JP2016512428A - Diffocin and its use - Google Patents
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Abstract
本開示は、危険な病原菌であるクロストリジウム・ディフィシル細菌を、特異的に死滅させるR型高分子量バクテリオシンをコードする全遺伝子クラスターの発見及び単離に関する。本開示はまた、無害な好気性細胞中での当該R型バクテリオシンの産生法の開示である。本開示はまた、低分子、非ORF1374受容体結合ドメイン(RBDs)の開示であり、それらは、遺伝子組換えでまたは改変された殺菌スペクトルを持つ異種ディフォシンを形成するために、ディフォシンに組み入れられる。本開示で提供される異種ディフォシンは、異種RBD及びその同族基板接合領域(BPAR)、または融合BPARを含んでいてよい。本発明は、大きな傷害及び感染患者または家畜の死亡さえ引き起こす場所である胃腸管環境においてクロストリジウム・ディフィシル菌を選択的に死滅させるために、向上した熱安定性及びpH安定性を持つ強力な殺菌剤、及びその産生方法を提供する。The present disclosure relates to the discovery and isolation of an entire gene cluster encoding an R-type high molecular weight bacteriocin that specifically kills a dangerous pathogen, Clostridium difficile bacteria. The present disclosure is also a disclosure of the method for producing the R-type bacteriocin in harmless aerobic cells. The present disclosure is also the disclosure of small molecules, non-ORF 1374 receptor binding domains (RBDs), which are incorporated into diffocins to form heterologous diffocins with genetically modified or altered bactericidal spectra. The heterologous diffocins provided in the present disclosure may comprise a heterogeneous RBD and its cognate substrate junction region (BPAR), or fused BPAR. The present invention is a powerful fungicide with improved thermal and pH stability to selectively kill Clostridium difficile bacteria in the gastrointestinal tract environment, where severe injury and even death of infected patients or livestock occur And a method for producing the same.
Description
発明の分野
本出願は、バクテリオシンを産生するのに十分な遺伝子クラスターの同定及び単離に関し、より具体的には、特にクロストリジウム・ディフィシル菌を死滅させるR型高分子量バクテリオシンに関し、及びその殺菌特異性を改変、産生、及び使用する方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION This application relates to the identification and isolation of gene clusters sufficient to produce bacteriocin, and more particularly to R-type high molecular weight bacteriocins that specifically kill Clostridium difficile and the sterilization thereof. It relates to methods of modifying, producing and using specificity.
グランド情報
本発明は、アメリカ国立衛生研究所、国立アレルギー・感染症研究所によって与えられたグラント番号R43AI098186−01により、政府の助成をうけ達成された。アメリカ合衆国政府は、本発明に一定の権利を有する。
Grand Information This invention was accomplished with government support under grant number R43AI098186-01 awarded by the National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases. The United States government has certain rights in this invention.
発明の背景
クロストリジウム・ディフィシル菌は、偏性嫌気性、芽胞形成グラム陽性菌であり、ヒト及び他の哺乳動物への悪名高い病原体である(Bartlett et al.,1977, Bartlett et al.,1979,Keel etal.,2007,Sunenshine & McDonald,2006)。クロストリジウム・ディフィシル菌は、低密度であれば、哺乳動物の胃腸管(GI)に無害で定住する。しかし、増殖時には、抗生物質投与がしばしば共生細菌を減らす結果、軽度の下痢症から特徴的な偽膜性大腸炎までの範囲の疾患を引き起こすのに十分な菌体外毒素を産生する。それら毒素は、生命にかかわり、特に高齢のヒト及び他の哺乳動物に重大な合併症を引き起こす(Bartlett,2002)。
Background of the Invention Clostridium difficile is an obligately anaerobic, spore-forming gram-positive bacterium and is a notorious pathogen for humans and other mammals (Bartlett et al., 1977, Bartlett et al., 1979,). Keel et al., 2007, Sunenshine & McDonald, 2006). Clostridium difficile, if low in density, settles harmlessly in the mammalian gastrointestinal tract (GI). However, during growth, antibiotic administration often reduces commensal bacteria, producing enough exotoxin to cause disease ranging from mild diarrhea to characteristic pseudomembranous colitis. These toxins are life-threatening and cause significant complications, especially in older humans and other mammals (Bartlett, 2002).
この病原体が蔓延して形成される芽胞は、病院や慢性疾患ケア施設における不活化または根絶が困難であるため、クロストリジウム・ディフィシル菌に侵さる患者の確率は、そのような施設全体で急上昇する(Bartlett,2007)。事実、クロストリジウム・ディフィシル菌の比較的新しい強毒素産生菌株で、大規模な流行により重篤な疾患を引き起こしているBI/NAP1/027は、最近よく記録されている(Spigaglia et al.,2002;Pepin et al.,2004, McDonald et al.,2005,Muto et al.,2005,Loo et al.,2005,Belmares et al.,2009)。 これまでは低リスクに留まっていた、子供におけるクロストリジウム・ディフィシル菌関連疾患(CDAD)の発症例は、大幅に増加している(Benson et al.,2007,Zilberberg et al.,2010)。 Spores formed by the spread of this pathogen are difficult to inactivate or eradicate in hospitals and chronic disease care facilities, so the probability of patients with Clostridium difficile increases rapidly throughout such facilities ( Bartlett, 2007). In fact, BI / NAP1 / 27, a relatively new strong toxin-producing strain of Clostridium difficile and causing severe disease due to a large epidemic, has been well documented recently (Spigaglia et al., 2002; (Pepin et al., 2004, McDonald et al., 2005, Muto et al., 2005, Loo et al., 2005, Belmares et al., 2009). Increasing cases of Clostridium difficile-associated disease (CDAD) in children, which previously remained at low risk, have increased significantly (Benson et al., 2007, Zilberg et al., 2010).
無症性キャリアまたは保菌対象において、抗生物質投与により予防的に病原体を排除することは、クロストリジウム・ディフィシル菌関連疾患を誘発するため、是非とも避けねばならない。 Prophylactic elimination of pathogens by the administration of antibiotics in asymptomatic carriers or carriers is unavoidable, as it induces Clostridium difficile-related diseases.
グラム陰性菌によって作られたR型バクテリオシンが記述されており、及びグラム陰性菌の他の種または属という環境においてさえも、他の競合するグラム陰性菌株を死滅させるR型バクテリオシンが活用されている(Kageyama et al.,1964,Kageyama et al.,1964a,Kingsbury,D,1966,Blackwell and Law,1981,Blackwell et al.,1982,Campagnari et al.,1994,Strauch et al.,2001,Jabrane et al.,2002)。R型ピオシンの基板接合領域(BPAR)の異種の受容体結合ドメイン(RBD)への融合が記述され、その結果である、グラム陰性菌に対する新規の殺菌特性を備えた新規のR型ピオシンの創出が記述されている(Williams et al.,2008,Scholl et al.,2009)。 R-type bacteriocins made by Gram-negative bacteria have been described, and R-type bacteriocins that kill other competing Gram-negative strains are utilized, even in the context of other species or genera of Gram-negative bacteria. (Kageyama et al., 1964, Kageyama et al., 1964a, Kingsbury, D, 1966, Blackwell and Law, 1981, Blackwell et al., 1982, Campagnari et al., 1994, Strauch et al. Jabrane et al., 2002). The fusion of the R-type pyocin to the heterologous receptor binding domain (RBD) of the substrate junction region (BPAR) is described and the result is the creation of a new R-type pyocin with novel bactericidal properties against gram-negative bacteria (Williams et al., 2008, Scholl et al., 2009).
その他の高分子量バクテリオシンまたはR型バクテリオシンは、グラム陽性菌として記述されている(Coetzee et al.,1968,Thompson and Pattee,1981,Zink et al.,1995)。しかしながら、グラム陽性菌によって産生されるR型高分子量バクテリオシンの構造については、ほとんど知られていない。しかも、そのような菌が記載されている一方で、遺伝子レベルで特徴付けされたものは無く、または有効薬を開発するため、対症的で必要不可欠な方法で処置された菌は無い。高分子量バクテリオシンとしては、2種のクロストリジウム菌、ボツリヌス菌、及びウェルシュ菌が記載されている(Ellison and Kautter,1970,Anastasio et al.,1971,Nieves et al.,1981)。クロストリジウム・ディフィシル菌により産生するもの、もしくはクロストリジウム・ディフィシル菌を死滅させるものの記載は無い。 Other high molecular weight bacteriocins or R-type bacteriocins have been described as gram-positive bacteria (Coetzee et al., 1968, Thompson and Pattee, 1981, Zink et al., 1995). However, little is known about the structure of R-type high molecular weight bacteriocin produced by Gram-positive bacteria. Moreover, while such bacteria have been described, none have been characterized at the genetic level, or none have been treated in a symptomatic and essential way to develop effective drugs. As high molecular weight bacteriocin, two kinds of Clostridium bacteria, Clostridium botulinum, and Clostridium perfringens have been described (Ellison and Kautter, 1970, Anastasio et al., 1971, Nieves et al., 1981). There is no description of those produced by Clostridium difficile or those that kill Clostridium difficile.
発明の概要
本発明は、クロストリジウム・ディフィシル菌の他の株に対して殺菌性であるクロストリジウム・ディフィシル菌特異のR型バクテリオシン(本明細書中、ディフォシン「diffocin」と呼ぶ)について、それをコードする全遺伝子座または全遺伝子クラスターの単離に基づく。即ち、ディフォシン遺伝子クラスターの発現、および好気性細菌においてのディフォシンの産生、即ち、前記ディフォシン遺伝子クラスターのオープンリーディングフレーム(ORF)1374が決定する、クロストリジウム・ディフィシル菌株に対抗するディフォシンの殺菌スペクトルの発見に基づく。本発明は、新規ディフォシンを産生し、及びヒトを含む動物の胃腸管(GI)から、そこに定住するクロストリジウム・ディフォシル菌を排除するための直接的または間接的な製法および投与法を与えるため、ディフォシン特異性を遺伝子工学により改変する実験的手段を提供する。ディフォシンの投与は、従来の抗生物質がそうであるように、治療や健康のためにとても必要な共生胃腸(GI)細菌を傷つけることなく、クロストリジウム・ディフィシル菌感染(CDI)の発症を治療または予防することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention codes for a C. difficile-specific R-type bacteriocin (referred to herein as diffocin) that is bactericidal against other strains of Clostridium difficile. Based on the isolation of all gene loci or clusters. That is, for the expression of diffocin gene cluster and the production of diffocin in aerobic bacteria, that is, for the discovery of the bactericidal spectrum of diffocin against Clostridium difficile strain determined by the open reading frame (ORF) 1374 of the diffocin gene cluster. Based. The present invention produces novel diffocins and provides a direct or indirect preparation and administration method for eliminating Clostridium difficile bacteria that settle there from the gastrointestinal tract (GI) of animals, including humans, Provide experimental means to alter diffocin specificity by genetic engineering. Administration of diffocin treats or prevents the development of Clostridium difficile infection (CDI) without damaging the symbiotic gastrointestinal (GI) bacteria that are very necessary for treatment and health, as is the case with conventional antibiotics. can do.
本発明によれば、R型高分子量(hmw)バクテリオシンをコードする単離された核酸分子を提供する。一つの実施形態において、当該核酸分子は、クロストリジウム・ディフィシル菌株のゲノムから単離され、R型高分子量(hmw)バクテリオシンをコードする核酸分子であり、及びR型hmwバクテリオシンは、配列番号4−16、18、19、及び66−80からなる群から選ばれたポリペプチドに対し、少なくとも80%同一のポリペプチドからなるR型hmwバクテリオシンであり、及び当該R型hmwバクテリオシンが、少なくとも一つの他のクロストリジウム・ディフィシル菌の受容体を結合し、それゆえその他の菌株またはクロストリジウム・ディフィシル菌株に対して殺菌活性を持つ受容体結合ドメイン(RBD)を持つ。特定の実施形態において、前記核酸分子は、Cd4、Cd16、Cd19108、Cd19123、Cd19126、Cd19145、及びATCC受託番号43593で寄託された群から選択されるクロストリジウム・ディフィシル菌株のゲノム由来である。いくつかの実施形態において、前記株がCd16及び前記核酸分子が配列番号1を含むか、または前記株がCd4及び前記核酸分子が配列番号61を含む。 According to the present invention, an isolated nucleic acid molecule encoding an R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin is provided. In one embodiment, the nucleic acid molecule is isolated from the genome of a Clostridium difficile strain and is a nucleic acid molecule encoding an R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin, and the R-type hmw bacteriocin is SEQ ID NO: 4. A R-type hmw bacteriocin consisting of at least 80% of the polypeptide selected from the group consisting of -16, 18, 19, and 66-80, and the R-type hmw bacteriocin is at least It has a receptor binding domain (RBD) that binds one other Clostridium difficile receptor and therefore has bactericidal activity against other strains or Clostridium difficile strains. In certain embodiments, the nucleic acid molecule is derived from the genome of a C. difficile strain selected from the group deposited with Cd4, Cd16, Cd19108, Cd19123, Cd19126, Cd19145, and ATCC Deposit Number 43593. In some embodiments, the strain comprises Cd16 and the nucleic acid molecule comprises SEQ ID NO: 1, or the strain comprises Cd4 and the nucleic acid molecule comprises SEQ ID NO: 61.
他の実施形態において、R型高分子量(hmw)バクテリオシンをコードする単離された核酸分子を提供する。ここで、前記核酸分子は、クロストリジウム・ディフィシル菌の第一株のゲノム由来であり、そして配列番号66−77をコードするポリヌクレオチドに対して少なくとも80%が同一である第一ポリヌレオチドの配列を含み、さらにここで、前記核酸分子は、クロストリジウム・ディフィシル菌の第二株またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するバクテリオファージのRBDのゲノム由来のプロファージまたはプロファージ遺残物の受容体結合ドメイン(RBD)をコードする異種配列を含み、ここで、前記R型hmwバクテリオシンは、少なくとも50個の連続アミノ酸がアミノ末端で連結し、ポリペプチドの配列番号78に対して少なくとも80%同一である第一基板接合領域(BPAR)ポリペプチドを含み、及びここで、前記R型hmwバクテリオシンは、少なくとも一つのクロストリジウム・ディフィシル菌株にたいして殺菌活性を持つ。 In other embodiments, an isolated nucleic acid molecule encoding an R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin is provided. Wherein the nucleic acid molecule is derived from the genome of a first strain of Clostridium difficile and comprises a sequence of a first polynucleotide that is at least 80% identical to a polynucleotide encoding SEQ ID NOs: 66-77. And wherein the nucleic acid molecule is a second strain of Clostridium difficile or a receptor-binding domain (RBD) of a prophage or prophage remnant from a RBD genome of a bacteriophage that infects Clostridium difficile Wherein the R-type hmw bacteriocin is a first substrate wherein at least 50 contiguous amino acids are linked at the amino terminus and are at least 80% identical to the polypeptide SEQ ID NO: 78. A junction region (BPAR) polypeptide, and wherein Wherein R type hmw bacteriocin has bactericidal activity against at least one of Clostridium difficile strains.
本発明の他の実施形態において、本発明の核酸分子によりコードされる単離されたR型バクテリオシンを提供する。一つの態様において、前記R型バクテリオシンは、好気性産生バクテリアにおいて発現する。ある実施形態において、前記R型バクテリオシンは、動物に経口投与することができ、殺菌活性のある状態で糞便中に排泄させることができる。特定の実施形態において、前記R型バクテリオシンは、pH2.5及びpH10.6において、25℃、30分間 の培養後も、ある種の殺菌活性を保持する。一つの態様において、前記R型バクテリオシンは、pH3.4及びpH9において、25℃、30分間 の培養後も、ある種の殺菌活性を保持する。他の実施形態において、前記R型バクテリオシンは、45℃、60分間 の培養後も、ある種の殺菌活性を保持する。 In another embodiment of the invention, there is provided an isolated R-type bacteriocin encoded by a nucleic acid molecule of the invention. In one embodiment, the R-type bacteriocin is expressed in aerobic producing bacteria. In one embodiment, the R-type bacteriocin can be orally administered to animals and can be excreted in the feces in a state of bactericidal activity. In a particular embodiment, the R-type bacteriocin retains some bactericidal activity after incubation at 25 ° C. for 30 minutes at pH 2.5 and pH 10.6. In one embodiment, the R-type bacteriocin retains certain bactericidal activity even after culturing at pH 3.4 and pH 9 at 25 ° C. for 30 minutes. In another embodiment, the R-type bacteriocin retains certain bactericidal activity after incubation at 45 ° C. for 60 minutes.
本発明の他の実施形態において、殺菌活性をもつ単離されたR型高分子量(hmw)バクテリオシンを提供する。ここで、前記R型hmwバクテリオシンは、クロストリジウム菌遺伝子の第一バクテリアの第一菌株の基板接合領域(BPAR)を含み、及び前記第一バクテリアの第二菌株の受容体結合ドメイン(RBD)を含み、または前記クロストリジウム菌遺伝子またはクロストリジウム菌種に感染するバクテリオファージの第二バクテリアの受容体結合ドメイン(RBD)を含む。ここで、前記バクテリオシンは、クロストリジウム・ディフィシル菌の少なくとも一つの株に対して殺菌活性を持つ。特定の実施形態において、前記BPARは、クロストリジウム・ディフィシル菌の第一菌株由来であり、及び前記RBDは、クロストリジウム・ディフィシル菌の第一菌株由来であるか、またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するバクテリオファージ由来である。ある実施形態において、前記BPARは、配列番号16、54−56及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに対して少なくとも80%同一である。ある実施形態において、前記BPARは、配列番号16または78のアミノ酸が50個またはそれ以上連結しているポリペプチド、または配列番号54−56のアミノ酸が50個またはそれ以上連結しているポリペプチドに対して少なくとも80%同一である。ある実施形態において、前記BPARは、配列番号78に少なくとも80%同一である第一BPARのアミノ末端部と、異種RBDと同族である第二BPARのC末端部の融合体である。 In another embodiment of the invention, an isolated R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin with bactericidal activity is provided. Here, the R-type hmw bacteriocin includes a substrate binding region (BPAR) of a first strain of a first bacterium of a Clostridium gene, and a receptor binding domain (RBD) of a second strain of the first bacterium. Or a second bacterial receptor binding domain (RBD) of a bacteriophage that infects the Clostridium gene or Clostridium species. Here, the bacteriocin has bactericidal activity against at least one strain of Clostridium difficile. In certain embodiments, the BPAR is derived from a first strain of Clostridium difficile, and the RBD is derived from a first strain of Clostridium difficile, or a bacteriophage that infects Clostridium difficile. Is from. In certain embodiments, the BPAR is at least 80% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56 and 78. In one embodiment, the BPAR is a polypeptide having 50 or more amino acids of SEQ ID NO: 16 or 78 linked, or a polypeptide having 50 or more amino acids of SEQ ID NOs: 54-56 linked. It is at least 80% identical. In one embodiment, the BPAR is a fusion of the amino terminus of the first BPAR that is at least 80% identical to SEQ ID NO: 78 and the C-terminus of the second BPAR that is homologous to the heterologous RBD.
いくつかの実施形態において、前記RBDが、配列番号17、及び49−56の一つまたはそれ以上の対応セグメントに対して少なくとも80%同一である。他の実施形態において、コードされた前記RBDが、配列番号92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、及び116の群から選ばれたRBDに対して少なくとも80%同一である。 In some embodiments, the RBD is at least 80% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-56. In other embodiments, the encoded RBD is at least relative to an RBD selected from the group of SEQ ID NOs: 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, and 116. 80% identical.
本発明の他の実施形態において、本発明の核酸分子を含む発現カセットを提供する。発現カセットは、プラスミドのような発現ベクター内に含まれるし、プロデューサー細胞の染色体に含まれてもよい。いくつかの実施形態において、当該発現カセットは、前記R型バクテリオシンをコードする核酸分子に遺伝子組換えで連結される異種プロモーターを含む。当該プロモーターは、誘導的、抑制的、または恒常活性的でありうる。当該プロモーターは、一つの態様において誘導的であり、他の態様においては抑制的である。いくつかの実施形態において、当該プロモーターは、低分子の誘導因子(インデューサー)、抑制因子(リプレッサー)、または抑制解除因子(デリプレッサー)を加えるかまたは除去することによって誘導される。一つの態様において、当該プロモーターは、低分子のインデューサー、またはデリプレッサーによって誘導される。ある実施形態において、前記低分子のインデューサーまたはデリプレッサーは、反応性酸素生成物(ROS)またはROSの発生因子(ジェネレーター)である。一つの態様において、当該ROSは、ヒト及び他の動物に無毒の過酸化物である。ひとつの実施例において、当該過酸化物は、過酸化水素である。特定の態様において、前記カセットの発現は、RecA恒常活性タンパク質をコードするrecA遺伝子を操作して連結し、そして低分子インデューサーまたはデリプレッサーに応答性のある異種プロモーターを制御下におくことによって、制御する。 In another embodiment of the invention, an expression cassette comprising the nucleic acid molecule of the invention is provided. The expression cassette may be contained within an expression vector such as a plasmid, or may be contained on the producer cell's chromosome. In some embodiments, the expression cassette comprises a heterologous promoter linked by genetic recombination to a nucleic acid molecule encoding the R-type bacteriocin. The promoter can be inducible, repressive, or constitutively active. The promoter is inducible in one embodiment and repressive in another embodiment. In some embodiments, the promoter is induced by adding or removing a small molecule inducer (inducer), repressor (repressor), or derepressor (delipressor). In one embodiment, the promoter is induced by a small molecule inducer or delipressor. In one embodiment, the small molecule inducer or depressor is a reactive oxygen product (ROS) or a ROS generator. In one embodiment, the ROS is a peroxide that is non-toxic to humans and other animals. In one embodiment, the peroxide is hydrogen peroxide. In certain embodiments, the expression of the cassette is achieved by manipulating the recA gene encoding a RecA constitutively active protein and placing a heterologous promoter responsive to a small molecule inducer or depressor under control. Control.
本発明のさらに他の実施形態において、本発明の発現カセットを含むプロデューサー細胞を提供する。当該発現カセットは、プロデューサー細胞内のエピソーム発現ベクターに含まれてもよい。あるいは、プロデューサー細胞が、染色体内に核酸分子または本発明の発現カセットを含んでもよい。ある実施形態において、当該プロデューサー細胞は、非病原性であって偏性嫌気性菌ではない。いくつかの実施形態において、前記の非病原性であり非偏性嫌気性の菌は、桿菌、乳酸菌、リステリア菌からなる群から選ばれた細菌属からの種である。ある実施形態において、前記の非病原性であり非偏性嫌気性の菌は、桿菌属から選ばれる。いくつかの態様において、当該細菌は、枯草菌である。特定の態様において、当該枯草菌は、PBSX遺伝子クラスターの欠損がある。他の実施形態において、当該プロデューサー細胞は、偏性嫌気性であるが非病原性細菌である。 In yet another embodiment of the invention, a producer cell comprising the expression cassette of the invention is provided. The expression cassette may be contained in an episomal expression vector in the producer cell. Alternatively, the producer cell may contain a nucleic acid molecule or an expression cassette of the invention in the chromosome. In certain embodiments, the producer cell is non-pathogenic and not an obligate anaerobe. In some embodiments, the non-pathogenic and non-obligate anaerobic bacterium is a species from a bacterial genus selected from the group consisting of Neisseria gonorrhoeae, lactic acid bacteria, and Listeria. In one embodiment, the non-pathogenic and non-biased anaerobic bacterium is selected from the genus Bacillus. In some embodiments, the bacterium is Bacillus subtilis. In a particular embodiment, the Bacillus subtilis is defective in the PBSX gene cluster. In other embodiments, the producer cell is an obligate anaerobic but non-pathogenic bacterium.
