポジティブ選択マーカーとしてのエリスロマイシン耐性遺伝子およびプロモータを以下のように構築した。Lactococcus lactis由来のプラスミドpIL253配列(GenBank Accession# AF041239)に基づいて、配列番号21に示すプロモータ領域を含むエリスロマイシン耐性遺伝子を合成した。なお、合成断片の5’末端にはBamHIを付加し、3’末端にはPstI部位およびSacI部位を付加した。   The erythromycin resistance gene and promoter as a positive selection marker were constructed as follows. Based on the plasmid pIL253 sequence derived from Lactococcus lactis (GenBank Accession # AF041239), an erythromycin resistance gene containing the promoter region shown in SEQ ID NO: 21 was synthesized. BamHI was added to the 5 'end of the synthetic fragment, and a PstI site and a SacI site were added to the 3' end.

合成断片を、制限酵素(BamHIおよびSacI)を用いて処理した後、1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。目的とする断片のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。また、変異型SacB/pUC18を、制限酵素(BamHIおよびSacI)を用いて処理した後、1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。制限酵素(BamHIおよびSacI)で切断された変異型SacB/pUC18のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。   The synthesized fragment was treated with restriction enzymes (BamHI and SacI), applied to a 1% agarose gel, and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the fragment of interest was excised from the agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). The mutant SacB / pUC18 was treated with restriction enzymes (BamHI and SacI), then applied to a 1% agarose gel and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the mutant SacB / pUC18 cleaved with restriction enzymes (BamHI and SacI) was excised from the agarose gel and purified using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).

制限酵素(BamHIおよびSacI)で切断したエリスロマイシン耐性遺伝子および変異型SacB/pUC18をLigation−convenience kit(ニッポンジーン製)を用いてライゲーションし、得られたプラスミドを用いて大腸菌Chemical competent cell−TOP10(Invitrogen製)を形質転換した。形質転換体細胞を、アンピシリン100ppmおよびエリスロマイシン500ppm含有LB寒天培地に植菌し、変異型SacB_EmR/pUC18を構築した。   The erythromycin resistance gene cleaved with restriction enzymes (BamHI and SacI) and the mutant SacB / pUC18 were ligated using Ligation-convenience kit (Nippon Gene), and the resulting plasmid was used to produce Escherichia coli Chemical competent cell-TOP10 (Invitrogen). ) Was transformed. The transformant cells were inoculated into an LB agar medium containing 100 ppm ampicillin and 500 ppm erythromycin to construct a mutant SacB_EmR / pUC18.

〔1−4.大腸菌−Lactobacillus reuteriシャトルベクターへの変異型SacB_EmR断片のクローニング〕
変異型SacB_EmR断片を、図3に示すプラスミドマップで表される大腸菌−Lactobacillus reuteri(L.reuteri)シャトルベクター(pUC18_pGT232)にクローニングした。pGT232(GenBank Accession# U21859)は、L.reuteri 100−23株が保持している機能未知プラスミド(cryptic plasmid)である。
[1-4. Cloning of mutant SacB_EmR fragment into E. coli-Lactobacillus reuteri shuttle vector]
The mutant SacB_EmR fragment was cloned into the E. coli-Lactobacillus reuteri (L. reuteri) shuttle vector (pUC18_pGT232) represented by the plasmid map shown in FIG. pGT232 (GenBank Accession # U21859) It is a plasmid of unknown function (cryptic plasmid) retained by the reuteri 100-23 strain.

クローニングを以下のように行った。変異型SacB_EmR/pUC18を、制限酵素(PstI)を用いて処理した後、1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。変異型SacB_EmR断片のみをアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。   Cloning was performed as follows. Mutant SacB_EmR / pUC18 was treated with a restriction enzyme (PstI), applied to a 1% agarose gel, and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. Only the mutant SacB_EmR fragment was excised from the agarose gel and purified using the QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).

