JPH07115977A - エンテロトキシン遺伝子 - Google Patents

エンテロトキシン遺伝子

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JPH07115977A
JPH07115977A JP5272616A JP27261693A JPH07115977A JP H07115977 A JPH07115977 A JP H07115977A JP 5272616 A JP5272616 A JP 5272616A JP 27261693 A JP27261693 A JP 27261693A JP H07115977 A JPH07115977 A JP H07115977A
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enterotoxin
gly
thr
val
gene
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JP5272616A
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Toshihiko Iizuka
敏彦 飯塚
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Toagosei Co Ltd
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Toagosei Co Ltd
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 配列番号1で表されるアミノ酸配列を含むエ
ンテロトキシンポリペプチドをコードする遺伝子、及び
該遺伝子をを組み込んだ組換え体プラスミド。 【効果】 本発明により、エンテロトキシンポリペプチ
ドをコードする遺伝子、及び該遺伝子を組み込んだ組換
え体プラスミドを提供することができる。また、本発明
によれば、前記組換え体プラスミドを含む微生物を培養
することにより、大量のエンテロトキシンを採取するこ
とが可能となり、エンテロトキシンを中毒検査薬等とし
て利用できることから、産業上、極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンテロトキシンポリ
ペプチドをコードする遺伝子、該遺伝子を組み込んだ組
換え体プラスミドに関する。
【0002】
【従来の技術】バチルス・セレウス(Bacillus cereu
s)はグラム陽性の土壌細菌で、エンテロトキシンと呼
ばれる分子量約45キロダルトン(kDa)のタンパク質を
産生することが知られている〔Shinagawa,K.(1990):Mic
robial Toxins in Foods and Feeds,181-193〕。また、
バチルス・セレウスに近縁な種であるバチルス・チュリ
ンジエンシス(Bacillus thuringiensis)もエンテロト
キシンを産生することが報告されている〔Shinagawa,K.
(1990):Microbial Toxins in Foods and Feeds,181-19
3〕。
【0003】エンテロトキシンの遺伝子構造解析につい
ては既にコレラ菌〔Ogawa et al.(1990):Infection and
Immunity,3325-3329 〕、ブドウ球菌〔Betley,J.et a
l.(1988):Journal of Bacteriology,34-41〕、大腸菌
〔Steiglitz,H. et al.(1988):PLASMID,20,42-53〕の産
生するエンテロトキシンの遺伝子について報告があり、
それぞれ、塩基配列が決定されている。
【0004】エンテロトキシンは、もともとはブドウ球
菌が産生する食中毒原因物質に与えられた名称で、タン
パク質性の菌体外毒素であったが、その後、下痢型食中
毒事例からセレウス菌が分離されるようになり、セレウ
ス菌もエンテロトキシンを産生していることが判明した
〔Turnbull,P.C.B.:Pharmac.Ther.13,453(1981)〕。し
かし、セレウス菌の産生するエンテロトキシンの起因す
る種々の反応等については、まだ未解決な点が多い。十
分な量のエンテロトキシンを供給できないことがこの理
由の一つとなっている。
【0005】従って、エンテロトキシンを大量に供給す
る方法の開発が望まれており、その基礎としてエンテロ
トキシンの遺伝子の構造解析が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、エンテロ
トキシン遺伝子を微生物に組み込んだ形質転換株を培養
することによりエンテロトキシンを大量に生産するため
の基礎として、エンテロトキシンをコードしている遺伝
子のクローニング及びエンテロトキシン遺伝子の塩基配
列決定を行うことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
