JP2844191B2 - 外来性プラスミドを安定に有する細菌を用いる蛋白質の製造方法 - Google Patents

外来性プラスミドを安定に有する細菌を用いる蛋白質の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バクテリア中に含
まれるプラスミドベクターを安定化させる方法及び該方
法により得られる安定化発現プラスミドベクターを含有
する細菌に関する発明を基礎とするものであって、該細
菌を完全培地中で培養することを特徴とする産業上有用
な蛋白質の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】組換えDNAの技術を微生物による目的
分子の生産に実際に適用してみると、一般に組換えプラ
スミドが不安定であるという問題がある。
【0003】実験室で通常用いられるクローニング及び
発現ベクターは、通常マルチコピープラスミドであり、
それらの後代への安定した伝達は1つの細胞ゲノムあた
りの多数のプラスミドにより確保される(ジョーンズ(J
ones)ら、1980)。しかし、外来遺伝子のこれらの
プラスミドへの導入は、バクテリアの増殖サイクルの期
間に種々の程度の不安定性をもたらす。従って、工業的
生産工程では、1000Lの培養物が必要であり、50
世代以上の世代交代後の1016個以上の細胞が必要とな
る。従って、バクテリア中のプラスミドの存在、ひいて
は外来分子(foreign molecule)の発現を確実にするた
めに、醗酵器内での培養が終了するまでバクテリア中の
プラスミドを安定化させることが必須である。
【0004】抗生物質に対する耐性をコードする遺伝子
を組み込むことによりプラスミドを安定化させること
は、実験室で通常行なわれているが、下記の如き理由
で、工業的スケールでは適用できない。即ち、(i) 抗
生物質耐性菌株の使用は、環境に対して危険を呈する可
能性がある、(ii) 培養中に必要な抗生物質の量は生産
コストを有意に増加させる、(iii)抗生物質の使用は、
ヒト及び動物の治療で用いられる物質の生産においては
考えられない。
【0005】従って、組換えプラスミドを保有するバク
テリアの選択のために他の方法を開発することが必要で
ある。既に使用されている数種のモデルは、同一の原理
に基づいている。即ち、宿主の欠失を補う性質をコード
するプラスミドの不存在下に宿主細胞が増殖することを
防ぐため、宿主細胞に突然変異(栄養素要求性突然変異
又はバクテリアに対して致死的な遺伝子の導入)を起こ
させるものである。
【0006】例えば、スコグマン(Skogman)及びニルソ
ン(Nilson)(1984及び1985)はプラスミドによ
り保有されるval S遺伝子による温度感受性val S突然変
異の相補性(complementation)を用いた。このモデルで
は、トリプトファンオペロンを保有するプラスミドの安
定性は非許容温度下で200世代後も完全である。一
方、非選択温度条件下(30℃)では、各世代に1.2
%のプラスミドの消失(loss)が観察される。
【0007】ミワ(Miwa)等(1984)は、宿主株とし
て、ストレプトマイシン依存性(Smd)大腸菌(E.c
oli)突然変異体、及び表現型Smdを不顕化してストレ
プトマイシン非依存性株とする遺伝子を有するプラスミ
ド(SmR株の rpsl)を用いて、99%以上のプラ
スミド安定性を確立した。
【0008】ハーシュバーガー(Hershberger)及びロス
テック(Rosteck)(1984)は、リプレッサーが欠失
されているプロファージλを溶原化するバクテリアを作
った。該細胞は、λcIリプレッサーを有するプラスミ
ドの存在下でのみ細胞溶解を免れることができる。
【0009】新規な選択モデルを、dap+プラスミド
遺伝子と染色体突然変異体dap-との相補性に基づき
開発した。該モデルはプラスミドを有する細胞のみの生
存を確保するものである。
【0010】ジアミノピメリン酸(DAP)は、バクテ
リア細胞壁の成分であり、又アスパラギン酸塩からリジ
ンを生合成する過程での中間体でもある。DAP生合成
のための酵素が欠失している細胞株は、最少培地では増
殖できない。リジンを培地へ添加すると増殖を開始する
が、しかし、細胞膜にDAPを取り込まない細胞の溶解
をすぐにもたらす(ワーク(Work)1950−デービス
(Davis)等、1973)。
【0011】DAP生合成のための酵素の欠失は、プラ
スミド上に、特に生産されるべき外来蛋白の発現ベクタ
ー上に、対応する遺伝子を導入することにより補償する
ことができる。バクテリアが該プラスミドを失う場合、
該バクテリアはdap-となり、もはや増殖できなくな
る。このモデルは、DAPを含有しない任意の培地、即
ち工業的スケールの生産に使用される任意の培地或いは
リジンが添加された任意の最少又は富培地にも適用でき
るという利点を有する。
【0012】又、このシステムはDNA、RNA又は蛋
白質の合成を妨げないという利点がある。
【0013】dapD-株(テトラヒドロピコリン酸−
N−コハク酸転移酵素に対応する、リジンの生合成過程
の9種の遺伝子の1つ、遺伝子Dが欠失している)が構
築され、通常用いられる発現プラスミド(プロモーター
L のコントロール下に発現する遺伝子を有する)上の
dapD遺伝子が導入される。選択条件下で該プラスミ
ドは少くとも150世代安定である。
【0014】リジンの生合成のための酵素をコードする
他の遺伝子(dapA)のプラスミド上でのクローニン
グは、リジンの生産増加を目的として既に実施されてい
る(ダウス−ル レヴェレンド(Dauce-Le Reverend)
等、1982)。しかし、該文献の著者等は、プラスミ
ドの安定性をコントロールすることは出来なかった。
【0015】大腸菌のdapD遺伝子は、プラスミドp
BR322中に既にクローン化されており、そのヌクレ
オチド配列はリチャウド(Richaud)等(1984)によ
り公表されている。しかし、この研究の目的は遺伝子d
apDの調節を研究することだけであった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、当該発明者
の発明であるバクテリア中に含まれるプラスミドベクタ
ーを安定化させる方法に基づいて、該方法によって得ら
れるプラスミドベクターを安定に含有するバクテリアか
ら産業上有用な蛋白質を製造する方法を提供することを
目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究を
重ねた結果、宿主バクテリアとして dap-染色体変異
を含むものを用い、且つプラスミドベクターとしてda
+遺伝子及び産業上有用な蛋白質の発現を確実にする
要素を有するものを用いることによって、バクテリア中
にプラスミドベクターを安定化させることができること
を見出し、更にかかる方法に基づいて上記課題を解決す
ることができることを見出して本発明を完成するに至っ
た。
【0018】即ち、本発明は産業上有用な蛋白質をコー
ドする遺伝子、特にヒルジン又はその天然或いは合成の
変異型(variant)の1つ、カテコール2,3オキシゲ
ナーゼ(以下、単にC2,3Oともいう。)、γ−インタ
ーフェロン又はα−アンチトリプシンをコードする遺伝
子及び宿主バクテリア中で該遺伝子を発現させる要素を
更に有するプラスミドベクター、並びにこれらの種々の
ベクターにより形質転換された細胞株に関し、さらに該
形質転換株を完全培地中で培養し、培養後に蛋白質を回
収することによる産業上有用な工業的蛋白質の製造法に
関する。
【0019】より具体的には、本発明は次の項1〜8を
含む産業上有用な蛋白質の製造方法である。
【0020】項1.dapD染色体遺伝子の変異を含む
細菌であって、インタクトなdapD遺伝子、産業上有
用な蛋白質をコードする遺伝子及び宿主細菌中での発現
を確保するための要素を含有するプラスミドベクターに
よって形質転換されてなる細菌を、完全培地中で培養す
ることを特徴とする当該産業上有用な蛋白質を製造する
方法。
【0021】項2.dapD染色体の変異がdapD遺
伝子の少なくとも一部の欠失であり、プラスミドベクタ
ーがインタクトなdapD遺伝子を含有するものである
ことを特徴とする、項1記載の産業上有用な蛋白質を製
造する方法。
【0022】項3.欠失がdapD遺伝子の全欠失であ
ることを特徴とする、項2記載の産業上有用な蛋白質を
製造する方法。
【0023】項4.プラスミドベクターがモノマー状態
を保持する配列を有するものであることを特徴とする、
項1乃至3のいずれかに記載の産業上有用な蛋白質を製
造する方法。
【0024】項5.モノマー状態を保持する配列が“c
er”配列であることを特徴とする項4記載の産業上有
用な蛋白質を製造する方法。
【0025】項6.宿主細菌がE.coli株であるこ
とを特徴とする項1乃至5のいずれかに記載の産業上有
用な蛋白質を製造する方法。
【0026】項7.産業上有用な蛋白質をコードする遺
伝子が、ヒルジン類、γ−インターフェロン、カテコー
ル2,3−オキシゲナーゼ及びα−アンチトリプシンか
らなる群から選択されるいずれかの蛋白質をコードする
遺伝子であることを特徴とする項1乃至6のいずれかに
記載の産業上有用な蛋白質を製造する方法。
【0027】項8.前記ヒルジン類をコードする遺伝子