本発明のさらに他の実施形態において、本発明のR型hmwバクテリオシンの産生方法を提供する。当該方法は、誘導剤または抑制解除剤に感受性の誘導プロモーターまたは抑制解除プロモーターに遺伝子操作で連結された本発明の核酸配列を含むプロデューサー細胞を、当該R型バクテリオシンの発現を誘導するのに効果的な濃度の前記製剤に暴露し、及び発現したR型バクテリオシンを精製することを含む。いくつかの実施形態において、当該R型バクテリオシンをコードする前記核酸分子は、前記プロデューサー細胞のゲノムに対して異種である。特定の態様において、前記核酸分子は、前記プロデューサー細胞の染色体に含まれるか、または前記プロデューサー細胞の染色体外発現ベクターに含まれる。ある実施形態において、前記プロデューサー細胞は、非病原性であり及び偏性嫌気性細菌ではない。いくつかの実施形態において、前記非病原性及び非偏性嫌気性細菌は、枯草菌、乳酸菌、及びリステリア菌から成る群より選ばれる細菌遺伝子由来の種である。ある実施形態において、前記非病原性及び非偏性嫌気性細菌は、枯草菌遺伝子由来である。ある態様において、当該細菌は、枯草菌である。特定の態様において、当該枯草菌は、当該R型バクテリオシンを産生するため誘導されても溶解しない。さらなる態様において、当該枯草菌は、PBSX遺伝子クラスターの欠損がある。 In yet another embodiment of the present invention, a method for producing the R-type hmw bacteriocin of the present invention is provided. The method is effective in inducing the expression of the R-type bacteriocin in a producer cell comprising the nucleic acid sequence of the present invention genetically linked to an inducible promoter or a derepressed promoter sensitive to an inducing agent or derepressor. Exposure to an appropriate concentration of the formulation and purifying the expressed R-type bacteriocin. In some embodiments, the nucleic acid molecule encoding the R-type bacteriocin is heterologous to the producer cell's genome. In certain embodiments, the nucleic acid molecule is contained in a chromosome of the producer cell or is contained in an extrachromosomal expression vector of the producer cell. In certain embodiments, the producer cell is non-pathogenic and not an obligate anaerobic bacterium. In some embodiments, the non-pathogenic and non-biased anaerobic bacteria are species derived from bacterial genes selected from the group consisting of Bacillus subtilis, lactic acid bacteria, and Listeria. In one embodiment, the non-pathogenic and non-biased anaerobic bacteria are derived from the Bacillus subtilis gene. In certain embodiments, the bacterium is Bacillus subtilis. In certain embodiments, the Bacillus subtilis does not dissolve when induced to produce the R-type bacteriocin. In a further embodiment, the Bacillus subtilis is defective in the PBSX gene cluster.
本発明のさらなる実施形態において、病原性細菌を死滅させる方法を提供する。当該方法は、病原性細菌を本発明のR型バクテリオシンに接触させることによって、ここで前記R型バクテリオシンは病原性細菌に結合し死滅させる。一つの態様において、病原性細菌が、クロストリジウム・ディフィシル菌である。一つの態様において、当該クロストリジウム・ディフィシル菌が動物の体内にあり、及び殺菌量の当該R型バクテリオシンが、前記動物に投与される。 In a further embodiment of the invention, a method for killing pathogenic bacteria is provided. The method involves contacting a pathogenic bacterium with the R-type bacteriocin of the present invention, wherein the R-type bacteriocin binds to and kills the pathogenic bacterium. In one embodiment, the pathogenic bacterium is Clostridium difficile. In one embodiment, the Clostridium difficile is in an animal body and a bactericidal amount of the R-type bacteriocin is administered to the animal.
他の実施形態において、動物におけるクロストリジウム・ディフィシル菌の感染疾患の治療または予防法を提供する。当該方法は、本発明のR型バクテリオシンの殺菌量の動物への直接投与、プロデューサー細胞の投与による間接的試薬投与、または毒素を産生しないよう遺伝的に修正された天然ディフォシンを産生するクロストリジウム・ディフィシル細菌の芽胞の投与を含む。特定の実施形態において、クロストリジウム・ディフィシル菌の動物感染は、本発明のプロデューサー細胞の動物への必要量の投与により殺菌量のバクテリオシンが産生され、治療される。一つの態様において、バクテリオシンをコードする核酸は、ラクトースプロモーターの制御下にあり、そして動物にラクトースが投与される。いくつかの実施形態において、当該動物が哺乳動物である。一つの態様において、当該哺乳動物がヒトである。 In other embodiments, a method of treating or preventing Clostridium difficile infectious disease in an animal is provided. The method includes direct administration of a bactericidal amount of the R-type bacteriocin of the present invention to an animal, indirect reagent administration by administration of producer cells, or a naturally occurring diffocin that is genetically modified to produce no toxin. Includes administration of difficile bacterial spores. In certain embodiments, an animal infection with Clostridium difficile is treated by producing a bactericidal amount of bacteriocin by administering the required amount of the producer cells of the invention to the animal. In one embodiment, the bacteriocin-encoding nucleic acid is under the control of a lactose promoter and the animal is administered lactose. In some embodiments, the animal is a mammal. In one embodiment, the mammal is a human.
発明の詳細な説明
定義
ここで使用される、R型高分子量(hmw)バクテリオシンは、単純にはR型バクテリオシンとして公知であり、そしてR型タンパク質、ディフォシン、モノシン、エンテロコリティシン、メニンゴシン、または構造的あるいは遺伝子的にバクテリオファージのミオウイルスファミリーに関連する他の高分子量(hmw)バクテリオシンを含む。R型バクテリオシンは、R型タンパク質、ディフォシン、モノシン、エンテロコリティシン、メニンゴシンの改変型を含む(Williams et al.,2008,Strauch et al.,2001,Kingsbury,1966,Zink et al.,1995)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Definitions As used herein, R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin is simply known as R-type bacteriocin, and R-type protein, diffocin, monocin, enterocolate. It includes lysine, meningosine, or other high molecular weight (hmw) bacteriocins that are structurally or genetically related to the myovirus family of bacteriophages. R-type bacteriocins include modified forms of R-type protein, diffocin, monocine, enterocoliticin, meningosine (Williams et al., 2008, Strauch et al., 2001, Kingsbury, 1966, Zink et al., 1995). ).
本明細書中で使用される用語「ディフォシン」は、クロストリジウム・ディフィシル菌から単離または誘導されたR型高分子量バクテリオシンを指し、及びクロストリジウム・ディフィシル菌から得られる未変性の球状物を含むと同時に、人工の産生セルにおいて当該ディフォシン遺伝子クラスターの発現を通して得られる球状物をも含む。ディフォシンは、クロストリジウム・ディフィシル菌の一つまたはそれ以上の菌株から誘導された遺伝子にコードされるポリペプチドから成る遺伝子組換えの球状物であってよく、そして配列番号2−23、49及び62−80の一つまたはそれ以上のポリペプチドと80%またはそれ以上同一であるポリペプチドから成る。 As used herein, the term “diffocin” refers to an R-type high molecular weight bacteriocin isolated or derived from Clostridium difficile, and includes native spheres obtained from Clostridium difficile. At the same time, a spheroid obtained through expression of the diffocin gene cluster in an artificial production cell is also included. The diffocin may be a recombinant spheroid consisting of a polypeptide encoded by a gene derived from one or more strains of Clostridium difficile, and SEQ ID NOs: 2-23, 49 and 62- It consists of a polypeptide that is 80% or more identical to 80 one or more polypeptides.
本発明のR型バクテリオシンは、熱不安定性、弱い耐酸性、トリプシン耐性、約65,000xgの遠心分離機での沈降を示し、そして電子顕微鏡で解析できる(Kageyama et al.,1962,Bradley,1967,Daw et al.,1996,Jabrane et al.,2002,Fortier et al.,2007)。多く場合、ここで開示される遺伝子組換えされたR型バクテリオシンは、いかなる組み合わせにおいても、これら性質の一つまたはそれ以上を有する。ここで開示される当該R型バクテリオシンに普通にみられる付随的な性質は、核酸を含まず、多くのバクテリオファージでは可能であるが、標的細菌の殺菌後またはその間にそれら自身では再産生できない複製欠損性である。本発明のR型バクテリオシンは、純粋にタンパク質であり、有機生命体ではない。 The R-type bacteriocin of the present invention exhibits thermal instability, weak acid resistance, trypsin resistance, sedimentation in a centrifuge at about 65,000 xg and can be analyzed by electron microscopy (Kageyama et al., 1962, Bradley, 1967, Daw et al., 1996, Jabrane et al., 2002, Fortier et al., 2007). Often, the genetically modified R-type bacteriocin disclosed herein will have one or more of these properties in any combination. The attendant properties commonly found in the R-type bacteriocins disclosed herein do not include nucleic acids and are possible with many bacteriophages but cannot be reproduced by themselves after or during the killing of the target bacteria. Replication deficiency. The R-type bacteriocin of the present invention is purely a protein and not an organic organism.
ここで開示されるR型バクテリオシンは、複数のタンパク質またはポリペプチドを構成する複合分子であり、ミオウイルスファミリーのサブユニットであり及びバクテリオファージの尾部構造に類似している。天然状態で現れるR型バクテリオシンは、サブユニット構造が、クロストリジウム・ディフィシル菌または緑膿菌のような細菌ゲノムによってコードされ、そして他の細菌に対する自然な防衛を果たすためにR型バクテリオシンが形成される(Kageyama.,1975)。感受性がある標的細菌は、単純なR型バクテリオシン分子によって典型的に死滅する(Kageyama et al.,1964,Kageyama et al.,1964a,Morse etal.,1980,Strauch et al.,2001)。 The R-type bacteriocin disclosed herein is a complex molecule constituting a plurality of proteins or polypeptides, a subunit of the myovirus family, and similar to the tail structure of a bacteriophage. R-type bacteriocins that appear in nature are subunit structures encoded by bacterial genomes such as Clostridium difficile or Pseudomonas aeruginosa and formed by R-type bacteriocins to provide a natural defense against other bacteria. (Kageyama, 1975). Sensitive target bacteria are typically killed by simple R-type bacteriocin molecules (Kageyama et al., 1964, Kageyama et al., 1964a, Morse et al., 1980, Strauch et al., 2001).
「標的細菌」または「標的細菌群」とは、当開示のR型バクテリオシンに結合され、及び/または成長が悪化し、残存し、または複製が抑制される細菌または細菌群を呼ぶ。いくつかの実施形態において、当該標的細菌は、クロストリジウム菌属から選ばれる。特定の実施形態において、当該細菌は、クロストリジウム・ディフィシル菌である。一つの態様において、クロストリジウム・ディフィシル菌の一つ以上の株が標的となる。クロストリジウム・ディフィシル菌の典型的な株を含めるが、図2に記載されているように、NAP1/BI/リボ型027に限定されない。 A “target bacterium” or “target bacterium group” refers to a bacterium or group of bacteria that is bound to the disclosed R-type bacteriocin and / or whose growth is exacerbated, persists, or replication is suppressed. In some embodiments, the target bacterium is selected from the genus Clostridium. In certain embodiments, the bacterium is Clostridium difficile. In one embodiment, one or more strains of Clostridium difficile are targeted. A typical strain of Clostridium difficile is included, but is not limited to NAP1 / BI / ribotype 027, as described in FIG.
本明細書中で使う用語「成長阻害」または変異とは、細菌の細胞分裂割合の緩徐化または停止または細胞分裂の休止、または当該細菌または細菌群の死滅を指す。 As used herein, the term “growth inhibition” or mutation refers to slowing or stopping the rate of cell division of a bacterium or pausing cell division, or killing the bacterium or group of bacteria.
本明細書中で使用される用語「核酸」または「核酸分子」は、典型的には、一本鎖または二本鎖を形成するデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドポリマー(精製もしくは混合されたもの)を指す。当該用語は、ヌクレオチド類似体または改変された骨格残基または連鎖含む核酸でよく、それらは合成され、自然発生し、および人工的に出現したのでよく、参照される核酸と類似の結合状態、構造、または機能的性質を持つものでよく、および参照されるヌクレオチドに類似した方法で代謝されたものでよく、それらを包含してよい。そのような類似体の例として、これに限定されないが、ホスホロチオエート、オキサザホスホリジン、メチル酸、キラルメチル酸、2−0メチルリボヌクレオチド、及びペプチド核酸 (PNAs)がある。用語の核酸は、ある文脈においては、遺伝子、cDNA、mRNA、オリゴヌクレオチド、及びポリヌクレオチドと交換可能で使用される。 The term “nucleic acid” or “nucleic acid molecule” as used herein typically refers to deoxyribonucleotides or ribonucleotide polymers (purified or mixed) that form single or double strands. . The term may be a nucleotide analog or a nucleic acid containing a modified backbone residue or linkage, which may have been synthesized, naturally occurring and artificially generated, and has a binding state, structure similar to the referenced nucleic acid. Or may have functional properties and may have been metabolized in a manner similar to the referenced nucleotide and may include them. Examples of such analogs include, but are not limited to, phosphorothioates, oxazaphospholidines, methyl acids, chiral methyl acids, 2-0 methyl ribonucleotides, and peptide nucleic acids (PNAs). The term nucleic acid is used interchangeably with gene, cDNA, mRNA, oligonucleotide, and polynucleotide in some contexts.
特定の核酸配列は、示唆的に示される配列と同様に、保存的に変更された変異配列(縮退コドン置換のような方法で)及び相補的配列をも網羅する。特に、縮退コドン置換は、混合塩基及び/またはデオキシノイシン残基で置換されているコドンの一つまたはそれ以上(またはすべて)の第三位(「ゆらぎ」)にある遺伝子配列によって達成されうる。このように、本明細書で開示されるタンパク質配列をコードする核酸配列は、ここで記述されるような改変された異種をも網羅する。 Certain nucleic acid sequences cover conservatively altered mutated sequences (in ways such as degenerate codon substitutions) and complementary sequences, as well as suggested sequences. In particular, degenerate codon substitution may be achieved by a gene sequence that is in the third position (“fluctuation”) of one or more (or all) codons that are substituted with mixed bases and / or deoxyneusin residues. . Thus, the nucleic acid sequences encoding the protein sequences disclosed herein also encompass modified heterologous species as described herein.
本明細書中で、アミノ酸配列に関連して使用される用語「セグメント」は、長さが10、12、15、20、25、50 または100個のアミノ酸残基であるアミノ酸の連続配列を指す。 As used herein, the term “segment” as used in reference to an amino acid sequence refers to a contiguous sequence of amino acids that is 10, 12, 15, 20, 25, 50 or 100 amino acid residues in length. .
本明細書中で使用される用語「異種性」とは、タンパク質配列または核酸配列の位置に関連して使用されるが、当該配列が、天然状態では互いに同様の関係性において通常見られない二つまたはそれ以上の置換を含む配列を指す。一つの実施例において、異種配列は、細菌の異なった種から産生される。別の実施例において、異種配列は、細菌の同じ種の異なった株から産生される。一つの態様において、当該異種配列は、クロストリジウム・ディフィシル菌の異なった株から産生される。他の態様において、当該異種配列は、細菌群及びバクテリオファージまたはプロファージから、または細菌群および合成されたDNAの人工配列から産生される。 As used herein, the term “heterologous” is used in reference to the location of a protein or nucleic acid sequence, but the sequences are not normally found in a similar relationship to each other in the natural state. Refers to a sequence containing one or more substitutions. In one embodiment, heterologous sequences are produced from different species of bacteria. In another example, the heterologous sequence is produced from different strains of the same species of bacteria. In one embodiment, the heterologous sequence is produced from different strains of Clostridium difficile. In other embodiments, the heterologous sequence is produced from a bacterial group and bacteriophage or prophage, or from an artificial sequence of bacterial group and synthesized DNA.
本明細書中で使用される用語「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「たんぱく質」とは、アミノ酸残基ポリマーに関連して典型的に交換可能な用語を指す。アミノ酸は、広く公知の三つの文字記号または、国際生化学連合の命名委員会(IUPAC−IUB)によって提唱される一つの文字記号によって引用される。 The terms “polypeptide”, “peptide” and “protein” as used herein refer to terms that are typically interchangeable in relation to amino acid residue polymers. Amino acids are quoted by three letter symbols that are widely known or by one letter proposed by the International Biochemical Union Nomenclature Committee (IUPAC-IUB).
病原性因子とは、生命体の一般的な生存率に関わらず病原性に関わる分子である。よって病原性因子の欠如は、生命体は病原性を減らし、生存率を低めることはない。病原性因子は、多数の機能、例えば、遺伝子発現抑制、定着性または移動性供与、毒素供与、毒素注入、抗生物質の排除、または生物膜を含む保護被膜の形成などのいくつかを有する。 A virulence factor is a molecule involved in virulence regardless of the general survival rate of living organisms. Thus, the absence of virulence factors does not reduce the pathogenicity of living organisms and reduce survival. Pathogenic agents have several functions, such as gene expression suppression, colonization or mobility donation, toxin donation, toxin infusion, elimination of antibiotics, or formation of protective coatings including biofilms.
適合因子とは、生命体の一般的な生存率、成長率またはその環境における競合性に関わる分子である。よって、適合因子の欠如は、生命体が生存率を低めまたは競合状態になり、そのような妥協の結果、間接的に病原性を減らす。適合因子はまた、多数の機能、例えば、栄養素、イオンまたは水の獲得、細胞膜または細胞壁の成分や保護層の形成、核酸の複製、修復、または変異誘発、環境傷害または競合傷害への保護や攻撃のいくつかを有する。 A fitness factor is a molecule involved in the general survival rate, growth rate, or competitiveness of its environment. Thus, the lack of a matching factor can cause the organism to become less viable or competitive and indirectly reduce pathogenicity as a result of such a compromise. Matching agents also have a number of functions, such as the acquisition of nutrients, ions or water, the formation of cell membrane or cell wall components and protective layers, the replication, repair, or mutagenesis of nucleic acids, the protection or attack against environmental or competitive injury. Have some of.
本明細書中で使用される用語「プロデューサー細胞」とは、ディフォシンをコードし、自然には含まれない核酸分子を産生しまたは発現する能力のある細胞を指す。プロデューサー細胞は、酸素の存在下で生存し成長することができ、及び当該ディフォシンをコードする核酸分子を含むベクターが、プロデューサー細胞の染色体に組み込まれるかまたはエピゾームになりえて、プロデューサー細胞の形質を転換する。当該プロデューサー細胞は、グラム陽性細菌である。ある実施形態において、当該プロデューサー細胞は、桿菌属、乳酸菌属、乳酸球菌属、クロストリジウム菌属、またはリステリア菌属から選ばれる細菌でよい。望ましい実施形態において、当該プロデューサー細胞は、桿菌属、乳酸菌属、乳酸球菌属、またはリステリア菌属から選ばれる細菌である。いくつかの実施形態において、当該細菌は、枯草菌、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)、及び巨大菌(Bacillus megateriun)からなる群から選ばれる桿菌の中の一種である。一つの態様において、当該細菌は、枯草菌である。特定の態様において、当該プロデューサー細胞は、PBSX遺伝子クラスターを欠損する枯草菌株である。他の態様において、当該細菌は、乳酸菌、カゼイ菌、およびブルガリア乳酸桿菌の群から選ばれる乳酸菌属の中の一種である。さらに他の実施形態において、当該細菌は、リステリア菌である。他の実施形態において、当該非病原性プロデューサー細胞は、大腸菌またはクロストリジウム菌遺伝子の細胞であってよい。 As used herein, the term “producer cell” refers to a cell that encodes diffocin and is capable of producing or expressing a non-naturally occurring nucleic acid molecule. Producer cells can survive and grow in the presence of oxygen, and a vector containing a nucleic acid molecule encoding the diffocin can be integrated into the producer cell's chromosome or become an episome, transforming the producer cell's traits To do. The producer cell is a gram positive bacterium. In certain embodiments, the producer cell may be a bacterium selected from the genus Neisseria, Lactobacillus, Lactococcus, Clostridium, or Listeria. In a preferred embodiment, the producer cell is a bacterium selected from the genus Neisseria, Lactobacillus, Lactococcus, or Listeria. In some embodiments, the bacterium is one of the koji molds selected from the group consisting of Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, and Bacillus megateriun. In one embodiment, the bacterium is Bacillus subtilis. In certain embodiments, the producer cell is a Bacillus subtilis strain that lacks the PBSX gene cluster. In another embodiment, the bacterium is a member of the genus Lactobacillus selected from the group of lactic acid bacteria, casei bacteria, and Bulgarian lactobacilli. In yet another embodiment, the bacterium is Listeria. In other embodiments, the non-pathogenic producer cell may be a cell of an E. coli or Clostridium gene.
本開示の実施様式の詳細な説明
クロストリジウム・ディフィシル菌から単離されるR型バクテリオシンは、殺菌活性を有する。
殺菌活性試験のため、中長期の厳格な嫌気環境下での細胞培養と、3μg/mlのマイトマイシンC培養液への暴露を通して、2種のクロストリジウム・ディフィシル菌株、Cd4及びCd16(LC Fortierより入手)、の溶菌液を作成した。細菌溶解の後、当該溶解液の粒子を、高速遠心分離機により濃縮および精製した(実施例1)。これらの試料は、頭部のないファージ状粒子(図3)の濃縮物を含んでいることが、電子顕微鏡で示された。濃縮および精製の後、当該試料の殺菌活性をスポットアッセイにて評価するため、サンプルを厳格な嫌気環境の下で標的のクロストリジウム・ディフィシル菌の菌叢に供した。ほとんどのファージ尾部状バクテリオシンは、その産生細菌とは異なる菌株を標的にするので、初期段階として、臨床的に単離された29のクロストリジウム・ディフィシル菌のパネルからなる標的株の試験を行った。一晩培養の後、前記精製物質を斑点滴下したクロストリジウム・ディフィシル菌叢を、明瞭化判定によって、試験体の殺菌活性の存在を評価した。図4は、Cd4から産生したディフォシン(dif4)をクロストリジウム・ディフィシル菌株、Cd19135、上に滴下した典型的なスポットアッセイを示している。
Detailed Description of Implementation Modes of the Present Disclosure R-type bacteriocin isolated from Clostridium difficile has bactericidal activity.
Two Clostridial difficile strains, Cd4 and Cd16 (obtained from LC Fortier) through cell culture in a medium to long-term strict anaerobic environment and exposure to 3 μg / ml mitomycin C medium for bactericidal activity testing A lysate was prepared. After lysis of bacteria, the lysate particles were concentrated and purified with a high-speed centrifuge (Example 1). These samples were shown by electron microscopy to contain a concentrate of phage-like particles without heads (FIG. 3). After concentration and purification, the samples were subjected to the target Clostridium difficile flora in a strict anaerobic environment in order to assess the bactericidal activity of the samples in a spot assay. As most phage tail bacteriocins target different strains from their producing bacteria, as an early stage we tested a target strain consisting of a panel of 29 clinically isolated Clostridium difficile . After overnight culture, the presence of the bactericidal activity of the test specimen was evaluated by clarification of the Clostridium difficile flora to which the purified substance was spotted. FIG. 4 shows a typical spot assay in which diffocin (dif4) produced from Cd4 is dropped onto a Clostridium difficile strain, Cd19135.