ついて鋭意研究を行った結果、組換えDNA技法によ
り、バチルス・セレウス由来のエンテロトキシン遺伝子
の構造決定及び該遺伝子を組み込んだ組換え体プラスミ
ドを生産することに成功し、本発明を完成させた。
【0008】即ち、本発明は、配列番号1で表されるア
ミノ酸配列を含むエンテロトキシンポリペプチドをコー
ドする遺伝子である。更に本発明は、配列番号1で表さ
れるアミノ酸配列を含むエンテロトキシンポリペプチド
をコードする遺伝子をを組み込んだ組換え体プラスミド
である。以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】本発明に用いられる染色体DNAとして
は、バチルス属に属する微生物であるバチルス・セレウ
スFM−1株から調製された染色体DNA断片が挙げら
れる。このバチルス・セレウスFM−1株は、通産省工
業技術院生命工学工業技術研究所に、FERM P-13939 と
して寄託されている。該染色体DNA断片は、バチルス
属菌の代謝産物であるエンテロトキシンの菌体外選択生
産に関与する遺伝情報を担うDNAであり、バチルス・
チュリンジエンシルのプラスミド抽出法等により抽出す
ることができる〔Gonzalez,J. et al.(1980):PLASMID,
3,92-98; Iizuka,T. et al.(1981):J.Sericult.Sci.(Ja
pan),50,120-133〕。
【0010】前記染色体DNA断片を組み込むプラスミ
ドとしては、培養された細胞内で増殖し得る形式をとる
プラスミド(ベクターDNA)であればいずれでもよ
く、例えばラムダファージ、コスミドベクター等が挙げ
られるが、ラムダファージが好ましい。また、前記ベク
ターDNAに前記染色体DNA断片を組み込む方法とし
ては、既知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、適
当な制限酵素(エンドヌクレアーゼ)を選択・処理して
DNAを特定部位で切断し、次いで同様に処理したベク
ターとして用いるDNAと混合し、リガーゼによって結
合する方法が用いられる。
【0011】このようにして得られた前記染色体DNA
断片とベクターDNAの結合物を、適当な処理、例え
ば、in vitroパッケージング等を行った後、形質転換法
によって適当な受容菌(宿主)に感染させて菌体に導入
する。in vitroパッケージングとは、試験管内でファー
ジDNAをファージ粒子にする方法で、溶原菌より調製
したパッケージング抽出物とDNAとを混ぜ合わせて行
うことをいう。
【0012】宿主としては、例えばエッシェリヒア属に
属するエッシェリヒア・コリ(Escherichia coli)の、
Y1090株やY1088株等が好ましい。形質転換法として
は、市販のキットを使用すればよい。例えば、Gigapack
II Gold Packaging Extract (STRATAGENE社製)を使用
し、そのプロトコールに従って形質転換し、その転換体
であるλgF−1を得ることができる。
【0013】この段階で得られる形質転換株の中には、
エンテロトキシン遺伝子を保有しない株があるので、所
望のエンテロトキシン遺伝子を保有する形質転換体のみ
を選択する必要がある。その選択方法としては、まず、
形質転換株全体を遺伝形質として安定するまで増殖させ
た後、公知の方法〔Young,R. et al.(1983):Science,22
2,778-782〕、又は市販されているキットを用いること
により行うことができる。
【0014】例えば、市販のキットを用いる場合には、
予め調製したエンテロトキシン抗体を用いてキットの説
明書に従ってイムノスクリーニングを行うことにより、
所望のエンテロトキシン遺伝子を保有する形質転換体が
得られる。尚、イムノスクリーニングとは、ニトロセル
ロース膜などにタンパク質をうつしとり、抗体で目的の
タンパク質を発現している形質転換体の位置を検出する
方法をいう。
【0015】次に、前記形質転換株を材料として、エン
テロトキシンポリペプチドをコードするアミノ酸配列及
び/又は塩基配列の決定に使用することができる。アミ
ノ酸配列及び/又は塩基配列の決定法としては、以下の
方法が挙げられる。即ち、λgF−1のDNAをManiat
isらの方法〔Maniatis,T. et al.(1989):"Molecular Cl
oning" A laboratory manual second edition 〕によっ
て抽出後、適当な制限酵素、例えばEcoRI等によって
消化した断片(インサートDNA)をプラスミドベクタ
ー、例えばpUC119、pBluescript II (SK-)等の制
限サイト(EcoRIサイト)にサブクローニングして制
限酵素地図を作成した後、公知の方法、例えばダイデオ
キシ法〔Sangar,F. et al.(1977):Proc.Natl.Acad.Sci.