また、pUC18_pGT232を、制限酵素(PstI)を用いて処理した後、E.coli alkaline phosphatase(TOYOBO製)を用いて脱リン酸化を行った。脱リン酸化反応液を1%アガロースゲルにアプライし、100Vで40分間電気泳動した。pUC18_pGT232をアガロースゲルから切り出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて精製した。   In addition, pUC18_pGT232 was treated with a restriction enzyme (PstI), and then E. coli was treated. Dephosphorylation was carried out using E. coli alkaliline phosphatase (manufactured by TOYOBO). The dephosphorylation reaction solution was applied to a 1% agarose gel and electrophoresed at 100 V for 40 minutes. pUC18_pGT232 was excised from the agarose gel and purified using the QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).

制限酵素(PstI)で切断した変異型SacB_EmR断片およびpUC18_pGT232をLigation−convenience kit(ニッポンジーン製)を用いてライゲーションし、得られたプラスミドを用いて大腸菌Chemical competent cell−TOP10(Invitrogen製)を形質転換した。形質転換体細胞を、アンピシリン100ppmおよびエリスロマイシン500ppm含有LB寒天培地に植菌し、変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232を構築した。   The mutated SacB_EmR fragment and pUC18_pGT232 cleaved with a restriction enzyme (PstI) and ligation-convenience kit (Nippon Gene) were ligated, and the resulting plasmid was used to transform Escherichia coli Chemical competent cell-TOP10 (Invitrogen). . Transformant cells were inoculated into an LB agar medium containing 100 ppm ampicillin and 500 ppm erythromycin to construct mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232.

〔1−5.変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232のL.reuteriへの導入〕
変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232をL.reuteriに導入したクローンを以下のように作製した。
[1-5. Mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232 L. Introduction to reuteri]
Mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232 was transferred to L. A clone introduced into reuteri was prepared as follows.

変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232導入大腸菌からプラスミドを抽出し、エタノール沈殿後、DNAペレットを滅菌水で溶解した。MRS液体培地(Difco製)にL.reuteriを植菌し、OD600=0.8になるまで37℃で静置培養を行った。遠心分離により、培地を除去した後、菌体ペレットを滅菌水で懸濁し、再度遠心分離した。この操作を5回繰り返した。 Plasmids were extracted from the mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232-introduced Escherichia coli, and after ethanol precipitation, the DNA pellet was dissolved in sterile water. In an MRS liquid medium (Difco), L. reuteri was inoculated and static culture was performed at 37 ° C. until OD 600 = 0.8. After removing the medium by centrifugation, the cell pellet was suspended in sterilized water and centrifuged again. This operation was repeated 5 times.

菌体ペレットを30%(wt/vol)PEG1500 250μlで懸濁し、100μlずつ分注した。変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232 2μgとL.reuteri受容菌(Japan collection of microorganisms製)とを、0.2cmエレクトロポレーションキュベット(Bio−rad製)に移し、2.5kV、25μF、200ΩにセットしたGene pulser(Bio−rad製)を用いて、電気パルスを印加した。その後、L.reuteri受容菌をMRS液体培地(Difco製)1mlに植菌し、37℃で2時間静置培養を行った。さらに、L.reuteri受容菌をエリスロマイシン8ppm含有MRS寒天培地に植菌し、37℃で一晩培養し、L.reuteri(変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232)を作製した。   The cell pellet was suspended in 250 μl of 30% (wt / vol) PEG 1500, and 100 μl was dispensed. Mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232 2 μg and L. reuteri recipient bacteria (manufactured by Japan collection of microorganisms) were transferred to a 0.2 cm electroporation cuvette (manufactured by Bio-rad), and a gene pulser (manufactured by Bio-rad) set at 2.5 kV, 25 μF, 200Ω was used. An electric pulse was applied. Then, L. Reuteri recipient bacteria were inoculated into 1 ml of MRS liquid medium (Difco) and statically cultured at 37 ° C. for 2 hours. In addition, L. reuteri recipient bacteria were inoculated into MRS agar medium containing 8 ppm of erythromycin, cultured at 37 ° C. overnight, reuteri (mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232) was prepared.

〔1−6.変異型SacB_EmR断片のL.reuteri細胞への導入〕
相同組換えを利用して乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子が変異SacB_EmR断片に置換された遺伝子破壊株を作製するために、まず相同組換えによる遺伝子破壊に必要な遺伝子破壊用断片を以下のとおり構築した。
[1-6. L. of mutant SacB_EmR fragment. Introduction into reuteri cells]
In order to produce a gene disruption strain in which the lactate dehydrogenase gene was replaced with a mutant SacB_EmR fragment using homologous recombination, first, a gene disruption fragment necessary for gene disruption by homologous recombination was constructed as follows.