が、ヒルジン又はその天然若しくは人工的な変異型をコ
ードする遺伝子であることを特徴とする項7記載の産業
上有用な蛋白質を製造する方法。
【0028】
【発明の実施の形態】本発明は、バクテリア中に含まれ
るプラスミドベクターを安定化させる方法を基礎とする
ものである。当該方法は、該バクテリアがdap-染色
体変異を含み、プラスミドベクターがdap+遺伝子を
有することを特徴とする方法である。
【0029】ここでdap-染色体変異としては、da
pD-を用いることが望ましい。しかしDAP生合成の
ための酵素をコードする他の遺伝子も、対応する遺伝子
を保有するベクタープラスミドを用いる限り使用でき
る。dapD-株の場合、プラスミドに挿入されるべき
遺伝子はdapDである。
【0030】当該dap安定化システムは、蛋白質の発
現を妨げない。従って、どのような発現ベクターをも用
いることができる。
【0031】dapD+プラスミドと染色体の変異され
たdapD遺伝子との間の相同性組換えの可能性を回避
するためには、dapD遺伝子を染色体から実質的に欠
失させることが望ましい。
【0032】従って、上記のプラスミド安定化方法は、
より詳細には、dap染色体変異がdapD遺伝子の少
くとも一部の欠失であり、プラスミドベクターがインタ
クトなdapD遺伝子を有することを特徴とする方法で
ある。
【0033】いかなる組換えをも回避するためには、d
apD遺伝子の完全な欠失が最も好ましい解決法である
ことは明らかである。
【0034】しかし、選択システムは、それがいかに強
力であっても、プラスミドの内在的な不安定性を克服す
ることはできない。このため、遺伝学的方法により発現
ベクターの安定性を増大させるためには、該ベクターを
モノマー状態に維持する配列、特に、“cer”配列をベ
クターに導入することができる。
【0035】上記“cer”(サマーズ(Summers)及びシ
ャーラット(Sherrat),1984)は、いかなる蛋白質
もコードせず、これが存在するとプラスミドをモノマー
状態に維持することを促進させる要素である。プラスミ
ドが多量体(multimer)を形成する場合、嬢細胞(daug
hter cells)に分配され得るユニット数が減少し、プラ
スミドを持たない細胞が得られ易くなる。従って、cer
はモノマー状態にプラスミドを維持することにより、プ
ラスミドを間接的に安定化させる。
【0036】以下の記載において、発現システムはファ
ージλの左向きのプロモーターPLを含有する。しか
し、本発明のバクテリア中で活性であるのは別のプロモ
ーターであってもよい。異種蛋白質(heterologous pro
tein)の発現要素について完全な記載を行なっていない
のはこのためである。この種のプラスミドは現在広く知
られている。単に、dapD又は他の遺伝子をプラスミ
ドベクターの非本質的部位に挿入することが望ましい。
【0037】本発明に記載するプラスミドは、dapD
-とされた任意の大腸菌株を形質転換するのに使用する
ことができる。
【0038】本発明に記載する方法によれば、発現プラ
スミドが完全培地中で、例えば抗生物質による選択圧、
又は特定のアミノ酸を含有しない培地を必要とせずに安
定である細菌株が得られる。更に、本発明に記載する方
法はプラスミドを失ってしまったバクテリアに対し、対
向選択(counter selection)を及ぼす。
【0039】本発明は、dap+遺伝子及び産業上有用
な蛋白質の発現を確実にする要素を持つプラスミドベク
ターにより形質転換された菌株、特にdap-大腸菌株
(E.coli)に関する。
【0040】従って、本発明は、バクテリアから産業上
有用な蛋白質を製造する方法であって、上記プラスミド
ベクターにより形質転換されたバクテリアを完全培地中
で培養することを特徴とする方法である。当該プラスミ
ドベクターは、更に該産業上有用な蛋白質をコードする
遺伝子及び宿主バクテリア中でのこの蛋白質発現のため
の調節シグナルを有する。
【0041】下記実施例は、dap-バクテリア中での
dapD遺伝子を有するプラスミドの安定性を、Amp
r遺伝子を有するプラスミドと比較して示すものであ
る。
【0042】更に、dapD遺伝子を保有するこれらプ
ラスミドは、ヒルジン及びγ−インターフェロンをコー
ドする遺伝子を発現するために用いることもできた。
【0043】これら2種の遺伝子はファージλプロモー
ターPLの制御下に置かれており、宿主大腸菌は温度感
受性リプレッサーCI857を有する。このシステム
は、温度を上げることにより、PLによりコントロール
された遺伝子の発現を誘導(induce)する。
【0044】リプレッサーCI857を有する大腸菌株
TGE900をdapD-になるよう変異させ、菌株T
GE7615又はTGE7214を得た。また、株N5
969を変異させ、TGE7303とした。
【0045】次いで、下記プラスミドを添付図面に従い
調製した。
【0046】
【表1】
【0047】なお、プラスミドpTG790、pTG7
92、pTG7922、pTG769、pTG740
6、pTG7675及びpTG7914のダイアグラム
及び制限酵素地図をそれぞれ、図10、図11、図1
2、図13、図14、図16及び図17に示す。
【0048】方法 特に断らない限り、各種酵素は公知の方法に従って用い
られる。
【0049】形質転換 コンピテント細胞がハナハン(Hanahan)(1983)の方
法に従って製造された。その受容能は、細胞株RL58
で104〜105形質転換体/μgDNであり(ボレン(B
ollen)等、1979)、TGE7615、TGE72
14又はTGE7303株で105〜108形質転換体/
μgDNである。
【0050】一般に、細胞株に導入されるべきプラスミ
ドを含有するDNA試料の適当に希釈された1〜10μ
l溶液を、コンピテント細胞株のストック0.2mlに
添加する。該コンピテント細胞を0℃で、15分間DN
Aと反応させ、次いで37℃で90秒間インキュベート
する。5分間0℃に戻し、LB培地0.8mlを添加す
る。細胞株RL58又はTGE7615については、該
培地は8γ/mlの割合でDAPを含有していなければ
ならない。このことは、dapD-細胞の増殖に必要で
あり、dapD遺伝子を持つプラスミドを含有している
細胞についてさえも必要である。細胞は一般に強く攪拌
しながら30℃でインキュベートされる。(但し、プラ
スミドがプロモーターPLを有しない場合は37℃に保
持される)。インキュベーション時間は60分間である
が、株TGE7615を30℃で培養する場合は90分
間に延長できる。
【0051】次に、決められた容量(0.1ml)をL
B固体培地上に塗布する。アンピシリン耐性のための遺
伝子を有するプラスミドの場合、クローンは100γ/
mlのアンピシリンを添加することにより選択される。
dapD遺伝子を有するクローンは概してdapD-
ある培養物から、他の添加物を含有しないLB培地上で
選択される。ディッシュは、30℃で24時間インキュ
ベートされる。次いで、コロニーをつまようじで3ml
のLB培地に移し、30℃で一夜増殖させた後、プラス
ミドを単離し、適当な制限酵素で消化後、アガロースゲ
ル上でその構造を確認する。
【0052】dapD遺伝子を有するプラスミドは、d
apD-変異を保有する任意の大腸菌(例えばRL5
8、TGE7615、TGE7214又はTGE730
3)中で形質転換することができる。該プラスミドが更
にバクテリオファージλプロモーターPLを有する場合
は、プラスミド上又は染色体中のいずれかでバクテリオ
ファージλリプレッサーcI857或いはcI及びRe
c突然変異(例えばRecA441)を発現するdap
-大腸菌株中で必然的に形質転換されねばならない。
【0053】
【実施例】以下、本発明の内容を以下の実施例を用いて
具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定される
ものではない。
【0054】実施例1 大腸菌株TGE900における変異されたdapD -
伝子の導入 大腸菌宿主TGE900を既知のdapD-変異株RL
58と接合(conjugation )させて、dap-とした。
【0055】株TGE900はゴッテスマン(Gottesma
n)等(1980)により記載された株N4830の誘
導体であり、その特性は次の如くである: su-- his ilv bio(λ cI857Δ Bam
Δ HI)Smr
【0056】該株は、外来遺伝子がλプロモーターPL
の制御下におかれている発現ベクター用の宿主として一
般に用いられている。これは、該バクテリアが有する温
度感受性リプレッサー(λcI857)を不活性化させ
る温度上昇(37℃以上)により、自由に発現を誘導で
きるものである。
【0057】dap-RL58(met B dapD2 me
t D279 Hfr P4 X )株は、ボレン(Bolle
n)等(1979)により記載されている。
【0058】この菌株を出発原料として、トリメトプリ
ム耐性の自然突然変異体が選択された(トリメトプリム
2ガンマ/mlを含有するディッシュ上に該菌株を塗り
広げ、4ガンマ/mlのトリメトプリムを含有する培地
より選択されたコロニーの耐性を確認した後に)。事
実、この耐性をコードする遺伝子は、dapD-突然変
異に充分類似しているので、接合後、受容株がトリメト
