KR101650098B1 - High-throughput screening system for inhibitor against pathogenicity of enterohemorrhagic or enteropathogenic Escherichia coli and recombinant Escherichia coli being used for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Ler 단백질을 특이적으로 저해하는 물질의 탐색을 통해 병원성 대장균의 병원성 저해 물질을 탐색할 수 있는 고속탐색시스템, 그 고속탐색시스템에 이용되는 재조합 대장균 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명을 이용할 경우 병원성 대장균의 생육은 저해하지 않으면서 생물막 형성능, 사람 결장세포 부착능과 같은 병원성만을 선택적으로 저해함으로써, 내성균의 발생률을 최소화 시킬 수 있는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질을 종래 배양법에 비하여 고속으로 탐색하는 것이 가능하다.The present invention relates to a high-speed search system capable of searching pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli through the search for a substance specifically inhibiting Ler protein, a recombinant Escherichia coli used in the high-speed search system, and a method for producing the same. , The pathogenic inhibitor of pathogenic Escherichia coli which can minimize the incidence of resistant bacteria by selectively inhibiting pathogenic properties such as biofilm formation ability and adherence ability of human colon cells without inhibiting the growth of pathogenic Escherichia coli, It is possible to search.

Description

병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법 및 그에 이용되는 재조합 대장균{High-throughput screening system for inhibitor against pathogenicity of enterohemorrhagic or enteropathogenic Escherichia coli and recombinant Escherichia coli being used for the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for screening pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli and a recombinant Escherichia coli used for the same in a method for screening pathogenic inhibitors of Escherichia coli,

본 발명은 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법 및 그에 이용되는 재조합 대장균에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for screening pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli and recombinant Escherichia coli used therefor.

국내에서 가장 높은 발생건수와 환자수를 기록하고 있는 세균성 식중독 원인균은 병원성 대장균이다. 식중독 발생 통계 자료에 의하면 최근 10년간 우리나라에서는 매년 평균 1,725명이 병원성 대장균에 감염되어, 전체 식중독 환자수의 약 23%를 차지한다. 2012년 한 해 동안 병원성 대장균에 의한 식중독 환자는 총 1,844명이었고 발생 건수는 31건으로 보고되었다. 대표적 병원성 대장균인 장출혈성(enterohemorrhagic) 대장균 O157:H7(E. coli O157:H7)은 1982년 미국에서 햄버거에 의한 식중독 사건으로 처음 보고되어, 미국에서는 매년 73,000명의 감염자가 발생하였으며 이 중 2,000여 명이 입원하고 61명이 숨져 4억 달러가 넘는 경제적 손실을 낳은 것으로 추산되고 있다.Bacterial foodborne pathogens that record the highest number of cases and the number of patients in Korea are pathogenic Escherichia coli. According to statistical data on food poisoning occurrence, in Korea in the past 10 years, an average of 1,725 people have been infected with pathogenic Escherichia coli every year, accounting for about 23% of the total number of food poisoning cases. In 2012, there were 1,844 foodborne pathogens caused by pathogenic Escherichia coli and 31 cases were reported. Enterohemorrhagic E. coli O157: H7 ( E. coli O157: H7), a typical pathogenic Escherichia coli, was first reported in the US in 1982 as a food poisoning incident by a hamburger. In the United States, 73,000 people were infected annually, of which 2,000 It is estimated that 61 people were hospitalized and died causing more than $ 400 million in economic losses.

E. coli O157:H7은 주로 완전히 조리되지 않은 쇠고기 분쇄육으로부터 오염되고 칠면조, 샌드위치, 원유, 사과주스, 소독되지 않은 물 등에 의해서도 감염된다. 또한 식품기자재, 식품제조시설, 식품공장 등에서 병원성 대장균에 의해 형성된 생물막(biofilm)은 열 뿐만 아니라 각종 소독제와 항생제에 대한 저항성을 가짐으로써 식품위생상 큰 문제를 야기하기도 한다. E. coli O157:H7은 전염성이 매우 강하고 평균 잠복기간이 3 내지 8일 정도로 길어 예방하기 힘든 것으로 알려져 있으며, 이 균에 감염되면 대장에서 장출혈대장염이나 용혈성요독증후군을 유발한다. 용혈성요독증후군은 생명을 위협할 정도의 심각한 상태로, 수혈과 신장투석 치료가 필요하기도 하다. E. coli O157: H7 is contaminated mainly from uncooked beef crushed meat and infected by turkeys, sandwiches, crude oil, apple juice, and untreated water. In addition, biofilm formed by pathogenic Escherichia coli in foodstuffs, food manufacturing facilities, food factories, etc., has a great food hygiene problem due to resistance to various disinfectants and antibiotics as well as heat. E. coli O157: H7 is highly contagious and has a mean latency of 3-8 days, which is known to be difficult to prevent. Infection with this bacterium results in intestinal colitis or hemolytic uremic syndrome in the large intestine. Hemorrhagic uremic syndrome is a life-threatening condition that requires transfusion and kidney dialysis.