相同組換えに必要な2つの相同領域3kbをPCR増幅した。PCR増幅を、Lr_ldh1511_nes_F(5’−tcctggagctcttgcttatgtattgagtgg−3’(配列番号22))、およびldh1511_FR4(5’−catttcgtgaatgcctcgagttcataaaaaccgc−3’(配列番号23))、ならびにldh1511_SF4(5’−gcggtttttatgaactcgaggcattcacgaaatg−3’(配列番号24))、およびLr_ldh1511_nes_R(5’−ttggtgagctcctttctcattggcaatggc−3’(配列番号25))をそれぞれ含む表4に示す反応液を用いて、98℃で30秒間の反応後、98℃で10秒間の変性、48℃で30秒間のアニーリング、および72℃で45秒間の伸長を30サイクル行い、さらに72℃で90秒間の反応後、反応液を4℃で保存した。   Two homologous regions 3 kb required for homologous recombination were PCR amplified. PCR amplification, Lr_ldh1511_nes_F (5'-tcctggagctcttgcttatgtattgagtgg-3 '(SEQ ID NO: 22)), and ldh1511_FR4 (5'-catttcgtgaatgcctcgagttcataaaaaccgc-3' (SEQ ID NO: 23)), and ldh1511_SF4 (5'-gcggtttttatgaactcgaggcattcacgaaatg-3 '(SEQ ID NO: 24)) and Lr_ldh1511_nes_R (5′-ttgggtgactccttttctcattggcaatggc-3 ′ (SEQ ID NO: 25)), respectively, using the reaction solution shown in Table 4 for 30 seconds at 98 ° C., followed by denaturation at 98 ° C. for 10 seconds, Annealing at 48 ° C for 30 seconds and 72 ° C Extension for 45 seconds is performed for 30 cycles, after further reaction for 90 seconds at 72 ° C., and stored the reaction solution at 4 ° C..

Figure 2008199963
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各PCR反応液を、Wizard SV PCR&gel clean−up system(Progema製)を用いて精製し、精製した各PCR反応液0.1μlを混合し、第2のPCR反応のテンプレートとして用いた。第2のPCR反応を、Lr_ldh1511_nes_F(5’−tcctggagctcttgcttatgtattgagtgg−3’(配列番号26))、およびLr_ldh1511_nes_R(5’−ttggtgagctcctttctcattggcaatggc−3’(配列番号27))を含む表5に示す反応液を用いて、94℃で2分間の反応後、94℃で10秒間の変性、60℃で30秒間のアニーリング、および72℃で90秒間の伸長を30サイクル行い、さらに72℃で180秒間の反応後、反応液を4℃で保存した。   Each PCR reaction solution was purified using Wizard SV PCR & gel clean-up system (manufactured by Progema), and 0.1 μl of each purified PCR reaction solution was mixed and used as a template for the second PCR reaction. The second PCR reaction was performed using Lr_ldh1511_nes_F (5′-tcctggagctctttgctttagtgtattgattgg-3 ′ (SEQ ID NO: 26)) and Lr_ldh1511_nes_R (5′-tttgtgctctgtgtgctgtgctgtg) , After 2 minutes of reaction at 94 ° C., 30 cycles of denaturation at 94 ° C. for 10 seconds, annealing at 60 ° C. for 30 seconds, and extension at 72 ° C. for 90 seconds, and further reaction at 72 ° C. for 180 seconds, The solution was stored at 4 ° C.

Figure 2008199963
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PCR反応液を、アガロースゲルにアプライし、約6kbのPCR増幅断片のみをアガロースゲルから切り出し、Wizard SV PCR&gel clean−up system(Progema製)を用いて精製した。精製した約6kbのPCR増幅断片を制限酵素(SacI)を用いて処理し、別途制限酵素(SacI)処理したcharomid 9−36(ニッポンジーン製)と混合した後、エタノール沈殿を行った。   The PCR reaction solution was applied to an agarose gel, and only a PCR amplified fragment of about 6 kb was excised from the agarose gel and purified using Wizard SV PCR & gel clean-up system (Progema). The purified PCR amplified fragment of about 6 kb was treated with a restriction enzyme (SacI), mixed with charomid 9-36 (manufactured by Nippon Gene) treated separately with restriction enzyme (SacI), and then ethanol precipitation was performed.