プリム耐性となった場合は、それは同時にdapD-
もなる。
【0059】耐性菌株はTGE755と称された。その
特徴は、Hfr dapD- Tmprである。
【0060】TGE900株(F- Smres dap+
及びTGE755の接合後(15分間後に停止)、DA
P、ストレプトマイシン及びトリメトプリムを含有する
最少培地に塗布することにより、Smr Tmprコロニ
ーが選択される。選択された株のdap-の性質及びD
APを含有する最少培地中の親株(his ilv)における
栄養素要求性変異の存在が、LB培地上で確認される。
【0061】一つの菌株(his ilv dap-)が選択され
た:TGE7615。
【0062】実施例2 大腸菌dapD遺伝子を有するプラスミドベクターの構
築(図1) a)12の制限部位をもつポリリンカーを有する多回使
用のクローニングプラスミドの構築 構築は、ヌクレオチド1089から2491を除去する
ことにより、pBR322から誘導されたpML2プラ
スミド(ラスキー(Lusky)及びボッチャン(Botchan),
1981)を出発物質として開始した。該プラスミドは
pBR322の複製起点及びβ−ラクタマーゼ遺伝子
(アンピシリン耐性)を有していた。
【0063】PstI酵素認識配列は、エタンスルホネー
トで誘発されたPstI°突然変異(ヴイエィラ(Vieir
a)及びメシング(Messing)、1982)を有するpU
C8のAhaIII−AhaIIIフラグメントを、pML2の2
つのAhaIII部位の間に挿入することにより除かれた。
これにより、pML2から19塩基対が欠失される。得
られたプラスミドpTG190は、pUC8のPstI°
変異を保有する。
【0064】BglIIリンカー(5′−dCAGATCT
G−3′;コラボラテイブ リサーチ(Collaborative R
esearch))を、ラセ(Lathe)等(1984)により記
載された“リンカー テイリング(linker tailing)”法
により、NruI部位にのみ挿入した。得られた構築物
は、pTG191である。
【0065】pTG191を、EcoRI及びBglIIで開
環し(これはテトラサイクリン耐性遺伝子を欠失す
る)、12の制限酵素認識配列を含有するポリリンカー
を持つファージM13TG131(キーニー(Kieny)
他、1983)のEcoRI−BglIIセグメントと再リゲ
ートした。
【0066】得られたプラスミドは、pTG192であ
る。
【0067】b)pTG192プラスミドにおけるda
pD遺伝子のクローニング 大腸菌のdapD染色体遺伝子をプラスミドpACYC
184内に挿入し、pDB6を得た(ベンディアク(Ben
diak)及びフリーセン(Friesen)、1981)。該da
pD遺伝子を、1.3−kb AluIフラグメントの形で
pDB6から回収し、pTG192のEcoRI部位に挿
入した(EcoRI末端は、DNAポリメラーゼIのクレ
ノー(Klenow)フラグメントで予め処理され、修復され
ている)。
【0068】得られたプラスミドより、単一のEcoRI
部位が再構築されているpTG764を選択する。こう
して、pTG764は、dapD遺伝子及びpTG19
2の(当初はpUC8の)アンピシリン耐性遺伝子を持
つ。
【0069】実施例3 dapD及びAmp r遺伝子を有するヒルジンの発現プ
ラスミド(図2) フランス国特許第84/04755号に記載のpTG7
20プラスミドは、λプロモーターPLのコントロール
下にあるヒルジン遺伝子を本来有する。
【0070】プラスミドpTG720をBglII及びBgl
Iで消化し、ヒルジン遺伝子及びampr遺伝子の一部
を保有する2.74−kbのフラグメントを得る。該フラ
グメントをホスファターゼで処理し、dapD遺伝子及
び上記ampr遺伝子のもう片方のフラグメントを持つ
プラスミドpTG764のBglII−BglIフラグメント
と再リゲートする。得られたプラスミドpTG771
は、再構築された完全なampr遺伝子、dapD遺伝
子及びヒルジンをコードする遺伝子を含有する。
【0071】該プラスミドにより形質転換されたTGE
7615のコロニーをLB培地(dap+性に対する選
択)又はLB+アンピシリン培地上で選択する。
【0072】誘導(induction)後、上記形質転換体は
ヒルジンを産生する。
【0073】実施例4 dapD遺伝子を含有し、Amp r遺伝子を含有しない
ヒルジンの発現プラスミド(図3) 出発プラスミドはpTG771である。
【0074】Amprをコードする遺伝子の3′末端を
含有する小さなフラグメントを除去するため、AhaIII
で消化を行ない、EcoRI“リンカー”(CCGAAT
TCGG)の存在下リゲーションによりプラスミドを再
び閉じる。こうして、プラスミドpTG775を得る。
【0075】EcoRI消化後、リゲーションにより、A
mprをコードする遺伝子が完全に除去される。こうし
てプラスミドpTG776を得る。
【0076】このプラスミドにより形質転換されたバク
テリアTGE7615は、無添加のLB培地上で選択さ
れる(dap+に対する選択)。誘導後、この形質転換
株はヒルジンを産生する。
【0077】実施例5 (1)dapD遺伝子を有し、Amp r遺伝子を有しな
いプラスミドの構築(図4) 出発プラスミドは、プラスミドpTG192である。
【0078】SmaI及びAhaIIIで消化し、ホスファタ
ーゼで処理後、0.95−kbのベクターフラグメントを
単離し、dapD遺伝子を含有するpDB6の1.3−k
b AluIフラグメントとリゲートする。従って、am
r遺伝子は完全に欠失される。TGE7615株をこ
の新しいプラスミドで形質転換し、LB培地上で選択を
行ない、dapD遺伝子を保有するクローンを得る。
【0079】2つのオリエンテーション(orientatio
n)でdap遺伝子を保有するプラスミドが得られる。
挿入物のオリエンテーションはPstIによる消化により
決定できる。選択された下記2種のプラスミドについ
て:pTG766は1.34−kb及び0.9−kbのフラグ
メントを遊離し、pTG767は1.85−kb及び0.4
−kbのフラグメントを遊離する。
【0080】(2)dapD遺伝子を保有するγ−イン
ターフェロンの発現プラスミド(図5) pTG40(PED)(EP−A−0146462)プ
ラスミドは、1.2−kbのHind IIIフラグメント上に、
プロモーターPLのコントロール下にあるγ−インター
フェロン遺伝子を持つ。
【0081】Hind IIIによる消化後、このフラグメン
トを回収し、フォスファターゼで予め処理したpTG7
67のHind III部位に挿入する。リゲーション後、T
GE7615を形質転換し、dapD遺伝子の存在に対
する選択をLB培地上にて行なう。反対のオリエンテー
ョンで挿入物を保有する2つのプラスミド、pTG76
71(複製起点の近傍に且つ同一オリエンテーョンでP
Lを有する)及びpTG7672が選択される。
【0082】これらプラスミドにより形質転換されたT
GE7615バクテリアは、無添加のLB培地上で選択
できる(dap+性についての選択)。
【0083】誘導後、上記形質転換株はγ−インターフ
ェロンを産生する。
【0084】下記の実施例は、本発明に従って形質転換
された菌株の特性を示すものである。
【0085】dapD遺伝子を有する全てのプラスミド
は、TGE7615株中にあり、その他はTGE900
株中にある。
【0086】種々のプラスミドの安定性が適当な培地中
で試験された。
【0087】“選択培地”とは、本発明のプラスミドの
場合はLB培地のことであり、プラスミドpTG720
及びpTG40の場合はLB+アンピシリン培地であ
る。
【0088】“非選択培地”とは、本発明のプラスミド
の場合はLB培地+DAPであり、他のプラスミドの場
合はLB培地である。
【0089】110世代に亘る安定性の試験を、バクテ
リアの希釈と増殖を数度繰返し行なう。この増殖期の終
わりに、プラスミドの安定性を下記のように測定する:
培養物中の生菌数を適当に希釈して、非選択性寒天培地
内の細胞を計数することにより測定する;増殖時の後、
これらコロニーの有意な試料を選択及び非選択寒天培地
に移し、プラスミドを消失したコロニーの百分率、即ち
選択培地での増殖を測定する。
【0090】インターフェロン遺伝子を有するプラスミ
ドについて得られた結果を表2に示す。
【0091】
【表2】
【0092】*C = 生菌数 p- =プラスミドを失なった細胞 p-/C/世代=(p-の数/試験したCの数)×世代数 同様の試験を、LB培地中で170世代に亘るバクテリ
ア増殖後に、ヒルジン遺伝子を有するプラスミド及びク
ローニングベクターpTG766について行なった。そ
の結果を表3に示す。
【0093】
【表3】
【0094】表2及び表3の結果は、下記のことを示
す。
【0095】1)dap ベクターの安定性は、ampr
伝子を有するプラスミドに対して10のファクターで増
加する; 2)選択培地と非選択培地との間での相異は最少であ
る; 3)クローニングベクターpTG766及びpTG76
7は5×10-5-/C/世代未満の消失である; 4)pTG40の安定性は、dap+ベクターの安定性
よりも有意に小さい。しかし、この減少は50世代後に
特に顕著になり、培養の初期段階での消失はわずか2.