20세기 초반까지 이러한 감염질환은 항상 인류생존에 가장 큰 위협 중 하나였으나 플레밍에 의한 페니실린 발견을 시작으로 백신 및 다양한 항생제가 개발되면서 감염질환에 의한 사망률은 극적으로 감소하기 시작했다. 그러나 최초의 항생제인 페니실린이 1950년대에 이미 포도상 구균에 대한 힘을 잃어버리기 시작하였고, 90년대 이후 다른 항생제들에 대한 내성을 가진 신종 슈퍼박테리아까지 출현함으로써 감염질환은 세계 공공보건 분야의 주요 문제로 인식되기 시작했다. 이에 따라 미국 질병통제예방센터(CDC)는 지난 94년 `새로 떠오르는 감염질환들―미국의 예방전략'이라는 보고서를 발표한 데 이어 98년에는 다시 2차 보고서 `새로 떠오르는 감염질환들―21세기 예방전략'을 발표했고, 미 국립보건원(NIH) 감염질환ㅇ알레르기연구소의 감염질환 관련 예산은 지난 93년 39백만 달러에서 08년 4592백만 달러로 증가되었다.By the early part of the 20th century, these infectious diseases were always one of the greatest threats to human survival. However, with the development of vaccines and various antibiotics starting with the detection of penicillin by Fleming, the mortality rate from infectious diseases has started to decrease dramatically. However, penicillin, the first antibiotic, began to lose its strength against Staphylococcus aureus in the 1950s and emerged as a new superbacterium with resistance to other antibiotics since the 1990s, making infectious diseases a major problem in the public health sector It began to be recognized. The US Centers for Disease Control and Prevention (CDC) published a report in 1994 on the emerging infectious diseases - the US prevention strategy. In 1998, The budget for infectious diseases at the National Institute of Health (NIH) infectious disease allergy laboratory has increased from $ 39 million in 1993 to $ 4592 million in 2008.

이렇듯 식중독균을 사멸시키거나 성장을 억제시키기 위해 항생제를 과다하게 사용하면 식중독균은 스트레스에 대한 저항성을 갖게 됨으로써 내성미생물, 즉 슈퍼박테리아가 양산되게 된다. 특히 우리나라의 항생제 오남용 및 항생제 내성률은 OECD 국가 중 최고 수준을 기록하고 있다. When excessive use of antibiotics is used to kill food poisoning bacteria or to inhibit growth, food-borne bacteria become resistant to stress, resulting in the production of resistant microorganisms, ie, super bacteria. In particular, the abuse rate of antibiotics and antibiotics in Korea are among the highest among OECD countries.

따라서 이제는 식중독균을 살균 혹은 정균하기보다 생장은 유지하되 분자수준에서 독성인자 발현만을 특이적으로 저해함으로써 내성균 발생률을 최소화하는 새로운 식중독균 제어법 개발이 필요하다. 이를 위하여, 감염형 식중독균은 식중독을 일으키는 첫 번째 단계로 소화기계 세포에 부착하여 인체로 침입하게 되므로, 이 단계를 억제하는 물질을 세포배양 모델을 이용하여 탐색하여 왔다.Therefore, it is necessary to develop a new control method of food poisoning bacteria that minimizes the incidence of resistant bacteria by specifically inhibiting the expression of toxic factors at the molecular level, while maintaining the growth rather than sterilizing or bacterium. To this end, the infectious food poisoning bacteria are the first step to cause food poisoning, and they attach to the digestive tract cells and enter the human body. Therefore, a substance inhibiting this step has been explored using a cell culture model.