Dif4(Cd4産生のディフォシン)およびdif16(Cd16産生のディフォシン)は、スポットアッセイの結果では異なる殺菌スペクトルを示した(図2)。Dif4は、臨床的に単離された29のクロストリジウム・ディフィシル菌株の内、10株において殺菌活性を示し、dif16は、29株中の8株において活性を持っていた。重複して両ディフォシンの影響を受けたいくつかの株があり、当該2種のディフォシンは、明らかな殺菌スペクトルを有していた。Cd108及びCd43593から産生したディフォシンは、大変に類似した殺菌スペクトルを有し、29のクロストリジウム・ディフィシル菌のパネル中の10のNAP1/027/BI強毒性株の内の少なくとも9株を死滅させた。さらなる試験で、dif43593は、18すべての追加、単独のNAP1/027/BI単離株を死滅させた。このように、dif43593は、NAP1/027/BI型クロストリジウム・ディフィシル菌の28すべての試験株を死滅させた(図2)。 Dif4 (Cd4 producing diffocin) and dif16 (Cd16 producing diffocin) showed different bactericidal spectra in the spot assay results (FIG. 2). Dif4 showed bactericidal activity in 10 of 29 clinically isolated Clostridium difficile strains, and dif16 had activity in 8 of 29 strains. There were several strains that were redundantly affected by both diffocins, and the two diffocins had distinct bactericidal spectra. The diffocins produced from Cd108 and Cd43593 had a very similar bactericidal spectrum and killed at least 9 out of 10 NAP1 / 027 / BI highly virulent strains in a panel of 29 Clostridium difficile. In further studies, dif 43593 killed all 18 additional, single NAP1 / 027 / BI isolates. Thus, dif43593 killed all 28 test strains of NAP1 / 027 / BI type Clostridium difficile (FIG. 2).
ディフォシン遺伝子座の特定
ディフォシン粒子、Cd4株から単離し精製したものを変性し、及びタンパク質成分を、ドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS PAGE)によって分離し、そして銀染色によって検出した(図5)。二つの独立したバンド、〜200kD及び〜40kD、を切除し、質量分析を行った。40kDバンドからのペプチドは、参照株Cd630(GenBank Acc.No.NC_009089.1)を含む完全な遺伝子配列を持つ多様なクロストリジウム・ディフィシル菌株の中で、2種のクロストリジウム・ディフィシル菌のオープンリーディングフレーム(ORF)からコードされる予測物資と一致することを発見した。最初の物質は、ORF1363(配列番号5)に対応した、39,192ダルトンのファージ状タンパク質であった。このバンドにおける二番目に優位のポリペプチドは、ORF1371(配列番号14)に対応しており、39,565ダルトンのファージ状基板タンパク質であった。これらのタンパク質は、分子量が偶然にも非常に近く、SDS PAGEの同じバンドに移行した。前記200kDバンドは、他の二つのファージ状ORFのすぐ下流にあるORF1374(配列番号17)のC末端のタンパク質に対応した主要なタンパク質を産生した。
Identification of the diffocin locus The diffocin particles, isolated and purified from the Cd4 strain, were denatured and the protein components were separated by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS PAGE) and detected by silver staining (Fig. 5). Two independent bands, ˜200 kD and ˜40 kD, were excised and subjected to mass spectrometry. Peptides from the 40 kD band are the open reading frames of two Clostridium difficile strains among a variety of Clostridium difficile strains with the complete gene sequence, including the reference strain Cd630 (GenBank Acc. No. NC — 09089.1). It was found to be consistent with the predicted material encoded by ORF). The first material was a 39,192 dalton phage-like protein corresponding to ORF 1363 (SEQ ID NO: 5). The second predominant polypeptide in this band corresponds to ORF 1371 (SEQ ID NO: 14) and was a 39,565 dalton phage-like substrate protein. These proteins happened to be very close in molecular weight and migrated to the same band on SDS PAGE. The 200 kD band produced a major protein corresponding to the C-terminal protein of ORF 1374 (SEQ ID NO: 17) immediately downstream of the other two phage-like ORFs.
これらのORFは、Cd630遺伝子内の非常に隣接した位置にあるので、その周辺領域を分析した。1574593塩基と1596384塩基の間に、ORF1360A−1379(図6および配列番号1−23)を含む1個のプロファージ状要素を発見した。特に注目点として、この領域にコードされた構造遺伝子が、典型的なミオウイルスファージの尾部構造の成分だけに対応していた事である。つまり、カプシド対応遺伝子、カプシドをもったタンパク質、またはポータルタンパク質は発見されなかった。さらに推定のDNA複製またはDNAパッケージ構造をコードしたいかなるORFもなかった。このように、この遺伝子座は、一つのR型(ミオウイルスファージの尾部状の)バクテリオシンの遺伝子配列であるとことに間違いなかった。隣接する構造遺伝子は、推定のファージ状抑制タンパク質をコードする複数のORFであった。この遺伝子座のORFが、ディフォシン粒子の中に発見されたポリペプチドをコードし、そして遺伝子クラスターがR型バクテリオシンのものと類似していたという事実から、我々は、この領域が当該ディフォシン遺伝子座であると指定した。 Since these ORFs are in very adjacent positions within the Cd630 gene, their surrounding regions were analyzed. One prophage-like element containing ORF1360A-1379 (FIG. 6 and SEQ ID NOs: 1-23) was found between 1574593 bases and 1596384 bases. Of particular note is that the structural genes encoded in this region corresponded only to the components of the tail structure of typical myovirus phages. That is, no capsid-corresponding gene, capsid-containing protein, or portal protein was found. Furthermore, there were no ORFs that encoded putative DNA replication or DNA package structures. Thus, there was no doubt that this locus was the gene sequence of one R-type (myovirus phage tail) bacteriocin. Adjacent structural genes were multiple ORFs encoding a putative phage-like suppressor protein. Due to the fact that the ORF of this locus encoded a polypeptide found in the diffocin particle and the gene cluster was similar to that of the R-type bacteriocin, we found that this region was the diffocin locus. Specified.
当該構造遺伝子は、一つの染色分体状にコードされ、同じ方向で転写された。遺伝子構成は、R型ピオシン及び多数のミオウイルスファージの構造に類似していた。構造タンパク質のいくつかは、ファージΦ119、及びΦC2(Goh et al.,2007,Govind et al.,2006)を含む公知のクロストリジウム・ディフィシル菌ファージとの配列類似性を示した。またクロストリジウム・ディフィシル菌株Cd630は、二つの無傷プロファージをコードすることが知られている。ディフォシンORFのいくつかは、クロストリジウム・ディフィシル菌株Cd630のプロファージ1及び2との配列類似性を有し、これはこれらのクロストリジウム・ディフィシル菌のミオウイルスファージ及びディフォシンが共通の系統を有することを示唆する。 The structural gene was encoded in one chromatid and transcribed in the same direction. The gene organization was similar to that of R-type pyocin and many myovirus phages. Some of the structural proteins showed sequence similarity with known Clostridium difficile phages, including phage Φ119 and ΦC2 (Goh et al., 2007, Govind et al., 2006). Clostridium difficile strain Cd630 is known to encode two intact prophages. Some of the diffocin ORFs have sequence similarity to C. difficile strain Cd630 prophages 1 and 2, suggesting that these C. difficile myovirus phages and diffocins share a common lineage. To do.
特別の注目点として、当該ディフォシンのORF1374(配列番号17)遺伝子があげられる。この遺伝子、ORF1373、は、配列番号16の隣接する下流に巨大ポリペプチドをコードした。ORF1374が当該R型バクテリオシン尾部繊維の一部であることを示した遺伝子群の位置は、すなわち、受容体結合ドメインである(RBD)。ディフォシンとして設計されたものの電子顕微鏡写真で、その尾部繊維領域において、大きな花状構造が明らかになったので、この構造が、巨大タンパク質を含んでいることが明白になった。ORF1373(配列番号16)は、当該ディフォシン尾部繊維の基板接合領域、BPAR、をコードしており、そしてBPARとともにRBDをコードしていたクロストリジウム・ディフィシル菌ファージにおける類似ORF1373の省略形であることが明らかになった。そのようなファージは、ORF1374を欠いている。このように、天然産生するディフォシンの尾部繊維は、二つのタンパク質、ORF1373及びORF1374から成り、結合尾部繊維を形成している。そこでは、クロストリジウム・ディフィシル菌のバクテリオファージは、一本鎖のタンパク質である、ディフィシル菌のBPAR及びRBDの機能を提供する幾分長めのORF1373からなる尾部繊維を持つ。この知見に伴って、本発明において、ORF1373(配列番号16)または ORF1374(配列番号17)のいずれかをコードする核酸を、新規RBD特異性機能を遺伝子組換えで得るための基質として検討した。 Of particular note is the ORF1374 (SEQ ID NO: 17) gene of the diffocin. This gene, ORF 1373, encoded a large polypeptide immediately downstream of SEQ ID NO: 16. The position of the gene cluster showing that ORF1374 is part of the R-type bacteriocin tail fiber, ie, the receptor binding domain (RBD). An electron micrograph of what was designed as diffocin revealed a large flower-like structure in the tail fiber region, making it apparent that the structure contained a huge protein. ORF1373 (SEQ ID NO: 16) encodes the substrate junction region of the diffocin tail fiber, BPAR, and is apparently an abbreviation for similar ORF1373 in Clostridium difficile phage that encoded RBD along with BPAR. Became. Such phage lack ORF1374. Thus, the naturally occurring diffocin tail fiber consists of two proteins, ORF 1373 and ORF 1374, forming a bound tail fiber. There, the Clostridium difficile bacteriophage has a tail fiber composed of a somewhat longer ORF 1373 that provides the functions of the single-stranded proteins B. difficile BPAR and RBD. Accompanying this finding, in the present invention, a nucleic acid encoding either ORF1373 (SEQ ID NO: 16) or ORF1374 (SEQ ID NO: 17) was examined as a substrate for obtaining a novel RBD-specific function by genetic recombination.
ディフォシンは、単離したクロストリジウム・ディフィシル菌に広汎性である。
単一のクロストリジウム・ディフィシル菌の臨床的単離品のシリーズを使用して、異なる殺菌スペクトルを持つと思われるディフォシン粒子の産生能力を評価した。臨床的に単離したCd19123、Cd19145、Cd19126、Cd19108(RM Alden Research Laboratory,Culver City,CA.から入手)及び ATCC Cd43593を、厳格な嫌気性環境の下、マイトマイシンCに誘導した。次いで、産生された粒子の精製と濃縮を行った。精製物は、殺菌活性を検出するために臨床的に集められた他のクロストリジウム・ディフィシル菌叢に別々に斑点滴下した。それらの結果は、これら単離株の各々が粒子を産生し(臨床的単離株 Cd19123、Cd19145、Cd19126、Cd19108、及びATCC Cd43593の各々からのディフォシンを、dif123、dif145、dif126、dif108、及びdif43593と命名)、異なる殺菌スペクトルを示した(図2)。Dif108及びdif43593は、非常に類似した広範囲のスペクトルを示す一方で、Cd19145株は、狭い殺菌スペクトルをもった粒子を産生した。誘導試験したCd19113及びCd19150を含むいくつの単離株は、マイトマイシンに暴露後に溶菌したが、検出可能なディフォシン粒子を産生しなかった。
Diffocin is pervasive to isolated Clostridium difficile.
A single series of clinical isolates of Clostridium difficile was used to assess the ability to produce diffocin particles that appear to have different bactericidal spectra. Clinically isolated Cd19123, Cd19145, Cd19126, Cd19108 (obtained from RM Alden Research Laboratory, Culver City, Calif.) And ATCC Cd43593 were induced to mitomycin C under a strict anaerobic environment. The produced particles were then purified and concentrated. The purified product was spotted separately on other Clostridium difficile flora collected clinically to detect bactericidal activity. The results indicated that each of these isolates produced particles (the diffocins from each of clinical isolates Cd19123, Cd19145, Cd19126, Cd19108, and ATCC Cd43593 were converted to dif123, dif145, dif126, dif108, and dif43593, respectively. And a different bactericidal spectrum (FIG. 2). Dif108 and dif43593 show a very similar broad spectrum, while the Cd19145 strain produced particles with a narrow bactericidal spectrum. Several isolates, including Cd19113 and Cd19150 that were induction tested, lysed after exposure to mitomycin, but did not produce detectable diffocin particles.
本試験で、ゲノム配列の試験株Cd630は、ディフォシン遺伝子座をコードしたことが認められた。事実、このゲノムは、当該ディフォシン遺伝子を特定するために使用された。しかしながら一方で、マイトマイシンCで誘導後に溶菌したCd630株は、検出可能なディフォシン粒子を産生しなかった。その代り、少量のプロファージ1及びプロファージ2を産生した。 In this test, it was found that the genomic sequence test strain Cd630 encoded the diffocin locus. In fact, this genome was used to identify the diffocin gene. However, on the other hand, the Cd630 strain lysed after induction with mitomycin C did not produce detectable diffocin particles. Instead, small amounts of prophage 1 and prophage 2 were produced.
ディフォシン遺伝子群の特定とクローン化
Cd630は、マイトマイシンCによる溶菌誘導で検出可能なディフォシン粒子を産生しなかった。したがって、それと引き換えにCd16由来の当該ディフォシン遺伝子クラスターをクローン化した。Cd16の遺伝子配列の概要が初めて得られた。Cd630の遺伝子座に類似しているディフォシン遺伝子座を特定し、注釈を施した。Cd16プロデューサー株からのディフォシンの全遺伝子クラスター(配列番号1)をクローニングベクター(BAC)にクローン化し、次いで偏性嫌気性細菌ではない非病原性微生物に活性ディフォシンを産生するために必要な全遺伝子を含むように発現させた。クロストリジウム・ディフィシル菌は、病原性でありかつ偏性嫌気性細菌であるため、天然産生のディフォシンまたは人工的なDNA組み換えによって変性されたディフォシンにとって常識に反した産生細胞である。単離されたディフォシン遺伝子クラスターはまた、遺伝子組み換え技術によって加工し、無毒低分子インデューサーまたはその遺伝子クラスターに加えられたデリプレッサーに対応する異種プロモーターによって発現を制御できる。このような低分子物は、これに限定されないが、テトラサイクリン、無水テトラサイクリン、ラクトース、アラビノース、キシロース及びラクトースを置き換えるIPTGのような、それらの非代謝類似物を含む。
Identification and cloning of diffocin genes Cd630 did not produce detectable diffocin particles upon lysis induction with mitomycin C. Therefore, the diffocin gene cluster derived from Cd16 was cloned in exchange for it. An overview of the Cd16 gene sequence was obtained for the first time. A diffocin locus similar to the Cd630 locus was identified and annotated. The entire gene cluster of diffocin (SEQ ID NO: 1) from the Cd16 producer strain was cloned into a cloning vector (BAC) and then all genes required to produce active diffocin for non-pathogenic microorganisms that are not obligate anaerobes. Expressed to include. Since Clostridium difficile is a pathogenic and obligate anaerobic bacterium, it is a production cell contrary to common sense for naturally occurring diffocin or diffocin modified by artificial DNA recombination. Isolated diffocin gene clusters can also be processed by genetic engineering techniques and controlled for expression by a non-toxic small molecule inducer or a heterologous promoter corresponding to a depressor added to the gene cluster. Such small molecules include, but are not limited to, their non-metabolic analogs such as IPTG replacing tetracycline, anhydrous tetracycline, lactose, arabinose, xylose and lactose.
ディフォシン
ディフォシンは、クロストリジウム・ディフィシル菌から単離されたR型hmwバクテリオシンであり、他のクロストリジウム・ディフィシル菌株に対して殺菌性である。ディフォシンは、マイトマイシンCの存在下において嫌気性環境の下で成長するクロストリジウム・ディフィシル菌株から単離されてもよい。いくつかの実施形態において、当該ディフォシンは、クロストリジウム・ディフィシル菌の臨床的単離菌株であるCd4、Cd16、Cd19123、Cd19145、Cd19126、Cd19108、またはATCC Cd43593(各々 dif4、dif16、dif123、dif145,dif126,dif108、及びdif43593と呼ぶ)から単離される。一つの態様において、当該ディフォシンは、Cd4から単離され、他の態様において、Cd16から単離される。
Diffocin Diffocin is an R-type hmw bacteriocin isolated from Clostridium difficile and is bactericidal against other Clostridium difficile strains. Diffocin may be isolated from a Clostridium difficile strain that grows in an anaerobic environment in the presence of mitomycin C. In some embodiments, the diffocin is a clinically isolated strain of Clostridium difficile Cd4, Cd16, Cd19123, Cd19145, Cd19126, Cd19108, or ATCC Cd43593 (dif4, dif16, dif123, dif145, dif126, respectively). dif108 and dif43593). In one embodiment, the diffocin is isolated from Cd4 and in another embodiment is isolated from Cd16.
本発明の他の実施形態において、クロストリジウム菌属のゲノムから誘導されるディフォシンをコードする単離された核酸分子を提供する。一つの態様において、当該核酸分子は、配列番号1の遺伝子クラスターを含む。他の態様において、当該核酸分子は、配列番号61の遺伝子クラスターを含む。他の実施形態において、当該核酸分子は、配列番号2−23、49、62−80からなる群から選ばれる一つまたはそれ以上のポリペプチドを含むディフォシンをコードする。さらに他の実施形態において、当該核酸分子は、配列番号4−16、18、19、及び66−80からなる群から選ばれる一つまたはそれ以上のポリペプチドを含むディフォシンをコードする。一つの態様において、当該核酸分子は、配列番号2−23のポリペプチドをコードする。他の態様において、当該核酸分子は、配列番号49及び62−80のポリペプチドをコードする。 In another embodiment of the invention, an isolated nucleic acid molecule encoding a diffocin derived from a Clostridial genome is provided. In one embodiment, the nucleic acid molecule comprises the gene cluster of SEQ ID NO: 1. In other embodiments, the nucleic acid molecule comprises the gene cluster of SEQ ID NO: 61. In other embodiments, the nucleic acid molecule encodes a diffocin comprising one or more polypeptides selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2-23, 49, 62-80. In still other embodiments, the nucleic acid molecule encodes a diffocin comprising one or more polypeptides selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4-16, 18, 19, and 66-80. In one embodiment, the nucleic acid molecule encodes the polypeptide of SEQ ID NOs: 2-23. In other embodiments, the nucleic acid molecule encodes the polypeptides of SEQ ID NOs: 49 and 62-80.
さらに変異ディフォシンを提供する。変異ディフォシンは、配列番号4−16、18、19、及び66−80からなる遺伝子群から選ばれるポリペプチドに、少なくとも80%が同一であるアミノ酸配列を持つディフォシンを含む。他の実施形態において、当該変異ディフォシンは、配列番号4−16、18、19、および66−80からなる遺伝子群から選ばれるポリペプチドに、少なくとも85%、88%、89%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%が同一であるアミノ酸配列を持つ。 Further provided is a mutant diffocin. Mutant diffocins include diffocins having an amino acid sequence that is at least 80% identical to a polypeptide selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4-16, 18, 19, and 66-80. In other embodiments, the mutant diffocin is at least 85%, 88%, 89%, 90%, 95 to a polypeptide selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 4-16, 18, 19, and 66-80. %, 96%, 97%, 98%, or 99% have the same amino acid sequence.
いくつかの実施形態において、当該変異ディフォシンは、異種の基板接合領域(BPAR)を含んでよく、前記BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも80%同一である。他の実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも85%同一である。他の実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも89%同一である。他の実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも90%同一である。さらに他の実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも95%同一である。その上さらに他の実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも98%同一である。さらなる実施形態において、当該BPARは、配列番号16、54−56、及び78の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも99%同一である。 In some embodiments, the mutant diffocin may comprise a heterologous substrate junction region (BPAR), wherein the BPAR is at least in one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. 80% identical. In other embodiments, the BPAR is at least 85% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. In other embodiments, the BPAR is at least 89% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. In other embodiments, the BPAR is at least 90% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. In yet other embodiments, the BPAR is at least 95% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. In yet other embodiments, the BPAR is at least 98% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78. In a further embodiment, the BPAR is at least 99% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 16, 54-56, and 78.
いくつかの実施形態において、当該変異ディフォシンは、未変性のBPARポリペプチドのアミノ末端に、少なくとも50個の連続アミノ酸を含む。さらなる実施形態において、当該変異ディフォシンは、未変性のBPARポリペプチドのアミノ末端に、少なくとも100個の連続アミノ酸を含む。特定の実施形態において、少なくとも50個のアミノ酸の結合鎖は、配列番号78のポリペプチドに少なくとも80%同一であるBPARのアミノ酸末端にある。ある態様において、少なくとも50個のアミノ酸の結合鎖は、配列番号78のポリペプチドに少なくとも85%、90%、95%、または98%同一であるBPARのアミノ酸末端にある。他の態様において、少なくとも100個のアミノ酸の結合鎖は、配列番号78のポリペプチドに少なくとも85%、88%、89%、90%、95%、96%、97%、98%または99%同一であるBPARのアミノ酸末端にある。 In some embodiments, the mutant diffocin comprises at least 50 contiguous amino acids at the amino terminus of the native BPAR polypeptide. In a further embodiment, the mutant diffocin comprises at least 100 contiguous amino acids at the amino terminus of the native BPAR polypeptide. In certain embodiments, the linking chain of at least 50 amino acids is at the amino acid terminus of BPAR that is at least 80% identical to the polypeptide of SEQ ID NO: 78. In some embodiments, the linking chain of at least 50 amino acids is at the amino acid terminus of BPAR that is at least 85%, 90%, 95%, or 98% identical to the polypeptide of SEQ ID NO: 78. In other embodiments, the binding chain of at least 100 amino acids is at least 85%, 88%, 89%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% identical to the polypeptide of SEQ ID NO: 78. Is at the amino acid terminus of BPAR.
他の実施形態において、当該変異ディフォシンは、RBDが同族のBPARを含む。ここで使用する、「RBDと同族のBPAR」または「同族BPAR」とは、天然ディフォシン、クロストリジウム・ディフィシル菌ゲノム、バクテリオファージ、またはプロファージにおいて同時に現れるBPARとRBDのペアーを指す。特定の実施形態において、当該RBDとその同族BPARは、発現したディフォシン分子以外には、異種である。一つの態様において、当該同族BPARは、ディフォシンの未変性BPARのアミノ末端に融合し、「融合BPAR」を形成する。このように、いくつかの実施形態において、当該変異ディフォシンは、融合BPARを含む。ある実施形態において、当該変異ディフォシンは、異種RBD及びその同族BPARを含む。いくつかの実施形態において、当該融合BPARは、配列番号88、91、93、95、97,99、101、103、105、107、109,111、及び115からなる遺伝子群から選ばれる配列に少なくとも80%同一である。他の実施形態において、当該融合BPARは、配列番号88、91、93、95、97,99、101、103、105、107、109,111、及び115からなる遺伝子群から選ばれる配列に少なくとも85%、88%、89%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%同一である。 In other embodiments, the mutant diffocin comprises a BPAR with a cognate RBD. As used herein, “BPAR cognate to RBD” or “cognate BPAR” refers to a pair of BPAR and RBD that appear simultaneously in a native diffocin, Clostridium difficile genome, bacteriophage, or prophage. In certain embodiments, the RBD and its cognate BPAR are heterologous other than the expressed diffocin molecule. In one embodiment, the cognate BPAR is fused to the amino terminus of the native BPAR of diffocin to form a “fusion BPAR”. Thus, in some embodiments, the mutant diffocin comprises a fusion BPAR. In certain embodiments, the mutant diffocin comprises a heterologous RBD and its cognate BPAR. In some embodiments, the fusion BPAR is at least a sequence selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 88, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, and 115. 80% identical. In another embodiment, the fusion BPAR is at least 85 in a sequence selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 88, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, and 115. %, 88%, 89%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% identical.
