JP2020527951A - 望ましい遺伝子発現を促進するためのプラスミドアディクションシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、目的のタンパク質をコードする発現プラスミドの安定化のためのプラスミドアディクションシステムに関する。本発明は、コハク酸サイクル最適化を使用して、目的のプラスミドの発現を確実にする。目的のプラスミドがコハク酸サイクルに必要な遺伝子を含有していることを確認することにより、システムはプラスミドの娘への継代を確実にし、したがって、目的の遺伝子および/または産物の産生および発現の効率を改善する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年7月13日に出願された、PLASMID ADDICTION SYSTEM TO DRIVE DESIRED GENE EXPRESSIONと題される米国仮特許出願第62/697531号、および2018年7月21日に出願された、PLASMID ADDICTION SYSTEM TO DRIVE DESIRED GENE EXPRESSIONと題される米国仮特許出願第62/535596号の優先権を主張し、両方の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる
本発明の分野は、コハク酸経路からの遺伝子を用いて微生物産生株において目的の染色体外要素を維持し、娘細胞における要素の包含および発現を確実にするのに有用な方法およびプロセスに関する。より具体的には、改変微生物細胞が所望の発現産物の産生に関与する遺伝子を保有するプラスミドを維持することを保証するプラスミドアディクションシステムの使用に関する。
本発明は、培養中の微生物細胞を操作して、少なくとも1つの目的の遺伝子を含有する少なくとも1つの目的の染色体外要素を維持する方法に関する。通常、この染色体外要素はプラスミドであるが、ファージ、プロファージ、ファージミド、コスミド、細菌人工染色体(BAC)には異種の目的の導入遺伝子を含有する染色体外要素も含まれている。細菌に自然に発生するものではあるが、すべての野生型プラスミドが正常な状態で宿主細胞の生存率を維持するために必要な遺伝情報を含有するわけではない。ただし、プラスミドには、抗生物質耐性や環境に存在する有害化合物に対する耐性など、特定の環境課題の下で宿主に選択的な利点を提供する遺伝情報を含有することができる。しかし、有害な環境条件が存在しない状況では、プラスミドの存在は実際、細胞の代謝負荷である(Nordstrom and Austin,1989)。言い換えれば、プラスミドを維持するために必要な代謝活性は、問題のプラスミドを保有していない細胞と比較して、宿主細胞にわずかではあるが実際、代謝コストをかける。多くの娘細胞が存在し続けるか、またはそれなしで再生できる場合、時間の経過とともに目的のプラスミドを「失う」傾向があるのは、この代謝負荷が原因である。染色体外要素(複数可)のこの損失または限られた複製のプロセスはまた、目的の産物を産生するためにプラスミド遺伝的要素の存在を必要とする実験の効率の低下にもつながり、したがって目的のプラスミド(複数可)を有さない、有意な量の娘細胞を含む培養物は、実施する実験の効率を低下させる。これは、コストの目標を立てるために規模の経済性と目的の分子の一貫した産生に依存している発酵実験で特に深刻である。目的のプラスミドまたは染色体外要素を欠く娘細胞は、産生全体の培地およびエネルギーシンクを意味し、発酵コストの経済的利益に寄与する。
バイオテクノロジー産業では、プラスミドおよび類似の染色体外要素が、微生物の遺伝子工学、および目的のタンパク質の発現および商業的な合成生物学において非常に重要なツールになっている。そのような要素は、宿主細胞にそれらを前進または消滅させるように操作および設計することができる。(Balbas 2001、Baba 2006)。この意味で、細胞は、結果として生じる代謝負荷にも関わらず、細胞内の染色体外要素の維持に不可逆的に「中毒化された(addicted)」ようになる(したがって、用語として、プラスミドアディクションシステムまたは「PAS」)。そのようなシステムを手に入れると、研究者はPASシステム遺伝子を維持および発現するだけでなく、そのような染色体外要素に含有されるすべての遺伝子を発現するために、宿主細胞培養の推進に集中できる。本発明によれば、これは、微生物系における目的の多数の遺伝子および潜在的な遺伝子産生物の発現を伴うことができる。
プラスミドアディクションシステムおよび代替物
目的のタンパク質の発現を促進するこのような手法の力を考えると、細胞内のプラスミドの安定した維持を確保するためにさまざまなアプローチが開発されたことは驚くことではない(Nordstrom and Austin,1989)。これには以下の、(i)高コピープラスミドシステムのプラスミド維持システムとして機能する部位特異的組換えシステム(Grindley et al,2006)、(ii)アクティブパーティションシステム(Funnell and Slavcev,2004)、および上記のような、(iii)プラスミドアディクションシステム(PAS)であって、本明細書で提供される発明のように、目的のプラスミドの遺伝子を含有せず、発現しない細胞の継続的な生存/複製を防ぐシステム(Gerdes et al,2005)、が含まれる。
部位特異的組換え制御システム
部位特異的組換えは、少なくともある程度の配列相同性を有するセグメント間でDNA鎖交換が起こる遺伝子組換えの一種である。このシステムでは、部位特異的リコンビナーゼ(複数可)(SSR)が短いDNA配列(部位)を認識して結合することによりDNAセグメントの再配列を実行し、そこでDNA骨格を切断し、関与する2つのDNAヘリックスを交換しその後DNAストランドを再結合する。(Datsenko and Wanner,2000)。一部の部位特異的組換えシステムでは、これらのすべての反応を実行するのに単一のリコンビナーゼ酵素と対応する組換え部位だけで十分であるが、他のシステムでは多くのアクセサリータンパク質および/またはアクセサリー部位も必要であり−それぞれの追加により複雑さが増し、それにより、このシステムの信頼性と汎用性の両方が低下する。(Baba et al,2006)。さらに、必要なリコンビナーゼの恒常的発現は、望ましくない遺伝子型変異を引き起こす可能性があり、その初期開発の観点からシステムを使用することは、リコンビナーゼ遺伝子の子孫への導入の観点から難しくなり得る。
プラスミドの不安定性
上記のように、微生物は、プラスミド自体の維持とそこに含有される遺伝子の発現の両方の進行中の代謝負荷のために、プラスミドを排除するか、細胞内のプラスミドの複製を制限する傾向がある。(Rosano et al,2014)。さらに、問題のプラスミドが、発現すると細胞内またはその細胞の直接の環境で毒性産物を産生する遺伝子を含有する場合、細胞はプラスミドの複製と発現を好まない可能性がある。もちろん、そのような微生物系を利用する人々にとっての関心は、操作された遺伝子変化の維持と、挿入された遺伝子の結果的な発現である。この意味で、プラスミドと宿主の安定した遺伝には一般的に:(1)プラスミドは各世代に1回複製しなければならない、(2)コピー数の偏差は、細胞分裂の前に迅速に修正しなければならない、(3)細胞分裂の際に、プラスミド複製の産物を両方の娘細胞に信頼性の高い一貫性のある方法で分配しなければならない、ことが必要である。(Balbas et al,1986)。
一般に、細菌内の低コピー数プラスミドの安定した維持は、複製前の細胞内でのプラスミドの配置に関与する分配メカニズムによって積極的に推進されている。さまざまなそのようなパーティションシステムは、微生物の世界で遍在し、多くの細菌の染色体とプラスミドによってエンコードされる。これらのシステムは、シーケンスとメカニズムは異なるが、通常、2つのタンパク質と、問題のプラスミド上のDNA分配部位または原核生物のセントロメアで構成される。1つのタンパク質は動原体に結合してパーティション複合体を形成し、もう1つのタンパク質はヌクレオチド結合と加水分解のエネルギーを使用して、必要に応じてプラスミドを輸送するプラスミドの場合、この最小カセットは適切な分離を行うのに十分である。最適な設定では、目的のプラスミドを運ぶために選択された菌株は、一貫した信頼性の高いプラスミド複製を提供する、または一貫した信頼できるパーティションシステムを有する。(Balbas et al,1986、Rawlings 1999)。
設計されたプラスミド安定化システム
目的のプラスミドを安定して維持するように設計されたシステムがある。特に一般的なシステムの1つは、選択ツールとしての抗生物質の使用である。そのようなシステムでは、目的のプラスミドの抗生物質耐性遺伝子は、それを保有する細胞を保護すると同時に、対応する抗生物質が豊富な培地で細菌細胞を増殖させると、細胞を効果的に「強制」維持する。(Cranenburgh,R.M.et al,2001)。ただし、この方法には多くの困難と懸念がある。抗生物質耐性のアプローチは高価であり、高価な抗生物質の使用を必要とし、工業的生産方法で使用される場合、ヒトおよび/または動物集団に悪影響を与える可能性のある細菌抗生物質耐性の発達を加速および/または広める方法である可能性があるため、培養方法として好ましくないと感じる人もいる。さらに、大規模生産用途では、抗生物質の使用が他の制限を強いる可能性もある。市販のバイオリアクターに関して、抗生物質耐性メカニズムは抗生物質自体を分解し、プラスミドのない細胞のかなりの集団を培養で持続させることができる。そのようなプラスミドのない細胞は非生産的であり、バイオリアクターの全体的な生産量を減少させ、それによりコストが増加し、効率が低下する。(Balbas 2001、Baba 2006)。
分離プラスミド維持機能
安定した低コピー数プラスミドは、通常、娘細胞間でプラスミドコピーを積極的に分配する分配機能を使用する。分配メカニズムの例には、pSClOl、F因子、PIプロファージ、およびIncFII薬物耐性プラスミドが含まれる。そのような機能は、複製中にプラスミドを物理的に分離するように作用する。機能性の点では、多くの小さなプラスミドは、細胞全体に分布する高いコピー数に依存しており、分裂時に各娘細胞によって少なくとも1つのコピーが維持されることを保証する。一方、多くの大きな低コピー数プラスミドは、確率的損失を回避するために活発な分離システムをエンコードする。さまざまなパーティショニングシステムが存在するが、ほとんどは3つの構成要素である、セントロメアDNA領域、細胞動原性(cytomotive)フィラメント、および2つをリンクするアダプタータンパク質、に依存している。タイプII分離では、細菌のアクチン様タンパク質(ALP)フィラメントがプラスミド分離を推進する。(Balbas et al,2001;Balbas 1986;Schumacher 2014)。
分離後細胞殺滅(Post−Segregational Killing)(PSK)機能
自然に発生するPSKプラスミド維持機能は、通常、2成分毒素−抗毒素システムを使用し、一般に次のように動作する。このプラスミドは毒素と抗毒素の両方をコードする。抗毒素は毒素よりも安定性が低く、毒素は非常に安定している傾向がある。プラスミドのない娘細胞では、毒素と抗毒素はもはや産生されていないが、安定性の低い抗毒素はすぐに分解し、それによって毒素が放出され、抗毒素が存在することなく周囲の細胞を殺滅する。(Gerdes 1990)。
毒素は一般に小さなタンパク質であり、抗毒素は小さなタンパク質か、毒素をコードするmRNAに結合してその合成を妨げるアンチセンスRNAのいずれかである(例えば、hok−sokなどのアンチセンスシステム)。アンチセンス維持システムでは、抗毒素は、毒素をコードするmRNAの翻訳を阻害するアンチセンスRNAである。抗毒素ペプチドと同様に、アンチセンスRNAは毒素をコードするmRNAよりも安定性が劣る。プラスミドの損失は、既存の抗毒素の分解を可能にし、それにより宿主細胞を殺滅する毒素の合成を可能にする。hok−sokシステムの制限は、hok−sokシステムがHokオープンリーディングフレーム内の突然変異によって不活性化されると、かなりの数のプラスミドのない細胞が生じる可能性があることである。(Gerdes 1990)。