예를 들어 한국공개특허 제10-2013-0128141호 및 제10-2013-0063887호는 모두 E. coli O157:H7의 성장은 억제하지 않으면서 생물막 형성능을 억제하는 화합물, 그 화합물을 생성하는 미생물을 탐색하기 위하여, E. coli O157:H7을 배양한 후 생물막 형성 억제능을 확인하고 있다. 그러나 이러한 세포배양 모델에서는 실험에 많은 시간과 비용이 소요되므로 동시에 여러 물질을 탐색하기 위해서는 보다 효율적인 고속탐색시스템을 개발할 필요성이 대두되고 있다.
For example, Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2013-0128141 and 10-2013-0063887 all disclose a compound that inhibits biofilm formation without inhibiting the growth of E. coli O157: H7, a microorganism that produces the compound For the search, E. coli O157: H7 was cultured and its ability to inhibit biofilm formation was confirmed. However, in this cell culture model, much time and expense is required for the experiment. Therefore, it is necessary to develop a more efficient high-speed search system to search for various substances at the same time.

본 발명은 Ler 단백질을 특이적으로 저해하는 물질의 탐색을 통해 병원성 대장균의 생육은 저해하지 않으면서 생물막 형성능, 사람 결장세포 부착능과 같은 병원성만을 선택적으로 저해함으로써, 내성균의 발생률을 최소화 시킬 수 있는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질을 탐색할 수 있는 고속탐색시스템, 그 고속탐색시스템에 이용되는 재조합 대장균 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to a method for selectively inhibiting the pathogenesis such as biofilm formation ability and adherence to human colon cells without inhibiting the growth of pathogenic Escherichia coli through the search for a substance specifically inhibiting Ler protein, thereby minimizing the incidence of resistant bacteria A high-speed search system capable of searching pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli, a recombinant Escherichia coli used in the high-speed search system, and a method for producing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터 및 리포터 유전자를 포함하는 제1 재조합 벡터; 및 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 포함하는 제2 재조합 벡터를 대장균에 공동형질전환시킨 재조합 대장균을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a recombinant vector comprising a locus of enterocyte effacement (LEE) operon promoter and a reporter gene; And a second recombinant vector comprising a sequence encoding a Ler operon master regulator (Ler) protein is co-transformed into Escherichia coli.

또한, 본 발명은 리포터 유전자를 포함하는 벡터에 LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터를 삽입하는 제1 재조합 벡터의 제조단계; 특정 기질이 존재하는 경우에만 단백질을 발현시키는 기질 의존성 벡터에 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 삽입하는 제2 재조합 벡터의 제조단계; 및 상기 제1 재조합 벡터 및 제2 제조합 벡터를 대장균에 공동형질전환시키는 재조합 대장균의 제조단계;를 포함하는 재조합 대장균의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a recombinant vector, comprising the steps of: preparing a first recombinant vector to insert a locus of enterocyte effacement (LEE) operon promoter into a vector containing a reporter gene; A step of preparing a second recombinant vector in which a sequence encoding a Lie operon master regulator (Ler) protein is inserted into a substrate-dependent vector expressing a protein only in the presence of a specific substrate; And a step of preparing a recombinant Escherichia coli which co-transforms the first recombinant vector and the second combination vector into Escherichia coli.

또한, 본 발명은 상기 재조합 대장균을 상기 기질 및 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및 리포터 유전자의 발현양을 통해 Ler 단백질의 발현양을 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a recombinant Escherichia coli, comprising culturing the recombinant Escherichia coli in a medium supplemented with the substrate and a pathogenic inhibitory substance of pathogenic Escherichia coli; And detecting the expression level of the Ler protein through the expression level of the reporter gene, and a method for searching pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli.

또한, 본 발명은 대장균(Escherichia coli) KS02[기탁번호 KCCM11527P]을 아라비노스 및 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및 Ler 단백질의 발현양을 루시퍼라아제의 형광 분석을 통해 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법을 제공한다.
The present invention also relates to a method for producing Escherichia coli coli ) KS02 (Deposit No. KCCM11527P) in a medium supplemented with a pathogenic inhibitor candidate of Arabidopsis and a pathogenic Escherichia coli; And confirming the expression level of the Ler protein through fluorescence analysis of luciferase. The present invention also provides a method for screening pathogenic inhibitors of Escherichia coli.

본 발명의 Ler 단백질을 특이적으로 저해하는 물질의 탐색을 통해 병원성 대장균의 병원성 저해 물질을 탐색할 수 있는 고속탐색시스템, 그 고속탐색시스템에 이용되는 재조합 대장균 및 그 제조방법을 통하여, 병원성 대장균의 생육은 저해하지 않으면서 생물막 형성능, 사람 결장세포 부착능과 같은 병원성만을 선택적으로 저해함으로써, 내성균의 발생률을 최소화 시킬 수 있는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질을 종래 배양법에 비하여 고속으로 탐색하는 것이 가능하다.
Through a search for a substance that specifically inhibits the Ler protein of the present invention, a high-speed search system capable of searching for a pathogenic inhibitor of pathogenic Escherichia coli, a recombinant Escherichia coli used in the rapid search system, It is possible to search pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli that can minimize the incidence of resistant bacteria by inhibiting only pathogenic factors such as biofilm formation ability and adherence ability of human colon cells without inhibiting growth, compared with the conventional culture method at a high speed.