U.S.A.,74,5463; キット名:Sequenase Version2.0 DNA
Sequencing Kit (USB社製)〕等によってアミノ酸配列
及び/又は塩基配列を決定することができる。
【0016】一方、前記形質転換株を培養し、その培養
物からエンテロトキシンを得ることができる。培養物と
は、培養液、培養菌体・細胞もしくはその破砕物、ある
いは培養上清液のいずれをも意味するものである。培地
としては、λgF−1の発現系に用いられるものであれ
ばいずれでもよいが、NZY培地(NZ Amine, Yeast ex
tract, NaCl, MgSO4・7H2O) が好ましい。培養は、10mM
IPTG を含むTop agarで培養し、プラークが確認された
ら、10mM IPTG を含むSM Bufferを加えて更に培養し、
8〜12時間後にSM Bufferを回収することにより行うこ
とができる。
【0017】エンテロトキシン発現の確認は、形質転換
株を培養した培養物を遠心分離して上清を回収し、EI
Aのために使用するエンテロトキシン検出キット〔セレ
ウス菌エンテロトキシン検出用キット(CRET-RPLA「生
検」);デンカ生研(株)製〕のラテックス反応によっ
て行うことができる。なお、前述のイムノスクリーニン
グ及びEIAに使用するエンテロトキシン抗体は、以下
のようにして作製される。即ち、供試菌であるバチルス
・セレウスFM−1株をBHI(Brain Heart Infusio
n) 培地中で、32℃で8〜12時間培養する。好ましく
は、32℃で8〜12時間培養後、培養液の1%を新たなB
HI培地に植えついで更に8〜12時間培養する。培養
後、培養物の遠心分離を行い培養上清を得る。得られた
培養上清から、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳
動(以下、SDS−PAGEとする)によってエンテロ
トキシン分画(約45kDa)を切り出し、回収したペプチ
ドからSDSを除去することによりエンテロトキシンを
精製する。次いで、該精製エンテロトキシン分画を抗原
として、25〜50μgの量をモルモットに28日〜35日(1
週間ごとに1回)接種して免疫する。最終免疫後3〜4
日目のモルモットから採血し、室温で1時間静置後4℃
で一晩放置する。その後、遠心分離を行って血餅を除去
することにより、エンテロトキシン抗体が作製される。
【0018】なお、エンテロトキシン抗体産生の有無及
び産生量については、エンテロトキシン検出キット〔セ
レウス菌エンテロトキシン検出用キット(CRET-RPLA
「生検」);デンカ生研(株)製〕を用いて確認するこ
とができる。
【0019】
【発明の効果】本発明により、エンテロトキシンポリペ
プチドをコードする遺伝子、及び該遺伝子を組み込んだ
組換え体プラスミドを提供することができる。更に、前
記組換え体プラスミドを含む微生物を培養することによ
り、大量のエンテロトキシンを採取することが可能とな
り、エンテロトキシンを中毒検査薬等として利用できる
ことから、産業上、極めて有用である。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。但し、本発明は、これらにより制限されるもの
ではない。 〔実施例1〕 形質転換体の調製 (1)染色体DNAの調製 公知の方法〔Iizuka et al.,(1981):J.Sericult.Sci.(J
apan).50,120-133〕でバチルス・セレウスFM−1株の
染色体DNAを調製した。
【0021】得られた染色体DNAは約0.01mgであっ
た。 (2)エンテロトキシン抗体の作成 後述の実施例2及び実施例3で使用するためのエンテロ
トキシン抗体を作製した。公知の方法〔Shinagawa,K. e
t al.(1991)FEMS Microbiology Letters,80,1-6〕によ
り、バチルス・セレウスFM−1株を32℃で培養(BH
I培地)後、培養液の1%を新たなBHI培地に植えつ
いで更に培養した。培養後、培養物の遠心分離(8,000
rpm, 20分間) を行い培養上清液50mlを得た。得られた
上清についてSDS−PAGEを行い、アクリルアミド
ゲルからエンテロトキシン分画である45kDaのバンドを
切り出し、電気泳動的に溶出することによってエンテロ
トキシン分画を精製した。
【0022】回収したペプチドからSDSを除去した
後、精製したエンテロトキシン分画をバチルス・セレウ
ス菌エンテロトキシン検出用キット〔CRET-RPLA「生
検」;デンカ生研(株)製〕で確認した。上記方法によ
り得られたエンテロトキシン分画を抗原として50μgの
量をモルモットに35日間(7〜14日間隔で5回)接種し