DNAペレットを滅菌水で溶解後、Ligation convenient kit(ニッポンジーン製)を用いて16℃で30分間ライゲーション反応を行った。このライゲーション産物をLAMBDA INN(ニッポンジーン製)を用いてE.coli DH5α(TOYOBO製)に導入した。導入細胞をLBAp100ppm寒天培地で選抜し、ldh_fragment/charomidを構築した。   After the DNA pellet was dissolved in sterilized water, a ligation reaction was performed at 16 ° C. for 30 minutes using Ligation convenient kit (manufactured by Nippon Gene). This ligation product was obtained from E. coli using LAMBDA INN (Nippon Gene). It was introduced into E. coli DH5α (manufactured by TOYOBO). The introduced cells were selected on LBAp 100 ppm agar medium to construct ldh_fragment / charomid.

次に、6kbの増幅断片内のXhoIサイトに変異型SacB_EmR断片の挿入を以下のように行った。変異型SacB_EmR/pUC18をテンプレートとして変異型SacB_EmR断片のPCR増幅を行った。PCR増幅は、SacB_F(XhoI)(5’−atgcctcgagaaaaaggcaactttatgcccatgc−3’(配列番号28))、およびEmR_R(XhoI)(5’−gctcctcgaggcaagtgctgttgcgagtt−3’(配列番号29))を含む表6に示す反応液を用いて、98℃で30秒間の反応後、98℃で10秒間の変性、48℃で30秒間のアニーリング、および72℃で45秒間の伸長を30サイクル行い、さらに72℃で45秒間の反応後、反応液を4℃で保存した。なお、使用したプライマーにはXhoIサイトを付加した。   Next, the mutant SacB_EmR fragment was inserted into the XhoI site in the 6 kb amplified fragment as follows. PCR amplification of the mutant SacB_EmR fragment was performed using the mutant SacB_EmR / pUC18 as a template. PCR amplification includes SacB_F (XhoI) (5′-atgcctcgaaaaaaaggcaactttagtccccatgc-3 ′ (SEQ ID NO: 28)), and EmR_R (XhoI) (5′-gctcctctgagggtggtgcggtgcggtgcggtgcggtggtgcggtggg3-3)) , Followed by 30 cycles of reaction at 98 ° C for 30 seconds, denaturation at 98 ° C for 10 seconds, annealing at 48 ° C for 30 seconds, and extension at 72 ° C for 45 seconds, followed by reaction at 72 ° C for 45 seconds Thereafter, the reaction solution was stored at 4 ° C. The XhoI site was added to the primer used.

Figure 2008199963
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PCR反応液をWizard SV PCR&gel clean−up system(Progema製)を用いて精製した後、XhoI処理を37℃で終夜行った。XhoI反応液をアガロースゲルにアプライし、目的とする断片のみをゲルから切り出し、Wizard SV PCR&gel clean−up system(Progema製)を用いて精製した。精製した断片をXhoI処理したldh_fragment/charomidと混合した後、エタノール沈殿を行った。DNAペレットを滅菌水で溶解した後、Ligation convenient kit(ニッポンジーン製)を用いて、16℃で30分間ライゲーション反応を行った。ライゲーション産物をLAMBDA INN(ニッポンジーン製)を用いてE.coli DH5 α(TOYOBO製)に導入した。導入細胞をLBAp100ppmEm500ppm寒天培地で選抜を行い、ldh_変異SacB_EmR/charomidを構築した。   The PCR reaction solution was purified using Wizard SV PCR & gel clean-up system (manufactured by Polymer), and then XhoI treatment was performed at 37 ° C. overnight. The XhoI reaction solution was applied to an agarose gel, and only the target fragment was excised from the gel and purified using Wizard SV PCR & gel clean-up system (manufactured by Polymer). The purified fragment was mixed with XhoI-treated ldh_fragment / charomid, followed by ethanol precipitation. After the DNA pellet was dissolved in sterilized water, a ligation reaction was performed at 16 ° C. for 30 minutes using a Ligation convenience kit (manufactured by Nippon Gene). The ligation product was obtained from E. coli using LAMBDA INN (Nippon Gene). It was introduced into E. coli DH5α (manufactured by TOYOBO). The introduced cells were selected on LBAp100ppmEm500ppm agar medium to construct ldh_mutant SacB_EmR / charomid.