도 1a는 제조예 1에서 ler 낙아웃 돌연변이 균주를 구축하는 과정을 나타낸 개요도이고, 도 1b는 낙아웃 돌연변이 균주 확인을 위한 프라이머의 위치 및 PCR 산물 크기를 나타낸 도면이며, 도 1c는 낙아웃 돌연변이 균주와 야생형 병원성 대장균을 주형으로 삼고 각각의 프라이머 쌍을 이용하여 PCR한 산물의 크기를 확인한 도면이다.
도 2는 실험예 1의 (1)에서 야생형 병원성 대장균(WT)과 제조예 1의 KS01 돌연변이 균주의 생장곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 실험예 1의 (2)에서 야생형 병원성 대장균(WT)과 제조예 1의 KS01 돌연변이 균주의 생물막 형성능을 비교한 그래프이다.
도 3b는 실험예 1의 (3)에서 야생형 병원성 대장균(WT)과 제조예 1의 KS01 돌연변이 균주의 사람 결장세포 부착능을 비교한 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 pKS1303 및 pKS1304 벡터를 공동형질전환하여 구축된 리포터 균주(KS02 균주)를 설명한 개요도 및 상기 pKS1303 및 pKS1304 벡터를 공동형질전환 여부를 확인한 PCR 산물을 확인한 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 구축된 KS02 균주를 아라비노스 농도를 변화시키면서 배양하여, 각각의 Ler 발현양에 따른 target 유전자(LEE3 opreron)의 전사 활성을 확인한 그래프이다.
도 6a는 실험예 2에서 KS02 균주에 양성대조군인 미리세틴, 음성대조군인 노밀린과 함께 병원성 대장균의 병원성 저해 물질의 후보 물질인 아카세틴, 디오스민, 이소람네틴을 처리하였을 때의 전사 활성을 확인한 그래프이다.
도 6b는 실험예 2에서 E. coli O157:H7 균주에 양성대조군인 미리세틴, 음성대조군인 노밀린과 함께 병원성 대장균의 병원성 저해 물질의 후보 물질인 아카세틴, 디오스민, 이소람네틴을 처리하였을 때의 전사 활성을 확인한 그래프이다.
도 7a는 실험예 3에서 KS02 균주에 실험예 2의 양성 및 음성 대조군과 후보 물질로 처리했을 때의 생물막 형성능을 비교한 그래프이다.
도 7a는 실험예 3에서 KS02 균주에 실험예 2의 양성 및 음성 대조군과 후보 물질로 처리했을 때의 사람 결장세포 부착능을 비교한 그래프이다.
FIG. 1A is a schematic diagram showing a process of constructing a ler out mutant strain in Production Example 1, FIG. 1B is a diagram showing the position of a primer and the size of a PCR product for identifying a mutation out mutant strain, FIG. And wild type pathogenic Escherichia coli as a template and using the respective primer pairs to confirm the size of the PCR product.
2 is a graph showing the growth curves of wild-type pathogenic Escherichia coli (WT) and KS01 mutant strain of Preparation Example 1 in Experimental Example 1 (1).
3A is a graph comparing biofilm formation capacities of wild-type pathogenic Escherichia coli (WT) and KS01 mutant strain of Production Example 1 in (2) of Experimental Example 1. FIG.
FIG. 3B is a graph comparing the adherence capacity of wild-type pathogenic Escherichia coli (WT) and KS01 mutant strain of Preparation Example 1 to human colon cells in Experiment 1 (3).
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a reporter strain (KS02 strain) constructed by co-transformation of the pKS1303 and pKS1304 vectors in Example 1, and a PCR product in which the pKS1303 and pKS1304 vectors were co-transformed.
5 is a graph showing the transcriptional activity of the target gene (LEE3 opreron) according to the expression level of each Ler by culturing KS02 strain constructed in Example 1 with varying arabinose concentration.
FIG. 6A is a graph showing the transcriptional activity of acylase, diosmin and isorhamnetin, which are candidates of a pathogenic inhibitor of pathogenic Escherichia coli, together with myristine, a negative control, and normylin, a negative control, to KS02 strain in Experimental Example 2 This is the graph I checked.
FIG. 6B shows the results of the experiment of Experimental Example 2 in which E. coli O157: H7 strain was treated with mucetin, a positive control myristin, a negative control nocarmillin, and acacetin, diosmin and isorhamnetin, which are candidate substances for pathogenic E. coli, Lt; RTI ID = 0.0 > transcriptional < / RTI > activity.
FIG. 7A is a graph comparing the biofilm forming ability of the KS02 strain in Experimental Example 3 when treated with the positive and negative controls of Experimental Example 2 and a candidate substance. FIG.
FIG. 7A is a graph comparing the adherence capacity of human colon cells to the KS02 strain in Experimental Example 3 when treated with the positive and negative control and the candidate substance of Experimental Example 2. FIG.

본 발명은 LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터 및 리포터 유전자를 포함하는 제1 재조합 벡터; 및 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 포함하는 제2 재조합 벡터를 대장균에 공동형질전환시킨 재조합 대장균에 관한 것이다.A first recombinant vector comprising a locus of enterocyte effacement (LEE) operon promoter and a reporter gene; And a second recombinant vector comprising a sequence encoding a Ler operon master regulator protein is co-transformed into Escherichia coli.

상기 Ler 단백질은 장출혈성 대장균(enterohemorrhagic E. coli, EHEC), 장병원성 대장균(enteropathogenic E. coli, EPEC) 등 식중독 유발에 핵심 역할을 하는 주요 병원성 대장균에 모두 존재하고, 병원성 대장균이 소화기계 세포에 부착하여 attaching and effacing (A/E) lesion을 형성하는 단계에 관여하는 단백질로서, locus of enterocyte effacement (LEE, 35Kb)의 전사를 활성화시킨다. The Ler protein is present in all major pathogenic Escherichia coli that plays a key role in inducing food poisoning such as enterohemorrhagic E. coli (EHEC) and enteropathogenic E. coli (EPEC), and pathogenic Escherichia coli is present in gastrointestinal Attachment and effacing (A / E) A protein involved in the formation of lesions, activating transcription of the locus of enterocyte effacement (LEE, 35 Kb).

상기 제2 재조합 벡터는 특정 기질이 존재하는 경우에만 Ler 단백질을 발현시킨다. 상기 기질은 IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside), 아라비노스 등이 이용될 수 있고, araBAD 프로모터에는 아라비노스를 사용하는 것이 바람직하다. The second recombinant vector expresses the Ler protein only in the presence of a specific substrate. Isopropyl beta-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG), arabinose and the like may be used as the substrate, and arabinose is preferably used as the araBAD promoter.

상기 LEE 오페론 프로모터는 LEE2 오페론 프로모터, LEE3 오페론 프로모터, LEE4 오페론 프로모터 및 LEE5 오페론 프로모터 중에서 선택될 수 있고, 이에 제한될 필요는 없다. The LEE operon promoter may be selected from, but not limited to, a LEE2 operon promoter, a LEE3 operon promoter, a LEE4 operon promoter, and a LEE5 operon promoter.

상기 리포터 유전자는 루시퍼라제(luciferase), HRP(horse raddish peroxidase) 또는 알칼리 포스파타아제(alkaline phosphatase)를 코딩하는 유전자일 수 있으나, 이에 제한될 필요는 없다.The reporter gene may be, but is not limited to, a gene encoding luciferase, horse radish peroxidase (HRP), or alkaline phosphatase.

상기 제1 재조합 벡터 및 제2 재조합 벡터가 공동형질전환되는 대장균은 DH10B, DM1, JM109, TOP10, DH5α 등이 사용될 수 있으나, host strain 내에서의 recombination을 줄이고 amber mutation (single base 변화로 인해 translational stop codon UAG로 바뀜으로써 번역과정 중에 완전하지 못한 polypeptide chain 생성)을 억제하며 상업적으로 가장 쉽게 구할 수 있어 재조합 벡터 증폭/유지 및 재조합 DNA 클로닝 과정에서 일반적으로 사용되는 대장균(E. coli) DH5α를 사용하는 것이 바람직하다. DH10B, DM1, JM109, TOP10, and DH5α may be used as the first recombinant vector and the second recombinant vector. However, the recombination vector may be modified by amber mutation codon UAG), which is most readily available commercially, inhibits E. coli DH5α, which is commonly used in recombinant vector amplification / maintenance and recombinant DNA cloning procedures .