て免疫した。最終接種4日後、モルモットから採血し、
血餅凝固のため室温で1時間静置後、4℃で一晩放置し
た。その後、遠心分離(3,000 rpm,3〜5分)を行って
血餅を除去することにより、エンテロトキシン抗体を含
む血清15mlを得た。
【0023】エンテロトキシン検出キットを用いて抗体
産生量を確認した結果、10〜50ng/μl(タイター)が
得られた。 (3)イムノスクリーニングの実施 (1)で得られた染色体DNA 1.0μgを制限酵素Eco
RIで消化し、約2kb〜5kbのDNA断片を得た。これ
をファージベクターλgt11(Stratagene社製)の制
限酵素EcoRIサイトに組み込み、Giga pack II(Stra
tagene社製)を用いてパッケージング(説明書通りに使
用した)した後、エッシェリヒア・コリ(Y1090; Stra
tagene社製)に感染させ、バチルス・セレウスFM−1
株の遺伝子ライブラリーを作成した。(2)で作製した
抗体によるスクリーニング〔VECTASTAIN ABC KIT(VECT
OR LABORATORIES社製)を使用〕により、エンテロトキ
シン遺伝子を発現しているクローンの選択を行った結
果、陽反応を示した転換体であるλgF−1を得た。
【0024】〔実施例2〕 遺伝子構造解析 実施例1で得られた形質転換体であるλgF−1のDN
Aを、Maniatisらの方法〔Maniatis,T. et al.(1989):
"Molecular Cloning" A laboratory manual second edi
tion 〕によって抽出後、制限酵素EcoRIで消化して
インサートDNAフラグメントを得た。このフラグメン
トの大きさをアガロースゲル電気泳動によって確認した
結果、約2.6 kbのEcoRI断片のバンドが認められた。
次いで、この断片をプラスミドベクターであるpUC1
19(Takara社製)のEcoRIサイトにサブクローニン
グし(pUF−1;図1参照)、このサブクローンの制
限酵素地図を作製した。
【0025】前記制限酵素切断地図は、図1に示す通り
である。図1から明らかなように、このプラスミドはp
UC119プラスミドDNAの制限サイトのEcoRIサ
イトサイトに前記λgF−1株のエンテロトキシン菌体
外生産(分泌)に関与する遺伝情報を担うDNA断片が
組み込まれているDNA円形分子、即ち、pUC119
プラスミドDNAと約2.6 Kbの塩基対のDNAから成る
5.8 KbのDNA円形分子である。
【0026】図1中、E、H、Sは、それぞれ制限酵素
EcoRI、Hinc II、SacIの制限酵素切断部位を表
し、ORFはオープンリーディングフレーム、Ampr
はアンピシリン耐性遺伝子領域、lacZはlacZ遺
伝子領域、oriは複製開始点領域を表す。図1の地図
をもとにダイデオキシ法により、pUF−1の約2.6 kb
インサートDNAの塩基配列を決定した。
【0027】その結果、エンテロトキシンポリペプチド
をコードする遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列が決定
された。そして、配列番号1に示すように、このインサ
ートDNA中に、1266塩基、422 アミノ酸に相当する一
つの長いオープンリーディングフレームが存在すること
が判明した。この遺伝子を、従来報告されているコレラ
菌、ブドウ球菌、大腸菌の産生するエンテロトキシンの
遺伝子と比較した結果、アミノ酸配列における相同性は
認められなかった。このことから、バチルス・セレウス
由来のエンテロトキシン遺伝子は、報告されているエン
テロトキシン遺伝子とは構造的に異なっており、新規な
エンテロトキシン遺伝子であることが判明した。
【0028】〔実施例3〕 エンテロトキシンの発現 実施例1で得られた形質転換体であるλgF−1をNZ
Y培地中で、37℃で12時間培養して培養物を得、この培
養物を遠心(5,000 rpm,5分)して培養上清を0.3 ml得
た。培養上清中の全可溶性タンパク質をSDS−PAG
E及びウェスタンブロッティング後、エンテロトキシン
抗体を用いたEIAを行った。EIAは、VECTASTAIN A
BC kit (VECTOR LABORATORIES)のプロトコールに従って
行った。
【0029】その結果、約45kDaのバンドに抗原抗体反
応のシグナルが認められた。
【0030】
【配列表】