ldh_変異SacB_EmR/charomidをL.reuteri JCM1112に導入し、変異SacB_EmR断片がゲノムに挿入された乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株を作製した。   ldh_mutation SacB_EmR / charomid It was introduced into reuteri JCM1112 to produce a lactate dehydrogenase gene disruption strain in which the mutant SacB_EmR fragment was inserted into the genome.

[2.結果]
〔2−1.変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232を導入したL.reuteriの、スクロース存在下における致死効果〕
L.reuteri(変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232)をスクロース添加MRS寒天培地(Difco製)に植菌し、スクロースによる致死効果の検証を以下のように行った。
[2. result]
[2-1. L. mutated SacB_EmR / pUC18_pGT232 introduced. reuteri's lethal effect in the presence of sucrose]
L. reuteri (mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232) was inoculated into sucrose-added MRS agar medium (manufactured by Difco), and the lethal effect of sucrose was verified as follows.

L.reuteri(変異型SacB_EmR/pUC18_pGT232)をエリスロマイシン8ppm含有MRS液体培地(Difco製)11mlで前培養した。翌日、100μlの培養液をエリスロマイシン8ppm含有MRS液体培地(Difco製)11mlへ植え継ぎ、OD600=2.0まで培養し、滅菌水を用いて10−2〜10−5までの段階希釈系列を作製した。これを、0重量%、1重量%、5重量%、10重量%および15重量%のスクロースを添加したエリスロマイシン8ppm含有MRS寒天培地(Difco製)に100μlづつ植菌し、翌日形成されたコロニー数をカウントした。 L. reuteri (mutant SacB_EmR / pUC18_pGT232) was precultured in 11 ml of MRS liquid medium (manufactured by Difco) containing 8 ppm of erythromycin. The next day, 100 μl of the culture solution was transferred to 11 ml of MRS liquid medium (Difco) containing 8 ppm of erythromycin, cultured to OD 600 = 2.0, and serial dilution series from 10 −2 to 10 −5 using sterilized water. Produced. 100 μl of this was inoculated into MRS agar medium (manufactured by Difco) containing 8 ppm of erythromycin supplemented with 0%, 1%, 5%, 10% and 15% by weight of sucrose, and the number of colonies formed the next day Counted.

Figure 2008199963
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スクロース添加培地において、スクロース5重量%添加培地において、1/10以下に生育する細胞数を減少させる効果が確認された。これは、変異型SacB遺伝子をグラム陽性菌細胞におけるネガティブ選択マーカーとして使用するのに十分な致死効果であるといえる。よって、変異型SacB_EmRは、グラム陽性菌細胞におけるポジティプ−ネガティブ選択(PNS)のための選択マーカー遺伝子として使用可能である。 In the sucrose-added medium, the effect of reducing the number of cells grown to 1/10 4 or less in the sucrose-added 5 wt% medium was confirmed. This can be said to be a lethal effect sufficient to use the mutant SacB gene as a negative selection marker in Gram-positive bacterial cells. Therefore, the mutant SacB_EmR can be used as a selection marker gene for positive-negative selection (PNS) in Gram-positive bacterial cells.

本発明を用いれば、これまでになし得なかった、グラム陽性菌のネガティブ選択が可能になるので、新たな遺伝子改変技術の発展に貢献し得る。また、異種遺伝子をゲノム中に残すことなく標的細胞のゲノム配列を改変させることができるので、組換え遺伝子を含まない食品の開発に寄与し得る。   If the present invention is used, negative selection of Gram-positive bacteria, which could not be achieved before, becomes possible, which can contribute to the development of a new genetic modification technique. Moreover, since the genome sequence of the target cell can be altered without leaving the heterologous gene in the genome, it can contribute to the development of a food that does not contain a recombinant gene.