さらなる実施形態において、当該変異ディフォシンは、異種受容体結合ドメイン(RBD)を含んでよく、ここで、前記RBDは、配列番号17及び49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも80%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも80%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17および49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも85%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも85%同一である。他の実子形態において、当該RBDは、配列番号17および49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも89%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも89%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17及び49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも90%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも90%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17及び49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも95%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも95%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17および49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも98%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも98%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17および49−53の一つまたはそれ以上の対応セグメントに少なくとも99%同一であるか、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合ドメイン(RBD)領域を含むポリペプチドに少なくとも99%同一である。いくつかの実施形態において、当該受容体結合ドメイン(RBD)領域は、配列番号54、55、または56のカルボキシ末端残基に結合したアミノ酸残基51を含む。 In further embodiments, the mutant diffocin may comprise a heterologous receptor binding domain (RBD), wherein the RBD is at least 80% in one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53. Or at least 80% identical to a polypeptide comprising a receptor binding domain (RBD) region of a polypeptide selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. In other embodiments, the RBD is at least 85% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or is selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 85% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In other seedling forms, the RBD is at least 89% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53 or is selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 89% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In another embodiment, the RBD is at least 90% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 90% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In other embodiments, the RBD is at least 95% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 95% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In other embodiments, the RBD is at least 98% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or is selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 98% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In other embodiments, the RBD is at least 99% identical to one or more corresponding segments of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or is selected from the group of genes consisting of SEQ ID NOs: 54-56. It is at least 99% identical to a polypeptide comprising the receptor binding domain (RBD) region of the peptide. In some embodiments, the receptor binding domain (RBD) region comprises amino acid residue 51 linked to the carboxy terminal residue of SEQ ID NO: 54, 55, or 56.
そのうえ他の実施形態において、当該RBDは、クロストリジウム・ディフィシル菌ゲノム、バクテリオファージ、クロストリジウム・ディフィシル菌に含まれるプロファージ挿入物またはプロファージ残物から産生する。「プロファージ残物」またはプロファージ要素または部位とは、完全なファージ分子よりむしろ、ファージまたは分離ファージタンパク質の位置のみをコードする配列を指す。このように、いくつかの実施形態において、プロファージ残物は、例えば、RBDおよびその同族BPARをコードする配列、そして基板遺伝子を含んでよい。いくつかの実施形態において、当該RBDは、配列番号92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112及び116からなる遺伝子群から選ばれるRBDに少なくとも80%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号92、94、96、98、100、102、104、106、108、110、112及び116からなる遺伝子群から選ばれるRBDに少なくとも85%、88%、89%、90%、95%、96%、97%、98%、また99%同一である。 In yet other embodiments, the RBD is produced from a Prophage insert or Prophage residue contained in a Clostridium difficile genome, bacteriophage, Clostridium difficile. A “prophage residue” or prophage element or site refers to a sequence that encodes only the position of a phage or isolated phage protein, rather than a complete phage molecule. Thus, in some embodiments, prophage residues may include, for example, sequences encoding RBD and its cognate BPAR, and substrate genes. In some embodiments, the RBD is at least 80% identical to an RBD selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, and 116. is there. In other embodiments, the RBD is at least 85%, 88% of RBD selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, and 116. 89%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% and 99% are identical.
他の実施形態において、ディフォシンは、遺伝子組換えでディフォシンORF1373の産生物にファージ尾部RBDを融合させることにより、改変された殺菌スペクトルを持つようにすることが可能である。ORF1374は、初期スペクトルの決定因子または天然ディフォシンRBDをコードする一方で、この巨大タンパク質は、ORF1373タンパク質と複合し、そしてORF1373タンパク質はBPARを与え、つまり、ORF1374タンパク質のRBDを当該ディフォシン基板構造に接合させる。ORF1373は、R型ピオシンの尾部繊維のみならず、ΦCD2(配列番号54)、ΦCD119(配列番号55)、及びΦCD27(配列番号56)のようなミオウィルス・バクテリオシンの尾部繊維遺伝子に類似しており、同一なアミノ酸配列を持つ。ディフォシンのORF1373(例えば、配列番号16または78)は、特にN末端タンパク質またはBPARにおける最初の160個のアミノ酸において特徴的であるが、クロストリジウム・ディフィシル菌ミオウイルスファージ、ΦCD2(配列番号54)、の尾部繊維と非常に類似した配列を持つ。しかしながら、それらのファージ尾部繊維は、ディフォシンORF1373タンパク質より長く、そしてそれらの標的バクテリアを識別するためにC末端RBDを含んでいる。ディフォシンのORF1373タンパク質は、この後者のドメインを含まず、RBD機能は、ORF1374にコードされた、分離ポリペプチドに置き換えられている。このように、ORF1374は、ディフォシン遺伝子クラスターおよびΦCD2の尾部繊維のようなファージ尾部繊維のRBDから、共に削除することができ、ORF1373にコードされたディフォシンBPARに融合することができ、それゆえ結果として、ファージ尾部状タンパク質を持ち、ドナーファージのホスト領域に関連した殺菌スペクトルを持つディフォシンを生み出すことができる。重要なことは、クロストリジウム・ディフィシル菌のファージ尾部状繊維とうまく機能融合するORF1373タンパク質の間で、アミノ酸配列の領域が相同なので、片方が突然変異または非突然変異のクロストリジウム・ディフィシル菌ファージからホスト領域の異性体を選ぶことができ、そしてその領域は、新規の殺菌スペクトルを備えた改変ディフォシンを創出するための新規RBD源となることである。 In another embodiment, the diffocin can have a modified bactericidal spectrum by fusing the phage tail RBD to the product of diffocin ORF 1373 by genetic recombination. ORF1374 encodes an initial spectral determinant or native diffocin RBD, while this large protein is complexed with the ORF1373 protein and the ORF1373 protein provides BPAR, ie, the RBD of the ORF1374 protein is joined to the diffocin substrate structure. Let ORF 1373 is similar to the tail fiber genes of myovirus bacteriocin such as ΦCD2 (SEQ ID NO: 54), ΦCD119 (SEQ ID NO: 55), and ΦCD27 (SEQ ID NO: 56) as well as the tail fiber of R-type pyocin. And has the same amino acid sequence. The diffocin ORF 1373 (eg, SEQ ID NO: 16 or 78) is characteristic of the first 160 amino acids, particularly in the N-terminal protein or BPAR, but of the Clostridium difficile myovirus phage, ΦCD2 (SEQ ID NO: 54), It has an arrangement very similar to the tail fiber. However, their phage tail fibers are longer than diffocin ORF 1373 proteins and contain a C-terminal RBD to distinguish their target bacteria. The diffocin ORF 1373 protein does not contain this latter domain, and the RBD function has been replaced by an isolated polypeptide encoded by ORF 1374. Thus, ORF1374 can be deleted together from the RBD of phage tail fibers, such as the diffocin gene cluster and the tail fiber of ΦCD2, and can therefore be fused to the diffocin BPAR encoded by ORF1373. A diffocin having a phage tail protein and having a bactericidal spectrum associated with the host region of the donor phage can be generated. Importantly, since the region of the amino acid sequence is homologous between the ORF 1373 protein that successfully functions and fuses with the Clostridium difficile phage tail-like fiber, one is mutated or non-mutated from the Clostridium difficile phage to the host region. Isomers can be selected, and the area is to be a new source of RBD to create modified diffocins with a new bactericidal spectrum.
遺伝子組換えディフォシンの一つの実施形態において、そのRBDが、他のクロストリジウム・ディフィシル菌株またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するバクテリオファージからのRBDで置き換えられたディフォシンを提供する。一つの実施例において、当該ディフォシンの核酸分子は、配列番号16または78をコードする配列からなり、未変性のRBDに対応したもの(すなわち、各々配列番号17または49をコードする配列)を含まない、言い換えれば、未変性RBDが、異性体の配列をコードするRBDで置き換えられる。特定の実施形態において、当該核酸分子は、クロストリジウム菌の異なる菌株のR型バクテリオシンの受容体結合ドメイン(RBD)をコードする異種配列を含む。一つの態様において、当該核酸分子は、配列番号16または78をコードする配列および配列番号49−53からなる遺伝子群から選ばれるポリペプチドまたは配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれるポリペプチドの受容体結合ドメインをコードする配列を含む。他の態様において、当該核酸分子は、配列番号2−16及び18−23または配列番号62−80をコードする配列、そして配列番号17及び49−56からなる遺伝子群から選ばれるポリペプチドからのRBDをコードする異種配列からなる。 In one embodiment of a recombinant diffocin, the RBD provides a diffocin that is replaced with an RBD from another bacteriophage that infects other Clostridium difficile strains or Clostridium difficile. In one embodiment, the diffocin nucleic acid molecule comprises a sequence encoding SEQ ID NO: 16 or 78, and does not include one corresponding to a native RBD (ie, a sequence encoding SEQ ID NO: 17 or 49, respectively). In other words, the native RBD is replaced with an RBD encoding the isomeric sequence. In certain embodiments, the nucleic acid molecule comprises a heterologous sequence encoding a receptor binding domain (RBD) of an R-type bacteriocin of different strains of Clostridium bacteria. In one embodiment, the nucleic acid molecule is a polypeptide selected from the gene group consisting of the sequence encoding SEQ ID NO: 16 or 78 and the gene group consisting of SEQ ID NO: 49-53 or the polypeptide selected from the gene group consisting of SEQ ID NO: 54-56 Contains a sequence encoding a receptor binding domain. In other embodiments, the nucleic acid molecule comprises an RBD from a polypeptide selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2-16 and 18-23 or SEQ ID NOs: 62-80, and the gene group consisting of SEQ ID NOs: 17 and 49-56 Consisting of a heterologous sequence encoding
遺伝子組換えによるディフォシンの他の実施形態において、当該ディフォシンのRBDは、未変性のRBDの改変型で置き換えてよい。「未変性RBD」とは、クロストリジウム・ディフィシル菌株またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するバクテリオファージから単離またはクローン化されたRBDに特定されるアミノ酸配列を有するRBDを指す。複数のクロストリジウム・ディフィシル菌株由来の未変性RBDの例として、配列番号17及び49−53を含む。クロストリジウム・ディフィシル菌感染のバクテリオファージ由来の未変性RBDの例として、配列番号54−56を含む(例えばカルボキシ末端残基に結合したアミン酸残基51)。いくつかの実施形態において、改変RBDは、未変性RBDに関連のあるRBDのアミノ酸配列の変更を含む。アミノ酸配列の変更の非限定な例として、一つまたはそれ以上のアミノ酸の挿入(または付加)、または除去がある。さらなる実施形態において、ディフォシンは、特許出願US 2006−0121450、Jun.8,2006公開(その全体を参照としてここに組み入れる)に記載されるように、多様性を生み出すレトレオメント(DGR)の開発により構造を多様化させる生物から誘導したRBDでの置換、またはそれの挿入を含む。 In other embodiments of diffocin by genetic recombination, the RBD of the diffocin may be replaced with a modified form of native RBD. “Native RBD” refers to an RBD having an amino acid sequence specific to an RBD isolated or cloned from a Clostridium difficile strain or a bacteriophage that infects Clostridium difficile. Examples of native RBDs from multiple Clostridium difficile strains include SEQ ID NOs: 17 and 49-53. Examples of native RBD from bacteriophages infected with Clostridium difficile include SEQ ID NOs: 54-56 (eg, amino acid residue 51 linked to the carboxy terminal residue). In some embodiments, the modified RBD comprises a change in the amino acid sequence of the RBD that is related to the native RBD. Non-limiting examples of amino acid sequence alterations include the insertion (or addition) or removal of one or more amino acids. In a further embodiment, the diffocin is disclosed in patent applications US 2006-0121450, Jun. Substitution with an RBD derived from an organism that diversifies its structure through the development of a retreoment that creates diversity (DGR), or its insertion, as described in the 8,2006 publication (incorporated herein by reference in its entirety) including.
いくつかの実施形態において、改変RBDは、非改変または未変性RBDとは異なる殺菌スペクトルを有する。特定の実施形態において、改変RBDは、未変性RBDに少なくとも80%同一である。他の実施形態において、当該RBDは、配列番号17及び49−53からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチド、または配列番号54−56からなる遺伝子群から選ばれたポリペプチドの受容体結合領域に少なくとも85%、88%、89%、90%、95%、96%、97%、98%、または99%同一であり、そして当該改変RBDは、非改変または未変性RBDとは異なる殺菌スペクトルを有する。 In some embodiments, the modified RBD has a different bactericidal spectrum than the unmodified or native RBD. In certain embodiments, the modified RBD is at least 80% identical to the native RBD. In another embodiment, the RBD is in a receptor binding region of a polypeptide selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 17 and 49-53, or a polypeptide selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 54-56. At least 85%, 88%, 89%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% identical, and the modified RBD has a bactericidal spectrum different from that of an unmodified or native RBD. Have.
いくつかの実施形態において、当該核酸分子はさらに、当該RBDの同族シャペロンをコードするポリヌクレオチドを含む。一つの態様において、当該シャペロンは、配列番号89、90、113、114、及び117からなる遺伝子群から選ばれる。 In some embodiments, the nucleic acid molecule further comprises a polynucleotide encoding a cognate chaperone of the RBD. In one embodiment, the chaperone is selected from the gene group consisting of SEQ ID NOs: 89, 90, 113, 114, and 117.
標的細菌
クロストリジウム・ディフィシル菌株は、その病原性によって、パルスゲル電気泳動により非常に幅広い患者から単離された。BI/NAP1 またはリボタイプ 027菌株の異常増殖毒素は、トキシンA及びトキシンBの発現レベルを抑制的に調整するtcdC遺伝子の機能を欠いている結果、猛毒性である(McDonald et al.,2005)。
The target bacterium Clostridium difficile strain, due to its pathogenicity, was isolated from a very wide range of patients by pulse gel electrophoresis. The abnormally grown toxins of BI / NAP1 or ribotype 027 strains are highly toxic as a result of the lack of the function of the tcdC gene that suppressively regulates the expression levels of toxin A and toxin B (McDonald et al., 2005).
事実、tcdCの変異誘発遺伝子を内包しているクロストリジウム・ディフィシル菌株は、医療施設内や施設間で流行性の広がりを示してきた。これら流行性の猛毒株は、特に重要な標的細菌であり、従来からの抗生物質治療開始の前または直後の経口投与によってキャリア患者の胃腸管から予防的に排除できることが重要である。野生型レベルのトキシンA及びトキシンBを産生するクロストリジウム・ディフィシル細菌は、潜在的には致死性であり、特に50歳以上の患者には合併症を伴うため非常に重要な標的病原体である(BartlettJG,2002)。 In fact, Clostridium difficile strains harboring a tcdC mutagenesis gene have been spreading in medical facilities and between facilities. These epidemic highly toxic strains are particularly important target bacteria, and it is important that they can be prophylactically eliminated from the gastrointestinal tract of carrier patients by oral administration before or immediately after the start of conventional antibiotic treatment. Clostridium difficile bacteria that produce wild-type levels of toxin A and toxin B are potentially lethal and are very important target pathogens, especially complications for patients over 50 years old (BartlettJG , 2002).
クロストリジウム・ディフィシル菌株が持つ標的物表面に付着できる病毒性またはS層タンパク質のような適応因子、流行性などの因子は、菌株が流行性産生であるか否かにかかわらず、もしこれら因子が、標的とするR型バクテリオシンへの対抗勢力として現れるなら、そのような病原体に、かれらの病毒性または適応因子を解決させる魅力的な手段を与える。ディフォシンRBDの高い特異性のために、クロストリジウム・ディフィシル菌以外の生命体は標的ではなく、胃腸管の共生細菌―正常な消化機能及び健康に必要な細菌に、付随的な傷害を引き起こさないので、これらの点は、ディフォシンの特異的で強力な利点となる。 Factors such as virulence that can be attached to the target surface of Clostridium difficile strains, adaptation factors such as S-layer proteins, and epidemics, regardless of whether or not the strain is epidemic, Such pathogens provide an attractive means of resolving their virulence or adaptation factors if they appear as a counter-force against the targeted R-type bacteriocin. Because of the high specificity of diffocin RBD, life forms other than Clostridium difficile are not targets, and the symbiotic bacteria of the gastrointestinal tract—as they do not cause collateral damage to normal digestive functions and bacteria necessary for health, These points are the specific and powerful advantages of diffocin.
「感染」は、部位または組織または非細菌細胞における細菌の増殖を指し、そこでは細菌は、現実的にまたは潜在的に、その部位または組織または非細菌細胞に疾患または症候を引き起こす。感染治療には、薬物、材料物、プロデューサー細胞、またはdif43593のようなディフォシンを産生する無害化クロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞を伴う予防的治療を含めてよい。治療対象には、非限定的だが、提供された臓器、組織、及び細胞、人工呼吸器や透析機のような医療機器、手術中または術後の傷を含む。他の使用例として、さらなる増殖の問題を引き起こす標的細菌の除去を含む。追加的な実施形態において、hmwバクテリオシンを、食物、植物、または細菌感染または混入した植物の収穫物の治療に、または標的細菌の医療または商業施設のような場所における環境発生の治療に使用される。 “Infection” refers to the growth of bacteria in a site or tissue or non-bacterial cell, where the bacteria cause, or potentially cause, a disease or symptom in that site or tissue or non-bacterial cell. Infection treatment may include prophylactic treatment with spores of detoxifying Clostridium difficile producing a diffocin such as a drug, material, producer cell, or diff43593. Subjects to be treated include, but are not limited to, donated organs, tissues, and cells, medical devices such as ventilators and dialysis machines, and wounds during or after surgery. Other uses include the removal of target bacteria that cause further growth problems. In additional embodiments, hmw bacteriocin is used to treat food, plant, or harvest of bacterial infections or contaminated plants, or to treat environmental developments in locations such as target bacterial medical or commercial facilities. The
本開示の記述として、抗菌性のR型バクテリオシンは、特定細菌群の増殖、残存、または複製を抑制するために使用してよい。その細菌群は、病原性または環境に有害な菌株であり、または予防的方法で治療されていてもよい。一般に病原性微生物は疾患を引き起こし、時として特定の状況下でのみ引き起こす。 As a description of the present disclosure, an antibacterial R-type bacteriocin may be used to inhibit the growth, persistence, or replication of specific bacterial populations. The bacterial group may be a pathogenic or environmentally harmful strain or may be treated in a prophylactic manner. In general, pathogenic microorganisms cause disease, sometimes only under certain circumstances.
ディフォシンの調製及び使用
ディフォシンは、約1千万ダルトンの粒子であり、そして差動遠心分離、差分ろ過、水性二相分離、ポリエチレングリコール (PEG) 沈殿物及び/またはバイオ医薬品グレード経口抗菌薬を作成するイオン交換クロマトグラフィーによって分離及び精製できる。R型バクテリオシンは、凍結−解凍に安定であることがわかっており、乾燥噴霧で安定な製剤を作成することができる。
Preparation and use of diffocin Diffocin is a particle of approximately 10 million daltons and creates differential centrifugation, differential filtration, aqueous two-phase separation, polyethylene glycol (PEG) precipitates and / or biopharmaceutical grade oral antimicrobials Can be separated and purified by ion exchange chromatography. R-type bacteriocin has been shown to be stable to freeze-thaw and a stable formulation can be made by dry spray.
本発明のいくつかの実施形態において、R型hmwバクテリオシンの産生法を提供する。本方法は、当該R型バクテリオシンの発現を導く濃度での誘導剤に感受性のある誘導プロモーターに遺伝子操作でリンクしている核酸配列であり、R型hmwバクテリオシンをコードする前記核酸配列にプロデューサー細胞を暴露し、そして発現したR型バクテリオシンを精製する方法を含む。一つの態様において、当該R型高分子量(hmw)バクテリオシンは、配列番号2−23または配列番号49及び62−80からなる遺伝子群から選ばれる一つまたはそれ以上のポリペプチドを含む。当該核酸分子は、プロデューサー細胞の天然の核酸に対して異種であり、及びプロデューサー細胞の染色体に含まれるかまたは、エピゾーム発現ベクターに含まれていてよい。 In some embodiments of the invention, methods for producing R-type hmw bacteriocin are provided. The method comprises a nucleic acid sequence genetically linked to an inducible promoter sensitive to an inducing agent at a concentration that induces expression of said R-type bacteriocin, the producer encoding said nucleic acid sequence encoding R-type hmw bacteriocin Methods of exposing the cells and purifying the expressed R-type bacteriocin. In one embodiment, the R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin comprises one or more polypeptides selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2-23 or SEQ ID NOs: 49 and 62-80. The nucleic acid molecule is heterologous to the producer cell's natural nucleic acid and may be contained in the producer cell's chromosome or in an episomal expression vector.
目標とした強力な殺菌薬のように、ディフォシンは、ヒト及び他の動物の下方胃腸管からクロストリジウム・ディフィシル菌を排除、または非定住化し、その結果としてCDADを防ぐために使用される。広い範囲の殺菌スペクトルをもつ抗生物資で治療された動物及びヒトは、もしクロストリジウム・ディフィシル菌に感染した場合には、潜在的に致命的なCDADを発症する高いリスクにさらされる。非定住化は、健康な胃腸管の細菌叢を温存させるために、ディフォシンの特に魅力的な効用である。加えて、ディフォシンは、急性 CDAD の病原体の負荷を減らすため及び/またはCDADの高い発症率または再発または他の療法による治療成功後の再発を減らすために、プロデューサー細胞またはディフォシン産生能力のある無毒化したクロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞を、直接または間接に投与することができる。 Like the targeted powerful bactericides, diffocin is used to eliminate or non-settle Clostridium difficile from the lower gastrointestinal tract of humans and other animals and consequently prevent CDAD. Animals and humans treated with antibiotics with a broad spectrum of bactericidal spectrum are at high risk of developing potentially fatal CDAD if infected with Clostridium difficile. Non-settlement is a particularly attractive utility of diffocin to preserve healthy gastrointestinal flora. In addition, diffocin is a detoxifier capable of producing producer cells or diffocin to reduce the pathogen burden of acute CDAD and / or reduce the high incidence or recurrence of CDAD or recurrence after successful treatment with other therapies. The Clostridium difficile spores can be administered directly or indirectly.
投与様式
胃と上部十二指腸に送られたR型バクテリオシンは、通常そこで機能している酸性度のpH4.0またはそれ以下で不活性化する。しかしながら、下部胃腸管に主に定住している標的の病原性細菌に到達するためには、ディフォシンが上部胃腸管を通過しなくてはならない。このような場合に、上部胃腸管の酸とプロテアーゼからの影響を受けやすい薬剤を保護し、そして遠部の上部胃腸管または下部胃腸管 に活性状態のその薬剤を送り届けるためのひとつまたは複数の公知の方法で、ディフォシンを処方できる。加えて、動物は、R型バクテリオシンの経口投与の前に胃の酸性化を防ぐために、シメチジンやプロトンポンプ阻害薬などの抗ヒスタミン薬で治療できる。このように、正常なまたは薬で酸性化を防いでいる胃腸を持つヒトまたは動物に、適切に処方されたディフォシン、ディフォシンを産生することができるプロデューサー細胞、またはディフォシン産生の無毒クロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞を経口投与することで、病原細菌の定住部へ送り届けて効果を有効にする。腸内移動時間によって、ディフォシンの直接または間接の経口投与の頻度は、6時間、12時間、18時間、24時間、1週間、または一か月ごとでよい。ディフォシンはまた、CDAD発症患者、または最近CDADから回復した患者に対しは、前記と同じかもしくはそれ以上の頻度で投与されてよい。特に発症中のCDADの管理においては、直腸への坐剤、浣腸、または大腸灌流のたびに、ディフォシンが直接または間接に調剤され及び経口投与されてよい。
Mode of Administration R-type bacteriocin delivered to the stomach and upper duodenum is inactivated at an acidity of pH 4.0 or less, which is normally functioning there. However, in order to reach the target pathogenic bacteria that mainly settle in the lower gastrointestinal tract, diffocin must pass through the upper gastrointestinal tract. In such cases, one or more known methods for protecting sensitive agents from acids and proteases in the upper gastrointestinal tract and delivering the active agent to the remote upper or lower gastrointestinal tract In this way, diffocin can be prescribed. In addition, animals can be treated with antihistamines such as cimetidine and proton pump inhibitors to prevent stomach acidification prior to oral administration of R-type bacteriocin. In this way, a properly prescribed diffocin, a producer cell capable of producing diffocin, or a non-toxic Clostridium difficile bacterium producing diffocin, in a normal or drug-resistant human or animal with a gastrointestinal intestinal acidification By orally administering the spore, it is delivered to the settled part of the pathogenic bacteria and the effect is made effective. Depending on the intestinal transit time, the frequency of direct or indirect oral administration of diffocin may be every 6 hours, 12 hours, 18 hours, 24 hours, 1 week, or 1 month. Diffocin may also be administered to CDAD-onset patients or patients who have recently recovered from CDAD at the same or higher frequency. Particularly in the management of onset CDAD, diffocin may be dispensed directly or indirectly and administered orally for each rectal suppository, enema, or colon perfusion.