平衡致死システム
平衡致死システム(PSK機能)では、必須の構造タンパク質または酵素をコードする染色体遺伝子を細菌の染色体から欠失させるか、遺伝子が機能しなくなるように変異される(Fu.,2000)。除去されたまたは損傷した遺伝子は、完全に機能する遺伝子を含むプラスミドに置き換えられる。プラスミドが失われると、必須タンパク質が不足し、プラスミドのない細胞が死滅する。触媒酵素産生に基づいた平衡致死システムには、多くの欠陥がある。特に、染色体遺伝子欠失の相補性には単一の遺伝子コピーのみを必要とするため、発現プラスミドのコピーを数個以上維持することは本質的に困難である。プラスミドを含まない宿主株は、既存の代謝欠損を化学的に補完するために特別な培地で増殖させなければならない。(Fu 2000)。
業務努力とニーズ
生物工学的産生プロセスは、それぞれEscherichia coliやSaccharomyces cerevisiaeなどの定評のある原核生物および真核生物の宿主におけるプラスミドベースの発現システムでしばしば動作する。遺伝子組換え生物は、重要な化学物質、生体高分子、バイオ燃料、インスリンなどの高価値タンパク質を産生する。これらのバイオプロセスでは、組換え宿主のプラスミドは生産性に重要な影響を及ぼす。(Kroll J.,2010)。プラスミドを含まない細胞は、生成物全体の回収に損失をもたらし、プロセス全体の収益性を低下させる(表1)。多くの場合、工業的発酵における抗生物質の使用は、プラスミドの安定性を維持するための利用可能な選択肢または望ましい選択肢ではない。特に医薬品またはGMPベースの発酵プロセスでは、配置された抗生物質を不活性化して除去する必要がある。上記のように、それらも費用がかかる。いくつかのプラスミドアディクションシステム(PAS)が文献に記載されており、上記で参照されている。本PASは、抗生物質を含まず、細胞複製および恒常性が絶対に必要なままであり、培養中に複数の遺伝子を保有するプラスミドなどを効率的に維持できる新しい方法を提供する。
上記を考慮すると、平衡致死システムに依存し、抗生物質を必要としない、産業にとって有用であり、商業的に効率的な方法で目的の化合物を大量に生産することができる、新しいPASの技術の必要性が残っている。
本発明は、目的のタンパク質の産生を増強することができ、商業規模でそれを行うことができるプラスミドアディクションシステムを考案する改善された方法を包含する。
本発明によれば、微生物系における目的の1つ以上のタンパク質の産生のための生合成方法が提供される。
目的の遺伝子を保有する組換えプラスミドは、細菌の培養によって得られる。細菌形質転換体を選択するため、および細菌宿主細胞内のプラスミドの維持を確実にするために、抗生物質耐性遺伝子が伝統的にプラスミド骨格に含まれている。プラスミドの選択は、それぞれの抗生物質を含有する培地で細胞を増殖させることにより達成され、この培地では、多くの場合、マーカー遺伝子が含まれたプラスミド担持細胞のみが増殖できる。プラスミドを単一コピーに制限する、またはバイオレメディエーションの状況などの開放環境での使用を目的とした、主に毒素−抗毒素システムとして、多くのプラスミドアディクションシステム(PAS)がすでに存在する。ただし、栄養ベースのプラスミドアディクションシステムの例、または産業環境で長期安定性を示す例はほとんどない。本発明は両方を提供する。
本発明によれば、キーとなる染色体遺伝子が除去されて、娘細胞で発現および維持されるプラスミドにそれが配置されている条件突然変異体として、コハク酸経路を利用するプラスミドアディクションシステム。そのようなシステムは、特定のアミラーゼ、経路遺伝子、リパーゼ、プロテアーゼ、ビタミンまたは抗生物質の産生に使用でき、本発明によれば、最大4つの異なるプラスミドを維持することを強制できる。
本発明の好ましい実施形態によれば、出願人は、二重変異体sucADまたは四重変異体sucABCDのいずれかの合成致死性欠失に基づくプラスミドアディクションシステムを提供し、ネイティブ変異は1つ以上のプラスミドで補完される。目的のプラスミド(複数可)は、DAPやその他の中間体を補充することなく、ほぼ野生型の増殖を可能にし、選択マーカーがなくても多くの世代にわたって保持される。形質転換体は追加の補充なしにLBプレートで増殖させることができるため、実験室の状況で有用であるが、親株は、DAPの補充なしでは増殖できない。それは、抗生物質もそれらの必要な選択マーカー遺伝子も必要としないまたは所望されない、工業的な状況において有用である。最大4つの必要な遺伝子を含めることを考えると、これは異なる組成の4つのプラスミドを目的の発酵において低コストで保持できることを意味する。すなわち、単一のプラスミドを目的の単一の遺伝子とともに維持できるかまたはそれぞれ4つの必要な遺伝子のうち1つを持ち、他の目的の遺伝子を保有する、最大4つの異なるプラスミドタイプが効率的で低コストな本システムで提供できる。
中心的なEs.coli代謝と細胞壁生合成の状況におけるコハク酸およびスクシニルCoAを示す(図1AおよびIB)。 同上。 E.coli染色体で合成致死性となる複数の欠失sucAD(図2B)およびsucABCD(図2C)を示す。本発明のネイティブE.coli株のゲノムコンテキスト−BW251 13およびそのスクシニル−CoAオペロンを図2Aに示し、図2Bは、E.coli BW25 113 AsucADのゲノムコンテキストの概略図を提供し、図2Cは、E.coli BW25 113 AsucABCDのゲノムコンテキストの概略図を提供する。 同上。 同上。 抗生物質耐性マーカーではなく、sucABおよびsucABCD補体を発現するように設計されたクローニングベクターである、pDvSおよびpDvQプラスミドのプラスミドマップを示す。pDvK−sucAD(図3A)、pDvK−sucABCD(図3B)、pDvS−Kan−dropout(図3C)、およびpDvQ−Kan−dropout(図3D)、pDvK−sucBC(図3E)。 同上。 同上。 同上。 同上。 富栄養発酵培地では増殖できない、コハク酸経路ノックアウト変異体、例えばBW251 13 AsucAD(図4A)およびBW251 13 AsucABCD(図4B)を示す。 同上。 非選択培地での関連細胞の増殖曲線。二重または四重ノックアウトの相補性間の違いを示す GFPを発現するように設計されたコハク酸アディクションベクターのプラスミドマップ。dvp−a8−skb−sfgfp(図6A)、およびpDvQ−GFP(図6B)。 同上。 本発明の形質転換細胞系によるGFPの産生レベルを示す。 システムによる2つのプラスミドの保持を示すパッチプレートを示す。
以下の略語には本明細書において指定された意味を有する。
用語の説明:
細胞系は、異所性タンパク質の発現を提供する任意の細胞である。細菌、酵母、植物細胞、動物細胞が含まれていた。原核細胞と真核細胞の両方が含まれる。また、リボソームなどの細胞成分に基づいたタンパク質のインビトロ発現も含まれる。
細胞系の増殖。増殖には、コハク酸経路の変化に応じて細胞が繁殖および分裂できる適切な培地の提供が含まれる。また、細胞または細胞成分が翻訳され、組換えタンパク質を作成できるようにリソースを提供することも含まれる。本発明によれば、細胞はLB培地で増殖する。このような細胞は、120μMのDAPが供給されない限り、増殖しない。
タンパク質発現。タンパク質産生は、必要な遺伝子発現後に起こる。DNAがメッセンジャーRNA(rnRNA)に転写された後の段階で構成される。次に、mRNAはポリペプチド鎖に翻訳され、最終的にタンパク質に折り畳まれる。DNAはトランスフェクション−細胞に意図的に核酸を導入するプロセス−を通じて細胞内に存在する。この用語は、真核細胞での非ウイルス法によく使用される。それはまた、他の方法や細胞型を指す場合もあるが、他の用語が好ましい場合があり、「形質転換」は、細菌、植物細胞を含む非動物真核細胞での非ウイルス性DNA転移を記述するために、より頻繁に使用される。動物細胞では、形質転換は、これらの細胞の癌状態への進行(発癌)を指すためにも使用されるため、トランスフェクションは好ましい用語である。ウイルス媒介DNA伝達を記述するために、形質導入がよく使用される。形質転換、形質導入、およびウイルス感染は、本適用のトランスフェクションの定義に含まれている。
頭字語:
TCA−トリカルボン酸
DAP−ジアミノピメリン酸
PAS−プラスミドアディクションシステム
TB−テリフィックブロス(Terrific Broth)
LB−ルリアブロス(Luria Broth)
Y(E)PD−酵母エキスペプトンデキストロース(培地)
sueA−2−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ酵素のE1成分をコードするE.coli遺伝子
sucB−2−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ酵素のE2成分をコードするE.coli遺伝子
sucC−スクシニルCoAシンテターゼ酵素のβサブユニットをコードするE.coli遺伝子
sucD−スクシニルCoAシンテターゼ酵素のaサブユニットをコードするE.coli遺伝子
代替マーカー遺伝子
本発明実施例の1つ以上の遺伝子に対しマーカー遺伝子が必要な場合には、以下が含まれる:制限ヌクレアーゼ(例えば、CviAII、クロレラウイルスPBCV−1由来の制限エンドヌクレアーゼ、Zhang et al,1992)、EcoRI(Torres et al,2000)をコードする遺伝子、Szafransky et al,1997、Kaplan et al,1999、Sano et al,1995に記載されているようなタンパク質と相互作用する毒素をコードする遺伝子であって、タンパク質が例えば、ビオチンの欠乏により細胞増殖に不可欠なタンパク質として作用する、ストレプトアビジンまたはstvl3(切断された、易溶性のストレプトアビジン変異体)であるもの、膜を損傷するタンパク質をコードする遺伝子(E遺伝子タンパク質のφX174(Ronchel et al,1998;Haidinger et al,2002)、gef(Jensen et al,1993;Klemm et al,1995)、relF(Knudsen et al,1995)、他の細菌毒素をコードする遺伝子、例えば、Bacillus subtilis(Gay et al,1983)のDNAジャイレースまたはsacBを捕捉するFプラスミドからの強力な細胞殺滅タンパク質をコードするccdb遺伝子(Bernard and Couturier,1992)、または細菌宿主に有毒な真核生物毒素をコードする遺伝子(例えば、FUS;Crozat et al,1993)。毒性遺伝子を使用する場合、それらの発現は誘導性プロモーターによって調節できることが不可欠である。このプロモーターは、誘導因子なしでは活性であるべきではないが、誘導時に細胞増殖を阻害するのに十分な、発現を提供する。
特定の実施形態では、マーカー遺伝子は、制限ヌクレアーゼ、ストレプトアビジン、または間接毒性効果を有する遺伝子、例えば上記のようなsacBをコードする遺伝子から選択される。
リプレッサーは、オペロンのプロモーター内に位置するオペレーターに結合するタンパク質であり、それにより、オペロン内に位置する遺伝子の転写をダウンレギュレーションする。本発明に適したリプレッサーの例は、グラム陰性菌におけるテトラサイクリン耐性決定因子のファミリーの転写を調節し、テトラサイクリンに結合する、テトラサイクリンリプレッサー(tet)タンパク質TetR(Williams et al,1998;Beck et al,1982;Postle et al,1984)、トリプトファン生合成遺伝子を含有するtrpオペロンのオペレーターに結合するトリプトファンリプレッサー(trp)(Yanofski et al,1987)である。