図1は、変異型SacB遺伝子の構築方法を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for constructing a mutant SacB gene. 図2は、変異型SacB遺伝子とエリスロマイシン耐性遺伝子とを含む遺伝子断片を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a gene fragment containing a mutant SacB gene and an erythromycin resistance gene. 図3は、大腸菌−L.reuteriシャトルベクターのプラスミドマップを示す図である。FIG. 3 shows E. coli-L. It is a figure which shows the plasmid map of a reuteri shuttle vector. 図4は、変異型SacB_EmR断片の構築方法を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for constructing a mutant SacB_EmR fragment. 図5は、変異型SacB_EmR断片の破壊方法を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a method for destroying a mutant SacB_EmR fragment.

Claims (23)

ネガティブ選択マーカー遺伝子およびポジティブ選択マーカー遺伝子を含む融合遺伝子であって、
該ネガティブ選択マーカー遺伝子および該ポジティブ選択マーカー遺伝子はそれぞれ第1および第2のプロモータに作動可能に連結されており、
該ネガティブ選択マーカー遺伝子がコードするポリペプチドは、
レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、または
レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチド
である、選択マーカー融合遺伝子。
A fusion gene comprising a negative selectable marker gene and a positive selectable marker gene,
The negative selectable marker gene and the positive selectable marker gene are operably linked to first and second promoters, respectively;
The polypeptide encoded by the negative selectable marker gene is:
A selectable marker fusion gene, which is a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence cleavage activity, or a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence.
前記第1および第2のプロモータは、グラム陽性菌由来のプロモータである、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1, wherein the first and second promoters are promoters derived from Gram-positive bacteria. 前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、SacB遺伝子、fefA遺伝子、lev遺伝子、mlft遺伝子、lsc遺伝子、lsxA遺伝子からなる群より選択される遺伝子に由来する、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1, wherein the negative selection marker gene is derived from a gene selected from the group consisting of a SacB gene, a fefA gene, a lev gene, an mlft gene, an lsc gene, and an lsxA gene. 前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens、Lactobacillus sanfranciscensis、Lactobacillus johnsonii、Lactobacillus reuteri、Leuconostoc mesenteroides、Oenococcus oeni、Paenibacillus polymyxaからなる群より選択される細胞由来の野生型SacB遺伝子に由来する、請求項1に記載の融合遺伝子。   The negative selection marker gene is derived from Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus sanfranciscensis, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus reuteri, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni, the wild-type SacB gene derived from a cell selected from the group consisting of Paenibacillus polymyxa, claim 2. The fusion gene according to 1. 前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、
(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−Alaの少なくともいずれか一方のAlaが置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または
(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していない、ポリペプチド;あるいは
(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していない、ポリペプチド
をコードする請求項1に記載の融合遺伝子。
The negative selectable marker gene is
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which at least one of Ala-X-Ala present at positions 20 to 44 in the amino acid sequence encoded by the wild-type SacB gene is substituted; or (B ) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, having levansucrase activity and cleavage of the signal sequence A polypeptide having no activity; or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, having a levansucrase activity and not having a signal sequence cleavage activity The fusion gene of claim 1 which encodes a polypeptide.
前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、
(A)野生型SacB遺伝子がコードするアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−AlaよりもN末端側のアミノ酸が欠損しているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または
(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していない、ポリペプチド;あるいは
(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していない、ポリペプチド
をコードする請求項1に記載の融合遺伝子。
The negative selectable marker gene is