本開示の遺伝子組換えディフォシンは、細菌感染また細菌混入の疑いで傷害を受け、傷害と診断され、またはそう疑われるいかなる被検体に対しても投与してよい。非限定例として、そのような被検体には、動物 (哺乳類、爬虫類、両生類、鳥、魚) 種だけでなく、昆虫、植物、菌類も含む。非限定的な、個々の哺乳類の例として、人間、ヒト以外の霊長類、牛、豚、山羊、及び羊などの農業関連の種、マウスやラットなどのげっ歯類、愛玩、展示、ショーなどの犬、猫、モルモット、ウサギ、及び馬などの動物、そして犬や馬などの作業用動物を含む。非限定的な、個々の鳥類の例として、鶏、アヒル、ガチョウ、オウムやインコのような愛玩またはショーのための鳥を含む。本開示の遺伝子組換えディフォシンで治療される動物被検体はまた、四足や 二足の、水生動物、脊椎動物、無脊椎動物、昆虫類を含んでもよい。 The genetically modified diffocins of the present disclosure may be administered to any subject who is injured, diagnosed or suspected of having a bacterial infection or contamination. By way of non-limiting example, such subjects include not only animal (mammals, reptiles, amphibians, birds, fish) species, but also insects, plants, fungi. Non-limiting examples of individual mammals include humans, non-human primates, cattle, pigs, goats, sheep and other agricultural species, mice and rats, rodents, pets, exhibits, shows, etc. Including animals such as dogs, cats, guinea pigs, rabbits, and horses, and work animals such as dogs and horses. Non-limiting examples of individual birds include pets or show birds such as chickens, ducks, geese, parrots and parakeets. Animal subjects to be treated with the recombinant diffocin of the present disclosure may also include quadruped or biped, aquatic animals, vertebrates, invertebrates, insects.
いくつかの実施形態において、治療される被検体は、まだ未成熟の人間の子供や他の若い動物などである。このように、本開示は、本開示のディフォシンに感受性の強い細菌または他の微生物の感染である小児条件の治療を含む。 In some embodiments, the subject to be treated is a still immature human child or other young animal. Thus, the present disclosure includes treatment of pediatric conditions that are infections of bacteria or other microorganisms that are sensitive to the diffocins of the present disclosure.
本開示は、日和見感染症の治療または予防に関して、ヒトまたはヒト以外の動物の微生物叢に存在する細菌の望ましくない増殖に起因する結果を提供する。日和見感染症は、被検体の免疫が抑制された状態の結果または泌尿生殖器 (GU) または胃腸 管(GI)の共生細菌叢を変える抗生物質治療の結果である。本開示はまた免疫抑制状態の被検体及び他の医薬品に暴露された被検体の治療または予防の結果を提供する。抗菌活性をもつディフォシンは、非限定的な例としての抗生物質や抗真菌薬のような、他の抗菌または抗微生物剤との組み合わせで使用してよい。「抗微生物剤」は、単細胞生物の成長または死滅のために使用可能な製剤または成分である。抗微生物剤は、抗生物質、化学療法薬、抗体(補体を含むまたは含まない)、DNA、RNA、 タンパク質、脂質、または細胞壁合成または機能の化学抑制剤を含む。 The present disclosure provides results for the treatment or prevention of opportunistic infections due to unwanted growth of bacteria present in the microflora of humans or non-human animals. Opportunistic infections are the result of a subject's immune suppression or antibiotic treatment that alters the urogenital (GU) or gastrointestinal (GI) symbiotic flora. The present disclosure also provides the results of treatment or prevention of immunosuppressed subjects and subjects exposed to other pharmaceutical agents. Diffocins with antibacterial activity may be used in combination with other antibacterial or antimicrobial agents, such as, but not limited to, antibiotics and antifungal agents. An “antimicrobial agent” is a formulation or ingredient that can be used for the growth or death of a unicellular organism. Antimicrobial agents include antibiotics, chemotherapeutic agents, antibodies (with or without complement), DNA, RNA, proteins, lipids, or chemical inhibitors of cell wall synthesis or function.
いくつかの実施形態において、ディフォシン、プロデューサー細胞、またはディフォシン産生能力のある無毒化されたクロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞は、「製薬上許容される医薬品添加物」、腸溶性コーティングまたはキャリアとともに処方される。そのような成分は、ヒト、動物、および/または植物に過度の副作用なしで適切に使用できるものである。非限定的な副作用の例として、毒性、刺激性、及び/またはアレルギー反応を含む。当該医薬品添加物またはキャリアは、合理的な利点/リスク比に相応している典型的なものである。非限定的な製薬上適切なキャリアは、滅菌水溶液や非水溶液、懸濁液、及びエマルジョンを含む。非限定的な例として、リン酸緩衝生理食塩水、水、油/水エマルジョンなどのエマルジョン、及びさまざまな種類の湿潤剤など標準的な医薬品添加剤を含む。非水溶液の例として、プロピレングリコール、ポリエチレング リコール、オリーブオイルなどの植物油、及びオレイン酸エチルなどの注射用の有機エステルがある。水溶性キャリアは、水、アルコール/水溶液、エマルションまたは懸濁液、生理食塩水を含んだ緩衝溶媒を含む。非経口輸液は、塩化ナトリウム溶液、リンゲル液ブドウ糖、ブドウ糖と塩化ナトリウム、乳酸リンゲル液または固定油を含む。静脈内輸液は、液体の栄養補充薬、電解質 (リンゲル液ブドウ糖を基にしたものなど)などを含む。 In some embodiments, diffocin, producer cells, or diffocin-producing detoxified Clostridium difficile spores are formulated with a “pharmaceutically acceptable pharmaceutical additive”, enteric coating or carrier. . Such an ingredient is one that can be suitably used in humans, animals, and / or plants without undue side effects. Non-limiting examples of side effects include toxicity, irritation, and / or allergic reactions. Such pharmaceutical excipients or carriers are typical which correspond to a reasonable benefit / risk ratio. Non-limiting pharmaceutically suitable carriers include sterile aqueous and non-aqueous solutions, suspensions, and emulsions. Non-limiting examples include standard pharmaceutical additives such as phosphate buffered saline, water, emulsions such as oil / water emulsions, and various types of wetting agents. Examples of non-aqueous solutions are propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable organic esters such as ethyl oleate. Water soluble carriers include water, alcohol / water solutions, emulsions or suspensions, buffered solvents including saline. Parenteral infusions include sodium chloride solution, Ringer's solution glucose, dextrose and sodium chloride, lactated Ringer's solution or fixed oil. Intravenous fluids include liquid nutritional supplements, electrolytes (such as those based on Ringer's glucose).
本明細書で開示される追加の処方及び製薬成分は、細菌性病原体に特化した単離されたディフォシンからなり、2種、3種、5種、10種、または20種またはそれ以上の異なるディフォシンの混合物、プロデューサー細胞または同じ細菌性病原体を標的とする複数のディフォシン産生能力を持つ無毒化したクロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞からなり、及び異なる細菌性病原体または同じ細菌性病原体の異なる菌株の2種、3種、5種、10種、または20種またはそれ以上の混合物を標的とする複数のディフォシン産生能力を持つ無毒化したクロストリジウム・ディフィシル菌の芽胞からなる。 Additional formulations and pharmaceutical ingredients disclosed herein consist of isolated diffocins specialized for bacterial pathogens, 2, 3, 5, 10 or 20 or more different A mixture of diffocins, producer cells or detoxified Clostridium difficile spores with the ability to produce multiple diffocins targeting the same bacterial pathogen and two different bacterial pathogens or different strains of the same bacterial pathogen It consists of detoxified Clostridium difficile spores with the ability to produce multiple diffocins that target a mixture of 3, 5, 10, or 20 or more mixtures.
随意的であるが、本開示のディフォシンまたはプロデューサー細胞からなる成分は、当該分野で公知の手段を使用した乾燥または凍結乾燥で噴霧してよい。 Optionally, the components comprising the diffocin or producer cells of the present disclosure may be sprayed by drying or lyophilization using means known in the art.
ディフォシンは、通常は「安全かつ効果的な」量と濃度で使用される。「安全で効果的な」量と濃度とは、前述のような過度の副作用無しで目的の治療応答を示すのに十分な分量を指す。ディフォシンはまた、「治療に効果的な」 量と濃度で使用される。「治療に効果的な」 量と濃度とは、非限定的であるが、細菌の細胞分裂の速度を遅くする、または細菌の細胞分裂の停止が発生する、または細菌増殖率を止めたり減少させたりするなどの、目的の治療応答を生成するのに効果的な分量を指す。安全かつ効果的な量または治療や予防に効果的な量は、多様な要因により変動するが、熟練した実務者によって過剰な実験を行わなくても容易に決定されるであろう。非限定的な要因の例として、治療中の特別な条件、被検体(治療対象)の物理的な条件、治療されている被検体のタイプ、治療期間、(もしあれば)同時療法、及び採用されている特定の処方を含む。 Diffocins are usually used in “safe and effective” amounts and concentrations. “Safe and effective” amounts and concentrations refer to an amount sufficient to exhibit the desired therapeutic response without undue side effects as described above. Diffocin is also used in “therapeutically effective” amounts and concentrations. “Therapeutically effective” amounts and concentrations are, but are not limited to, slow down the rate of bacterial cell division, stop bacterial cell division, or stop or reduce bacterial growth rate. Refers to the amount effective to produce the desired therapeutic response. A safe and effective amount or an amount effective for treatment or prevention will vary depending on a variety of factors, but will be readily determined by the skilled practitioner without undue experimentation. Examples of non-limiting factors include the special condition being treated, the physical condition of the subject (the subject to be treated), the type of subject being treated, the duration of the treatment, simultaneous therapy (if any), and adoption Includes specific prescriptions that are being made.
一般的に記述される本発明の対象事項は、図示により提供される以下の実施例を参照としてより容易に理解され、及びそれら実施例は、特定されている場合を除き、本開示内容の制約を意図してはいない。 The subject matter of the present invention that is generally described will be more readily understood with reference to the following examples, provided by way of illustration, and these examples are not intended to be limiting of the present disclosure except as specified. Not intended.
1.ディフォシン殺菌活性の決定
クロストリジウム・ディフィシル培養菌を、フォーマサイエンティフィック環境チャンバー(Forma Scientific environmental chamber)の中で、10% の CO2、10%H2、80%N2 雰囲気の厳密な嫌気環境下で培養した。すべての媒体、バッファー、及びプレートは、少なくとも使用の 24 時間前からこの雰囲気中で無酸素状態にした。クロストリジウム・ディフィシル菌選択性寒天培地プレート(BD Diagnostics,BBL Cat.222228)、の上に培養菌を筋状につけ、37℃で二日間培養した。これらプレートを、周囲の温度で嫌気状態を保つように格納した。
1. Determination of diffocin bactericidal activity Clostridium difficile cultures are subjected to a 10% CO 2 , 10% H 2 , 80% N 2 atmosphere in a strict anaerobic environment in a Forma Scientific environmental chamber. In culture. All media, buffers, and plates were oxygen-free in this atmosphere for at least 24 hours prior to use. The culture was streaked on a Clostridium difficile selective agar plate (BD Diagnostics, BBL Cat. 222228) and cultured at 37 ° C. for 2 days. These plates were stored to maintain anaerobic conditions at ambient temperature.
ディフォシンを誘導するために、クロストリジウム・ディフィシル菌を、ブルセラ菌溶媒(Difco)を使った液体培養菌の中で、無振とうの37℃で増殖した。OD600が約0.2の時点で、マイトマイシンCを、最終濃度が3μg/mlになるように添加した。そして培養菌を3−16時間培養した。当該培養菌の目視の透明性確認(clearing)で細菌の溶解を検出した。 To induce diffocin, Clostridium difficile was grown at 37 ° C. without shaking in a liquid culture using Brucella solvent (Difco). When the OD 600 was about 0.2, mitomycin C was added to a final concentration of 3 μg / ml. The culture was then cultured for 3-16 hours. Bacterial lysis was detected by visual clearing of the culture.
培養菌を嫌気性チャンバーから移動し、5,000xgの遠心分離で死滅細菌を除去した。培養上清を 0.2μm の酢酸セルロース シリンジ フィルターに通した。当該ディフォシンの沈殿物を得るために、濾液を90,000xgで2時間遠心分離した。体積を元の1/50にした沈殿物を、10mMでpH7.5のトリス緩衝液、50mMの塩化ナトリウム液、3%のマンニトール液中で再懸濁した。 The culture was removed from the anaerobic chamber and killed bacteria were removed by centrifugation at 5,000 × g. The culture supernatant was passed through a 0.2 μm cellulose acetate syringe filter. The filtrate was centrifuged at 90,000 × g for 2 hours to obtain the diffocin precipitate. The precipitate made up to 1/50 the volume was resuspended in 10 mM Tris buffer pH 7.5, 50 mM sodium chloride solution, 3% mannitol solution.
標的菌株を、37℃のブルセラ菌培養液中で増殖した。100μlの培養菌を、5mlの予熱し、無酸素状態にし、ブルセラ菌で覆った寒天培地(0.5%寒天)に添加し、ブルセラ菌プレート(1.5%寒天)に流入し、そして固化させた。5μlのディフォシン調製液のサンプルを、前記プレートに斑点滴下し、そして空気乾燥(30分)にさらした。それらのプレートを37℃で一晩、嫌気状態で培養した。抗菌活性を、サンプルを供与した菌叢の位置や斑点の場所での透明性確認、または菌増殖の有無によって決定した。 The target strain was grown in Brucella culture at 37 ° C. Add 100 μl culture to 5 ml preheated, oxygen-free, agar medium (0.5% agar) covered with Brucella, flow into Brucella plate (1.5% agar) and solidify I let you. A sample of 5 μl of diffocin preparation was spotted onto the plate and exposed to air drying (30 minutes). The plates were cultured at 37 ° C. overnight under anaerobic conditions. Antibacterial activity was determined by confirming the transparency at the location of the flora to which the sample was donated and the location of the spots, or by the presence or absence of bacterial growth.
2.Cd16ディフォシン遺伝子座のクローニング
DNAゲノムの454シーケンス解析装置によりクロストリジウム・ディフィシル菌Cd16ゲノムの配列概要を得た。Dif16全遺伝子座または遺伝子クラスター(配列番号1)を、Cd630菌株(上記参照)との比較によって特定した。
2. Cloning of the Cd16 diffocin locus A sequence overview of the Cd16 genome of Clostridium difficile was obtained using a DNA genome 454 sequence analyzer. The Dif16 whole locus or gene cluster (SEQ ID NO: 1) was identified by comparison with the Cd630 strain (see above).
バックボーンBACベクターの調製。開始ベクターは、pETcoco1(Novagen)であった。このベクターから二つの酵素XhoIを除去するために、酵素BbsI末端を持つプライマーAV1419(配列番号24)及びAV1420(配列番号25)で改変した。除去のために、これらのプライマーを用いて特定領域をpETcoco1DNAから増幅し、次いで、そのPCR生成物をBbsIで切断し、その前にXhoIで切断されたより長いpETcoco1ベクター断片に連結し直した。この連結(ライゲーション)でpETcoco1の二つのXhoI部を破壊した。この後者プラスミドを、プライマーAV1416(配列番号26)及びAV1245(配列番号27)を使用してEcoRIを破壊するという同様のやり方で、さらに改変した。その結果えられたベクターをSW251と呼ぶ。 Preparation of backbone BAC vector. The starting vector was pETcoco1 (Novagen). In order to remove the two enzymes XhoI from this vector, it was modified with primers AV1419 (SEQ ID NO: 24) and AV1420 (SEQ ID NO: 25) with the enzyme BbsI ends. For removal, specific regions were amplified from pETcoco1 DNA using these primers, and then the PCR product was cut with BbsI and religated to a longer pETcoco1 vector fragment previously cut with XhoI. This ligation destroyed two XhoI parts of pETcoco1. This latter plasmid was further modified in a similar manner to destroy EcoRI using primers AV1416 (SEQ ID NO: 26) and AV1245 (SEQ ID NO: 27). The resulting vector is called SW251.
ディフォシン遺伝子クラスターの断片を受容するpUC19ベクターの調製。ポリリンカーpUC19(New England BioLabs)を、EcoRI及びHindIIIによる分解とオリゴAV1372(配列番号28)、AV1373(配列番号29)、AV1374(配列番号30)、及びAV1375(配列番号31)との連結により改変した。この改変により、当該ポリリンカーは、NotI−NheI−KpnI−XhoI−EcoRV−BstBI−BbsI−EcoRI−NsiI−SphI−BamHi−AscIに変化した。これをSW232と呼ぶ。 Preparation of a pUC19 vector that accepts a fragment of the diffocin gene cluster. Polylinker pUC19 (New England BioLabs) was modified by degradation with EcoRI and HindIII and ligation with oligos AV1372 (SEQ ID NO: 28), AV1373 (SEQ ID NO: 29), AV1374 (SEQ ID NO: 30), and AV1375 (SEQ ID NO: 31) did. This modification changed the polylinker to NotI-NheI-KpnI-XhoI-EcoRV-BstBI-BbsI-EcoRI-NsiI-SphI-BamHi-AscI. This is called SW232.
ディフォシン遺伝子クラスターのSW232へのクローニング。ディフォシン遺伝子クラスター(配列番号1)の三つの断片のそれぞれを、Cd16DNAからのPCRで増幅した。5′断片(配列番号32)を、各々NotI及びXhoI末端のプライマー1368(配列番号35)及び1289(配列番号36)で増幅した。中間断片(配列番号33)各々XhoI及びEcoRI末端のプライマーAV1288(配列番号37)及びAV1366(配列番号38)で増幅した。3′断片(配列番号34)を、各々EcoRIおよびBamHI末端のプライマーAV1367(配列番号39)及びAV1300(配列番号40)で増幅した。これら三つのPCR断片を分けて、SW232にクローン化した。当該5′、中間、3′タンパク質をそれぞれSW241、SW242、SW243と呼ぶ。 Cloning of the diffocin gene cluster into SW232. Each of the three fragments of the diffocin gene cluster (SEQ ID NO: 1) was amplified by PCR from Cd16 DNA. The 5 'fragment (SEQ ID NO: 32) was amplified with NotI and XhoI terminal primers 1368 (SEQ ID NO: 35) and 1289 (SEQ ID NO: 36), respectively. The intermediate fragment (SEQ ID NO: 33) was amplified with XhoI and EcoRI terminal primers AV1288 (SEQ ID NO: 37) and AV1366 (SEQ ID NO: 38), respectively. The 3 'fragment (SEQ ID NO: 34) was amplified with EcoRI and BamHI end primers AV1367 (SEQ ID NO: 39) and AV1300 (SEQ ID NO: 40), respectively. These three PCR fragments were separated and cloned into SW232. The 5 ′, intermediate, and 3 ′ proteins are referred to as SW241, SW242, and SW243, respectively.
ディフォシン遺伝子クラスターのBAC SW251へのクローニング。前記ディフォシン遺伝子クラスター( SW241、SW242、及び SW243に取り込まれている)3断片の各々を、大腸菌にクローニングによって増殖し、及び精製し、SW241、SW242、及びSW243ベクターから切り取った。SW241をNotI及びXhoIで分解し、SW242をXhoI及びEcoRIで分解し、そして SW243をEcoRI及びAscIで分解した。(AscI部は、上述の改変SW232ポリリンカーの一部であることに留意のこと) Cloning of diffocin gene cluster into BAC SW251. Each of the three fragments of the diffocin gene cluster (incorporated into SW241, SW242, and SW243) was propagated by cloning into E. coli and purified and excised from the SW241, SW242, and SW243 vectors. SW241 was decomposed with NotI and XhoI, SW242 was decomposed with XhoI and EcoRI, and SW243 was decomposed with EcoRI and AscI. (Note that the AscI part is part of the modified SW232 polylinker described above)
これら3つの断片を、NotI及びAscIで、最初に分解した SW251に組み込んだ。その結果のプラスミドをDG461と呼び、そしてdif16全遺伝子クラスターを含んでいた。それを、大腸菌で増幅した。 These three fragments were incorporated into SW251 which was first digested with NotI and AscI. The resulting plasmid was called DG461 and contained the dif16 whole gene cluster. It was amplified with E. coli.
枯草菌発現のためのディフォシン組み込みベクターの作成。クローニング/プロモーター部及びスペクチノマイシン耐性遺伝子に隣接するamyE遺伝子の部位を含む枯草菌組み込みベクター、pDR111、を使用した。 Creation of diffocin integration vector for Bacillus subtilis expression. A Bacillus subtilis integration vector, pDR111, containing the cloning / promoter part and the site of the amyE gene adjacent to the spectinomycin resistance gene was used.
前記pDR111ポリリンカーを、HindIII及びSphIで分解して、そしてオリゴDG1(配列番号41)及びDG2(配列番号42)に連結して改変した。この過程で、NotI及びAscI 部をpDR111に加えた。当該改変されたポリリンカーを伴うamyE全遺伝子の前後部を含む領域を、プライマーDG9(配列番号43)及びDG10(配列番号44)を使用して増幅したが、この両方がBsaI末端を有する。この断片をSW251のNotI及びAscI部に結合し(結果、前記2部位の破壊になる)、そしてDG487を創出した。当該pDR111誘導の改変ポリリンカーの挿入によって、DG487に新規のNotI及びAscIが導入されたことに留意すべきである。 The pDR111 polylinker was modified by digestion with HindIII and SphI and ligation to oligos DG1 (SEQ ID NO: 41) and DG2 (SEQ ID NO: 42). In this process, NotI and AscI parts were added to pDR111. A region including the front and back of the entire amyE gene with the modified polylinker was amplified using primers DG9 (SEQ ID NO: 43) and DG10 (SEQ ID NO: 44), both of which have a BsaI end. This fragment was ligated to the NotI and AscI parts of SW251 (resulting in the destruction of the two sites) and created DG487. It should be noted that new NotI and AscI were introduced into DG487 by insertion of the pDR111-derived modified polylinker.