5×10-4-/C/世代である;及び 5)amprコントロールプラスミドpTG40及びp
TG720(各々インターフェロン及びヒルジン遺伝子
を持つ)の消失は同程度である。経時的なプラスミドの
消失は、プラスミドがdapD遺伝子を有する場合に減
少する(pTG766、767、7671及び77
6)。
【0096】しかし、dapD遺伝子及びアンピシリン
耐性をコードする遺伝子を持つプラスミド(pTG77
1)の安定性は他に比べて低く、pTG720のそれと
同等のままである。この結果は、アガロースゲル中でプ
ラスミド含量の分析をすることにより説明される。即
ち、pTG771は四量体を形成することが示され、こ
の現象はプラスミドの分割(partition)に影響を与え
消失を増大させる(サマーズ(Summers)とシャーラット
(Sherratt)、1984)。更に、より少ない数の世代
(30)に亘る場合、この多量体化現象は出現せず、計
70世代に亘る場合のpTG771の消失は2.8×1
-4-/C/世代以下のままである。
【0097】従って、dapD遺伝子を有するプラスミ
ドの安定性は、ampr遺伝子を有するプラスミドに比
し増大し、その消失は最小となる。
【0098】実施例7 37℃又は42℃におけるプラスミドの安定性 プラスミド類がプロモーターPLの制御下にある外来蛋
白質をコードする遺伝子を含む場合には、該蛋白質の発
現を誘導(induce)させることなく、これらプラスミド
類の安定性を調べることは出来ない。それにも拘らず、
作業条件下には、誘導に引き続いて、O.D.が0.3か
ら3.6に増大し、これは3.6世代に相当することを指
摘しておくべきである。従って、事実、バクテリアは、
誘導に先立って、先行の実施例で既に決定された消失を
伴って、30℃で最大数の世代を形成しする。
【0099】外来蛋白質の発現が生じる場合(例えば、
pTG720についてはヒルジン、pTG40について
はγ−インターフェロン)には、一定時間(2〜4時
間)経過後に、90〜95%の割合の大腸菌培養物の死
滅率が観察された。これらは、プラスミドを含む細胞群
である(何故ならば、p-宿主細胞は、37〜42℃で
生育可能だからである)。必然的に、この死滅率は、生
存細胞に対するp-細胞の割合を10乃至20のファク
ターで増大させる。生存細胞の全体数が有意的に減少
し、p-細胞が個体数の大きな割合を占める様になる
と、p-細胞の増殖が決定され、これがp+/p-比を有
意的に減少させる(例えば、5時間30分及び7時間後
に得られた結果を示す表4を参照)。
【0100】p-/細胞/世代というパラメーターは、
+細胞が最早増殖しないので、この様な条件下では、
その意義を失っていることが明らかである。従って、以
下のパラメーターを提案する:即ち、各培養期間に於け
るp-細胞のみを測定するp-/ml/光学密度単位であ
る。更に、これは、2つの異なる培養物をそのプラスミ
ドの消失について比較することを可能とする。このパラ
メーターは、以下の式に従って計算される: p-/ml/OD={1−(%p+/100)}×生存細胞
/ml/OD。
【0101】最後に、若し、このパラメーターが、細胞
の全数(現在の条件下では、4×108である)を基準
として表現されるならば、培地中の細胞パーセンテージ
(Fp-)を得ること、及び各期間に於けるp-細胞によ
る培地の汚染度合いを決定することが可能となる。Fp
-は、以下のようにして計算される: Fp-=4×108c/ml/OD×100(p-/ml
/OD) Fp-は、分子の生産のための培養物が十分に純粋でそ
れ以上の培養に値するか否かを決定することを可能と
し、且つ誘導条件下に異なるプラスミドを互いに比較す
ることを可能とする客観的パラメーターである。
【0102】以下の実施例に示す誘導において、生存細
胞の数及びp+のパーセンテージが決定され、次いで、
-/ml/OD及びFp-が計算される。これらのデー
タは、表として呈示される。
【0103】実施例8 ヒルジンの誘導 ヒルジン誘導の結果は、先ず、アンピシリン耐性遺伝子
を含むベクターに関して、次いで、dapD遺伝子を更
に含むベクターに関して、呈示する。
【0104】1)プラスミドの安定性 a)37℃のLB培地におけるアンピシリン耐性遺伝子
を含むベクター(TGE900/pTG720)内での
ヒルジンの発現誘導 TGE900/pTG720についての代表的な結果を
表4に示す。
【0105】
【表4】
【0106】3時間後には、OD単位当たりの生存細胞
の数は、p+細胞の割合とともに、平行的に減少してい
ることが明らかである。5時間30分後には、Fp
-(細胞の全数に対するp-細胞の%)2.35%のオー
ダーである。7時間後には、この数は、二倍となるであ
ろう。おそらくこれは、p-の成長にのみよるものであ
る。
【0107】b)37℃のLB培地におけるdapD遺
伝子を含むベクター(TGE7615/pTG771)
内でのヒルジンの発現の誘導 表5に示す結果は、pTG720について得られた結果
に比較し得るものである。
【0108】
【表5】
【0109】表5から、以下のことが判る。即ちTGE
900/pTG771について記録された死滅率に匹敵
する死滅率を呈しているにもかかわらず、プラスミド
(%p+)の喪失は低い(5時間後に98%のp+)。こ
れは、p-細胞の絶対量(p-/ml/OD)についても
同様である。5時間後のFp-の量は、0.04%であ
り、これは、同一期間におけるpTG720の場合の1/
50以下である。このことは、pTG720に比して、p
TG771がより大きい安定性を有することを示してい
る。誘導実験において、pTG771は、四量体を形成
せず、又、その消失は、30℃で170世代に亘り測定
された消失(表3参照)よりも小さいものと思われるこ
とを指摘しておく。
【0110】結果は、pTG720に比して、プラスミ
ドpTG771の安定性がより大きいことを示してい
る。
【0111】2)プラスミド含有量 誘導期間中に数回に亘り、プラスミドpTG720とp
TG771とを単離した。一般に、誘導の初期段階の対
数増殖期に、細胞当りプラスミド含有量が低いことが観
察されたが、時間の経過とともに実質的に増大した。ヒ
ルジンは、この期間中に生成された。
【0112】興味深いことに、このプラスミド濃度の増
大は、95%以上の細胞が死滅した集団で生じていた。
【0113】3)誘導された活性 pTG720及びpTG771から得られたヒルジンの
活性は、有意差を示さなかった。その値(アンチトロン
ビン単位、ATU)は、誘導5時間後に、pTG720
については2720ATU/L/ODであり、pTG7
71については2380ATU/L/ODであった。
【0114】結論として、pTG771は、pTG72
0に比して安定性が大きく、同時に、対数増殖期の終わ
りに、pTG720と同じ生産能及びそのコピー数増大
と言う点で同じ特性を維持していると言うことができ
る。
【0115】実施例9 γ−インターフェロンの誘導 γ−インターフェロンの誘導についてのデータも、ヒル
ジンについてと同様にして提示されている。
【0116】(1)プラスミドの安定性 a)42℃のLB培地におけるアンピシリン耐性遺伝子
を含むベクター(TGE900/pTG40)内でのγ
−インターフェロンの発現誘導 表6の結果は、プラスミドの消失は、pTG720の消
失と同等であり、5時間後にFp-は6%に増大するこ
とを示している。しかしながら、pTG720とは異な
って、生存の低下はより急速で、生存細胞数の最小値は
3時間後にすでに生じている(これに対し、pTG72
0の場合には5時間後に観察されている)。更に、培養
物中に存在するp-細胞は、生存し続け、3時間後には
すでに著しく分裂しており、5時間後のこのFp-6%
に貢献している。
【0117】
【表6】
【0118】b)42℃のLB培地におけるdapD遺
伝子を含むベクター(TGE7615/pTG767
1)内でのインターフェロンの発現誘導 LB培地中42℃でのTGE7615/pTG7671
発現データを表7に示す。
【0119】
【表7】
【0120】表7から以下のことが明らかである。5時
間が経過するまでは最大死滅率には達しない。この期間
中、%p+は、pTG40についての値(10%)に比
肩し得るがp-細胞の数(p-/ml/OD)は、pTG
40について3時間後に得られた値の1/5 である。事
実、5時間後には、Fp-は0.3%であるのに対し、p
TG40についてのFp-はすでに6%となっている。
従って、20倍にも達する相違があり、これは、pTG
7671の増大した安定性を反映しており、30℃にお