誘導性プロモーターの例は、物質の添加により転写が開始され、環境によって調節可能なプロモーターであり、例えば、IPTGによって誘導可能なlacプロモーター(Jacob and Monod,1961)、アラビノースによって誘導可能なアラビノースプロモーター(pBAD)(Guzman et al,1995)、銅誘導性プロモーター(Rouch and Brown,1997)、およびクメート誘導性プロモーター(Choi et al 2010)である。
あるいは、増殖相または環境変数に関係なく、所望の導入遺伝子の転写が常に推進される構成的プロモーターを使用してもよい。
別の実施形態では、マーカー遺伝子をレポーター遺伝子として使用することにより、目的の単一遺伝子の発現を監視することができよう。この機能を提供するために使用できる遺伝子には、GFP(緑色蛍光タンパク質)、hSOD(ヒトスーパーオキシドジスムターゼ)、lacZ(ベータグルコシダーゼ)、CAT(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)、nptll(ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ)またはルシフェラーゼをコードする遺伝子が含まれる。
レポーター遺伝子は、宿主細胞内のプラスミドの存在もしくは不在またはプラスミドのコピー数に関する情報が必要な場合はいつでも、培養プロセスに役立つ。このような情報は、発酵プロセスをプラスミドコピー数の制御に関して最適化する場合に特に役立つ。レポーター遺伝子は、毒性マーカー遺伝子の代用としても機能する可能性があり、したがって、遺伝子調節またはサイレンシングに使用される構築物の機能性を証明し、毒性マーカー遺伝子に対する影響を決定することを目的とする実験設定で使用することができる。
本発明の特定の実施形態では、マーカー遺伝子は、内因性宿主遺伝子であり得、これは、調節されることを意図する任意の目的の遺伝子であり得る。この場合、宿主細胞は、配列をコードする配列が関連する宿主遺伝子と機能的に関連するように設計されている。
本開示は、さまざまな修正および代替形態が可能であるが、その特定の実施形態は、例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明される。ただし、本明細書に提示される図面および詳細な説明は、開示を開示された特定の実施形態に限定することを意図するものではなく、反対に、その意図は添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の精神および範囲内にあるすべての修正、均等物、および代替物を網羅するものであることを理解されたい。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。
本発明は、マーカー、抗生物質を必要とせず、目的のタンパク質を高レベルで産生できる微生物系における目的のあるタンパク質の改善された生産方法のためのシステムに関する。
細菌株と増殖条件
BW251 13およびAsucA::KanRおよびAsucD::KanRの欠失は、E.coli Genetic Stock Center(CGSC)から入手した。通常、細胞をルリアブロス(LB)で増殖させたが、実験はTB、YPD、YEPD、コーンスティープリカーを含む普通ブイヨン、およびその他の富栄養培地でも行った(Miller,1972)。AsucAD二重欠失は合成致死性であるため、スクリーニングを支援するために、ジアミノピメリン酸(Sigma D1377)を120μMで使用した(Mattozzi et al,2013;Yu et al,2006)。
染色体変異を有する菌株の構築
Plvir形質導入(Miller,1972)を使用して、E.coli BW251 13のカナマイシン耐性二重ノックアウト株を作成し、LBカナマイシンプレート上120μMのDAPでスクリーニングした。これらを、コロニーPCRを介してAsucAおよびAsucDの欠失についてスクリーニングした。このKanRドナー株は、E.coli株BL21、BL21(DE3)、MG1655、MG1655(DE3)AlacY、およびW3110の二重ノックアウトを作成するためにも使用された。プラスミドpCP20を使用して、そのFLP/FRTベースのリコンビナーゼを使用してカナマイシン耐性マーカーを除去した(Baba et al,2006、Datsenko and Wanner,2000)。sucAとsucDはわずか6kbしか離れていないため、四重欠失AsucABCDを示すKan感受性細胞は、通常pCP20 FLPリコンビナーゼステップの後に単離された(Datsenko and Wanner,2000)。
組換えプラスミドの構築
sucA、sucB、sucC、およびsucDをコードするコドン最適化配列を合成した(Quintara Bioworks,Emeryville CA)。CIDAR £.coli Modular Cloning(Iverson et al、2016)を使用して、sucABCDナチュラルオペロンとsucAD合成オペロンのバージョンを生成した。どちらのバージョンもE.coli MG1655ネイティブ配列に基づいていたが、タンパク質配列に影響を与えないように、フレーム内で不正な(illegal)BsalおよびBpil部位が置換された。組換えの影響を最小限に抑えるために、追加のコドン最適化が行われた。オペロンsucABCDとsucADは同一であったが、sucBの開始コドンとsucCの停止コドンの間の配列は欠失させた。(Yu et al,2005)。
本発明によれば、プラスミドをエレクトロポレーションによりAsucADおよびAsucABCD株に形質転換し、追加の補充なしでLBプレート上で選択したが、親株は、DAPの補充なしでは増殖できない。クローンはシーケンスによって確認された。
プラスミド−中毒化された菌株の培養
プラスミドを担持するE.coli株は、24ウェルプレートおよびBioLectorフラワープレート(Funke et al,2009)に追加の補充なしでLBにて増殖させた。
本発明は、プラスミドDNA産生および組換えタンパク質産生の両方のために、最先端の発酵に広く使用することができる。
本発明を適用するのに有用なpDNAの発酵のためのいくつかのアプローチが記載されている。プラスミドDNAの産生方法は、細胞に課される制御レベルと発酵に影響を与える多数の要因に関して異なる。
大量のプラスミドを得るために、細胞を制御された発酵槽でいわゆる「バッチ発酵」で培養することができ、このバッチ発酵では、すべての栄養が最初から供給され、培養中に栄養は追加されない。(Reinikainen,P.,et al;1988)。このタイプの培養は、例えばO’Kennedy et al,2003,および Lahijani et al,1996によって、およびWO96/40905、米国特許第5,487,986号およびWO02/064752に記載されているように、炭素および窒素源としていわゆる「複合成分」を含有する培地で実施することができる。あるいは、合成培地、例えばpDNA産生用に特別に設計された規定培地(Wang et al,2001、WO02/064752)をpDNA産生に使用してもよい。
本発明は、E.coliの流加バッチ発酵においても使用することができ、典型的には、規定の設定点でプロセスパラメーターを制御するため栄養素を供給することによるフィードバック制御アルゴリズムを使用することで、供給により1つ以上の栄養素が培養物に供給される。したがって、フィードバック制御は、発酵全体の細胞活動に直接関連している。発酵のフィードバック制御に使用できる制御パラメーターには、pH値、オンライン測定細胞密度、または溶存酸素分圧(DOT)が含まれる。供給速度により規定の設定点で溶存酸素分圧を制御するためのフィードバックアルゴリズムは、WO99/61633に記載されていた。
あるいは、本発明は、E.coli細胞を最初に前培養で増殖させ、続いて本培養で発酵させるプラスミドDNAを産生するプロセスであって、本培養がバッチ相と供給相を含む流加プロセスである、プロセスに適用することができる。バッチ相の培地と供給相中に追加される培地は既知組成培地であり、供給相の培地は増殖制限基質を含有し、事前に定義された指数関数に従う供給速度で追加され、これにより、特定の増殖率を事前に定義された値に制御する。
マーカー遺伝子が誘導性プロモーターの制御下にある場合、インデューサは最初におよび/またはパルス方式で(pulse−wise)に(バッチ培養および流加培養の両方で)バッチに添加されてもよい。供給相中に、インデューサをパルス方式でまたは連続的に追加できる。
発酵プロセスの終わりに、細胞は収穫されて、プラスミドDNAは、技術的に既知のプロセスにしたがって、例えば、米国特許第5,981,735号に記載されているように、陰イオン交換およびゲル浸透クロマトグラフィーに基づく方法により、または米国特許第6,197,553号に記載されているように、2つのクロマトグラフィーステップ、すなわち、第1ステップとして陰イオン交換クロマトグラフィー、第2ステップとして逆相クロマトグラフィーを使用することにより、単離および精製される。プラスミドDNAを製造するための別の適切な方法は、モノリシック支持体と組み合わせた2つの異なるクロマトグラフィーステップを使用するWO03/051483に記載されている。
本発明をプラスミド産生、例えば遺伝子治療用途のプラスミドの産生に適用することに加えて、組換えタンパク質産生にも有用である。(Rawlings 1999)。
組換えタンパク質産生に関して、原則として、特にColElタイプのプラスミドから、E.coliで目的の遺伝子を発現させるのに有用であることが証明されている任意の方法を使用することができる(総説については、例えばJonasson et al,2002;Balbas,2001を参照されたい)。タンパク質は、細胞内(完全または部分的に可溶性または封入体として)またはバッチ発酵または、好ましくは、複合、合成または半合成培地を使用する流加培養からの分泌(細胞培地または細胞周辺腔への)によって得ることができる。
プラスミドDNA産生、通常は遺伝子治療用途のプラスミドDNA産生では、目的の遺伝子は細菌の宿主細胞では発現しない。最終的に発現される哺乳動物、好ましくはヒトへの適用を考慮して、目的の遺伝子は通常、真核生物プロモーターと作動可能に関連している。対照的に、E.coliにおけるタンパク質の組換え産生の場合、目的の遺伝子は宿主細胞で発現されるため、原核生物のプロモーターの制御下にある。
組換えタンパク質産生の場合、2つのプロモーター、すなわちマーカー遺伝子を制御するプロモーターと目的の遺伝子を制御するプロモーターは、どちらか一方の発現を妨害する干渉が起こらない限り、異なっていても同じでもよい。
有利なことに、それらの活性は転写の時点およびレベルに関して互いに独立しているため、プロモーターは異なって調節される。好ましくは、マーカー遺伝子を制御するプロモーターは発酵プロセスの開始時に活性であり、中程度の量のmRNAを産生するが、目的の遺伝子のプロモーターはかなり強く、発酵中の選択された時点で活性化される。誘導性プロモーターが目的の遺伝子とマーカー遺伝子の両方に使用される場合、それらは通常、異なるインデューサによってオンになるように選択される。あるいは、マーカー遺伝子は誘導性プロモーターの下にあり、目的の遺伝子は構成的プロモーターの下にあるか、またはその逆であってもよい。これは、マーカー遺伝子構築物が細菌宿主ゲノムに組み込まれる方法と、マーカー遺伝子構築物が上記のようにプラスミドまたはファージに含有される方法の両方に適用される。
発酵のさまざまな段階でのプロモーターの誘導に関しては、プラスミドDNAの産生に関する上記の原則が適用される。