大腸菌内でのDG487の増殖の後、DG461からのNotI/AscI断片含有のディフォシンクラスターを活性化し、DG487のNotI/AscI部にクローン化した。この新規構築物をDG488と名付け、ディフォシン全遺伝子クラスターを枯草菌に産生させるためのベクターとして使用した(以下参照)。 After propagation of DG487 in E. coli, the diffocin cluster containing the NotI / AscI fragment from DG461 was activated and cloned into the NotI / AscI part of DG487. This new construct was named DG488 and was used as a vector for causing Bacillus subtilis to produce the entire diffocin gene cluster (see below).
3.枯草菌におけるディフォシン全遺伝子クラスターの発現
天然のディフォシンプロデューサーは、クロストリジウム・ディフィシル菌であり、偏性嫌気性菌である。もし、たとえ微量であっても酸素に暴露されたら、クロストリジウム・ディフィシル菌は芽胞を形成し、すみやかに死滅する。培養されたクロストリジウム・ディフィシル菌からたとえ微量のディフォシンであっても、それを生み出すことは困難で、毒性となり、そして予防や治療に有効なディフォシンの分量を確実に産生することは、求められる厳格な嫌気性条件下でも実現しない。適切な方法で、クロストリジウム・ディフィシル菌からのディフォシンの全遺伝子をまず同定し、及び分子のクローニングで単離し、そしてさらなる遺伝子組換え及び産生のために、当該クラスターを嫌気性グラム陽性菌である枯草菌に導入した。
3. Expression of the entire diffocin gene cluster in Bacillus subtilis The natural diffocin producer is Clostridium difficile, an obligate anaerobe. If exposed to oxygen, even in trace amounts, Clostridium difficile bacteria form spores and quickly die. It is difficult to produce even small amounts of diffocin from cultured Clostridium difficile, it is difficult to produce, is toxic, and it is required to produce a diffocin amount effective for prevention and treatment. Not realized even under anaerobic conditions. In an appropriate manner, the entire gene for diffocin from Clostridium difficile is first identified and isolated by molecular cloning, and the cluster is anaerobic Gram-positive hay for further genetic recombination and production Introduced into the fungus.
枯草菌組み込みベクター、DG488、を実施例2の記述のように作成し、そしてディフォシン遺伝子座の全22,827の塩基(配列番号1)を含ませた。枯草菌ゲノムに当該ディフォシン遺伝子クラスターを再組み付けするために、このベクターを使用した。 A Bacillus subtilis integration vector, DG488, was made as described in Example 2 and included a total of 22,827 bases (SEQ ID NO: 1) of the diffocin locus. This vector was used to reassemble the diffocin gene cluster into the Bacillus subtilis genome.
枯草菌受容株はBDR123であり、amyE遺伝子内に挿入されたクロラムフェニコール耐性マーカーを持っていた。この株をDG488に形質転換した時に、当該ベクターとamyEゲノム配列内で、amyE配列の前後で組み換えが起こった。これは、当該ディフォシン遺伝子座およびスペクチノマイシン耐性遺伝子を含むDG488のamyE遺伝子の前後領域間の全配列が、BDR123ゲノムに挿入された結果であった。成功した組換え遺伝子は、スペクチノマイシン耐性であったが、組換えの結果、遺伝子マーカーを失ったために、クロラムフェニコールに感受性を有していた。この枯草菌株を、BDR123−488と名付けた。 The Bacillus subtilis recipient strain was BDR123, which had a chloramphenicol resistance marker inserted into the amyE gene. When this strain was transformed into DG488, recombination occurred before and after the amyE sequence within the vector and the amyE genomic sequence. This was the result of the insertion of the entire sequence between the DG488 amyE gene, including the diffocin locus and the spectinomycin resistance gene, into the BDR123 genome. The successful recombinant gene was spectinomycin resistant but was sensitive to chloramphenicol because it lost the genetic marker as a result of recombination. This Bacillus subtilis strain was named BDR123-488.
当該ディフォシンの全遺伝子座を、DG488ベクター(実施例2)に挿入し、それゆえにその全体がBDR123−488に挿入された。この挿入ディフォシンの全遺伝子座は、クロストリジウム菌の通常の発現に必要な全ての調整遺伝子を含んでおり、そしてディフォシン粒子の構造遺伝子は、これらの遺伝子及び/または調整要素が制御されていた。枯草菌およびクロストリジウム菌は細菌なので、これらのディフォシンの調整要素は、その自然な状態として、枯草菌のバックグラウンドで機能し、RecAのメカニズムを介した DNA損傷によって誘導される、と推測された。事実、推測通り、ディフォシン粒子の産生は、DNA損傷剤マイトマイシンCとの接触によってBDR123−488内で誘導され、及びCd19099菌株を死滅させた(図7)。 The entire diffocin locus was inserted into the DG488 vector (Example 2) and therefore was inserted in its entirety into BDR123-488. The entire locus of the inserted diffocin contained all the regulatory genes required for normal expression of Clostridium bacteria, and the structural gene of the diffocin particle had these genes and / or regulatory elements controlled. Since Bacillus subtilis and Clostridium are bacteria, it has been speculated that these regulatory elements of diffocin function in the background of Bacillus subtilis and are induced by DNA damage through the mechanism of RecA. In fact, as speculated, production of diffocin particles was induced in BDR123-488 by contact with the DNA damaging agent mitomycin C and killed Cd19099 strain (FIG. 7).
ディフォシン調整遺伝子(ORF1359、1360、1361)は、構造遺伝子に関連した遺伝子座の5′領域にあった。また調整遺伝子(ORF1377(配列番号20)、1378(配列番号21)、及び1379(配列番号23))が、下流の構造遺伝子に関連した遺伝子座の3′領域にもあった。後者のこうした調整遺伝子を排除するために、一本鎖のスリーウェイ連結でDG488からDG491を生成した。一つのPCR断片を、プライマーDG13(配列番号45)及びDG14(配列番号46)を使用したPCR増幅によってDG488から作成し、そしてその他断片を、プライマーDG15(配列番号47)及びDG16(配列番号48)を使用したPCR増幅によって作成した。両PCR断片を、AscIとSphIで分解した。DG488をSphIで分解し、DG491を産生するために、そして二つの分解PCR断片を、SphI分解のDG488由来の長いベクター断片に連結した。ORFs1377(配列番号20)、1378(配列番号21)、及び1379(配列番号23)を欠損しているディフォシン遺伝子クラスターを含む遺伝子組換え枯草菌を生成するために、DG491をBDR123(BDR123−491)に形質転換した。BDR123−488に野生型ディフォシン遺伝子クラスターが形成された結果、これらのORFを欠いた改変されたディフォシン遺伝子クラスターは、マイトマイシンCへの暴露で活性ディフォシンを発現した(図7)。 Diffocin-regulated genes (ORF 1359, 1360, 1361) were in the 5 'region of the locus associated with the structural gene. There were also regulatory genes (ORF 1377 (SEQ ID NO: 20), 1378 (SEQ ID NO: 21), and 1379 (SEQ ID NO: 23)) in the 3 'region of the locus associated with the downstream structural gene. To eliminate the latter such regulatory gene, DG488 was generated from DG488 with a single-stranded three-way linkage. One PCR fragment was made from DG488 by PCR amplification using primers DG13 (SEQ ID NO: 45) and DG14 (SEQ ID NO: 46), and the other fragments were primers DG15 (SEQ ID NO: 47) and DG16 (SEQ ID NO: 48). It was made by PCR amplification using Both PCR fragments were digested with AscI and SphI. DG488 was digested with SphI to produce DG491, and the two degraded PCR fragments were ligated to a long vector fragment derived from SphI digested DG488. DG491 was transformed into BDR123 (BDR123-491) to generate genetically engineered Bacillus subtilis containing the diffocin gene cluster lacking ORFs 1377 (SEQ ID NO: 20), 1378 (SEQ ID NO: 21), and 1379 (SEQ ID NO: 23). Was transformed. As a result of the formation of the wild-type diffocin gene cluster in BDR123-488, these modified diffocin gene clusters lacking the ORF expressed active diffocin upon exposure to mitomycin C (FIG. 7).
4.多様なディフォシンからの殺菌スペクトル決定配列の特徴付け
Cd16ディフォシン遺伝子座(配列番号1)とCd630、他のCd配列株(QCD−66c26、QCD−23m63、QCD−32g58、QCD−63q42)及びCd4(配列番号61)の遺伝子座との比較で、一つの例外と除いて、全てのオープンリーディングフレーム(配列番号1および61)は、89%−100%のアミノ酸配列同一性を保持した。例外はORF1374であった。この例外配列は、大きさは類似していたが全てのディフォシン配列間で様々で、30%の配列同一性にとどまっていた。ディフォシン遺伝子クラスター内のORF1374の位置は、受容体結合ドメインの位置と一致していた。単離された活性ディフォシンのORF1374配列を決定し、配列(配列番号17、49−53)が非常に多様であることを発見した。これら配列の比較を図8に示す。さらに、単離されたディフォシンのスペクトル(図2)は、図8のORF1374アミノ酸配列の類似性または非類似性を反映していた。例えば、dif16(配列番号17)とdif126(配列番号52)のORF1374配列は、たった一つのアミノ酸が異なり、殺菌スペクトルは、ほとんど同一であった。一方で、dif16(配列番号17)とdif108(配列番号50)のORF1374配列は、188個のアミノ酸が異なり、そしてそれらの殺菌スペクトルは、少しの重複を伴いながら非常に違っていた。ORF1374が、当該遺伝子クラスターの中で、唯一の異種タンパク質であった理由は、ORF1374が標的認識決定因子であって、各々の特定ディフォシンの特徴的なスペクトルに対応しているためである、と結論付けられた。
4). Characterization of bactericidal spectral determination sequences from various diffocins Cd16 diffocin locus (SEQ ID NO: 1) and Cd630, other Cd sequence strains (QCD-66c26, QCD-23m63, QCD-32g58, QCD-63q42) and Cd4 (sequence) In comparison with the locus of number 61), with one exception, all open reading frames (SEQ ID NOs: 1 and 61) retained 89% -100% amino acid sequence identity. The exception was ORF1374. This exceptional sequence was similar in size but varied among all diffocin sequences, remaining only 30% sequence identity. The position of ORF1374 within the diffocin gene cluster was consistent with the position of the receptor binding domain. The ORF1374 sequence of the isolated active diffocin was determined and the sequence (SEQ ID NO: 17, 49-53) was found to be very diverse. A comparison of these sequences is shown in FIG. Furthermore, the spectrum of isolated diffocin (FIG. 2) reflected the similarity or dissimilarity of the ORF 1374 amino acid sequence of FIG. For example, the ORF1374 sequence of dif16 (SEQ ID NO: 17) and dif126 (SEQ ID NO: 52) differed by only one amino acid and the bactericidal spectra were almost identical. On the other hand, the ORF1374 sequences of dif16 (SEQ ID NO: 17) and dif108 (SEQ ID NO: 50) differed by 188 amino acids, and their bactericidal spectra were very different with little overlap. Conclusion ORF1374 was the only heterologous protein in the gene cluster because ORF1374 is a target recognition determinant and corresponds to the characteristic spectrum of each specific diffocin It was attached.
5.枯草菌におけるDif4の発現とクローニング
ディフォシン4の遺伝子座を、ディフォシン16の場合と同様のやり方で、Cd4からクローニングした。しかしながら、dif4遺伝子クラスター内のEcoRI部位、配列番号61、の欠損のためにいくつかの改変が必要になった。オリゴDG211、配列番号57、及びDG212、配列番号58、を使用するポリリンカーにXhoI部位を持たせ、 それぞれNotI部位及びAscI部位を導入するために、プラスミドSW251(実施例2を参照)を改変した。この方法で、ベクターDG577を創出した。
5. Expression and cloning of Dif4 in Bacillus subtilis The diffocin 4 locus was cloned from Cd4 in the same manner as for diffocin 16. However, some modifications were required due to the deletion of the EcoRI site, SEQ ID NO: 61, within the dif4 gene cluster. The polylinker using oligo DG211, SEQ ID NO: 57, and DG212, SEQ ID NO: 58 has an XhoI site, and plasmid SW251 (see Example 2) was modified to introduce NotI and AscI sites, respectively. . In this way, vector DG577 was created.
Cd4DNA由来のディフォシンを、3つの断片において増幅した。一番目の断片は、XhoI 部位と NcoI部位を導入するためにプライマーDG210(配列番号59)及びAV1288(配列番号37)を使用した。二番目の断片は、NcoI 部位及びAscI部位を導入するためにプライマーDG209(配列番号60)及びDG15(配列番号47)を使用した。これら二つの断片を、DG578を創出するために事前にXhoI/AscIで切断したDG577にクローニングした。三番目の断片は、XhoI部位及びNotI部位導入するためにAV1368(配列番号35)及びAV1289(配列番号36)を使用して増幅し、DG579を創出するために事前にXhoI及びNotIで切断したDG578にクローニングした。Dif4遺伝子クラスター(配列番号61)を含む後者の構築物は、dif16に対するDG491と同様の特徴を持っていた。すなわち、ディフォシンの構造遺伝子の下流にある抑制配列と推定される、不要なORF1377、ORF1378及びORF1379を欠いていた。Dif4遺伝子クラスターを導入するための組み込みベクターを、DG579からNotI AscI断片を取り、それをDG487にクローニングすることにより作成した(実施例2を参照)。この方法で構築されたプラスミドはDG580である。 Diffocin from Cd4 DNA was amplified in three fragments. The first fragment used primers DG210 (SEQ ID NO: 59) and AV1288 (SEQ ID NO: 37) to introduce XhoI and NcoI sites. The second fragment used primers DG209 (SEQ ID NO: 60) and DG15 (SEQ ID NO: 47) to introduce NcoI and AscI sites. These two fragments were cloned into DG577 previously cut with XhoI / AscI to create DG578. The third fragment was amplified using AV1368 (SEQ ID NO: 35) and AV1289 (SEQ ID NO: 36) to introduce XhoI and NotI sites, and DG578 previously cut with XhoI and NotI to create DG579. Cloned into. The latter construct containing the Dif4 gene cluster (SEQ ID NO: 61) had characteristics similar to DG491 for dif16. That is, it lacked unnecessary ORF1377, ORF1378, and ORF1379, which are presumed to be repressive sequences downstream of the structural gene of diffocin. An integration vector for introducing the Dif4 gene cluster was created by taking the NotI AscI fragment from DG579 and cloning it into DG487 (see Example 2). The plasmid constructed in this way is DG580.
枯草菌中にdif4を発現するために、ORF1377−1379(配列番号61)を欠損するdif4遺伝子座を含むDG580を、枯草菌ゲノムに遺伝子組換えで組み込んだ。枯草菌株の受容体BDR123は、amyE遺伝子内に挿入されたクロラムフェニ コール耐性マーカーを持っていた。この菌株をDG580で形質転換した時に、ベクターおよびamyEゲノム配列の範囲内で、amyE配列前後の間で遺伝子組換えが起こった。これは、当該ディフォシン遺伝子座およびスペクチノマイシン耐性遺伝子を含むDG580のamyE領域前後間のすべての配列が、前記BDR123ゲノムに挿入された結果であった。成功した遺伝子組換えは、スペクチノマイシン耐性であったが、しかしこの遺伝子組換えの結果としてクロラムフェニコール耐性マーカーを欠いたために、クロラムフェニ コールに感受性を持っていた。この枯草菌株をBDR123−580と名付けた。 In order to express dif4 in Bacillus subtilis, DG580 containing the dif4 locus lacking ORF 1377-1379 (SEQ ID NO: 61) was integrated into the Bacillus subtilis genome by genetic recombination. The Bacillus subtilis receptor BDR123 had a chloramphenicol resistance marker inserted into the amyE gene. When this strain was transformed with DG580, genetic recombination occurred before and after the amyE sequence within the vector and the amyE genomic sequence. This was the result of inserting all the sequences between the DG580 and the amyE region including the diffocin locus and the spectinomycin resistance gene into the BDR123 genome. A successful recombination was spectinomycin resistance but was sensitive to chloramphenicol due to the lack of a chloramphenicol resistance marker as a result of this recombination. This Bacillus subtilis strain was named BDR123-580.
この遺伝子組換えされたdif4は、クロストリジウム・ディフィシル菌における正常なディフォシン発現に必要な全ての調整遺伝子を含んでおり、そして枯草菌におけるdif16について前に示したように、マイトマイシンCとの接触により、BDR123−580における誘発でdif4粒子が産生された、図9。このように、本開示の実施例は、非病原性好気性産生菌の一例としての枯草菌における、dif4及びdif16の両遺伝子座のクローニングそして各々の発現を提供する。 This genetically modified dif4 contains all the regulatory genes required for normal diffocin expression in Clostridium difficile and, as shown previously for dif16 in Bacillus subtilis, by contact with mitomycin C, Dif4 particles were produced upon induction in BDR123-580, FIG. Thus, the examples of the present disclosure provide for the cloning and expression of both the dif4 and dif16 loci in Bacillus subtilis as an example of a non-pathogenic aerobic producer.
6.ディフォシンの殺菌スペクトルのORF1374による決定
ORF1374は、質量分析法で精製ディフォシン構造の一部として示される、長い予測ペプチド(〜200kDa)をコードする。主要な当該遺伝子産生物であるdif4及びdif16の遺伝子クラスラーを比較すると、構造コンポーネントであると推測されるこれらクラスターは、特にそのアミノ酸レベルがほぼ同一である。前記2種のクラスター間で異なる主要なアミノ酸配列はORF1374である。この理由および下記で議論される他の理由により、この遺伝子産物が、ディフォシンの標的特異性を付与することが推測された。これを評価するために、dif4のORF1374(すなわち、配列番号49をコードする配列)を、DG587を生成するように、DG580においてCd16由来のORF1374(すなわち、配列番号17をコードする配列) に置き換えた。dif16及びdif4に対して行ったように、BDR123−587の遺伝子組換えのために、DG587を枯草菌ゲノムBDR123 に組み換えた。その結果得られたBDR123−587をマイトマイシンに暴露し、及びディフォシンを調整する溶菌液を手当てした。その結果得られたディフォシン粒子は、ディフォシン16に感受性であるクロストリジウム・ディフィシル菌株19145に対して殺菌活性を有しており、そしてディフォシン4に感受性である菌株19137を死滅する能力を有してはいなかった(図9)。
6). Determination of the sterilization spectrum of diffocin by ORF 1374 ORF 1374 encodes a long predicted peptide (˜200 kDa) which is shown as part of the purified diffocin structure by mass spectrometry. Comparing the gene classlers of the main gene products, dif4 and dif16, these clusters, which are presumed to be structural components, are particularly similar in amino acid level. The major amino acid sequence that differs between the two clusters is ORF1374. For this reason and other reasons discussed below, it was speculated that this gene product confers the target specificity of diffocin. To evaluate this, the dif4 ORF 1374 (ie, the sequence encoding SEQ ID NO: 49) was replaced with a Cd16-derived ORF 1374 (ie, the sequence encoding SEQ ID NO: 17) in DG580 to generate DG587. . DG587 was recombined into the Bacillus subtilis genome BDR123 for genetic recombination of BDR123-587, as was done for dif16 and dif4. The resulting BDR123-587 was exposed to mitomycin and treated with a lysate to adjust diffocin. The resulting diffocin particles have bactericidal activity against Clostridium difficile strain 19145 that is sensitive to diffocin 16 and are not capable of killing strain 19137 that is sensitive to diffocin 4 (FIG. 9).
この実験をさらに洗練させた。DG587の構築は、Cd4及びCd16のキメラであるORF1373に帰結した。構築体は、DG587のORF1373を、その由来源であるCd4の1374、配列番号78に100%相同であるように復元されたものであった。このように、ORF1374、配列番号17、のみの完全交換である構築体を創出した。この構築体を、DG603と名付けた。この構築体を、枯草菌ゲノムBDR123に組み換え、そして上述のマイトマイシンCで誘導した。その結果得られたディフォシン粒子は、菌株19099および19145に対する殺菌活性を有し、及び19137の殺菌力を欠いていた。このように、ORF1374にコードされたタンパク質により、及びディフォシンの殺菌スペクトルを変えるORF1374の変更により、ここに現わされるように、ディフォシンの殺菌スペクトルを決定した。 This experiment was further refined. The construction of DG587 resulted in ORF 1373, a Cd4 and Cd16 chimera. The construct was DG587 ORF 1373 restored to be 100% homologous to its origin Cd4 1374, SEQ ID NO: 78. Thus, a construct was created that was a complete exchange of only ORF 1374, SEQ ID NO: 17. This construct was named DG603. This construct was recombined into Bacillus subtilis genome BDR123 and induced with mitomycin C as described above. The resulting diffocin particles had bactericidal activity against strains 19099 and 19145, and lacked the bactericidal power of 19137. Thus, the bactericidal spectrum of diffocin was determined as expressed here by the protein encoded by ORF 1374 and by a modification of ORF 1374 that alters the bactericidal spectrum of diffocin.
7.RecAが活性化された時に溶菌しないPBSX無しのプロデューサー細胞
PBSXプロファージは、野生タイプの枯草菌中に偏在している。誘導されたプロファージは、発育を妨げられたヘッド構造を所有し、小さなランダムなDNAの断片を含んでおり、欠陥がある。PBSXプロファージは、RecAの制御下にあり、このようにDNAに損傷を与える遺伝子、例えばマイトマイシンC、及び細菌に重度のストレスを与える他の形質により誘導される。このプロファージが誘導された時、溶菌を起こしPBSXを切り離す。RecAまたはdinR/lexAの活性の改変によりディフォシンの発現を制御する際に、PBSX粒子を含む菌媒体の混入を避け、及び枯草菌のプロデューサー細胞の溶解を排除するために、当該PBSX遺伝子クラスラーを、枯草菌BDR11細菌から排除した。
7). Producer cells without PBSX that do not lyse when RecA is activated PBSX prophage is ubiquitous in wild-type Bacillus subtilis. Induced prophage possesses a stunted head structure, contains small random DNA fragments, and is defective. PBSX prophage is under the control of RecA and is thus induced by genes that damage DNA, such as mitomycin C, and other traits that severely stress bacteria. When this prophage is induced, it causes lysis and detaches PBSX. To control the expression of diffocin by modifying the activity of RecA or dinR / lexA, in order to avoid contamination with fungal media containing PBSX particles and to eliminate the lysis of Bacillus subtilis producer cells, Eliminated from B. subtilis BDR11 bacteria.
Liuらによって概説された手順に従い、当該PBSXの遺伝子ノックアウト(欠損)を構築した。簡単に記載すると、Liuの資料に使用されたプライマーおよび重複拡張PCR技術を使用し、親株BDR11のaraR遺伝子を削除し、そしてBDG2を作成するために、枯草菌アラビノースプロモーター、ParaA−neoR、の存在下で、ネオマイシン/カナマイシン耐性遺伝子に置き換えた。このaraR遺伝子の削除を、PCRおよびカナマイシン耐性の付与で確認した。 The PBSX gene knockout (deficiency) was constructed according to the procedure outlined by Liu et al. Briefly, in order to delete the araR gene of the parent strain BDR11 and create BDG2, using the primers and overlap extension PCR technique used in the Liu material, the B. subtilis arabinose promoter, P araA -neo R , In the presence of neomycin / kanamycin resistance gene. This deletion of the araR gene was confirmed by PCR and conferring kanamycin resistance.