ける安定性データを確認するものである(表2参照)。
【0121】42℃におけるTGE7615/pTG7
671誘導条件下に、選択及び非選択培地中で、プラス
ミドの安定性は実質上同一であった。一方、pTG76
71の安定性は、選択の不存在下においても極めて高い
ものであった。従って、プラスミドの消失は、極めて満
足すべき、工業的スケールでの生産に適したレベルにま
で下げられた。
【0122】(2)プラスミド含有量 アガロースゲル上でのプラスミド含有量の分析は、プラ
スミドpTG40及びpTG7671により形質転換さ
れた細胞株が等量の材料を含んでいること、及びこの細
胞当りのプラスミド含有量が誘導期間中に時間とともに
増大することを示している。pTG40は、二量体型で
存在する(アガロースゲルに示される通り)。
【0123】(3)dapD遺伝子を含むp +細胞の選
細胞の主要部分がその生存能力を大巾に低下させたら直
ちに発生しなくなるp-細胞の生育状況を考慮しつつ、
dapDシステムの選択能を明らかにするために、誘導
を行なった。この誘導期間中に培養物は2時間毎に3回
に亘り5倍に希釈され、その後、定常期に達するまで放
置された。42℃におけるTGE7615/pTG76
71誘導の結果は、選択培地中での生育について表8
に、又非選択性LB+DAP培地中での生育について表
9に示す。
【0124】
【表8】
【0125】
【表9】
【0126】表9から、誘導開始9時間後に、選択的L
B培地中では、全ての生存細胞は、プラスミドを含んで
いることが明らかである(プラスミドの存在は、LB培
地中の全数60のポジティブコロニー(positive colon
y)中の30コロニーからのミニプレパレーション(min
i preparation)により確認され、アガロースゲル電気
泳動によりプラスミドが同定される)。これとは対照的
に、非選択性培地中では、生存率は5倍よりも大きい
が、培地では、プラスミド含有細胞を5%含むのみであ
る。LB培地中よりもLB+DAP培地中での生存率が
高いということは、DAPが加えられた培地中でのp-
細胞の生育、並びにそれ以上に明確に選択的培地中での
-細胞の死滅率を示している。従って、LB培地は、
-細胞の対抗選択を効率よく行なうものである。
【0127】(4)インターフェロンの生産 pTG7671は、原プラスミドpTG40と同様のγ
−インターフェロン産生能を保持している。
【0128】実施例10 細菌の染色体からのdapD遺伝子の欠失 (1)2つのPstIフラグメント上でのdapD遺伝子
のサブ−クローニング プラスミドpDB6とM13mp8をPstIで切断し、
リゲートする。遺伝子の5′末端及び3′末端を含むM
13をこの領域に対して特異的なオリゴヌクレオチド、
TG596(GCGCTTAATAACGAGTTG)
およびTG598(TGTGCATACTTTAGT
C)により夫々スクリーニングする。候補体としてSB
96及びSB98を選び、所望のフラグメントの挿入を
配列決定法により確認する(図6のダイアグラム参照の
こと)。
【0129】(2)dapD遺伝子の5′及び3′末端
へのEcoRI部位の導入 点変異によりSB96及びSB98中にEcoRI部位を
導入する。
【0130】SB98には、オリゴヌクレオチドTG5
97:GTACGCAGGAATTCCTTAATGC
CGを使用する。これは、遺伝子末端の3′領域と対合
するが、推定される転写ターミネーター(assumed tran
scription terminator)の前である。
【0131】SB96には、オリゴヌクレオチドTG6
20:AGAGGCCCGAATTCCAAACGを使
用する。これは、dapD遺伝子の推定されるプロモー
ターの上流側の5′領域と対合する。
【0132】形質転換体は、EcoRI部位を導入するに
使用したものと同じプローブにより分析する。このEco
RI部位の存在は、DNAミニプレパレーションによ
り、次いで、選ばれたM13候補体を配列決定すること
により確認される(図7参照)。
【0133】(3)欠失ベクター(deletion vector)
の構築 プラスミドpUC−4K(ファルマシア社により市販)
のカナマイシン耐性遺伝子をEcoRIフラグメントの形
態で回収する。M13TG597及び620をEcoRI
及びPstIにより切断する。これにより、dapD遺伝
子の3′末端(推定されるターミネーターを有しない)
及び遺伝子の5′末端(推定されるプロモーターを有す
る)を遊離する。
【0134】クローニングベクターpTG192(実施
例2a参照)をPstIにより切断する。
【0135】これら全てのフラグメントをリゲートす
る。5K細胞の形質転換、及びLB培地+アンピシリン
0.1μg/ml+カナマイシン0.02μg/ml上へ
の塗布(spreading)後に、コロニーをオリゴヌクレオ
チドTG596によりスクリーニングする。
【0136】一つの構築物pTG47を選択する。その
構造をDNAミニプレパレーションにより分析し、Hin
d IIIによりプラスミドを消化してカナマイシン耐性遺
伝子のオリエンテーションを決定する。かくして、5.
3kb及び4.0kbの大きさの2本のバンドが遊離され
る。pTG47中のカナマイシン耐性遺伝子のオリエン
テーションは、pDB6中のdapD遺伝子のそれと同
じである(他方のオリエンテーションでは、4.9kb及
び4.4kbの大きさのバンドが得られたはずである)。
【0137】pTG47についてのダイアグラムを図8
に示す。
【0138】(4)染色体からのdapD遺伝子の欠失 中間細胞株からの染色体のdapD遺伝子の除去を行な
う。
【0139】RH5345細胞(その受容能力は、pT
G47のDNAのμg当り2.5×10-7形質転換体に
達する)を、予めKpnI及びBglIIにより切断したプラ
スミドpTG47により形質転換させる(図8参照)。
【0140】この消化により、dapD遺伝子の側方領
域(flanking regions)を含むフラグメントが遊離され
る。該遺伝子自身は、カナマイシン耐性遺伝子によって
置き換えられる。
【0141】LB培地+DAP+カナマイシン0.01
μg/mlへの塗布後に、9つの候補が選択される。即
ち、TGE721からTGE729までであり、そのd
ap-、kanR表現型が確認される。
【0142】dapD遺伝子の欠如は、pTG764に
よるこれら細胞株の形質転換後に、そのLB培地中での
増殖能力により確認された。
【0143】(5)TGE901及びN5969株から
のdapD遺伝子の欠失 細胞株TGE721のdapD欠失は、ファージトラン
スデューサーPlvir/TGE721により、細胞株T
GE901及びN5969内に形質導入され、dap-
組換体は、カナマイシン0.01μg/mlに対する耐
性により選択される。
【0144】選ばれた候補は、それぞれTGE721
3、7214及びTGE7303である。一つの候補、
TGE7214については、 dap- kanR特性に
加えて、親株TGE901のile 、val 及びhis 要求
(requirements)が適当な培地上で確認された。
【0145】実施例11 (1)種々の細胞株における染色体ブロッテイングによ
るdap遺伝子の欠失の確認 下記の遺伝子を分析した: (i) 親株TGE901及びRH5345、dapD+; (ii) 欠失株TGE7213及びTGE7214; (iii)TGE901にdapD-突然変異を導入するのに
用いられた親株RL58、 及びそれにより得られ
たdapD-変異株TGE7615; (iv) Tn5の組み込みによりカナマイシンに対し耐性
を持つGC4540。
【0146】これに対し、トランスジーン ソシエテ
アノニムの株においては、カナマイシン耐性遺伝子はT
n 903由来である(2つの遺伝子は相同性(homolog
y)がないため、交差雑種形成(cross hybridization)
を起こさないはずである:ベック(Beck)等、198
2)。
【0147】制限酵素の選択は、pDB6の配列に基づ
く:BamHIとHind IIIによる切断は、野生株の場
合、dapD遺伝子及びその側方領域を含有する9−kb
の染色体フラグメントを遊離する。欠失株の場合、耐性
遺伝子はBamHIによる消化で遊離し、Hind IIIによ
る消化で2つのフラグメントに切断される;PstIは、
野生型株の場合、各々dapD遺伝子の一部を含有する
2つのフラグメント(5′領域から2.8kb及び3′領
域から3.4kb)を遊離する。欠失株の場合、PstIに
よる消化は、カナマイシン耐性遺伝子及び2つの側方領
域(5′側上の2.4kbフラグメント及び3′側上の2.