本発明は、すべての複製プラスミドが抗生物質耐性遺伝子を欠いており、したがって、遺伝子治療用途に加えて、抗生物質耐性遺伝子の非存在が必要または望ましいすべての用途、例えばヒトおよび動物の食料生産を目的とする組換え酵母株の生成に、または組換え植物の生成に適しているという大きな利点を有する。
発酵中の発現と維持
異種DNAの維持は、産業システムにおいて大きな課題である。多くのシステムがすでに存在するが、それぞれに欠点がある。遺伝子のゲノムへの組み込みは時間がかかり、広範なスクリーニングが必要であり、細胞ごとに1つのコピーに制限される。コスミドや細菌人工染色体(BAC)のような大きなDNAループは、染色体DNAや細胞片のペレットから分離するのが難しく、この場合もやはりコピー数によって制限される。ファージは、目的の細胞タイプにとどまるのが難しい場合がある。それらは予期せず溶菌性になり、工場規模で劇的な結果を引き起こす可能性がある。したがって、E.coliや他の細菌培養に異種DNAを導入して維持する最も一般的な方法は、目的の遺伝子(複数可)が、複製起点と、典型的には抗生物質耐性マーカーとを含む配列を含有するDNAの小さなループ上で維持される、プラスミドを介することである。このマーカーには問題があり、培地中の抗生物質は高価であり、同様の化学的性質を持つ最終的な低分子産生物を汚染する可能性がある。同様に、これらのマーカーをコードする遺伝子はバイオセーフティの問題を提起し、発酵で使用される抗生物質は臨床現場で使用されるものと同じか類似のものである。通常、実験室での封じ込めは良好であるが、抗生物質耐性遺伝子の大規模な使用は、メチシリン耐性Staphylococcus aureus(MRSA)などの危険な耐性菌の拡散を促進する可能性がある。
本発明の原理、すなわち、スクシニル−CoA合成致死性欠失の代謝の状況を図1に示す。
本発明の実施形態では、以下の構成要素が有用である:
宿主細胞
それらの複製は宿主機構に依存するため、多くのプラスミドは狭い宿主範囲を持つプラスミドである。多くの場合、複製はE.coliおよびSalmonella菌やKlebsiella菌などの関連細菌に限定される(Kues and Stahl,1989)。しかしながら、本発明によれば、真核生物系を含む非常に多様な機能的宿主が利用可能である。他の適切な宿主には、Corynebacterium属、Bacillus属、Pseudomonas属、Vibrio属、Bulkholderia属、および異種プラスミドを安定して維持でき、ペプチドグリカン細胞壁を有する他のあらゆる細菌が含まれる。
宿主細胞の好ましい遺伝的特徴は、プラスミドの安定性と品質または無傷の組換えタンパク質の回収率を改善する突然変異である。望ましい遺伝子欠失の例は次のとおりである。
sucA−2−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ酵素のE1成分をコードするE.coli遺伝子
sucB−2−オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ酵素のE2成分をコードするE.coli遺伝子
sucC−スクシニルCoAシンテターゼ酵素のβサブユニットをコードするE.coli遺伝子
sucD−スクシニルCoAシンテターゼ酵素のaサブユニットをコードするE.coli遺伝子。
このオペロンの各遺伝子は、TCAサイクル内のヘテロダイマー酵素の一部をエンコードする。sucABとsucCDは合成致死性であるため(Yu et al 2006)、sucABまたはsucCDペアのいずれかを欠失させても、なお細胞増殖が可能であるが、細胞が酸素を末端電子受容体として使用できないために増殖速度が低下する。これにより、最終的に細胞死、増殖速度の低下、最大細胞密度の低下、および炭素源の非効率的な使用が引き起こされる可能性がある。sucABCDクラスター内の少なくとも3つの遺伝子(またはAsucADなどの反対の共役ペアから2つ)を欠失させると、スクシニルCoAに対して栄養要求性の細胞が作成される。スクシニルCoA自体は不安定であり、商業的に調達するのに費用がかかるため、培地にDAPを補充すると細胞が増殖できることが発見された。これは、外部DAPを細胞壁に組み込むことができるため、スクシニルCoA補因子の必要性がなくなるためである(図1)。細胞はまだ増殖できるが、酸素を末端電子受容体として十分に利用できないために増殖障害がある。
宿主細胞を設計するための構築物
宿主細胞を操作するのに適した構築物の原理を図2に示す:宿主株はPI形質導入(上記)を介して生成され、プラスミドはギブソンアセンブリ、クローニング、ゴールデンゲートおよび/またはモジュラークローニングを介して生成された。
システム用プラスミドの特性
プラスミドは、宿主株で特異的に欠失させた遺伝子を発現するために必要である。本実施例では、E.coliのsucADおよびsucABCDのコドン最適化バージョンがプラスミド上に発現され、それぞれBW251 13 AsucADおよびAsucABCDに加えられた欠失を補完する。
トリカルボン酸(TCA)サイクルに必須のタンパク質を発現する2つまたは4つのキーとなる遺伝子をE.coliゲノムから欠失させた。以前、これらの遺伝子は合成致死性であることが示されている(Yu et al,2006)。したがって、これらの細胞は、スクシニルCoAに対して栄養要求性である。細胞は単に発酵増殖を通じてTCAサイクルのエネルギーニーズを補うことができるが、完全なTCAサイクルの欠如は、細胞が酸素を末端の電子受容体として効果的に使用できないため、非効率的な増殖と、有毒な発酵副産物のエタノールとアセテートの蓄積を引き起こす。これにより、最終的に細胞死、増殖速度の低下、最大細胞密度の低下、および炭素源の非効率的な使用が引き起こされる可能性がある。TCAサイクルに加えて、スクシニルCoAは多くの代謝経路の補因子としても使用される。おそらく最も重要なのはリジン合成経路であり、そこではスクシニルCoAがジアミノピメリン酸(DAP)を生成するための必須の補因子として必要である。DAPはムレインまたはペプチドグリカン細胞壁の重要な単量体であり、したがって増殖に必要であった。
以前、炭素固定システムの試験として、この事実を利用したシステムを構築した(Mattozzi et al,2013)。ただし、ノックアウトはChloroflexus aurantiacusからの細胞代謝プロセスの代用としてのみ使用され、プラスミドを保持したり目的のタンパク質の産生を駆動したりする細胞の能力ではない。スクシニル−CoA:(S)−マリル−CoAトランスフェラーゼオペロンを発現するプラスミドを含む二重変異体AsucAD細胞は減少したが、システム内のDAPの必要性を完全には除去しなかった。
細菌株と増殖条件
BW251 13およびAsucA::KanRおよびAsucD::KanRの欠失は、エール大学のE.coli Genetic Stock Center(CGSC)から入手した。通常、細胞はルリアブロス(LB)で増殖させたが、実験はTB、YPD、YEPD、コーンスティープリカーを含む普通ブイヨン、およびその他の富栄養培地でも行った(Miller,1972)。AsucA(B)Asuc(C)D二重欠失は合成致死性であるため、スクリーニングを支援するために、ジアミノピメリン酸(Sigma D1377)を120μMで使用した(Mattozzi et al,2013;Yu et al,2006)。
染色体変異を有する菌株の構築
Plvir形質導入(Miller,1972)を使用して、E.coli BW25113のカナマイシン耐性二重ノックアウト株を作成し、LBカナマイシンプレート上120μMのDAPでスクリーニングした。これらを、コロニーPCRを介してAsucAおよびAsucDの欠失についてスクリーニングした。このKanRドナー株は、E.coli株BL21、BL21(DE3)、BL21*(DE3)、MG1655、MG1655(DE3)AlacY、C41、およびW3110の二重ノックアウトを作成するためにも使用された。プラスミドpCP20を使用して、そのFLP/FRTベースのリコンビナーゼを使用してカナマイシン耐性マーカーを除去した(Baba et al,2006、Datsenko and Wanner,2000)。sucAとsucDはわずか6kbしか離れていないため、四重欠失AsucABCDを示すKan感受性細胞は、通常pCP20 FLPリコンビナーゼステップの後に単離された(Datsenko and Wanner,2000)。
組換えプラスミドの構築
ゴールデンゲートベースのテクノロジーであるCIDAR £.coli Modular Cloning(Iverson et al、2016)を使用して、sucABCDナチュラルオペロンとsucAD合成オペロンのバージョンを生成した。どちらのバージョンもE.coli MG1655ネイティブ配列に基づいていたが、タンパク質配列に影響を与えないように、フレーム内で不正なBsalおよびBpil部位が置換された。オペロンsucABCDとsucADは同一であったが、sucBの開始コドンとsucCの停止コドンの間の配列を欠失させた。プラスミドをエレクトロポレーションによりsucADおよびsucABCD株に形質転換し、追加の補充なしでLBプレート上で選択したが、親株は、DAPの補充なしでは増殖できない。クローンはシーケンスによって確認された。
プラスミドをエレクトロポレーションによりAsucADおよびAsucABCD株に形質転換し、追加の補充なしでLBプレート上で選択したが、親株は、DAPの補充なしでは増殖できない。クローンはシーケンスによって確認された。
図1Aでは、ムレイン細胞壁上のスクシニル−CoA、ジアミノピメリン酸、およびペプチドグリカンの一般的な代謝の状況を見ることができる。sucABとsucCDの遺伝子産生物によって生成されたスクシニルCoAは、E.coliの細胞壁(ペプチドグリカンまたはムレイン)の生合成に不可欠なリジンとその直接の生化学前駆体であるジアミノピメリン酸(DAP)を生成するために使用される。図1Bは、ジアミノピメリン酸およびリジン代謝におけるスクシニル−CoA補因子の詳細な代謝の状況を提供する(Michel and Schomberg 2012からの抜粋)。図2Aでは、本発明のネイティブE.coli株のゲノムコンテキスト−BW25113およびそのスクシニル−CoAオペロンが提供される。本発明によれば、このためのDNA配列は(配列番号1)である。
図2Bは、E.coli BW25113 AsucADのゲノムコンテキストの概略図を提供する。これはAsucA::kanRがドナーとして使用されたE.coliゲノムにおけるPI形質導入の結果である。レシピエント株は、pCP20媒介FRT切除を介してカナマイシン耐性を除去することにより生成されたE.coli BW251 13 AsucD::kanSであった(それにより配列番号2を提供する)。図2Cは、E.coli BW25113 AsucABCDのゲノムコンテキストの概略図を提供する。その結果、pCP20を介したFRT切除によりカナマイシン耐性が除去される。sucAおよびsucDは6kb以内であるため、sucABCDオペロン全体の欠失が精製プロセスで単離された(配列番号3)。