次いで、当該PBSX遺伝子座それ自身を削除するためのDNA構築を行った。この構築のため、以下の5個のPCR生成物を、重複拡張PCRにより一つの大きな生成物へと接合した。すなわち、BDR11から増幅した1kbのxylB遺伝子の5′配列、BDR11から増幅した1kbのxylA遺伝子の3′配列、プラスミドpJW034から増幅した、cat遺伝子であるクロラムフェニ コール耐性遺伝子、BDR11から増幅したaraR、及びBDR11から増幅したxylB遺伝子を含む1kbの配列である。当該重複拡張PCR生成物を、pU19のXmaI及びSpeI部位にクローン化した。この構築物をSacIIで直線化し、そしてBDG2細菌株に形質転換し、それを5μg/mlのクロラムフェニコールを添加した LB寒天培地プレート上に広げた。菌コロニーをこのプレートから取り出し、5μg/mlのクロラムフェニコールまたは20μg/mlのカナマイシンを添加したLB寒天培地プレートに斑点接種した。クロラムフェニコール耐性およびカナマイシン耐性である菌株を、抗菌選択制のないLB流体培地で4時間培養し、20μg/mlのカナマイシンを添加したLB寒天培地プレートに広げた。これらのプレートで成長した菌コロニーを、PBSX遺伝子の存在を確認するコロニーPCRで評価した。BD123のwt株におけるPBSX遺伝子の部位をまたがるPCR生成物の配列確認で、BDG9株における当該PBSX遺伝子クラスラーの排除を確認した。さらなる解析で、枯草菌非類似株、BD123またはBDG2、BDG9は、3μg/mlのマイトマイシンCの存在下ではPBSX粒子を溶菌または産生しないことが判明した。 Subsequently, DNA construction for deleting the PBSX locus itself was performed. For this construction, the following 5 PCR products were joined into one large product by overlapping extended PCR. That is, 5 ′ sequence of 1 kb xylB gene amplified from BDR11, 3 ′ sequence of 1 kb xylA gene amplified from BDR11, chloramphenicol resistance gene that is cat gene amplified from plasmid pJW034, araR amplified from BDR11, and This is a 1 kb sequence containing the xylB gene amplified from BDR11. The overlapping extended PCR product was cloned into the XmaI and SpeI sites of pU19. This construct was linearized with SacII and transformed into the BDG2 bacterial strain, which was spread on LB agar plates supplemented with 5 μg / ml chloramphenicol. Fungal colonies were removed from this plate and spotted on LB agar plates supplemented with 5 μg / ml chloramphenicol or 20 μg / ml kanamycin. Strains that are resistant to chloramphenicol and kanamycin were cultured for 4 hours in LB fluid medium without antibacterial selection and spread on LB agar plates supplemented with 20 μg / ml kanamycin. Fungal colonies that grew on these plates were evaluated by colony PCR to confirm the presence of the PBSX gene. By confirming the sequence of the PCR product that crosses the site of the PBSX gene in the BD123 wt strain, the exclusion of the PBSX gene clathler in the BDG9 strain was confirmed. Further analysis revealed that Bacillus subtilis dissimilar strains, BD123 or BDG2, BDG9, did not lyse or produce PBSX particles in the presence of 3 μg / ml mitomycin C.
PBSX欠損株、BDG9、を、BDG27を創出するために、プラスミドDG580で形質転換した。Cd4ディフォシンの遺伝子クラスラーの形質転換を、スペクチノマイシン耐性により確認した。BDG27を増殖し、前述のマイトマイシンCで誘導した。16時間後、ディフォシンが細胞内に蓄積することを期待して、細胞を集め、PBSX欠損の細胞を破壊するためにBugBuster(Novagen)で溶菌した。BugBusterで細胞を溶解後、遠心分離で残骸を取り除き、及びその上清で菌株19137に対する殺菌活性を評価した。BDG27により産生したディフォシンは、Cd19137に耐性を示したが、Cd19099には耐性を示さなかった。このように、この非溶解、PBSX欠損菌株でディフォシン4が産生されたことが証明された。 A PBSX deficient strain, BDG9, was transformed with plasmid DG580 to create BDG27. Transformation of the Cd4 diffocin gene clathler was confirmed by spectinomycin resistance. BDG27 was grown and induced with mitomycin C as described above. After 16 hours, hoping for diffocin to accumulate in the cells, the cells were collected and lysed with BugBuster (Novagen) to destroy PBSX deficient cells. The cells were lysed with BugBuster, the debris was removed by centrifugation, and the bactericidal activity against strain 19137 was evaluated with the supernatant. Diffocin produced by BDG27 showed resistance to Cd19137 but not Cd19099. Thus, it was proved that diffocin 4 was produced in this undissolved, PBSX-deficient strain.
8.低分子インデューサー、過酸化水素、の誘導による枯草菌におけるディフォシン発現
実施例3において、枯草菌株BDR123においてディフォシン産生を誘導するため、マイトマイシンCを使用した。マイトマイシンCは、DNA損傷遺伝子でありかつ発癌物質なので、それに代わる低分子インデューサーを求めた。過酸化水素(H2O2)は、マイトマイシンCと同様にSOS感受性を引き出すことを示した(Imlay及びLinn,1987)。しかしながら、過酸化水素は、アメリカFDAで一般的に安全と認められている(GRAS)。さらに、大腸菌と枯草菌を含むいくつかの好気性細菌種において、プロファージ 誘導を引き起こすことが判っている(Imlay及びLinn,1987,Bol及びYasbin,1990)。プロファージ及び/またはクロストリジウム・ディフィシル菌でのディフォシン産生における過酸化水素の効果は知られておらず、クロストリジウム・ディフィシル菌は、偏性嫌気性であり、通常は過酸化水素を含まない胃腸管にわずかに存在する。
8). Diffocin expression in Bacillus subtilis by induction of small molecule inducer, hydrogen peroxide In Example 3, mitomycin C was used to induce diffocin production in Bacillus subtilis strain BDR123. Mitomycin C is a DNA damaging gene and a carcinogen, so a low molecular inducer was sought. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) has been shown to elicit SOS sensitivity as well as mitomycin C (Imlay and Linn, 1987). However, hydrogen peroxide is generally recognized as safe by the US FDA (GRAS). Furthermore, it has been shown to cause prophage induction in several aerobic bacterial species, including E. coli and Bacillus subtilis (Imlay and Linn, 1987, Bol and Yasbin, 1990). The effect of hydrogen peroxide on diffocin production in prophage and / or Clostridium difficile is not known, and Clostridium difficile is obligately anaerobic and normally does not contain hydrogen peroxide in the gastrointestinal tract. Slightly present.
過酸化水素が、枯草菌中でディフォシン産生を誘導できるかどうかを決定するために、枯草菌株BDG45においてディフォシンを産生するマイトマイシンCと過酸化水素との比較研究を実施した。BDG45は、その遺伝子には、amyE配列に形質転換されたクロラムフェニコール耐性にリンクした当該ディフォシン4遺伝子クラスラー(配列番号61)を含んでいる。BDG45培養菌を、一晩で増殖し、希釈し戻し、そしてOD600が1.0に到達するまで増殖した。その時点で、増殖菌を放置、または0.5ug/mlのマイトマイシンC、0.2mMまたは1mMの過酸化水素で処理し、28℃で培養した。サンプルは、誘導完了までに21時間かかった。ディフォシン沈降物を、10mMでpH7.4のHepes、50mM NaCl(HN50)中で再懸濁した場合以外のディフォシン調製を、実施例1のように行った。調製物の殺菌活性を、実施例1のように、ディフォシン4に感受性の単離株(19137)を含む細菌叢に斑点滴下する前にHN50で連続的に希釈(5倍)し、決定した。殺菌活性アッセイの結果を表Iに示す。21時間の誘導時間で、マイトマイシンC及び1mMの過酸化水素処理サンプルは、各々625倍および3125倍希釈の後も容易にディフォシン殺菌活性を産生した。0.2mMの過酸化水素処理サンプルは、わずかにディフォシン産生を誘導した。その後の研究で、ディフォシン産生は、0.2mMから20mM濃度の過酸化水素水に誘導されることが証明された。 In order to determine whether hydrogen peroxide can induce diffocin production in Bacillus subtilis, a comparative study between mitomycin C producing diffocin and hydrogen peroxide in Bacillus subtilis strain BDG45 was performed. BDG45 contains in its gene the diffocin 4 gene clusterer (SEQ ID NO: 61) linked to chloramphenicol resistance transformed into the amyE sequence. BDG45 cultures were grown overnight, diluted back, and grown until OD600 reached 1.0. At that time, the proliferating bacteria were left or treated with 0.5 ug / ml mitomycin C, 0.2 mM or 1 mM hydrogen peroxide and cultured at 28 ° C. The sample took 21 hours to complete induction. Diffocin preparations were performed as in Example 1 except that the diffocin precipitate was resuspended in 10 mM Hepes pH 7.4, 50 mM NaCl (HN50). The bactericidal activity of the preparations was determined by serial dilution (5 times) with HN50 before spotting on the bacterial flora containing an isolate (19137) sensitive to diffocin 4 as in Example 1. The results of the bactericidal activity assay are shown in Table I. With an induction time of 21 hours, mitomycin C and 1 mM hydrogen peroxide treated samples readily produced diffocin bactericidal activity after 625 and 3125 fold dilutions, respectively. The 0.2 mM hydrogen peroxide treated sample slightly induced diffocin production. Subsequent studies have demonstrated that diffocin production is induced in aqueous hydrogen peroxide from 0.2 mM to 20 mM.
9.異種ディフォシンのための機能性RBDタンパク質をコードするクロストリジウム・ディフィシル菌ゲノムから単離された核酸、ファージおよびプロファージ
クロストリジウム・ディフィシル単離菌M68から得られるディフォシン調製物は、幅広い殺菌スペクトルを有していた(表II)。ディフォシン4のORF1374(配列番号49)を、菌株M68由来の異種ORF1374(配列番号87)に組み換え、及びディフォシン4のBPAR(配列番号78)の3′位を、ATCC43593(配列番号89および90)のシャペロンと共に菌株M68由来の同族BPAR(配列番号88)に組み換え、そして実施例6に記述されるように枯草菌中に発現させた。その結果得られたディフォシン、Diff4_M68−1374、は、マイトマイシンC誘導M68株から直接単離したディフォシン調製物より狭い殺菌スペクトルを有していた。当該M68遺伝子配列には、その他のディフォシン遺伝子クラスターは、見つからなかった一方で、公知のミオウイルスに相同性を有する複数の推定プロファージ遺伝子の挿入を発見した。当該ディフォシン遺伝子クラスターのいくつかの遺伝子は、クロストリジウム・ディフィシル菌のミオウイルスファージの収縮性尾部にある遺伝子との相同性を持っており、クロストリジウム・ディフィシル菌ファージおよびクロストリジウム・ディフィシル菌ゲノムの遺伝子は、非限定的なプロファージ配列を含み、ディフォシンの標的を変えるために異種RBD源として機能しているかもしれないと仮定できた。しかしながら、当該スペクトル決定因子またはいかなるクロストリジウム・ディフィシル菌ファージに対応するRBD遺伝子、プロファージまたはその遺伝子配列にある他のORFは、これまで同定されていない。
9. Nucleic acids, phages and prophages isolated from the Clostridium difficile genome encoding functional RBD proteins for heterologous diffocins The diffocin preparation obtained from Clostridium difficile isolate M68 has a broad bactericidal spectrum (Table II). ORF1374 (SEQ ID NO: 49) of diffocin 4 was recombined into a heterologous ORF 1374 (SEQ ID NO: 87) from strain M68, and the 3 'position of BPAR (SEQ ID NO: 78) of diffocin 4 was replaced by ATCC 43593 (SEQ ID NOs: 89 and 90). Recombined into a cognate BPAR (SEQ ID NO: 88) from strain M68 with a chaperone and expressed in Bacillus subtilis as described in Example 6. The resulting diffocin, Diff4_M68-1374, had a narrower bactericidal spectrum than the diffocin preparation isolated directly from the mitomycin C-derived M68 strain. While no other diffocin gene cluster was found in the M68 gene sequence, a plurality of putative prophage gene insertions having homology to known myoviruses were found. Several genes in the diffocin gene cluster have homology to genes in the contractile tail of Clostridium difficile myovirus phage, and the genes of Clostridium difficile and Clostridium difficile genomes are: It could be hypothesized that it contains a non-limiting prophage sequence and may function as a heterologous RBD source to alter the diffocin target. However, no RBD gene, prophage or other ORF in the gene sequence corresponding to the spectral determinant or any Clostridium difficile phage has been identified so far.
当該ディフォシン遺伝子クラスター由来のORFと、M68への推定挿入プロファージ由来のORFとの比較で、多数の類似性遺伝子および類似性遺伝子クラスター構造物が確認された。しかしながら、推測基板J集合タンパク質およびそのBPARとの相同性を持つORFの下流で、そこは典型的なディフォシンRBD(例えば、配列番号17、49−53)に対して1,700個までのアミノ酸残基をコードするORFが存在する場所であるが、典型的なディフォシンRBDと相同性をシエアーしない400−560個のアミノ酸残基のタンパク質をコードするより短いORF(表III および配列番号92、94、96、98)を見出した。 By comparing the ORF derived from the diffocin gene cluster with the ORF derived from the putative prophage inserted into M68, a large number of similar genes and similar gene cluster structures were confirmed. However, downstream of the ORF with homology to the putative substrate J-aggregated protein and its BPAR, it contains up to 1,700 amino acid residues for a typical diffocin RBD (eg, SEQ ID NOs: 17, 49-53). A shorter ORF that encodes a protein of 400-560 amino acid residues where the ORF encoding the group is present but does not share homology with the typical diffocin RBD (Table III and SEQ ID NOs: 92, 94, 96, 98).
推定プロファージBPARの下流に位置するこれらORFの配列解析で明らかになったのは、それらは、少なくとも3ドメイン(N末端、中間部、およびC末端)の一つに互いに相同性を持ち、およびphiC2ファージ、配列番号54、にある注釈付きBPARの下流にあるORF(配列番号92)と相同性を持っているということである。興味深いことに、phiC2にある配列番号92をコードするDNA配列は、phiC2ファージにある予想タンパク質と注釈されていなかった。なぜなら、ファージおよびプロファージ配列におけるBPARのすぐ下流のORFは、ドメイン状形式に相同性を持ち、すべて同族BPARの下流で、それゆえにORF1374をコードする遺伝子であることが、見出されていたからであり、これらORFが、潜在的にRBDをコードすると予測されていた。本開示で提供されるように、他のクロストリジウム・ディフィシル菌単離株のゲノムにあるか、またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するファージにある推定BPARの下流に位置する潜在的なRBDをコードするより多くのDNA配列が特定された。それは、クロストリジウム・ディフィシル菌M68からの独創的な観察の結果である。機能性異種ディフォシンを得るために使用するRBDの配列番号を表(表III )に記載した。 Sequence analysis of these ORFs located downstream of the putative prophage BPAR revealed that they are homologous to each other in at least one of the three domains (N-terminal, middle, and C-terminal), and It is homologous to the ORF (SEQ ID NO: 92) downstream of the annotated BPAR in phiC2 phage, SEQ ID NO: 54. Interestingly, the DNA sequence encoding SEQ ID NO: 92 in phiC2 was not annotated with the expected protein in phiC2 phage. This is because the ORF immediately downstream of BPAR in the phage and prophage sequences was found to be homologous to the domain-like format and all downstream of the cognate BPAR and hence the ORF1374 gene. These ORFs were predicted to potentially encode RBD. As provided in this disclosure, rather than encode a potential RBD located in the genome of another Clostridium difficile isolate or located downstream of a putative BPAR in a phage that infects Clostridium difficile. A number of DNA sequences have been identified. It is the result of an original observation from Clostridium difficile M68. The RBD sequence numbers used to obtain functional heterologous diffocins are listed in the table (Table III).
これらの、これまで未知であった機能を持つ新規に特定されたORFが、新規クロストリジウム・ディフィシル菌の標的株に対して殺菌性のある直接的なディフォシンであるかどうかを決定するために、ディフォシン4のORF1374(配列番号49)を推定RBDをコードするORFに遺伝子組換えで交換し、新規の異種ディフォシンを作った。推定RBDをコードするアミノ酸配列およびその同族BPARをコードするORFの隣接する3′位を、Diff4遺伝子クラスター(配列番号61)を含むベクター(実施例2に記述)にクローン化し、ディフォシン4のORF1374(配列番号49)および当該ディフォシン4のBPARのC末端(配列番号78)を取り換えた。融合BPARのアミノ酸残基の配列番号を、表III に記載した。我々は、最小の殺菌活性または無活性である同族BPARの少なくとも半分のC末端を含まずに、異種ディフォシン4に組み込まれた目的の推定RBDを観察した。挿入体は、ベクターバックボーン内で互換性のあるクローニング部位を持っていなかったので、この障壁を克服する三つのクローニング戦略を立案した。 In order to determine whether these newly identified ORFs with previously unknown functions are direct diffocins that are bactericidal against the target strain of the novel Clostridium difficile, Four ORF 1374s (SEQ ID NO: 49) were replaced by ORF encoding the putative RBD by gene recombination to create a new heterologous diffocin. The amino acid sequence encoding the putative RBD and the adjacent 3 'position of the ORF encoding its cognate BPAR were cloned into a vector (described in Example 2) containing the Diff4 gene cluster (SEQ ID NO: 61) and ORF1374 of diffocin 4 ( SEQ ID NO: 49) and the CPAR of BPAR of the diffocin 4 (SEQ ID NO: 78) were replaced. SEQ ID NOs of amino acid residues of the fusion BPAR are listed in Table III. We observed the putative RBD of interest incorporated into heterologous diffocin 4 without the C-terminus of at least half of the cognate BPAR that is minimally bactericidal or inactive. Since the insert did not have a compatible cloning site within the vector backbone, three cloning strategies were designed to overcome this barrier.
戦略Iで作られる構築体のために、重複末端を持つ3つの二本鎖DNAセグメント(上流セグメント、中間セグメント、および下流セグメントと呼ぶ)をPCRによって生成した(表IV、パネルA,B及びC)。上流セグメント(表IV、パネルA)は、配列番号78をコードするBPAR遺伝子の5′末端までを含んだ配列番号61のユニークなBstBIから成る。中間セグメント(表IV、パネルB)は、推定RBDの全ORF及びその上流の同族BPARの3′の1/2から成る。下流セグメント(表IV、パネルC)は、配列番号49のすぐ下流域で、そして上記実施例2に記述されるベクターポリリンカーにあるユニークなAscI制限部位に拡張する配列番号79及び80をコードする領域から成る。全ての3セグメントは、適切な組み立てのために、テンプレートに相補的なオリゴヌクレオチドを使用し、そして隣接する断片に相補的なオーバーハングを含む。各々の構築体を増幅するために使用されるコードおよび非コードのらせん構造をもつオリゴヌクレオチドを、配列番号によって表IVに記載した。また各々のPCR反応に対するDNAテンプレートを表IVに記載した。次いで、3セグメントの各々の構築体を、上流セグメントのコードらせんおよび下流セグメントの非コードらせんに相補的なオリゴヌクレオチドを使用したPCRによって一つの断片に組み合わせ、そして増幅した(表IVの配列番号を参照)。その結果、表に記載した構築体を作るために、組み合わせられた一本鎖のPCR断片をBstBI及びAscIで開裂し、そしてBstBI及びAscIで事前に分解したDiff4ベクターバックボーンに連結した。次いで互いの構築体を、前記実施例3のように0.5mMの過酸化水素を低分子インデューサーとして使用し、枯草菌に形質転換しそして発現させた。 For the construct made with Strategy I, three double-stranded DNA segments with overlapping ends (referred to as upstream, intermediate, and downstream segments) were generated by PCR (Table IV, panels A, B, and C). ). The upstream segment (Table IV, panel A) consists of the unique BstBI of SEQ ID NO: 61, including up to the 5 'end of the BPAR gene encoding SEQ ID NO: 78. The middle segment (Table IV, panel B) consists of the total ORF of the putative RBD and the 3 ′ half of the upstream cognate BPAR. The downstream segment (Table IV, panel C) encodes SEQ ID NOs 79 and 80 that extend immediately downstream of SEQ ID NO 49 and into the unique AscI restriction site in the vector polylinker described in Example 2 above. Consists of regions. All three segments use oligonucleotides complementary to the template for proper assembly and contain overhangs complementary to adjacent fragments. Oligonucleotides with coding and non-coding helical structures used to amplify each construct are listed in Table IV by SEQ ID NO. The DNA template for each PCR reaction is listed in Table IV. Each of the three segment constructs was then combined into a single fragment by PCR using oligonucleotides complementary to the upstream segment coding helix and the downstream segment non-coding helix and amplified (SEQ ID NO: Table IV). reference). As a result, the combined single-stranded PCR fragments were cleaved with BstBI and AscI and ligated into a Diff4 vector backbone that had been previously digested with BstBI and AscI to produce the constructs listed in the table. Each other construct was then transformed into Bacillus subtilis and expressed using 0.5 mM hydrogen peroxide as a small molecule inducer as in Example 3 above.
戦略IIで作成する構築体のために、上流セグメント、RBD領域を含む中間セグメント、及び下流セグメントに相補的な重複PCR産生物を、表IVに記載されるオリゴヌクレオチドと各々の構築物に対するテンプレートを使って、戦略Iに記載されるように作成した。次いで、当該重複PCR産生物を、BstBI及びAscIで事前に分解され、及びギブソン法(Gibson et al.,2009)によって一本鎖の構築物に組み立てられた配列番号61を含むベクターバックボーン(実施例4に記載)と混合した。その結果得られた各々の構築物を、別々に枯草菌に形質転換し、0.5mMの過酸化水素を低分子インデューサーとして使用するという点を除いて、前記実施例3に記述した方法で発現させた。 For the constructs created in Strategy II, use the overlapping PCR products complementary to the upstream segment, the intermediate segment containing the RBD region, and the downstream segment using the oligonucleotides listed in Table IV and the template for each construct. And as described in Strategy I. The overlapping PCR product was then pre-degraded with BstBI and AscI, and a vector backbone comprising SEQ ID NO: 61 (Example 4) assembled into a single stranded construct by the Gibson method (Gibson et al., 2009). Mixed). Each resulting construct was transformed into Bacillus subtilis separately and expressed in the manner described in Example 3 above, except that 0.5 mM hydrogen peroxide was used as the low molecular inducer. I let you.
戦略III の構築物を、下流セグメントを創出しないという点を除いて、戦略IIで特定した方法で作成した。その代りに、RBD領域を含む中間セグメントを、推定RBD(表IVの各々の構築体に対して記載された配列番号)の直ぐ下流のORFを含むように及びベクターバックボーンAscI部位と重なるように拡張した。結果として、配列番号79−80をコードするDNA、つまりディフォシン4の尾部構造組み立てのための推定シャペロンであるDNAを、同族推定RBDで直ぐ下流に見出されたORFをコードするDNA配列で、そしてそれは同族推定RBDを組み立てるシャペロンであると思われるDNA配列に置き換えた。次いでその結果の各々の構築体を、枯草菌に形質転換し、そして0.5mMの過酸化水素を低分子インデューサーとして使用するという点を除いて、前記実施例3に記述した方法で発現させた。 The Strategy III construct was created as specified in Strategy II except that it did not create a downstream segment. Instead, the intermediate segment containing the RBD region is expanded to include the ORF immediately downstream of the putative RBD (SEQ ID NO listed for each construct in Table IV) and to overlap the vector backbone AscI site. did. As a result, DNA encoding SEQ ID NOs: 79-80, a DNA that is a putative chaperone for tail structure assembly of diffocin 4, is a DNA sequence encoding an ORF found immediately downstream in the cognate putative RBD, and It was replaced with a DNA sequence that appeared to be a chaperone that assembles the cognate putative RBD. Each resulting construct is then transformed into Bacillus subtilis and expressed as described in Example 3 above, except that 0.5 mM hydrogen peroxide is used as the small molecule inducer. It was.