8kbフラグメント)を遊離する(図6及び図8)。
【0148】dapD遺伝子又はその側方領域或いはk
anR遺伝子を明らかにするべく、プローブが選択され
た:カナマイシン耐性遺伝子を調べるために、該耐性遺
伝子のみを有するpTG47のEcoRI断片(図8)を
単離する;dapD遺伝子を調べるため、dapD遺伝
子の5′領域のみを有し、TGE721、7213及び
7214中では完全に欠失されるべきM13TG620
の2.4kb EcoRI断片が用いられる(図7);染色体
dapD遺伝子及びその側方領域を調べるため、カナマ
イシン耐性遺伝子及びdapD遺伝子の側方にある染色
体の2つの領域(5′及び3′側)を有するpTG47
のKpnI−BglII断片が用いられる。
【0149】従って、下記のことが明らかにされるもの
と期待される:野生株においては、dapD遺伝子の
5′領域に対応する2.8−kbバンド及び該遺伝子の
3′領域に対応する3.4−kbバンド(図6);欠失株
においては、カナマイシン耐性遺伝子、dapD遺伝子
の側方に尚存在する5′領域(2.4kb)及びdapD
遺伝子の側方に尚存在する3′領域(2.8kb)(図
8) (2)カナマイシン耐性遺伝子の取り込みの証明 PstI又はBamHI及びHind IIIで切断されたGC4
540、TGE7213、TGE7214及びTGE9
01の染色体DNAを比較し、pTG47のEcoRIフ
ラグメントをプローブとして調べた。
【0150】PstIは、1.3−kbバンドを遊離する。
【0151】BamHI及びHind III制限は、欠失株に
ついてのみ0.7kb及び0.6kbの2つのフラグメントを
与え得る。TGE901又はGC4540においては、
バンドは認められない(図9A)。
【0152】これらの結果より、カナマイシン耐性遺伝
子が欠失株の染色体に組み込まれ、該遺伝子がpUC−
4Kに由来することがわかる。
【0153】(3)dapD遺伝子の染色体からの欠失
の証明 GC4540、TGE7213、7214及びTGE9
01の染色体DNAを、対照としてM13TG620、
M13TG597、pDB6のBamHI−Hind IIIフ
ラグメント及びPstIで切断された同フラグメント(図
6)を用いて、比較する。
【0154】染色体DNAは、PstI又はBamHI及び
Hind IIIで切断される。
【0155】EcoRIで切断されたM13TG620
は、dapD遺伝子の5′側を特異的に含有するバンド
から単離され、これをプローブとして使用する(図9
B)。
【0156】PstIで消化後、野生株においては、da
pD遺伝子の5′領域に対応する2.8−kbバンド及び
予期しなかった1.7−kbバンドが認められることが判
る。
【0157】BamHI及びHind IIIで消化後、pDB
6由来のバンド(9kb)よりも大きい約12−kbのバン
ドが認められる。更に、付加的な2.5−kbバンドも野
生株に存在する(図9B)。
【0158】欠失株については、どの消化フラグメント
にも有意な相同性(homology)は認められない。
【0159】これらの観察により下記のことが判る:d
apD遺伝子の5′部分をカバーするプローブは、株T
GE7213及び7214の染色体中のいかなるバンド
も明らかにしない。このことは該遺伝子の5′側の欠失
を示す;野生株においては、dapD遺伝子に特異的な
第2のバンドが予測されたバンドの他にも認められるた
め、該遺伝子はこれらの菌株中では重複していると思わ
れる。
【0160】dapD遺伝子の重複は予期されなかった
ことであったので、我々は数種の野生株においてこの重
複を確認し、5′側に加えて3′側からのdapD遺伝
子の欠失を確認した。
【0161】PstIで消化後、同じ染色体DNA及び対
照DNAが用いられる(図8)。
【0162】プローブはKpnI及びBglIIで切断された
pTG47である。上記予期されたバンドの他に、この
プローブは少くとも1.7−kbのバンドを認識するはず
である。事実、pTG47は5′及び 3′側からのd
apD遺伝子に対し相同性を有する300bp及び100
bpを各々有し、これらは欠失株でも認められねばならな
い。
【0163】図9Cは下記のことを示す:2.8−kb及
び2.4−kbのバンドは欠失株で認められ、3.4−kb及
び2.8−kbバンドが野生株で認めらる。加えて、カナ
マイシン耐性遺伝子に対応する1.3−kbバンドが認め
られる。このことは、株TGE7213及び7214の
欠失を証明するものである;重複したdapD遺伝子に
よる2つの強度の弱いバンドも又、野生株においてのみ
現れる。1.7−kbバンドは5′部について認められる
ことが知られているので、2.1−kbバンドは3′側よ
り由来したものであるに違いない。このことは、これら
の株が欠失株では消失している重複を有することを証明
するものである。
【0164】株RH5345及びRL58のPstIで切
断された染色体のDNAを、TGE901とRL58の
接合により得られた dapD-変異株と比較した。これ
らDNAは、KpnI、カナマイシン耐性遺伝子(何も明
らかにしない)を有するpTG47より単離されたBgl
II断片及び遺伝子dapDの側方にある領域を用いて調
べられた。図9Dは、RH5345において3.4及び
2.8−kbのバンドのみが認められ、GC4540及び
TGE901に存在する遺伝子の重複によるバンドは認
められないことを示す。更に、7−kbバンドのみが、R
L58及びTGE7615について認められ、このこと
はPstI部位の欠失を示す。これにより、これら2つの
変異株が同一であり、少くともdapD遺伝子のPstI
部位において影響を受けることが証明されている。
【0165】結論として、これらの実験は下記のことを
示す:株TGE7213及び7214は、dapD遺伝
子を欠失し、カナマイシン耐性遺伝子を有する;RL5
8及びTGE7615のdapD-突然変異は少くとも
dapD遺伝子のPstI部位に存在する;いくつかの大
腸菌株はdapD遺伝子の重複があり、この重複は欠失
株では認められない。
【0166】受容株の2つのdapD遺伝子は、形質導
入により欠失するので、重複遺伝子は、第一のdapD
遺伝子と近接(大腸菌の染色体地図上の2′未満)して
いる。
【0167】実施例12 cer 遺伝のクローニング cer 遺伝子をCol E1プラスミド(その配列はチャン
(Chan)等(1985)により公表されている)より1.
85−kb HaeIIフラグメントの形で回収する。
【0168】その後、該HaeIIフラグメントをHpaIIで
切断し、クレノーで処理し、0.4−kbバンドを回収す
る。M13mp130をEcoRVで切断し、ホスファター
ゼで処理する。Col E1の0.4−kbフラグメントを
M13mp130にリゲートし、株JM103に導入す
る。Col E1cer フラグメントの存在は、SmaI及び
Hind IIIで切断されて遊離した0.4−kbバンドの配列
決定により確認された。
【0169】M13mp131のポリリンカー中に挿入
されたcer 遺伝子を、SmaI及びHind IIIによる消化
後単離し、BglIIで切断したpTG720ベクター(ヒ
ルジン遺伝子を有する、図2)にリゲートし、クレノー
で処理する。得られたプラスミドがpTG720cer で
ある。
【0170】実施例13 cer 遺伝子及びdapD遺伝子を含有するクローニング
ベクターの構築 (1)アンピシリン耐性をコードするベクターにおける
M13mp131ポリリンカーのオリエンテーションの
逆位(inversion ) pTG192(図1)をEcoRI及びBglIIで切断しM
13mp131ポリリンカーを遊離させ、HaeIII消化
により短くする。例えば、pTG730(フランス特許
86/16,723に記載のヒルジンの発現ベクター)
等のアンピシリン耐性遺伝子を含むプラスミドを用い
る;このプラスミドは、BglII及びEcoRIで切断さ
れ、pTG192のEcoRI−BglIIフラグメントに結
合(ligate)される。こうして、pTG730のヒルジ
ン構造遺伝子とPLを含有する発現ブロックが失われ、
M13mp131ポリリンカーで置換される。この新し
いプラスミドをpTG790と呼ぶ(図10)。
【0171】(2)cer フラグメントのクローニングベ
クターへの導入 pTG790をSstI及びKpnIで切断し、ホスファタ
ーゼで処理する。この消化により得られるフラグメント
は、pTG720cer にリゲートされ、SstI及びKpn
Iで切断され(これにより、cer フラグメントが遊離さ
れる)、BglII消化により短くされる。得られるベクタ
ーpTG792は、cer フラグメントを含有する(図1
1)。
【0172】(3)dapD遺伝子のcer フラグメント
含有ベクターへの導入 pTG792をEcoRIで切断し、クレノウ(Klenow)
及びホスファターゼで処理する。得られるフラグメント
と、dapD遺伝子を含有するpDB6由来の1.3−k
b AluIフラグメント(図6)とをリゲートする。2
つのプラスミドpTG7922及びpTG7923が得
られる。両者は、2つのEcoRI部位間に位置するda
pD遺伝子のオリエンテーションにおいてのみ異なる。
pTG7922に関しては、上記3つの遺伝子即ち、複
製起源、アンピシリン耐性及びdapDの各遺伝子用の
プロモーターが同一方向に配向している(図12)。
【0173】(4)アンピシリン耐性遺伝子の欠失 下記構築法は、複数の目的を有する。即ち、 −dapD遺伝子を含有するベクターからアンピシリン
耐性遺伝子を欠失させること、 −cer 遺伝子を含有するdapDクローニングベクター
を得ること、 −M13mp131ポリリンカー(cer のクローニング
に用いられたEcoRV部位がない)を含有するdapD
クローニングベクターを得ること、及び −単一EcoRI部位を有するdapDベクターを得るこ
と。
【0174】PstIフラグメントを、夫々dapD遺伝
子の3′及び5′部分及びcer 遺伝子を含有するpTG
7922及びpTG7923から回収し、これを類似し
ているが、EcoRI又はAvaI部位又はcer を有しない
フラグメントを含有するdapベクター中に導入する。
この類似するベクターは、夫々前記pTG767及びp
TG766である。
【0175】即ち、pTG7922及びpTG7923
をPstIで切断し、BglII消化により短くし、PstIで
切断されホスファターゼで処理されたpTG767及び
pTG766に夫々リゲートする。得られるクローニン
グベクターは、夫々pTG769及びpTG768であ
る(pTG769を図13に示す)。
【0176】実施例14 カテコール2,3−オキシゲナーゼ(C 2, 3O)用の発
現ベクターの構築へのdapモデルの応用 (1) 2, 3Oの上流のBamHI部位を有しないベクタ
2,3Oの構造遺伝子を上記dapベクターpTG76
71中へ導入すべく、pTG444から回収する。
【0177】pTG444は、非再生XmaIII部位を除
けばツコウスキー(Zukowski)ら(1984)により記
載されたpTG445と同一である。pTG444をB
amHI及びHind IIIで切断し、BamHI及びHind III
で切断されホスファターゼで処理されたpTG769に
リゲートする。得られるプラスミド、即ちpTG740
1はC2,3Oの構造遺伝子を含有しない。
【0178】pTG7671は、2つのBglII部位、即
ち、ポリリンカーのPL形成部の上流の部位及びリボソ
ーム結合部位中に位置するPLの下流でγ−インターフ
ェロンの構造遺伝子の上流の部位を有する。pTG76
71をBglIIで切断し、KpnI消化により短くする。得
られる混合物をpTG7401にリゲートし、BglII及