図3Aでは、本発明によるプラスミドpDvK−SucADのマップを提供する。AsucAD細胞でホストされる非選択培地でのプラスミド保持の試験に使用された。この場合、プラスミドは後の試験のためにカナマイシン耐性マーカーを保持する。ここでは、プロモーター、RBS、およびターミネーターが具体的に列挙されているが、実験では、これら(配列番号4)を変化させても発現の違いが事実上ないことが示されている。図3Bでは、AsucABCD細胞でホストされる、非選択培地でのプラスミド保持を試験するために使用されるプラスミドpDvK−SucABCDのマップを提供する。本発明によれば、プラスミドは、後の試験のためにカナマイシン耐性マーカーを保持している。ここでは、プロモーター、RBS、およびターミネーターが具体的に列挙されているが、実験では、これら(配列番号5)を変化させても発現の違いが事実上ないことが示されている。図3Cでは、本発明のpDvS−Kanのプラスミドマップが見られるが、カナマイシン耐性マーカーは目的の遺伝子によって容易に除去され、代わりにsucAD遺伝子を選択マーカーとして使用することができる。ここでは、プロモーター、RBS、およびターミネーターが具体的に列挙されているが、実験では、これら(配列番号6)を変化させても発現の違いが事実上ないことが示されている。図3Eでは、本発明によるプラスミドpDvK−SucBCのマップを提供する。pDvK−SucADと組み合わせてAsucABCD細胞でホストされるように、非選択培地でのプラスミド保持の試験に使用された。この場合、プラスミドは後の試験のためにカナマイシン耐性マーカーを保持する。ここでは、プロモーター、RBS、およびターミネーターが具体的に列挙されているが、実験では、これらの配列(配列番号10)を変化させても発現の違いが事実上ないことが示されている。
図4Aで、出願人は、コハク酸経路ノックアウト変異体BW25113 AsucADが富栄養発酵培地ルリアブロスで増殖できないことを示す。ただし、培地をジアミノピメリン酸(DAP)に置き換えると、提供されるDAPの濃度に相関して、増殖速度が増加する。本発明によれば、pDvQ−Kanのプラスミドマップが図3Dに提供され、カナマイシン耐性マーカーは目的の遺伝子によって容易に除去され、遺伝子sucABCDが代わりに選択マーカーとして使用することができる。ここでは、プロモーター、RBS、およびターミネーターが具体的に列挙されているが、実験では、これら(配列番号7)を変化させても発現の違いが事実上ないことが示されている。図4Bでは、出願人は、コハク酸経路ノックアウト変異体BW251 13 AsucABCDが富栄養発酵培地ルリアブロス上で増殖できないことを実証している。ただし、培地をジアミノピメリン酸(DAP)に置き換えると、提供されるDAPの濃度に相関して、増殖速度が増加する。
図5では、人工オペロンでのプラスミド担持sucA(BC)Dによる増殖表現型の救助を提供している。E.coli BW25113からのsucADおよびsucABCDの欠失は、富栄養発酵培地Luria Brothではまったく増殖しない。しかし、プラスミドpDvK−SucADおよびpDvK−SucABCDをそれぞれ細胞に供給すると、細胞は野生型BW251 13の密度に近い密度に達することができる。図6Aでは、pDvS−GFPのプラスミドマップは、pDvSベクターにクローニングされた緑色蛍光タンパク質をコードする配列を含有し、カナマイシン耐性マーカーは目的の遺伝子によって簡単に除去される。(配列番号8)を提供する。図6Bでは、pDvQベクターにクローニングされた緑色蛍光タンパク質をコードする配列(配列番号9)を含有するpDvQ−GFPのプラスミドマップを提供する。図7では、本発明の形質転換細胞系にしたがって細胞密度により正規化された緑色蛍光タンパク質(GFP)の産生レベルが見られる。欠失および対応する補体を含有する細胞(白抜き記号、実線)は、野生型のバックグラウンドを有する細胞(塗りつぶし記号、点線)、またはプラスミドのない細胞(白抜き記号、破線)よりも多くの単位細胞密度あたりのGFPを示す。表1では、カナマイシン選択の非存在下で時間が経つと、欠失を欠く細胞は数日以内にカナマイシン耐性(プラスミドに担持)を失うが、欠失変異体は研究の全期間にわたって耐性とプラスミドを保持することがわかる。
さらに、表1では、出願人はKanRプラスミドを数日間保持するコロニー形成単位(cfu)の割合を示している。E.coli BW251 13を、3つのKan耐性プラスミド(pDvK−sucAD、pDvK−sucABCD、およびpDvK、A〜D列)で形質転換した。sucADおよびsucABCDにおけるE.coliのBW251 13欠失も補体プラスミド(それぞれpDvK−sucAD、pDvK−sucABCD、行E〜F)で形質転換した。50mLの培養物を、選択的圧力としてカナマイシンを含まないLBで増殖させた。細胞のアリコートをカナマイシンおよび非選択プレートに播種し、cfuを毎日計算した。総cfuに対するKanR cfuの割合が報告される。
カナマイシン選択の非存在下で時間が経つと、欠失を欠く細胞は数日以内にカナマイシン耐性(プラスミドに担持される)を失うが、欠失変異体は研究の全期間にわたって耐性とプラスミドを保持する。
システム内の複数のプラスミドの維持
システム内の複数のプラスミドの維持を試験するために、同様の実験が行われた。BW25113 AsucABCDの細胞は、sucABとsucCDの少なくとも2つの遺伝子がプラスミド上で発現されない限り、DAPの補充なしではLBで増殖できない。プラスミドpDVK−sucADおよびpDVK−sucBCが構築された。これらのプラスミドはいずれも、DAP補充なしでBW251 13 AsucABCDの増殖を可能にするのに十分な遺伝子セットを持たないが、それらは組み合わされる。DAPを補充しなくても、細胞はカナマイシン耐性を保持しているため、両方のプラスミドを維持する能力がある(表2、3)。
本発明に従って利用される両方のプラスミドの保持がパッチプレートに示され、各菌株/プラスミドの組み合わせのコロニーが異なる培地条件のLB寒天プレートに打ち付けられた(struck)(表3、図8)。補完的なおよび/または完全な遺伝子セットsucAB sucCDでのみ、DAP補充なしでE.coli BW25113 AsucABCDを増殖させることができる。KanRはコハク酸オペロン遺伝子にリンクされているため、カナマイシン耐性は、ここでは2つの、プラスミドの維持を示す。
プラスミド−中毒化された菌株の培養
プラスミドを担持するE.coli株は、24ウェルプレートおよびBioLectorフラワープレート(Funke et al,2009)に追加補充せずにLBで増殖させた。
毒性遺伝子発現の厳格な調節を達成するために、特にマーカータンパク質自体が細胞に対して毒性である場合、アラビノース誘導性PBADプロモーター(Guzman et al,1995)のような厳しく調節可能なプロモーターを使用することが好ましい。
マーカー遺伝子の発現を制御する別の方法は、非毒性(例えば、レポーター遺伝子)または規定の条件下でのみ毒性の遺伝子、例えば、スクロースが存在する場合にE.coliのみに毒性であるBacillus subtilis sacB遺伝子、と組み合わせて構成的プロモーターを使用することである。
プロモーターは、マーカー遺伝子産生物の効果と、ダウンレギュレーションまたはサイレンシング効果に必要な効率に合わせて選択される。例えば、非毒性または低毒性のマーカー遺伝子を含有する構築物の場合、より強力なプロモーターが望ましい。
追加の実施形態
前述の説明から明らかなように、本開示の特定の態様は、本明細書に示される例示の特定の詳細によって限定されず、したがって、他の修正および適用、またはそれらの等価物が当業者に思い浮かぶと考えられる。したがって、特許請求の範囲は、本開示の精神および範囲から逸脱しないすべてのそのような修正および適用を網羅するものとする。
さらに、他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本開示の実施または試験において、本明細書に記載されるものと同等のまたはそれらに記載される任意の方法および材料を使用することができるが、好ましい方法および材料は上述されている。
前述の発明は、理解の目的のために解説および実施例としてある程度詳細に説明されたが、特定の変更および修正が実施され得ることは当業者には明らかであろう。したがって、説明および実施例は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
したがって、特定の分子の産生を提供する本明細書の本発明の実施形態は、本発明の原理の適用の単なる例示であることを理解されたい。本発明の精神または添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、開示された生産方法および選択された微生物株の要素の形態、使用方法、および用途の変更を行うことができることは、前述の説明から明らかであろう。
産業上の利用可能性/技術分野に関する陳述
本開示は、食品成分、香料、医薬、製薬の商業生産に適用可能である。本開示は、一般に、選択された微生物株を介した所望の最終産物の、増強され、より正確に制御された生合成生産のための方法に関する。

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目的の配列:
配列番号1 SEオペロンおよびゲノムコンテキスト配列
ccggtcaggcactgactgtgaatgagaaaggcgaagatgtggttgttccgggactgtttgccgttggtgaaatcgcttgtgtatcggtacacggcgctaaccgtctgggcggcaactcgctgctggacctggtggtctttggtcgcgcggcaggtctgcatctgcaagagtctatcgccgagcagggcgcactgcgcgatgccagcgagtctgatgttgaagcgtctctggatcgcctgaaccgctggaacaataatcgtaacggtgaagatccggtggcgatccgtaaagcgctgcaagaatgtatgcagcataacttctcggtcttccgtgaaggtgatgcgatggcgaaagggcttgagcagttgaaagtgatccgcgagcgtctgaaaaatgcccgtctggatgacacttccagcgagttcaacacccagcgcgttgagtgcctggaactggataacctgatggaaacggcgtatgcaacggctgtttctgccaacttccgtaccgaaagccgtggcgcgcatagccgcttcgacttcccggatcgtgatgatgaaaactggctgtgccactccctgtatctgccagagtcggaatccatgacgcgccgaagcgtcaacatggaaccgaaactgcgcccggcattcccgccgaagattcgtacttactaatgcggagacaggaaaatgagactcgagttttcaatttatcgctataacccggatgttgatgatgctccgcgtatgcaggattacaccctggaagcggatgaaggtcgcgacatgatgctgctggatgcgcttatccagctaaaagagaaagatcccagcctgtcgttccgccgctcctgccgtgaaggtgtgtgcggttccgacggtctgaacatgaacggcaagaatggtctggcctgtattaccccgatttcggcactcaaccagccgggcaagaagattgtgattcgcccgctgccaggtttaccggtgatccgcgatttggtggtagacatgggacaattctatgcgcaatatgagaaaattaagccttacctgttgaataatggacaaaatccgccagctcgcgagcatttacagatgccagagcagcgcgaaaaactcgacgggctgtatgaatgtattctctgcgcatgttgttcaacctcttgtccgtctttctggtggaatcccgataagtttatcggcccggcaggcttgttagcggcatatcgtttcctgattgatagccgtgataccgagactgacagccgcctcgacggtttgagtgatgcattcagcgtattccgctgtcacagcatcatgaactgcgtcagtgtatgtccgaaggggctgaacccgacgcgcgccatcggccatatcaagtcgatgttgttgcaacgtaatgcgtaaaccgtaggcctgataagacgcgcaagcgtcgcatcaggcaaccagtgccggatgcggcgtgaacgccttatccggcctacaagtcattacccgtaggcctgataagcgcagcgcatcaggcgtaacaaagaaatgcaggaaatctttaaaaactgcccctgacactaagacagtttttaaaggttccttcgcgagccactacgtagacaagagctcgcaagtgaaccccggcacgcacatcactgtgcgtggtagtatccacggcgaagtaagcataaaaaagatgcttaagggatcacgatgcagaacagcgctttgaaagcctggttggactcttcttacctctctggcgcaaaccagagctggatagaacagctctatgaagacttcttaaccgatcctgactcggttgacgctaactggcgttcgacgttccagcagttacctggtacgggagtcaaaccggatcaattccactctcaaacgcgtgaatatttccgccgcctggcgaaagacgcttcacgttactcttcaacgatctccgaccctgacaccaatgtgaagcaggttaaagtcctgcagctcattaacgcataccgcttccgtggtcaccagcatgcgaatctcgatccgctgggactgtggcagcaagataaagtggccgatctggatccgtctttccacgatctgaccgaagcagacttccaggagaccttcaacgtcggttcatttgccagcggcaaagaaaccatgaaactcggcgagctgctggaagccctcaagcaaacctactgcggcccgattggtgccgagtatatgcacattaccagcaccgaagaaaaacgctggatccaacagcgtatcgagtctggtcgcgcgactttcaatagcgaagagaaaaaacgcttcttaagcgaactgaccgccgctgaaggtcttgaacgttacctcggcgcaaaattccctggcgcaaaacgcttctcgctggaaggcggtgacgcgttaatcccgatgcttaaagagatgatccgccacgctggcaacagcggcacccgcgaagtggttctcgggatggcgcaccgtggtcgtctgaacgtgctggtgaacgtgctgggtaaaaaaccgcaagacttgttcgacgagttcgccggtaaacataaagaacacctcggcacgggtgacgtgaaataccacatgggcttctcgtctgacttccagaccgatggcggcctggtgcacctggcgctggcgtttaacccgtctcaccttgagattgtaagcccggtagttatcggttctgttcgtgcccgtctggacagacttgatgagccgagcagcaacaaagtgctgccaatcaccatccacggtgacgccgcagtgaccgggcagggcgtggttcaggaaaccctgaacatgtcgaaagcgcgtggttatgaagttggcggtacggtacgtatcgttatcaacaaccaggttggtttcaccacctctaatccgctggatgcccgttctacgccgtactgtactgatatcggtaagatggttcaggccccgattttccacgttaacgcggacgatccggaagccgttgcctttgtgacccgtctggcgctcgatttccgtaacacctttaaacgtgatgtcttcatcgacctggtgtgctaccgccgtcacggccacaacgaagccgacgagccgagcgcaacccagccgctgatgtatcagaaaatcaaaaaacatccgacaccgcgcaaaatctacgctgacaagctggagcaggaaaaagtggcgacgctggaagatgccaccgagatggttaacctgtaccgcgatgcgctggatgctggcgattgcgtagtggcagagtggcgtccgatgaacatgcactctttcacctggtcgccgtacctcaaccacgaatgggacgaagagtacccgaacaaagttgagatgaagcgcctgcaggagctggcgaaacgcatcagcacggtgccggaagcagttgaaatgcagtctcgcgttgccaagatttatggcgatcgccaggcgatggctgccggtgagaaactgttcgactggggcggtgcggaaaacctcgcttacgccacgctggttgatgaaggcattccggttcgcctgtcgggtgaagactccggtcgcggtaccttcttccaccgccacgcggtgatccacaaccagtctaacggttccacttacacgccgctgcaacatatccataacgggcagggcgcgttccgtgtctgggactccgtactgtctgaagaagcagtgctggcgtttgaatatggttatgccaccgcagaaccacgcactctgaccatctgggaagcgcagttcggtgacttcgccaacggtgcgcaggtggttatcgaccagttcatctcctctggcgaacagaaatggggccggatgtgtggtctggtgatgttgctgccgcacggttacgaagggcaggggccggagcactcctccgcgcgtctggaacgttatctgcaactttgtgctgagcaaaacatgcaggtttgcgtaccgtctaccccggcacaggtttaccacatgctgcgtcgtcaggcgctgcgcgggatgcgtcgtccgctggtcgtgatgtcgccgaaatccctgctgcgtcatccgctggcggtttccagcctcgaagaactggcgaacggcaccttcctgccagccatcggtgaaatcgacgagcttgatccgaagggcgtgaagcgcgtagtgatgtgttctggtaaggtttattacgacctgctggaacagcgtcgtaagaacaatcaacacgatgtcgccattgtgcgtatcgagcaactctacccgttcccgcataaagcgatgcaggaagtgttgcagcagtttgctcacgtcaaggattttgtctggtgccaggaagagccgctcaaccagggcgcatggtactgcagccagcatcatttccgtgaagtgattccgtttggggcttctctgcgttatgcaggccgcccggcctccgcctctccggcggtagggtatatgtccgttcaccagaaacagcaacaagatctggttaatgacgcgctgaacgtcgaataaataaaggatacacaatgagtagcgtagatattctggtccctgacctgcctgaatccgtagccgatgccaccgtcgcaacctggcataaaaaacccggcgacgcagtcgtacgtgatgaagtgctggtagaaatcgaaactgacaaagtggtactggaagtaccggcatcagcagacggcattctggatgcggttctggaagatgaaggtacaacggtaacgtctcgtcagatccttggtcgcctgcgtgaaggcaacagcgccggtaaagaaaccagcgccaaatctgaagagaaagcgtccactccggcgcaacgccagcaggcgtctctggaagagcaaaacaacgatgcgttaagcccggcgatccgtcgcctgctggctgaacacaatctcgacgccagcgccattaaaggcaccggtgtgggtggtcgtctgactcgtgaagatgtggaaaaacatctggcgaaagccccggcgaaagagtctgctc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配列番号2.ゲノムコンテキストの配列E.coli BW251 13 AsucAD。
ccggtcaggcactgactgtgaatgagaaaggcgaagatgtggttgttccgggactgtttgccgttggtgaaatcgcttgtgtatcggtacacggcgctaaccgtctgggcggcaactcgctgctggacctggtggtctttggtcgcgcggcaggtctgcatctgcaagagtctatcgccgagcagggcgcactgcgcgatgccagcgagtctgatgttgaagcgtctctggatcgcctgaaccgctggaacaataatcgtaacggtgaagatccggtggcgatccgtaaagcgctgcaagaatgtatgcagcataacttctcggtcttccgtgaaggtgatgcgatggcgaaagggcttgagcagttgaaagtgatccgcgagcgtctgaaaaatgcccgtctggatgacacttccagcgagttcaacacccagcgcgttgagtgcctggaactggataacctgatggaaacggcgtatgcaacggctgtttctgccaacttccgtaccgaaagccgtggcgcgcatagccgcttcgacttcccggatcgtgatgatgaaaactggctgtgccactccctgtatctgccagagtcggaatccatgacgcgccgaagcgtcaacatggaaccgaaactgcgcccggcattcccgccgaagattcgtacttactaatgcggagacaggaaaatgagactcgagttttcaatttatcgctataacccggatgttgatgatgctccgcgtatgcaggattacaccctggaagcggatgaaggtcgcgacatgatgctgctggatgcgcttatccagctaaaagagaaagatcccagcctgtcgttccgccgctcctgccgtgaaggtgtgtgcggttccgacggtctgaacatgaacggcaagaatggtctggcctgtattaccccgatttcggcactcaaccagccgggcaagaagattgtgattcgcccgctgccaggtttaccggtgatccgcgatttggtggtagacatgggacaattctatgcgcaatatgagaaaattaagccttacctgttgaataatggacaaaatccgccagctcgcgagcatttacagatgccagagcagcgcgaaaaactcgacgggctgtatgaatgtattctctgcgcatgttgttcaacctcttgtccgtctttctggtggaatcccgataagtttatcggcccggcaggcttgttagcggcatatcgtttcctgattgatagccgtgataccgagactgacagccgcctcgacggtttgagtgatgcattcagcgtattccgctgtcacagcatcatgaactgcgtcagtgtatgtccgaaggggctgaacccgacgcgcgccatcggccatatcaagtcgatgttgttgcaacgtaatgcgtaaaccgtaggcctgataagacgcgcaagcgtcgcatcaggcaaccagtgccggatgcggcgtgaacgccttatccggcctacaagtcattacccgtaggcctgataagcgcagcgcatcaggcgtaacaaagaaatgcaggaaatctttaaaaactgcccctgacactaagacagtttttaaaggttccttcgcgagccactacgtagacaagagctcgcaagtgaaccccggcacgcacatcactgtgcgtggtagtatccacggcgaagtaagcataaaaaagatgcttaagggatcacgagtgtaggctggagctgcttcgaagttcctatactttctagagaataggaacttcggaataggaacttcaagatccccttattagaagaactcgtcaagaaggcgatagaaggcgatgcgctgcgaatcgggagcggcgataccgtaaagcacgaggaagcggtcagcccattcgccgccaagctcttcagcaatatcacgggtagccaacgctatgtcctgatagcggtccgccacacccagccggccacagtcgatgaatccagaaaagcggccattttccaccatgatattcggcaagcaggcatcgccatgggtcacgacgagatcctcgccgtcgggcatgcgcgccttgagcctggcgaacagttcggctggcgcgagcccctgatgctcttcgtccagatcatcctgatcgacaagaccggcttccatccgagtacgtgctcgctcgatgcgatgtttcgcttggtggtcgaatgggcaggtagccggatcaagcgtatgcagccgccgcattgcatcagccatgatggatactttctcggcaggagcaaggtgagatgacaggagatcctgccccggcacttcgcccaatagcagccagtcccttcccgcttcagtgacaacgtcgagcacagctgcgcaaggaacgcccgtcgtggccagccacgatagccgcgctgcctcgtcctgcagttcattcagggcaccggacaggtcggtcttgacaaaaagaaccgggcgcccctgcgctgacagccggaacacggcggcatcagagcagccgattgtctgttgtgcccagtcatagccgaatagcctctccacccaagcggccggagaacctgcgtgcaatccatcttgttcaatcatgcgaaacgatcctcatcctgtctcttgatcagatcttgatcccctgcgccatcagatccttggcggcaagaaagccatccagtttactttgcagggcttcccaaccttaccagagggcgccccagctggcaattccggttcgcttgctgtccataaaaccgcccagtctagctatcgccatgtaagcccactgcaagctacctgctttctctttgcgcttgcgttttcccttgtccagatagcccagtagctgacattcatccggggtcagcaccgtttctgcggactggctttctacgtgttccgcttcctttagcagcccttgcgccctgagtgcttgcggcagcgtgagcttcaaaagcgctctgaagttcctatactttctagagaataggaacttcgaactgcaggtcgacggatccccggaattaattctcatgtttgacagaaaggatacacaatgagtagcgtagatattctggtccctgacctgcctgaatccgtagccgatgccaccgtcgcaacctggcataaaaaacccggcgacgcagtcgtacgtgatgaagtgctggtagaaatcgaaactgacaaagtggtactggaagtaccggcatcagcagacggcattctggatgcggttctggaagatgaaggtacaacggtaacgtctcgtcagatccttggtcgcctgcgtgaaggcaacagcgccggtaaagaaaccagcgccaaatctgaagagaaagcgtccactccggcgcaacgccagcaggcgtctctggaagagcaaaacaacgatgcgttaagcccggcgatccgtcgcctgctggctgaacacaatctcgacgccagcgccattaaaggcaccggtgtgggtggtcgtctgactcgtgaagatgtggaaaaacatctggcgaaagccccggcgaaagagtctgctccggcagcggctgctccggcggcgcaaccggctctggctgcacgtagtgaaaaacgtgtcccgatgactcgcctgcgtaagcgtgtggcagagcgtctgctggaagcgaaaaactccaccgccatgctgaccacgttcaacgaagtcaacatgaagccgattatggatctgcgtaagcagtacggtgaagcgtttgaaaaacgccacggcatccgtctgggctttatgtccttctacgtgaaagcggtggttgaagccctgaaacgttacccggaagtgaacgcttctatcgacggcgatgacgtggtttaccacaactatttcgacgtcagcatggcggtttctacgccgcgcggcctggtgacgccggttctgcgtgatgtcgataccctcggcatggcagacatcgagaagaaaatcaaagagctggcagtcaaaggccgtgacggcaagctgaccgttgaagatctgaccggtggtaacttcaccatcaccaacggtggtgtgttcggttccctgatgtctacgccgatcatcaacccgccgcagagcgcaattctgggtatgcacgctatcaaagatcgtccgatggcggtgaatggtcaggttgagatcctgccgatgatgtacctggcgctgtcctacgatcaccgtctgatcgatggtcgcgaatccgtgggcttcctggtaacgatcaaagagttgctggaagatccgacgcgtctgctgctggacgtgtagtagtttaagtttcacctgcactgtagaccggataaggcattatcgccttctccggcaattgaagcctgatgcgacgctgacgcgtcttatcaggcctacgggaccaccaatgtaggtcggataaggcgcaagcgccgcatccgacaagcgatgcctgatgtgacgtttaacgtgtcttatcaggcctacgggtgaccgacaatgcccggaagcgatacgaaatattcggtctacggtttaaaagataacgattactgaaggatggacagaacacatgaacttacatgaatatcaggcaaaacaactttttgcccgctatggcttaccagcaccggtgggttatgcctgtactactccgcgcgaagcagaagaagccgcttcaaaaatcggtgccggtccgtgggtagtgaaatgtcaggttcacgctggtggccgcggtaaagcgggcggtgtgaaagttgtaaacagcaaagaagacatccgtgcttttgcagaaaactggctgggcaagcgtctggtaacgtatcaaacagatgccaatggccaaccggttaaccagattctggttgaagcagcgaccgatatcgctaaagagctgtatctcggtgccgttgttgaccgtagttcccgtcgtgtggtctttatggcctccaccgaaggcggcgtggaaatcgaaaaagtggcggaagaaactccgcacctgatccataaagttgcgcttgatccgctgactggcccga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配列番号3.ゲノムコンテキストの配列E.coli BW251 13 AsucABCD
ccggtcaggcactgactgtgaatgagaaaggcgaagatgtggttgttccgggactgtttgccgttggtgaaatcgcttgtgtatcggtacacggcgctaaccgtctgggcggcaactcgctgctggacctggtggtctttggtcgcgcggcaggtctgcatctgcaagagtctatcgccgagcagggcgcactgcgcgatgccagcgagtctgatgttgaagcgtctctggatcgcctgaaccgctggaacaataatcgtaacggtgaagatccggtggcgatccgtaaagcgctgcaagaatgtatgcagcataacttctcggtcttccgtgaaggtgatgcgatggcgaaagggcttgagcagttgaaagtgatccgcgagcgtctgaaaaatgcccgtctggatgacacttccagcgagttcaacacccagcgcgttgagtgcctggaactggataacctgatggaaacggcgtatgcaacggctgtttctgccaacttccgtaccgaaagccgtggcgcgcatagccgcttcgacttcccggatcgtgatgatgaaaactggctgtgccactccctgtatctgccagagtcggaatccatgacgcgccgaagcgtcaacatggaaccgaaactgcgcccggcattcccgccgaagattcgtacttactaatgcggagacaggaaaatgagactcgagttttcaatttatcgctataacccggatgttgatgatgctccgcgtatgcaggattacaccctggaagcggatgaaggtcgcgacatgatgctgctggatgcgcttatccagctaaaagagaaagatcccagcctgtcgttccgccgctcctgccgtgaaggtgtgtgcggttccgacggtctgaacatgaacggcaagaatggtctggcctgtattaccccgatttcggcactcaaccagccgggcaagaagattgtgattcgcccgctgccaggtttaccggtgatccgcgatttggtggtagacatgggacaattctatgcgcaatatgagaaaattaagccttacctgttgaataatggacaaaatccgccagctcgcgagcatttacagatgccagagcagcgcgaaaaactcgacgggctgtatgaatgtattctctgcgcatgttgttcaacctcttgtccgtctttctggtggaatcccgataagtttatcggcccggcaggcttgttagcggcatatcgtttcctgattgatagccgtgataccgagactgacagccgcctcgacggtttgagtgatgcattcagcgtattccgctgtcacagcatcatgaactgcgtcagtgtatgtccgaaggggctgaacccgacgcgcgccatcggccatatcaagtcgatgttgttgcaacgtaatgcgtaaaccgtaggcctgataagacgcgcaagcgtcgcatcaggcaaccagtgccggatgcggcgtgaacgccttatccggcctacaagtcattacccgtaggcctgataagcgcagcgcatcaggcgtaacaaagaaatgcaggaaatctttaaaaactgcccctgacactaagacagtttttaaaggttccttcgcgagccactacgtagacaagagctcgcaagtgaaccccggcacgcacatcactgtgcgtggtagtatccacggcgaagtaagcataaaaaagatgATTCCGGGGATCCGTCGACCTGCAGTTCGAAGTTCCTATCTAGAAAGTATAGGAACTTCGAAGCAGCTCCAGCCTACActgaaaactgttctgaaataaatatctgtaataagaaatagccctcgccgcttccctctacaggaatggcgaagggctgtcggtttcgacatggttggccatcgtatgatggccttttttgtgcttatcgcgatgattttcgctgcgctatcagggtaaatttatagtcatcggtattaaaagcgttgcggctatattcaaacacccgaccatcaactaaatatccacgcgatactttttcaagaatcggctttgtctggctgatattaagcagacggctcatctcttcggttggcatcagaggaatgatttcctgttcgctacgatcgataaccattttcttcacttcttcgataaagtgatatttcgaattttccatgacctgccaggtgagatccgggaacaacgcaagcggcatccaggtttcttccagcgccattggcttttgcttgcgatagcgcacgcgcttcacatgccacacacgatcctgcggggtgatttgtagctgttgctgaagaaaatcgtcagccggaatcacttcgaatatcagaacttcactgtgtgtatcgacgtgacggtccgacagtttttcatcaaaactggttaactgaaaaatatcgtaattgacccgctcttctttgacgtaagtcccgctgccctgaatgctttcgaggatctgctgctcgactagctggcgcaaagcctgacgcaccgtaacccggctgacgccaaactctgtttgtagcgctgattcagtgggtaacgcatcgccaggtttaagctcgccacgcgcaatttgttcacgaatgcgatcggcaatctgccggtataagggcttgtgtcccatttttagtatctcattaatacgaatttaaccattatgcccgataaattcatcctgtaaataatacaaatacaatacaaataatttcaatcaagtgaaattgatcacataatggtattgttttatcg
配列番号4.非選択培地でのプラスミド保持の試験に使用された、プラスミドpDVK−SucADの配列
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配列番号5.非選択培地でのプラスミド保持の試験に使用された、プラスミドpDVK−SucABCDの配列
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配列番号6.モジュラークローニングシステムで簡単にクローニングできるように設計されたpDvSベクターの配列。抗生物質耐性マーカーの代わりに、sucAD遺伝子ペアを含有する。
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配列番号7.モジュラークローニングシステムで簡単にクローニングできるように設計されたpDvQベクターの配列。抗生物質耐性マーカーの代わりにネイティブ5 ’UTRを含むsucABCDオペロン全体を含有している。
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配列番号8.pDvSベクターにクローン化された緑色蛍光タンパク質をコードする配列を含有するプラスミドpDvS−GFPの配列
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配列番号9.pDvQベクターにクローン化された緑色蛍光タンパク質をコードする配列を含有するプラスミドpDvQ−GFPの配列
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配列番号10.非選択培地でのプラスミド保持の試験に使用された、プラスミドpDvK−SucBCの配列
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Claims (35)

  1. 形質転換された細菌宿主細胞であって、
    i)少なくとも1つの目的のタンパク質をコードする染色体外DNA配列であって、その発現は調節され、少なくとも1つの染色体外要素と作動可能に関連している、染色体外DNA配列と、
    ii)前記細菌宿主細胞から除去された少なくとも1つの必要なコハク酸経路遺伝子をコードするDNA配列と、を含有し、
    iii)そのような配列がプラスミドに含有される目的のDNA配列に相補的であり、
    iv)両方のDNA配列が前記DNA配列のリボソーム結合部位の上流または下流に配置されている、細菌宿主細胞。
  2. 前記DNA配列が前記細胞にとって外来性である、請求項1に記載の細菌細胞。
  3. 前記染色体外DNA配列が2つ以上の目的のポリペプチドをコードする、請求項1に記載の細菌細胞。
  4. 前記染色体外DNA配列が、各々が前記細胞の中央代謝に必須である2つ以上の必須コハク酸経路遺伝子をコードする、請求項1に記載の細菌細胞。
  5. 前記外来DNA配列がプロモーターの制御下にある、請求項1に記載の細菌細胞。
  6. 前記染色体外要素がプラスミドである、請求項1に記載の細菌細胞。
  7. 複製起点がpBR322、pMBl、ColEl、pSClOlまたはpl5Aに由来する、請求項6に記載のプラスミド。
  8. 請求項1に記載の細菌細胞を含む形質転換された微生物宿主細胞において2つ以上のプラスミドを維持する方法であって、利用される各プラスミドが前記必要なコハク酸経路遺伝子のうちの少なくとも1つを含有し、前記形質転換された細菌細胞が、前記細胞が増殖するのを可能にするのに十分な条件の存在下にある場合、前記プラスミドのうちの少なくとも1つがタンパク質産物を発現することができる目的の遺伝子を集合的に含有する、方法。
  9. 形質転換された細菌宿主で目的の組換えタンパク質を産生するプロセスであって、
    a)少なくとも1つの組換えプラスミドを前記細菌宿主細胞に導入することであって、前記組換えプラスミドは、前記宿主細胞の生存に不可欠である必須コハク酸経路遺伝子をコードし、タンパク質産物をコードする少なくとも1つの目的の遺伝子をもコードする遺伝子の全部または一部を含むクローン化DNA配列を含む、導入することと、
    b)前記組換えプラスミドを含有する前記形質転換された宿主の生存コロニーを選択することと、
    c)細菌コロニーを発酵させるために前記生存コロニーを使用して、前記タンパク質産物の発現を可能にすることと、を含む、プロセス。
  10. 前記組換えタンパク質産物が、精製、単離または標識付けを最適化するアミノ酸配列をさらに含む、請求項9に記載のタンパク質産物。
  11. 前記必須遺伝子が、目的のDNA配列を含有するプロモーターに作動可能に連結されている、請求項9に記載の細菌細胞。
  12. 前記必須遺伝子に連結された前記プロモーターが誘導性である、請求項11に記載の細菌細胞。
  13. 前記誘導性プロモーターが、外来DNA配列を制御するいずれの他の誘導性プロモーターからも独立している、請求項12に記載の細菌細胞。
  14. 前記DNA配列ii)が、前記DNA配列i)の前記リボソーム結合部位と開始コドンとの間に挿入される、請求項1に記載の細菌細胞。
  15. 前記DNA配列i)および前記DNA配列ii)が転写的に結合している、請求項1に記載の細菌細胞。
  16. 前記細胞が、Escherichia coli細胞、Corynebacterium種、Vibrio種、Escherichia種、Enterobacter種、Citrobacter種、Erwinia種、Bacillus種、Pseudomonas種、Cyanobacteria種、Salmonella種およびKlebsiella種を含む群から選択される、請求項15に記載の細菌細胞。
  17. 前記プラスミドが、タンパク質産物をコードする第2の目的の遺伝子をさらに含有する、請求項16に記載の宿主ベクターシステム。
  18. 前記DNA配列ii)が、前記i)のDNA配列の前記リボソーム結合部位の上流または下流、前記マーカー遺伝子の開始コドンの上流、およびプロモーターの下流に配置される、請求項1に記載の細菌細胞。
  19. 前記マーカー遺伝子が、前記細胞の中央代謝に必須のマーカー遺伝子である、請求項18に記載の細菌細胞。
  20. 微生物宿主細胞への導入時に、前記宿主細胞が、少なくとも1つの所望の外来ポリペプチドおよび前記細胞コハク酸経路に不可欠な少なくとも1つの遺伝子をコードするDNAの前記発現をもたらすことができるようにする二本鎖DNAプラスミドであって、下記の、
    a)少なくとも1つの目的のプロモーターを含むDNAと、
    b)少なくとも1つの目的のポリペプチドをコードする第1のDNA配列と、
    c)前記細胞コハク酸経路の機能性に不可欠な少なくとも1つの遺伝子であって、前記微生物宿主細胞においてそのような遺伝子が除去または非機能化された細胞コハク酸経路の機能に不可欠な少なくとも1つの遺伝子をコードする第2のDNA配列と、
    d)開始コドンと、を含む、二本鎖DNAプラスミド。
  21. 前記宿主細胞における自律複製が可能な細菌プラスミドからの複製起点を含むDNA配列と、前記プラスミドが前記微生物宿主細胞に存在する場合に発現される目的のタンパク質産物に関連する遺伝子を含有するDNA配列とをさらに含む、請求項20に記載の二本鎖DNAプラスミド。
  22. 前記第1のコード配列が目的のポリペプチドをコードする、請求項21に記載の組換え宿主細胞。
  23. 前記少なくとも1つの目的のポリペプチドの発現が、少なくとも1つの目的のタンパク質の産生をもたらす、請求項20に記載の組換え宿主細胞。
  24. 前記腸内細菌がBacillus細胞である、請求項16に記載の組換え宿主細胞。
  25. 前記腸内細菌がEscherichia coli細胞である、請求項16に記載の組換え宿主細胞。
  26. 前記腸内細菌がCorneybacterium細胞である、請求項16に記載の組換え宿主細胞。
  27. 前記組換え宿主細胞から除去された少なくとも1つの必要なコハク酸経路遺伝子をコードする前記DNA配列が、1つ以上のコハク酸経路遺伝子をコードする1つ以上の染色体遺伝子の活性を低下または排除する欠失、破壊または突然変異によって機能的に除去される、請求項1に記載の組換え宿主細胞。
  28. プロモーターに作動可能に連結された前記コハク酸経路の少なくとも1つの必要な遺伝子を含有する少なくとも1つのプラスミドをさらに含み、前記プラスミドは、抗生物質耐性遺伝子を欠き、ジアミノピメリン酸の存在下で増殖したとき、前記プラスミドは前記単離され形質転換された微生物宿主細胞において安定して維持される、請求項27に記載の組換え宿主細胞。
  29. 前記増殖条件が好気性または微好気性である、請求項28に記載の組換え宿主細胞。
  30. 前記増殖条件が嫌気性である、請求項28に記載の組換え宿主細胞。
  31. それぞれが前記細胞の前記生存に不可欠であり、それぞれがプロモーターに作動可能に連結された前記コハク酸経路の少なくとも1つの異なる遺伝子をそれぞれが含有する4つのプラスミドをさらに含み、それぞれの前記プラスミドが、抗生物質耐性遺伝子を欠き、前記プラスミドは安定して維持される、請求項27に記載の組換え宿主細胞。
  32. 四重のsucABCD欠失を有する細胞をさらに含み、前記除去された生来のコハク酸遺伝子のそれぞれが前記プラスミドのうちの少なくとも1つに含有される、請求項27に記載の組換え宿主。
  33. 前記第1のプラスミドがsucADの前記DNA配列をコードし、前記第2のプラスミドがsucBCの前記DNA配列をコードする、請求項32に記載の組換え宿主。
  34. 前記第1のプラスミドがsucACの前記DNA配列をコードし、前記第2のプラスミドが目的の前記ポリペプチドをコードし、sucBDの前記DNA配列を有する、請求項32に記載の組換え宿主。
  35. 目的のタンパク質をコードする前記DNA配列を含有する、2つの前記プラスミドのそれぞれをさらに含む、請求項33または34に記載の組換え宿主細胞。
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