配列番号:1 配列の長さ:1266 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:Genomic DNA 起源: 生物名:バチルス セレウス(Bacillus cereus ) 株名:FM−1 配列: ATG AAA AAA GTA ATT GCA GGT TTA GCA GCA GCT TCT GTA GTA GGT GTT 48 Met Lys Lys Val Ile Ala Gly Leu Ala Ala Ala Ser Val Val Gly Val 1 5 10 15 GCA GTT CCA GGT ATG GAT TCT GCT CAA GCA CAA GTT TCA AAC GAA GCG 96 Ala Val Pro Gly Met Asp Ser Ala Gln Ala Gln Val Ser Asn Glu Ala 20 25 30 CTA AAA GAA ATT AAT GGA CAA ACT CAA ACT CAA ACG ACT GTA ACT GAA 144 Leu Lys Glu Ile Asn Gly Gln Thr Gln Thr Gln Thr Thr Val Thr Glu 35 40 45 ACA AAA ACT GTA GAA ACA AAA TCT GAC TTA AAA TAC ACA GTA ACT GCT 192 Thr Lys Thr Val Glu Thr Lys Ser Asp Leu Lys Tyr Thr Val Thr Ala 50 55 60 GAT GTA TTA AAT GTT CGT TCA GGT GCT GGT ACA GGA CAT AGC GTT ATT 240 Asp Val Leu Asn Val Arg Ser Gly Ala Gly Thr Gly His Ser Val Ile 65 70 75 80 TCT AAA GTA ACA CAA GGT CAA GTA CTA CAA GTA ATT GGA CAA GAA AAC 288 Ser Lys Val Thr Gln Gly Gln Val Leu Gln Val Ile Gly Gln Glu Asn 85 90 95 GGT TGG TTC AAA GTA ACT GTC AAC GGT CAA ACT GGT TAT GTA AGT GGT 336 Gly Trp Phe Lys Val Thr Val Asn Gly Gln Thr Gly Tyr Val Ser Gly 100 105 110 GAC TTC GTA ACG ACT GGT GGT AAA ACA GGC GCT ACT GTT CAA CAA GGA 384 Asp Phe Val Thr Thr Gly Gly Lys Thr Gly Ala Thr Val Gln Gln Gly 115 120 125 ACT GGT ACT TAC ACA GTA AAC GTT TCT TCA CTT AAC GTA CGT ACA GGC 432 Thr Gly Thr Tyr Thr Val Asn Val Ser Ser Leu Asn Val Arg Thr Gly 130 135 140 CCA AGT ACA TCT CAT ACA GTA TTA GGC TCT GTA AAT AAA GGT AAA ACA 480 Pro Ser Thr Ser His Thr Val Leu Gly Ser Val Asn Lys Gly Lys Thr 145 150 155 160 GTA CAA GTT GTT GGT GAA GTG CAA GAT TGG TTT AAA ATC AAC TTC AAT 528 Val Gln Val Val Gly Glu Val Gln Asp Trp Phe Lys Ile Asn Phe Asn 165 170 175 GGT GGA ACT GGA TAC GTA AGC AAA GAC TTC GTA ACA AAA GGT GGT TCT 576 Gly Gly Thr Gly Tyr Val Ser Lys Asp Phe Val Thr Lys Gly Gly Ser 180 185 190 GCT GTA TCT AAC CAA ACA CAA CAA CCA ACT ACA AAC AAC AAT ACT ACT 624 Ala Val Ser Asn Gln Thr Gln Gln Pro Thr Thr Asn Asn Asn Thr Thr 195 200 205 ACA GTT CAA ACT GGT GGT TCT TAT GTT GTT AAC ACT GGT GCT TTA AAA 672 Thr Val Gln Thr Gly Gly Ser Tyr Val Val Asn Thr Gly Ala Leu Lys 210 215 220 GTA CGT ACA GGC CCA GCT ACA TAC AAC GCT GTA ATC GGT GGT GTA ACA 720 Val Arg Thr Gly Pro Ala Thr Tyr Asn Ala Val Ile Gly Gly Val Thr 225 230 