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the amino acid at the N-terminal side of Ala-X-Ala existing at positions 20 to 44 in the amino acid sequence encoded by the wild-type SacB gene is deleted; or (B ) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, having levansucrase activity and having a signal sequence. Or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, which encodes a polypeptide having levansucrase activity and no signal sequence The fusion gene according to claim 1.
前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、
(A)配列番号1〜8のいずれかに示されるアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−Alaの少なくともいずれか一方のAlaが置換されているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または
(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していない、ポリペプチド;あるいは
(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していない、ポリペプチド
をコードする、請求項1に記載の融合遺伝子。
The negative selectable marker gene is
(A) A polypeptide comprising an amino acid sequence in which at least one Ala of Ala-X-Ala present at positions 20 to 44 in the amino acid sequence represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 8 is substituted Or (B) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, and having levansucrase activity; A polypeptide not having a signal sequence cleavage activity; or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, having levansucrase activity and having a signal sequence cleavage activity. The fusion gene of claim 1, which encodes a polypeptide that does not have.
前記ネガティブ選択マーカー遺伝子が、
(A)配列番号1〜8のいずれかに示されるアミノ酸配列において第20位〜第44位に存在するAla−X−AlaよりもN末端側のアミノ酸が欠損しているアミノ酸配列からなるポリペプチド;または
(B)上記(A)に示されるポリペプチドのアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していない、ポリペプチド;あるいは
(C)上記(A)もしくは(B)に示されるポリペプチドのフラグメントであって、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していない、ポリペプチド
をコードする、請求項1に記載の融合遺伝子。
The negative selectable marker gene is
(A) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which the amino acid at the N-terminal side of Ala-X-Ala existing at positions 20 to 44 is deleted in the amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 8 Or (B) a polypeptide comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of the polypeptide shown in (A) above, and having levansucrase activity; A polypeptide not having a signal sequence; or (C) a fragment of the polypeptide shown in (A) or (B) above, which has a levansucrase activity and does not have a signal sequence. The fusion gene of claim 1 which encodes a peptide.
前記ポジティブ選択マーカー遺伝子が薬剤耐性遺伝子である、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1, wherein the positive selection marker gene is a drug resistance gene. 前記ポジティブ選択マーカー遺伝子が、グラム陽性菌由来の薬剤耐性遺伝子である、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1, wherein the positive selection marker gene is a drug resistance gene derived from a Gram-positive bacterium. 前記ポジティブ選択マーカー遺伝子が、エリスロマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、alpha−galactosidase遺伝子、phospho beta−glactosidase遺伝子、alanine racemase遺伝子、thymidylate synthase遺伝子、ochre suppressor遺伝子、amber suppressor遺伝子、asparate aminotransferase遺伝子、nisin immunity遺伝子、lactacin F immunity遺伝子、levanase遺伝子、crythromycin耐性遺伝子、lincomycin耐性遺伝子からなる群より選択される、請求項1に記載の融合遺伝子。   The positive selection marker gene is an erythromycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, an alpha-galactosidase gene, a phosphobeta-lactosidase gene, an alanine racemase gene, a thymylase synthase gene, an ochresupraspase gene, an ochresuprastor gene The fusion gene according to claim 1, wherein the fusion gene is selected from the group consisting of an immunoglobulin gene, a lactacin Immunity gene, a levanase gene, a crythyrmycin resistance gene, and a lincomycin resistance gene. グラム陽性菌細胞における二重選択用マーカーとして用いるための、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1 for use as a marker for double selection in Gram-positive bacterial cells. 前記細胞が、Leuconostoc、Pediococcus、Streptococcus、Lactobacillus、Melisscoccus、Enterococcus、Lactococcus、Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Lactosphaera、Oenococcus、Abiotrophia、Paralactobacillus、Granulicatella、Atopobacter、Alkalibacterium、Olsenellaからなる群より選択される、請求項12に記載の融合遺伝子。   Wherein the cell is selected Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Melisscoccus, Enterococcus, Lactococcus, Carnobacterium, Vagococcus, Tetragenococcus, Atopobium, Weissella, Lactosphaera, Oenococcus, Abiotrophia, Paralactobacillus, Granulicatella, Atopobacter, Alkalibacterium, from the group consisting of Olsenella The fusion gene according to claim 12. 