びBamHIにてそのポリリンカーにおいて切断し、ホス
ファターゼで処理する。BglII部位は、このリゲーショ
ンにより再構成されるが、BglII部位にリゲートされた
BamHI部位は失われる。C2,3Oの構造遺伝子につい
て、PLの2つのオリエンテーションが可能である。
2,3OがPLの制御下にある構造を区別するために、B
amHI及びBglIIを用いて切断を行なう(事実、所望の
オリエンテーションに関しては、BamHI部位がBglII
部位の近傍に存在し、実際上、消化により4.3−kbの
バンドのみが得られるであろう。また、他のオリエンテ
ーションにおいては、消化により3.9−kbのバンドと
0.4−kbのバンドが遊離される。
【0179】PLの制御下にあるC2,3Oを有する、選択
されたプラスミドpTG7407は、下記に示すpTG
7406(図14参照)と近似した構造を有するが、C
2,3Oの上流のBamHI部位を失っている。
【0180】(2) 2, 3Oの上流のBamHI部位を有
するベクター pTG769をBglII及びBamHIで切断し、ホスファ
ターゼで処理し、λの完全なN遺伝子及びPLを含有す
る任意の発現プラスミド(pTG907)のBamHI−
BglIIフラグメントにリゲートする。構築物pTG74
00が得られるが、これはBamHI及びBglII切断によ
り2.6−kb及び1.3−kbの2つのバンドを遊離するこ
とにより同定される。この構築物は、PL及び完全なN
遺伝子を含有する。
【0181】次いで、上記pTG7400をHpaIで切
断し、リン酸化されハイブリダイズされたBamHIリン
カー、CCGGATCCGG(ベセスダ リサーチ ラ
ボラトリー(Bethesda Research Laboratory)により市
販されている)をその中へ挿入する。こうして、HpaI
部位を失ったが2つのBamHI部位を含有するpTG7
402を得る。
【0182】該pTG7402をBamHIで切断し、再
リゲートしてpTG7404を得る。この方法により、
1つのBamHI部位を除去し、N遺伝子を切形(trunca
te)する。
【0183】(3) 2, 3O遺伝子のdap−cerベ
クターへの導入 上記pTG7402をBamHI及びHind IIIで切断
し、ホスファターゼで処理し、pTG444のBglII−
Hind IIIフラグメントをその中へ導入し、pTG74
06を得る(図14参照)。これは、pTG7407と
比べると、C2,3O遺伝子がBamHI−Hind III切断に
より除去されてpTG444から導入されたフラグメン
トが回収される点において異なっている。
【0184】(4)プラスミドpTG7407により形
質転換されたdap -イー.コリ(E.coli)株中での
2, 3Oの発現 バクテリアTGE7213/pTG7407中でのC2,
3O遺伝子の発現を、30℃にて4時間及び7時間培養
後に及び4時間及び7時間後に42℃にて誘導中に観察
した。夫々の観察のため、サンプルを培養物から回収
し、遠心分離し、ペレットをリン酸塩緩衝液で洗浄し、
同緩衝液中にとり(ツコウスキー(Zukowski)ら、19
83に記載の方法に従う)、次いで、超音波で3回20
秒間処理する。
【0185】10,000gにて10分間遠心分離後の
ペレットを不溶性フラクション(P)、上清を可溶性フ
ラクション(S)とする。
【0186】各フラクション中に存在する蛋白質をSD
Sポリアクリルアミドゲル上での電気泳動により分析す
る。各バンドは、クーマシーブルー(Coomassie blue)
で染色することにより顕現化する。結果を図15に示
す。MW35,000のバンドの強度が、特に42℃に
て誘導7時間後に、観察される。ゲルの“スキャニン
グ”により、フラクションS及びPにおいて夫々約64
%及び75%のC2,3Oが得られる。
【0187】よりリッチなサンプル(S,42℃にて7
時間)において、C2,3Oの特異的活性を、(ツコウス
キー(Zukowski )ら、1983記載の方法に従い)基
質としてカテコールを添加することにより測定する。2
8〜35U/mgの特異的活性が測定される。
【0188】純粋な酵素組成物の特異的活性は280U
/mgであり、分析された抽出物は約12%の活性C2,
3Oを含有する。
【0189】実施例15 cer フラグメントのγ−インターフェロン発現ベクター
への導入 上記pTG7671をそのポリリンカーにおいてSstI
(SacIと同一)及びKpnIで切断し、次いでホスファ
ターゼで処理し、SstI及びKpnIで切断されたpTG
720cer フラグメントにリゲートする。TGE761
5中に形質転換後、1つの候補pTG7675を選択す
る(図16)。これは、SstI及びKpnIで消化すると
400bp及び3.4−kbの2つのフラグメントを遊離す
る。
【0190】実施例16 γ−インターフェロン発現の誘導(induction)中のプ
ラスミドの安定性の観察 a)アンピシリン耐性遺伝子含有ベクターについての4
2℃でのLB培地中でのγ−インターフェロン発現の誘
導:TGE901/pTG40結果を表10に示す。
【0191】
【表10】
【0192】総細胞数/ml/ODユニットを測定し、
生存率(viability)の消失(loss)が真実の現象であっ
て、例えば細胞体積の変化によるものではないことを確
認する。これらのデータを表10に併記する。Fp
-は、実施例7で定義した通りであり、所定時刻に存在
する総細胞数に対するp-細胞の数である。
【0193】誘導7時間30分後のFp-が約2%に達
することが判る。従って、それは、前記実験(実施例9
参照)におけるよりも低いものであり、これら2つの実
験におけるプラスミドpTG40の構造上の差にのみ起
因し得る。即ち、実際のところ、誘導の各時点において
プラスミドの量は同一であるが、最初の実験においては
プラスミドはダイマーの形態であり、他方ここに記載の
実験においては、主としてモノマー形態にある(ゲル上
の分析により示される)。プラスミドの状態(conditio
n)は、γ−インターフェロン産生に影響を与えないが、
プラスミドのモノマー形態が維持されない場合は、結論
として安定性が失われるものと説明できる。
【0194】b)dap遺伝子について変異され、da
pD遺伝子及びcer遺伝子を含有するベクターで形質
転換された菌株TGE7615/pTG7675中での
γ−インターフェロン発現の誘導 結果を表11に示す。
【0195】
【表11】
【0196】総細胞数/ml/ODユニットを測定す
る。TGE901/pTG40に比し大差は認められな
い。従って、生存率の現実の消失(loss)が確認され
る:誘導7時間30分後、培養物のわずか0.02%が
生存し続けるに過ぎない。この結果を、2.4%の値が
得られたTGE901/pTG40についての結果と比
較すべきである。このことは、Fp-にも現れており、
TGE901/pTG40に比し、TGE7615/p
TG7675の場合は1000分の1に減少している。
しかし、いくつかのp-細胞は生存し続け、誘導終期に
現れる。プラスミド含量は前記と同一の特徴を有し、換
言すれば、増殖終期にコピー数が増加するが、cer を有
しないプラスミドと共に変化し得る数で存在する多量体
形態(multimeric form )のものが、この場合は殆んど
存在しない。γ−インターフェロン産生量は、pTG4
0の場合に比し、わずかに大きい。
【0197】c)dapD遺伝子を欠失され、dapD
遺伝子及びcer を含有するベクターで形質転換された宿
主細胞TGE7213/pTG7675中でのγ−イン
ターフェロン発現の誘導 結果を表12に示す。
【0198】
【表12】
【0199】結論は、TGE901/pTG40とTG
E7615/pTG7675との比較から導き出された
ものと同一である。即ち、死滅率(mortality)は、3.
5×10-4のファクターに達し、総細胞数/ml/OD
ユニットの値は誘導中有意に変化しない。これと対照的
に、誘導7時間30分後であっても、p-細胞は現れな
い(24時間後、全培養物はTGE901/pTG40
の場合はp-となり、TGE7213/pTG7675
の場合は100%p+のままであった)。プラスミド含
量は、多量体(multimer)の不存在下、TGE7615
/pTG7675のそれと同等である。γ−インターフ
ェロン産生量は、TGE7615/pTG7675によ
り得られたよりもわずかに大きい。
【0200】実施例17 α−1アンチトリプシン用の発現ベクターの構築へのd
apモデルの適用 pTG2901(フランス国特許85/07,393号
記載のpTG983の切形された(truncated )誘導
体)由来のα−1アンチトリプシン発現ブロックを含有
するPstIフラグメント、即ち、ファージラムダプロモ
ーターPL、切形されたN遺伝子、リボソーム結合部位
及びα−1アンチトリプシンの構造遺伝子(Ar
358)を前記pTG792中へ導入し、PstIで切断
しホスファターゼで処理する。
【0201】得られる発現ベクターpTG7913を、
次いで、BglII及びSstIで切断し、α−1アンチトリ
プシン及びcer 遺伝子を含有する発現ブロックを、pT
G767中へ導入し、BglII及びSstIで切断し、ホス
ファターゼで処理する。
【0202】得られるプラスミドpTG7914は、d
apD遺伝子、cer 遺伝子及びα−1アンチトリプシン
発現ブロック(Arg358)を含有する(図17)。
【0203】本発明の代表的菌株の寄託 下記菌株は、パリ リュ デュ ドクトル ルー 25
のコレクシオン・ナシオナル・ド・クルチュール・デ・
ミクロオルガニスム(Collection Nationalede Cult
ures des Microorganismes、National Collection o
f MicrobialCultures )に寄託された。
【0204】 (1) TGE7615/pTG7671 寄託番号I−586 (2) TGE7615/pTG771 寄託番号I−585 (1)(2)いずれも寄託日は1986年7月25日である。
【0205】 (3) TGE7214、dapD遺伝子を欠失されたコリ(coli)株 寄託番号I−652 (4) TGE7303、dapD遺伝子を欠失されたコリ株 寄託番号I−653 上記2つの菌株は、dapD及びcer 遺伝子を含有する
プラスミドpTG768で形質転換されている。
【0206】 (5) TGE7214/pTG7407、C2,3Oの発現プラスミドで形質転換さ れたdapD-株 寄託番号I−655 (3),(4)のいずれも寄託日は1987年3月10日であ
り、(5)の寄託日は1987年4月3日である。
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【0227】21. ベンデイアク デイー.エス.(Bendi
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J. D.)、モレキュラー アンド ジェネラル ジェネテ
ィクス(Mol. Gen. Genet.)、181,356−362
(1981)。
【0228】22. ボレン エー.(Bollen A.)、ラセ
アール.(Lathe R.)、ハーツォグ エー(Herzog A.)、
デニコート ディー.(Denicourt D.)、ルコック ジェ
イ.ピー.(Lecocq J. P.)、デスマレツ エル.(Desma
rez L.)及びラバレ アール.(Lavalle R.)、ジャーナ
ル オブ モレキュラー バイオロジー(J.Mol.Bi
ol.)、132,219−233(1979)。
【0229】23. ブクハリ エー.アイ.(Bukhari A.