235 240 AAC GGT ACA GTA TTA AAC GTT ACT GGC GCT GAA AAT GGT TGG TAC AAA 768 Asn Gly Thr Val Leu Asn Val Thr Gly Ala Glu Asn Gly Trp Tyr Lys 245 250 255 ATT AAC CAT AAC GGC CGC ACA GGT TAC GTA AGT GCA GAC TTT GTT AAG 816 Ile Asn His Asn Gly Arg Thr Gly Tyr Val Ser Ala Asp Phe Val Lys 260 265 270 TTT GTA AAA GGC GGA GTA AAC AAC GTT ACA AAT AAC AAT AAC GTT CAA 864 Phe Val Lys Gly Gly Val Asn Asn Val Thr Asn Asn Asn Asn Val Gln 275 280 285 CAA CCA GGT AAA GAC GTA CAA AAG CCA ACA ACT GGT GGA GAT ACA TCT 912 Gln Pro Gly Lys Asp Val Gln Lys Pro Thr Thr Gly Gly Asp Thr Ser 290 295 300 TCA ATC GCT GGA TTC GCT AGA TCA TTA AAT GGT TCA CCA TAC AGA ACA 960 Ser Ile Ala Gly Phe Ala Arg Ser Leu Asn Gly Ser Pro Tyr Arg Thr 305 310 315 320 GCT GGT ACA ACA CCT GCT GGT TTT GAC TGC AGT GGA TTC ATT CAT TAC 1008 Ala Gly Thr Thr Pro Ala Gly Phe Asp Cys Ser Gly Phe Ile His Tyr 325 330 335 GTA TTA AAT CAA ACT GGT CAT AAA GGC GCT CGT CAA ACA GTT GCT GGA 1056 Val Leu Asn Gln Thr Gly His Lys Gly Ala Arg Gln Thr Val Ala Gly 340 345 350 TAC TGG AGC TCT AAA ACA AAA ACT AGC AAT CCA CAA CCA GGT GAT TTA 1104 Tyr Trp Ser Ser Lys Thr Lys Thr Ser Asn Pro Gln Pro Gly Asp Leu 355 360 365 GTA TAC TTC CAA AAT ACT TAT AAA TCA GGT CCT TCT CAC ATG GGT GTT 1152 Val Tyr Phe Gln Asn Thr Tyr Lys Ser Gly Pro Ser His Met Gly Val 370 375 380 TAC TTA GGA AAC GGT CAG TTC ATT AGT GCA GAA ACT GAT GCA ACT GGT 1200 Tyr Leu Gly Asn Gly Gln Phe Ile Ser Ala Glu Thr Asp Ala Thr Gly 385 390 395 400 GTA CGT ATT AGT TCT GTA AGC AAC TCT TAC TGG AGC AAG CAC CTA TTA 1248 Val Arg Ile Ser Ser Val Ser Asn Ser Tyr Trp Ser Lys His Leu Leu 405 410 415 GGT TAC ACA AAA GCA TAC 1266 Gly Tyr Thr Lys Ala Tyr 420
【図面の簡単な説明】
【図1】制限酵素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 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 15/09 ZNA C12R 1:085) (C12P 21/02 C12R 1:19) C12R 1:085)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列番号1で表されるアミノ酸配列を含
    むエンテロトキシンポリペプチドをコードする遺伝子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエンテロトキシンポリペ
    プチドをコードする遺伝子を組み込んだ組換え体プラス
    ミド。
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