異種配列をゲノム中に残すことなく標的細胞のゲノム配列を改変するための、請求項1に記載の融合遺伝子。   The fusion gene according to claim 1, for modifying the genomic sequence of the target cell without leaving the heterologous sequence in the genome. 請求項1に記載の遺伝子を備えている、細胞の二重選択用キット。   A kit for double selection of cells comprising the gene according to claim 1. 前記細胞がグラム陽性菌細胞である、請求項15に記載のキット。   The kit according to claim 15, wherein the cell is a Gram-positive bacterial cell. 前記細胞が、Leuconostoc、Pediococcus、Streptococcus、Lactobacillus、Melisscoccus、Enterococcus、Lactococcus、Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Lactosphaera、Oenococcus、Abiotrophia、Paralactobacillus、Granulicatella、Atopobacter、Alkalibacterium、Olsenellaからなる群より選択される、請求項15に記載のキット。   Said cell is selected Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Melisscoccus, Enterococcus, Lactococcus, Carnobacterium, Vagococcus, Tetragenococcus, Atopobium, Weissella, Lactosphaera, Oenococcus, Abiotrophia, Paralactobacillus, Granulicatella, Atopobacter, Alkalibacterium, from the group consisting of Olsenella The kit according to claim 15. 目的の細胞を二重選択する方法であって、
請求項1に記載の融合遺伝子を細胞内に導入する工程;
ポジティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程;
前記ネガティブ選択マーカー遺伝子を除去する工程;および
ネガティブ選択のための条件下で該細胞を培養する工程
を包含する、方法。
A method of double-selecting cells of interest comprising:
Introducing the fusion gene of claim 1 into a cell;
Culturing the cells under conditions for positive selection;
Removing the negative selectable marker gene; and culturing the cell under conditions for negative selection.
前記細胞がグラム陽性菌細胞である、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the cell is a gram positive bacterial cell. 前記細胞が、Leuconostoc、Pediococcus、Streptococcus、Lactobacillus、Melisscoccus、Enterococcus、Lactococcus、Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Lactosphaera、Oenococcus、Abiotrophia、Paralactobacillus、Granulicatella、Atopobacter、Alkalibacterium、Olsenellaからなる群より選択される、請求項18に記載の方法。   Wherein the cell is selected Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Melisscoccus, Enterococcus, Lactococcus, Carnobacterium, Vagococcus, Tetragenococcus, Atopobium, Weissella, Lactosphaera, Oenococcus, Abiotrophia, Paralactobacillus, Granulicatella, Atopobacter, Alkalibacterium, from the group consisting of Olsenella The method of claim 18. ネガティブ選択マーカー遺伝子を備えている、目的の細胞をネガティブ選択するためのキットであって、
該遺伝子がコードするポリペプチドは、レバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列の切断活性を有していないポリペプチド、またはレバンスクラーゼ活性を有しかつシグナル配列を有していないポリペプチドである
キット。
A kit for negative selection of a target cell comprising a negative selectable marker gene,
A kit wherein the polypeptide encoded by the gene is a polypeptide having levansucrase activity and not having a signal sequence cleavage activity, or a polypeptide having levansucrase activity and not having a signal sequence.
前記細胞がグラム陽性菌細胞である、請求項21に記載のキット。   The kit according to claim 21, wherein the cells are Gram-positive bacteria cells. 前記細胞が、Leuconostoc、Pediococcus、Streptococcus、Lactobacillus、Melisscoccus、Enterococcus、Lactococcus、Carnobacterium、Vagococcus、Tetragenococcus、Atopobium、Weissella、Lactosphaera、Oenococcus、Abiotrophia、Paralactobacillus、Granulicatella、Atopobacter、Alkalibacterium、Olsenellaからなる群より選択される、請求項21に記載のキット。   Wherein the cell is selected Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Melisscoccus, Enterococcus, Lactococcus, Carnobacterium, Vagococcus, Tetragenococcus, Atopobium, Weissella, Lactosphaera, Oenococcus, Abiotrophia, Paralactobacillus, Granulicatella, Atopobacter, Alkalibacterium, from the group consisting of Olsenella The kit according to claim 21.
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CN112351990A (en) * 2018-04-05 2021-02-09 合同酒精株式会社 Enzyme capable of producing galactooligosaccharide from Paenibacillus bifidus (Paenibacillus pabuli) and method for producing galactooligosaccharide
CN112351990B (en) * 2018-04-05 2024-04-26 合同酒精株式会社 Enzyme capable of producing galactooligosaccharides from paenibacillus feed (Paenibacillus pabuli) and method for producing galactooligosaccharides

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