I.)、テイラー エー.エル.(TaylorA. L.)、ジャーナ
ル オブ バクテリオロジー(J. Bacteriol.)、10
,844−854(1971)。
【0230】24. チャン ピー.ティー.(Chan P.
T.)、オーモリ エイチ.(Ohmori H.)、トミザワ ジェ
イ.アイ.(Tomizawa J. I.)及びレボウィッツ ジェ
イ.ジェイ.(Lebowitz J. J.)、Biol. Chem.、26
,8925−8935(1985)。
【0231】25. ダリ アール(D’Ari R.)及びフイス
マン オー.(Huisman O.)、ジャーナル オブ バク
テリオロジー(J. Bacteriol.)、156,243−25
0(1983)。
【0232】26. リチャウッド シー.(Richaud C.)、
リチャウッド エフ.(Richaud F.)、マルチン シー.
(Martin C.)、ハジザ シー.(Haziza C.)及びパッテ
ジェイ.シー.(Patte J. C.)、ジャーナル オブ バ
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259,14824−14828、1984。
【0233】27. サマーズ ディー.ケー.(Summers D.
K.)及びスファーラット(Spherratt)、セル(Cell
)、36,1097−1103(1984)。
【0234】28. ツコウスキー エム.エム.(Zukowsk
i M. M.)、ガフニー ディー.エフ.(Gaffney D.
F.)、スペック ディー(Speck D.)、カウフマン エ
ム.(KauffmanM.)、フィンデリ エー.(Findeli A.)、
ワイズカップ エー.(Wisecup A.)及びルコック ジェ
イ.ピー.(Lecocq J. P.)、プロシーディングスオブ
ザ ナショナル アカデミー オブ サイエンス オブ
ザ ユーエスエー(Proc.Natl.Acad.Sci. US
A)、80,1101−1105(1983)。
【0235】29. ツコウスキー エム.エム.(Zukowsk
i M. M.)、スペック ディー.(SpeckD.)、カウフマン
エム.(Kauffmann M.)及びルコック ジェイ.ピー.
(Lecocq J. P.)、ジェネティクス アンド バイオテク
ノロジー オブ バシリ(Genetics and Biotechnoligy
of Bacilli)、309−319(1984)。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスミドpTG192からプラスミドpTG
764を構築する方法を示す図である。
【図2】プラスミドpTG764及びpTG720か
ら、プラスミドpTG771を構築する方法を示す図で
ある。
【図3】プラスミドpTG771から、プラスミドpT
G775及びpTG776を構築する方法を示す図であ
る。
【図4】プラスミドpTG192から、プラスミドpT
G766及びpTG767を構築する方法を示す図であ
る。
【図5】プラスミドpTG767及びpTG40PED
から、プラスミドpTG7671を構築する方法を示す
図である。
【図6】pDB6のHind III−BamHIフラグメント
の制限地図を示す図である。
【図7】M13mp8におけるpDB6のPstI挿入
物及び導入されたEcoRI部位の概略図である。
【図8】pTG47のKpnI−BglIIフラグメントの制
限地図を示す図である。
【図9】種々の菌株の染色体DNAにおけるdap遺伝
子の欠失をサザンブロットオートラジオグラフィーによ
り示す図を図9A〜図9Dとして示す。図9Aは、プロ
ーブとしてpTG47のEcoRIフラグメントにより保
有されるKanR遺伝子を用いたものであり、各バンド
は次のものを示す。バンド6〜9:PstIで切断された
DNA、バンド10〜14:BamHI及びHind IIIで
切断されたDNA、バンド6及び10:株GC454
0、バンド7及び11:TGE7213、バンド8及び
12:TGE7214、バンド9及び13:TGE90
1、バンド14:pDB6、バンド15:分子量マーカ
ー。図9Bは、プローブとしてM13TG620のEco
RIフラグメントにより保有されたdapD遺伝子の
5′側をを用いたものであり、各バンドは次のものを示
す。バンド4−7:PstIで切断されたDNA、バンド
8−11:BamHI及びHind IIIで切断されたDN
A、バンド4及び8:GC4540株、バンド5及び
9:TGE7213株、バンド6及び10:TGE72
14株、バンド7及び11:TGE901株、バンド1
3:分子量マーカー、バンド1及び12:PstI又はB
amHI及びHind IIIで切断されたpDB62、バンド
2:PstIで切断されたM13TG620、バンド3:
PstIで切断されたM13TG597。図9Cは、プロ
ーブとしてpTG47のKpnI−BglIIフラグメントに
より保有されるdapD遺伝子の側方(flanking)領域
を用いたものである。PstIで切断された染色体DNA
である。各バンドは次のものを示す。バンド4:GC4
540、バンド5:TGE7213、バンド6:TGE
7214、バンド7:TGE901、バンド8:分子量
マーカー、バンド1:PstIで切断されたpDB6のB
amHI−Hind III断片:バンド2:PstIで切断され
たM13TG6203=PstIで切断されたM13TG
597。図9Dは、プローブとしてpTG47のKpnI
−BglIII断片により保有されるdapD遺伝子の側方
領域を用いたものである。PstIで切断された染色体D
NAである。各バンドは次のものを示す。バンド4:R
H5345株、バンド5:RL58、バンド6:TGE
7615、バンド1,2及び3は図9Cにおける、もの
と同じ、バンド7:分子量マーカー。
【図10】pTG790についてのダイアグラムと制限
地図を示す図である。
【図11】pTG792についてのダイアグラムと制限
地図を示す図である。
【図12】pTG7922についてのダイアグラムと制
限地図を示す図である。
【図13】pTG769についてのダイアグラムと制限
地図を示す図である。
【図14】pTG7406についてのダイアグラムと制
限地図を示す図である。
【図15】クーマシーブルーで顕現化して行なった、T
GE7213/pTG7407により合成された蛋白質
のSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を示す。尚、
各バンドは次のものを示す。バンド1、8:分子量マー
カー、バンド2〜5:30℃で4時間(2及び3)又は
7時間(4及び5)の培養物、バンド6〜12:42℃
で4時間(6,11及び12)又は7時間(7,9及び
10)の培養物、また図中Cは電気泳動試料として不溶
性フラクション(20μl)を、Sは可溶性フラクショ
ン(40μl)を用いたものである。
【図16】pTG7675についてのダイアグラム及び
制限地図を示す図である。
【図17】pTG7914についてのダイアグラム及び
制限地図を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C12R 1:19) (C12P 21/02 C12R 1:19)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.dapD染色体遺伝子の変異を含む細菌であって、
    インタクトなdapD遺伝子、産業上有用な蛋白質をコ
    ードする遺伝子及び宿主細菌中での発現を確保するため
    の要素を含有するプラスミドベクターによって形質転換
    されてなる細菌を、完全培地中で培養することを特徴と
    する当該産業上有用な蛋白質を製造する方法。 2.dapD染色体の変異がdapD遺伝子の少なくと
    も一部の欠失であり、プラスミドベクターがインタクト
    なdapD遺伝子を含有するものであることを特徴とす
    る、請求項1記載の産業上有用な蛋白質を製造する方
    法。 3.欠失がdapD遺伝子の全欠失であることを特徴と
    する、請求項2記載の産業上有用な蛋白質を製造する方
    法。 4.プラスミドベクターがモノマー状態を保持する配列
    を有するものであることを特徴とする、請求項1乃至3
    のいずれかに記載の産業上有用な蛋白質を製造する方
    法。 5.モノマー状態を保持する配列が“cer”配列であ
    ることを特徴とする請求項4記載の産業上有用な蛋白質
    を製造する方法。 6.宿主細菌がE.coli株であることを特徴とする
    請求項1乃至5のいずれかに記載の産業上有用な蛋白質
    を製造する方法。 7.産業上有用な蛋白質をコードする遺伝子が、ヒルジ
    ン類、γ−インターフェロン、カテコール2,3−オキ
    シゲナーゼ及びα−アンチトリプシンからなる群から選
    択されるいずれかの蛋白質をコードする遺伝子であるこ
    とを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の産業
    上有用な蛋白質を製造する方法。 8.前記ヒルジン類をコードする遺伝子が、ヒルジン又
    はその天然若しくは人工的な変異型をコードする遺伝子
    であることを特徴とする請求項7記載の産業上有用な蛋
    白質を製造する方法。
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