戦略I−III で発現した異種ディフォシンDNA構築体由来のディフォシン調製物を作成し、単離クロストリジウム・ディフィシル菌パネルに対する殺菌活性を検査した。各々の異種ディフォシン構築体の殺菌活性にたいする単離体の感受性を表IIに記載した。R20291−RBD1に対して天然ディフォシン4のシャペロン(配列番号79−80)を含んでいるDiff4_R20291−RBD1構築体との比較において、Diff4_R20291−RBD1+同族シャペロンを含む構築体(配列番号113,114)に、より安定した殺菌活性が観測された。 A diffocin preparation from a heterologous diffocin DNA construct expressed in Strategy I-III was made and tested for bactericidal activity against an isolated Clostridium difficile panel. The sensitivity of the isolate to the bactericidal activity of each heterologous diffocin construct is listed in Table II. In comparison to the Diff4_R20291-RBD1 construct containing the native diffocin 4 chaperone (SEQ ID NO: 79-80) relative to R20291-RBD1, the construct comprising the Diff4_R20291-RBD1 + cognate chaperone (SEQ ID NO: 113, 114), A more stable bactericidal activity was observed.
10.新規、非―1374ベースRBDを含む異種ディフォシンの安定性増進
ディフォシンが効果的に産生され及び必要とする動物に配送されるためには、多様な異なる物理環境において活性である必要がある。そのような趣旨で、天然発現で異種のディフォシンの物理特性を検討した。ディフォシンを、調製したディフォシンの遠心分離ペレットを各研究において適切なバッファー中で再懸濁するという点を除いて、実施例9に記述される方法で作成した。
10. Enhanced stability of heterologous diffocins including new, non-1374 based RBDs In order for diffocins to be effectively produced and delivered to animals in need, they need to be active in a variety of different physical environments. For this purpose, the physical properties of naturally occurring and heterogeneous diffocins were examined. The diffocin was made as described in Example 9, except that the prepared diffocin centrifuge pellet was resuspended in the appropriate buffer in each study.
温度安定性研究(表V)に対して、ディフォシンをHN50(pH7.4)中で再懸濁し、そして指示された温度と時間で培養した。 For temperature stability studies (Table V), diffocin was resuspended in HN50 (pH 7.4) and incubated at the indicated temperature and time.
pH感受性研究(表VI)において、指定された酸性pHになるようクエン酸で酸性化した 5mMのクエン酸ナトリウム溶液中で、または12.5mMの重炭酸水素ナトリウム/HN50の(または指定されたアルカリpHになるように水酸化ナトリウムでアルカリ化したディフォシン4溶液に対してはTN50中で)、当該ディフォシンを再懸濁した。指定されたpHにおいて、サンプルを室温で30分間培養した。 In pH sensitivity studies (Table VI), in 5 mM sodium citrate solution acidified with citric acid to the specified acidic pH, or 12.5 mM sodium bicarbonate / HN50 (or specified alkali) The diffocin was resuspended in TN50 for a diffocin 4 solution alkalized with sodium hydroxide to pH. Samples were incubated for 30 minutes at room temperature at the specified pH.
両研究において、サンプルをHN50中で連続(5倍)希釈しそしてクロストリジウム・ディフィシル菌単離株への感受性をスポットアッセイによる殺菌活性で検査した(各々のディフォシンの殺菌活性を検査するために用いた感受性菌株を、表V及び表VIに記載した)。研究対象のディフォシンは以下を含む。すなわち、天然ディフォシン4 (配列番号61によりコード) 、異種 Diff4_43593−1374(配列番号53によりコードされるRBD)、異種Diff4_M68−RBD1(配列番号91および92にコードされるBPAR及びRBD)、異種Diff4_M68−RBD4(配列番号95および96にコードされるBPAR及びRBD)、異種Diff4_M68−RBD5(配列番号97および98にコードされるBPAR及びRBD)。 In both studies, samples were serially diluted (5-fold) in HN50 and tested for susceptibility to Clostridium difficile isolates by bactericidal activity by spot assay (used to test the bactericidal activity of each diffocin. Sensitive strains are listed in Tables V and VI). The diffocins studied include: That is, natural diffocin 4 (encoded by SEQ ID NO: 61), heterologous Diff4_43593-1374 (RBD encoded by SEQ ID NO: 53), heterologous Diff4_M68-RBD1 (BPAR and RBD encoded by SEQ ID NOs: 91 and 92), heterologous Diff4_M68- RBD4 (BPAR and RBD encoded by SEQ ID NOs: 95 and 96), heterologous Diff4_M68-RBD5 (BPAR and RBD encoded by SEQ ID NOs: 97 and 98).
ファージRBDを含む異種ディフォシンは、天然ディフォシンまたはRBDとしてORF1374タンパク質を含む異種ディフォシンに比べより高温で長期に安定化であった(表V)。新規RBDsM68−RBD1(配列番号91,92)、M68−RBD4(配列番号95,96)及びM68_RBD5(配列番号97,98)を含む異種ディフォシンの調製物を、37℃、15分の培養との比較で45℃、1時間で培養し、活性を修正または増進させた(表V)。興味深いことに、同じ温度条件下で、新規、低分子、非―1374ベースRBDの異種ディフォシンが殺菌活性を保持したのに比べ、天然ディフォシン4のRBD(配列番号49)及び異種Diff4_43593−1374のRBD(配列番号53)のようなCD1374ベースRBDを含むディフォシンは、それを保持しなかった。これら2種の1374ベースRBDを含む前者ディフォシンを、45℃で1時間過熱した時、各々80%および95%以上の殺菌活性を失った。 The heterologous diffocin containing phage RBD was stabilized at a higher temperature for a longer time than the native diffocin or heterologous diffocin containing ORF1374 protein as RBD (Table V). A heterologous diffocin preparation containing the novel RBDsM68-RBD1 (SEQ ID NO: 91, 92), M68-RBD4 (SEQ ID NO: 95, 96) and M68_RBD5 (SEQ ID NO: 97, 98) was compared to a culture at 37 ° C. for 15 minutes. Incubated at 45 ° C. for 1 hour to correct or enhance activity (Table V). Interestingly, the native diffocin 4 RBD (SEQ ID NO: 49) and the heterologous Diff4_43593-1374 RBD compared to a novel, small molecule, non-1374 based RBD heterologous diffocin that retained bactericidal activity under the same temperature conditions. A diffocin containing a CD1374-based RBD, such as (SEQ ID NO: 53) did not retain it. The former diffocins containing these two 1374 base RBDs lost 80% and over 95% bactericidal activity when heated at 45 ° C for 1 hour, respectively.
熱安定性増進の展開に加えて、RBD M68−RBD4(配列番号96)を含む異種ディフォシンは、ORF1374を含む天然ディフォシン4に比べて、広いpH範囲にわたり安定であった(表VI)。スポットアッセイによる殺菌活性検査の結果は、Diff4_M68−RBD4は、pH3.4からpH9において殺菌活性を保持し、そのうえpH2.5及びpH10.6までの範囲でさえ、検出可能な残余活性を保持した。ディフォシン4は、pH5.5からpH10の範囲でのみ活性を残した。拡大したpHへの対応力をもつディフォシンは、胃などの酸性環境が発生する可能性がある場所での体内機能に適している。これらの結果は、非1374、低分子RBDの新規分類にあたるRBDを含む異種ディフォシンは、天然ディフォシンまたは高分子、異種1374ベースRBDを含むディフォシンなどに比べて安定であり、そして効率的な産生や治療への応用のための利点を保有している、ということを示した。 In addition to the development of enhanced thermal stability, the heterologous diffocin containing RBD M68-RBD4 (SEQ ID NO: 96) was stable over a wider pH range compared to native diffocin 4 containing ORF1374 (Table VI). The results of the bactericidal activity test by spot assay showed that Diff4_M68-RBD4 retained bactericidal activity at pH 3.4 to pH 9 and also retained detectable residual activity even in the range up to pH 2.5 and pH 10.6. Diffocin 4 remained active only in the pH 5.5 to pH 10 range. Diffocin, which has the ability to cope with expanded pH, is suitable for in vivo functions in places where an acidic environment such as the stomach may occur. These results show that heterologous diffocins containing RBD, which is a new class of non-1374, low molecular RBDs, are more stable and more efficient in producing and treating natural diffocins or macromolecules, diffocins containing heterologous 1374-based RBDs, etc. It shows that it possesses advantages for application.
11.マウスの胃腸管で残存する、新規RBDを含む異種ディフォシンの殺菌活性
ディフォシン経口投与が体内で残存するための能力をマウスで評価した。ポシティブコントロールとして、天然ディフォシン4(配列番号61でコードされる)、異種Diff4_M68−RBD4、及び本開示に関係のない遺伝子操作でえられたR型バクテリオシン、AvR2−V10、からなる混合物(Scholl et al.,2009)を、12.5mMの重炭酸ナトリウム中で調製し、正常で健康なマウス(n=3)に経口で投与した。投与の2時間前に、胃の酸性化を防止または最小限に抑えるために、H2容体拮抗薬、ラニチジン(100mg/kg)、を注射した。糞を1時間ごとに8時間採取し、プロテアーゼ阻害剤を含むHN50の中で均質化し、そして組織片を取り除くために遠心分離した。上清を0.45ミクロンフィルターでろ過し、HN50で5倍希釈し、感染しやすいクロストリジウム・ディフィシル菌単離株の菌叢上で、スポットアッセイで殺菌活性を検査した。クロストリジウム・ディフィシル菌19137は、ディフォシン4の殺菌性に固有の感受性があり、およびクロストリジウム・ディフィシル菌CF5は、ディフォシン4_M68−RBD4の殺菌性に固有の感受性があり、そして大腸菌EDL933は、AvR2−V10の殺菌性に固有の感受性があり、当該経口混合物において互いに固有の殺菌コンポーネントにたいする感受性が観察された。各感受性菌株における殺菌性検査の結果は、試験マウスの糞にたいして対照的な結果であった。経口カクテルの一定分量を保管しそして各菌叢にポジティブコントロールとして平行して斑点点滴した。
11. Bactericidal activity of heterologous diffocin containing novel RBD remaining in the gastrointestinal tract of the mouse The ability of oral administration of diffocin to remain in the body was evaluated in the mouse. As a positive control, a mixture consisting of natural diffocin 4 (encoded by SEQ ID NO: 61), heterologous Diff4_M68-RBD4, and R-type bacteriocin obtained by genetic manipulation not related to the present disclosure, AvR2-V10 (Scholl et al., 2009) was prepared in 12.5 mM sodium bicarbonate and administered orally to normal healthy mice (n = 3). Two hours prior to administration, an H 2 antagonist, ranitidine (100 mg / kg), was injected to prevent or minimize gastric acidification. Feces were collected every hour for 8 hours, homogenized in HN50 containing protease inhibitors, and centrifuged to remove tissue debris. The supernatant was filtered through a 0.45 micron filter, diluted 5-fold with HN50, and tested for bactericidal activity by spot assay on the bacterial flora of susceptible C. difficile isolates. Clostridium difficile 19137 is inherently sensitive to bactericidal properties of diffocin 4 and Clostridium difficile CF5 is inherently sensitive to bactericidal properties of diffocin 4_M68-RBD4, and E. coli EDL933 is an AvR2-V10 There was an inherent susceptibility to bactericidal properties and susceptibility to each other's inherent bactericidal components was observed in the oral mixture. The results of the bactericidal test in each susceptible strain were in contrast to the test mouse feces. An aliquot of the oral cocktail was stored and spotted in parallel with each flora as a positive control.
マウス糞のサンプルにおける殺菌活性は、異種Diff4_M68−RBD4において発揮され、天然ディフォシン4においては発揮されなかった(表VII )。 Bactericidal activity in mouse fecal samples was demonstrated in heterologous Diff4_M68-RBD4 and not in native diffocin 4 (Table VII).
マウス間での活性比較において、Diff4_M68−RBD4の活性は、強制経口投与後、早やければ2時間で及び遅くとも8時間で観測された。25倍希釈後に観測される殺菌活性において、活性復元のピークは、強制経口投与後3、4時間後に観測された。天然ディフォシン4は、いかなる時点の糞サンプルにおいても活性をしめさなかった。別に保管した当該カクテル溶液の一定量の菌株19137に対する活性が確認され、当該経口カクテル中の天然ディフォシン4は、経口投与時点では活性であったことが確認された。これらの結果および実施例10の事実は、新規を含む異種ディフォシン、非―1374ベースRBDを含む異種ディフォシンを天然ディフォシンと比較すると、高温およびより酸性度の強い環境で安定であることが示された。さらに関連して、経口投与で、クロストリジウム・ディフィシル菌の増殖および病原発生の部位である動物の胃腸管への暴露においても、これらの殺菌活性が残存したことが示された。 In the activity comparison between mice, Diff4_M68-RBD4 activity was observed as early as 2 hours and as late as 8 hours after oral gavage. In the bactericidal activity observed after 25-fold dilution, the peak of activity restoration was observed 3 and 4 hours after oral gavage. Native diffocin 4 was not active in fecal samples at any time. The activity against a certain amount of strain 19137 of the cocktail solution stored separately was confirmed, and it was confirmed that natural diffocin 4 in the oral cocktail was active at the time of oral administration. These results and the facts of Example 10 showed that the heterogeneous diffocin, including the novel, a heterologous diffocin including the non-1374 base RBD, was stable at high temperatures and in more acidic environments when compared to the native diffocin. . Furthermore, it was shown that these bactericidal activities remained after oral administration even after exposure to the gastrointestinal tract of animals, which are sites of Clostridium difficile growth and pathogenesis.
12.生体内CDIを減らす異種ディフォシン
クロストリジウム・ディフィシル菌感染(CDI)におけるディフォシンの効果を、クロストリジウム・ディフィシル菌芽胞にさらしたマウスを使って検討した。事前処置として、2グループ(各6匹)のマウスに、適量のセフォペラゾン(0.5mg/mL)を含んだ水を5日間飲ませ、胃腸管の細菌叢を破壊しそして芽胞の経口投与でマウスをクロストリジウム・ディフィシル菌に感染しやすくした。両マウスグループは、飲料水でのラニチジン投与(投与量100mg/kg/day)の前に、36時間の回復期を与えられた。ラニチジン投与を開始した12時間後、治療グループには、強制経口投与によって12.5mMの重炭酸ナトリウム溶液中に入った異種Diff4_M68−RBD4を与えた(投与量1011殺菌ユニット−Gebhart et al.,2012,Ritchie et al.,2011,Scholl et al.,2009によって記述され定義されている殺菌単位)。2時間後、両グループのマウスを、CD630から調製した2x105CFUのクロストリジウム・ディフィシル菌芽胞にさらした。治療グループに対するディフォシンの強制投与を、芽胞接触の4時間後に開始し、6時間毎に継続した。芽胞接触の24時間後、両グループのマウスの糞を収集し、重量を計測し、均質化して、そして発芽を促進するために 0.05%ナトリウム タウロコール酸含んだクロストリジウム・ディフィシル菌選択製剤プレートに、連続10倍希釈溶液にして広げた。サンプルあたりの総CFUを数え、そしてCFU/g糞に換算した(図10)。各グループの幾何平均CFU/g糞を計算し、そしてスチューデントt検定で比較した。
12 Heterologous diffocin that reduces in vivo CDI The effect of diffocin on Clostridium difficile infection (CDI) was examined using mice exposed to Clostridium difficile spores. As a pre-treatment, 2 groups of mice (6 mice each) were given 5 days of water containing an appropriate amount of cefoperazone (0.5 mg / mL), destroyed the gastrointestinal flora and mice were orally administered with spores. Was susceptible to infection with Clostridium difficile. Both groups of mice were given a 36-hour recovery period prior to ranitidine administration (dose 100 mg / kg / day) in drinking water. Twelve hours after the start of ranitidine administration, the treatment group was given a heterologous Diff4_M68-RBD4 in a 12.5 mM sodium bicarbonate solution by gavage (dose 10 11 bactericidal unit-Gebhart et al.,). 2012, Ritchie et al., 2011, Scholl et al., 2009, described and defined). Two hours later, both groups of mice were exposed to 2 × 10 5 CFU of Clostridium difficile spores prepared from CD630. Forced administration of diffocin to the treatment group was started 4 hours after spore contact and continued every 6 hours. 24 hours after spore contact, feces from both groups of mice are collected, weighed, homogenized, and placed on a Clostridium difficile selective plate containing 0.05% sodium taurocholate to promote germination. Then, it was spread as a 10-fold diluted solution. Total CFU per sample was counted and converted to CFU / g feces (FIG. 10). The geometric mean CFU / g feces for each group was calculated and compared with the Student t test.
異種ディフォシン、Diff4_M68−RBD4は、生体内で活性であり、体外排出およびクロストリジウム・ディフィシル菌株CD630のコロニー化を減らすことが、データ解析の結果示された。異種ディフォシンを受ける前、および間クロストリジウム・ディフィシル菌が攻撃されたマウスは、クロストリジウム・ディフィシル菌を3.7x104CFU/g糞(幾何平均)の割合で排出した一方で、ディフォシン投与無しのマウスは、クロストリジウム・ディフィシル菌を6.9x105CFU/g糞(幾何平均)の割合で排出した。これは、クロストリジウム・ディフィシル菌の18.6倍希釈を意味した。スチューデントt検定による排出結果の比較は、帰無仮説<0.05を与え、そしてディフォシンによって引き起こされる排出の違いは統計的に有意であることが示された。この実験は、新規、非−1374ベースRBDを含む異種ディフォシンは生体内で活性であり、およびクロストリジウム・ディフィシル菌の排出とコロニー化を低減することを証明した。 Data analysis showed that the heterologous diffocin, Diff4_M68-RBD4, was active in vivo and reduced in vitro elimination and colonization of Clostridium difficile strain CD630. Mice that were challenged with and before Clostridium difficile excreted Clostridium difficile at a rate of 3.7 × 10 4 CFU / g feces (geometric mean), whereas mice without diffocin administration Clostridium difficile was discharged at a rate of 6.9 × 10 5 CFU / g feces (geometric mean). This meant a 18.6-fold dilution of Clostridium difficile. Comparison of efflux results by Student's t test gave a null hypothesis <0.05, and the difference in efflux caused by diffocin was shown to be statistically significant. This experiment demonstrated that a novel, non-1374 based RBD-containing heterologous diffocin is active in vivo and reduces Clostridium difficile efflux and colonization.
用語「から成る(comprising)」は、「含む(including)」「含有する(containing)」または「特徴付けられる(characterized by)」と入れ替え可能で使用するが、包括的または制約の無い言葉であり、そして付加的な、復唱されない要素および方法の手順を排除しない。熟語「から成る(consisting of)」は、いかなる要素、手順、またはその請求項に特定されない構成物をも排除しない。熟語「から本質的に成る(consisting essentially of)」は、請求の範囲を、特定の物質または手順および請求する発明の基本的および新規の特徴に物質的に悪影響しないそれら特定の物質または手順に限定する。本開示は、各文章の範囲に対応した発明組成物および方法の実施形態を意図している。このように、復唱される要素または手順から成る組成物または方法は、それら要素または手順を、本質的に含むまたは含む組成物または方法において、特定の実施形態を考慮している。 The term “comprising” is used interchangeably with “including”, “containing” or “characterized by”, but is an inclusive or unconstrained term And does not preclude additional, non-repeated elements and method steps. The phrase “consisting of” does not exclude any element, procedure, or composition not specified in the claims. The phrase “consisting essentially of” limits the claim to those specific substances or procedures that do not materially adversely affect the specific substance or procedure and the fundamental and novel features of the claimed invention. To do. This disclosure contemplates embodiments of inventive compositions and methods that correspond to the scope of each sentence. Thus, a composition or method consisting of the elements or procedures to be repeated contemplates certain embodiments in a composition or method that essentially comprises or includes those elements or procedures.
本開示で引用される特許、特許提案、および公開を含む全ての参照は、これまでに特別に参照されたか否かにかかわらず、その全体を参照としてここに組み入れる。 All references, including patents, patent proposals, and publications cited in this disclosure, are hereby incorporated by reference in their entirety, whether or not specifically referred to before.
本発明の記述全体をもって、広範囲の同等のパラメーター、濃度、および条件内で、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、及び過剰な実験をすることなく、同様のことが実施可能であること、当業者には理解されるであろう。 Throughout the description of the invention, the same can be done within a wide range of equivalent parameters, concentrations and conditions without departing from the spirit and scope of the invention and without undue experimentation. Those skilled in the art will understand.
一方、本発明を特定の実施形態に関連して説明したが、さらなる変更が可能であることは理解されよう。本出願は、一般に、本発明の原理及び公知の範囲内または当業者内で習慣的行われる実践の範囲内での本開示からの逸脱を含み、そしてこれまでに明記した本質的な特質に応用できるとする、いかなる本発明の変更、使用、適応をも含むことを意図している。 However, while the invention has been described with reference to particular embodiments, it will be understood that further modifications are possible. This application generally includes departures from the present disclosure within the principles of the invention and within the well-known scope or practice routinely practiced by those skilled in the art and applies to the essential qualities specified above. It is intended to include any modifications, uses, and adaptations of the present invention that are possible.
本発明は、上記の実施例を参考として記述しているが、本発明の意図および範囲内の修正および変更を包含していることは理解されよう。したがって、本発明は、以下の請求項によってのみ制約される。 While the invention has been described with reference to the above examples, it will be understood that it encompasses modifications and variations within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.
本出願は、電子的にASCII フォーマットに対応し、本明細書にその全体が参照として援用される配列表を含んでいる。ASCIIコピーは、2014年3月6日に作成され、名称はCF210341_SL.txtで、サイズは476,921バイトである。 This application includes a sequence listing that electronically corresponds to the ASCII format and is hereby incorporated by reference in its entirety. The ASCII copy was created on March 6, 2014 and has the name CF210341_SL. At txt, the size is 476,921 bytes.
Claims (30)
配列番号66−77をコードする第二ポリヌクレオチドに少なくとも80%同一である第一ポリヌクレオチド配列であり、ここで前記核酸分子がさらに、クロストリジウム・ディフィシル菌の第二菌株のゲノム由来のプロファージまたはプロファージ残余物の受容体結合ドメイン(RBD)またはクロストリジウム・ディフィシル菌に感染するバクテリオファージのRBDをコードする異種配列から成り、及び、
ここで、前記R型hmwバクテリオシンが、ポリペプチドの配列番号78に少なくとも80%同一である第一基板接合領域(BPAR)ポリペプチドのアミノ末端部の少なくとも50個の連続アミノ酸から成り、及び、
ここで、前記R型hmwバクテリオシンが、クロストリジウム・ディフィシル菌の少なくとも一つに殺菌活性を持ち、及び、
ここで、前記RBDに同族の第二BPARのC末端部を少なくともコードする第三ポリヌクレオチドである。 An isolated nucleic acid molecule encoding an R-type high molecular weight (hmw) bacteriocin, wherein the nucleic acid molecule is derived from the genome of a first strain of Clostridium difficile and consists of:
A first polynucleotide sequence that is at least 80% identical to a second polynucleotide encoding SEQ ID NOs: 66-77, wherein said nucleic acid molecule is further a prophage derived from the genome of a second strain of Clostridium difficile, or Consisting of a heterologous sequence encoding the receptor-binding domain (RBD) of the prophage residue or the RBD of a bacteriophage that infects Clostridium difficile, and
Wherein the R-type hmw bacteriocin consists of at least 50 contiguous amino acids at the amino terminal end of the first substrate junction region (BPAR) polypeptide that is at least 80% identical to the polypeptide SEQ ID NO: 78; and
Here, the R-type hmw bacteriocin has bactericidal activity on at least one of Clostridium difficile, and
Here, it is the third polynucleotide encoding at least the C-terminal part of the second BPAR homologous to the RBD.
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