상기 재조합 대장균은 Ler 단백질에 의한 LEE 전사 억제 확인을 위해 이용될 수 있다.The recombinant E. coli can be used for confirmation of LEE transcription repression by the Ler protein.

상기 재조합 대장균은 대장균(Escherichia coli) KS02[기탁번호 KCCM11527P]일 수 있다.
The recombinant E. coli may be Escherichia coli KS02 (Deposit No. KCCM11527P).

또한 본 발명은 리포터 유전자를 포함하는 벡터에 LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터를 삽입하는 제1 재조합 벡터의 제조단계; 특정 기질이 존재하는 경우에만 단백질을 발현시키는 기질 의존성 벡터에 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 삽입하는 제2 재조합 벡터의 제조단계; 및 상기 제1 재조합 벡터 및 제2 제조합 벡터를 대장균에 공동형질전환시키는 재조합 대장균의 제조단계;를 포함하는 재조합 대장균의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also provides a method for producing a recombinant vector, comprising the steps of: preparing a first recombinant vector for inserting a locus of enterocyte effacement (LEE) operon promoter into a vector containing a reporter gene; A step of preparing a second recombinant vector in which a sequence encoding a Lie operon master regulator (Ler) protein is inserted into a substrate-dependent vector expressing a protein only in the presence of a specific substrate; And a step of producing a recombinant Escherichia coli that co-transforms the first recombinant vector and the second combination vector into Escherichia coli.

상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터는 프로모터리스 루시퍼라아제 오페론(Promoterless lux operon)을 포함하는 pBBR-lux 벡터일 수 있다.The vector containing the reporter gene may be a pBBR- lux vector containing a promoterless lux operon.

상기 기질 의존성 벡터는 아라비노스의 농도에 따라 프로모터의 활성이 바뀜으로써 발현양이 조절되는 pBAD24일 수 있다.The substrate-dependent vector may be pBAD24 whose expression level is regulated by changing the activity of the promoter depending on the concentration of arabinose.

상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터 및 기질 의존성 벡터는 각기 다른 항생제 내성을 가지는 것이 바람직하다.It is preferable that the vector containing the reporter gene and the substrate-dependent vector have different antibiotic resistance.

상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터 및 기질 의존성 벡터는 각기 다른 복제단위(replicon)를 가져 하나의 숙주 세포(host strain) 내에서 공존할 수 있는 것이 바람직하다.
The vector containing the reporter gene and the substrate-dependent vector preferably have different replicons and can coexist in one host strain.

또한 본 발명은 재조합 대장균을 상기 기질 및 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및 리포터 유전자의 발현양을 통해 Ler 단백질의 발현양을 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing a recombinant Escherichia coli which comprises culturing a recombinant Escherichia coli in a medium supplemented with the substrate and a pathogenic inhibitory substance of pathogenic Escherichia coli; And determining the amount of expression of the Ler protein through the expression level of the reporter gene, and a method for screening pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli.

상기 병원성 대장균은 장출혈성 대장균(enterohemorrhagic E. coli) 또는 장병원성 대장균(enteropathogenic E. coli)일 수 있다.The pathogenic Escherichia coli may be enterohemorrhagic E. coli or enteropathogenic E. coli .

상기 병원성 저해 후보물질이 저해하는 병원성은 생물막 형성능, 사람 결장세포 부착능 또는 이들 둘 모두일 수 있다.The pathogenicity inhibited by the pathogenic inhibitory candidate substance may be biofilm formation ability, human colon cell adhesion ability, or both.

상기 리포터 유전자의 발현양은 루시퍼라아제의 형광 분석을 통해 확인할 수 있다.The expression level of the reporter gene can be confirmed by fluorescence analysis of luciferase.

상기 Ler 단백질의 발현양은 상기 재조합 대장균의 생장능에 따른 영향을 보정하는 것이 바람직하다.It is preferable that the expression amount of the Ler protein corrects the influence of the growth ability of the recombinant E. coli.

본 발명의 바람직한 실시 형태의 하나는, 대장균(Escherichia coli) KS02[기탁번호 KCCM11527P]을 아라비노스 및 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및 Ler 단백질의 발현양을 루시퍼라아제의 형광 분석을 통해 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법에 관한 것이다.
One of the preferred embodiments of the present invention is an Escherichia coli coli ) KS02 (Deposit No. KCCM11527P) in a medium supplemented with a pathogenic inhibitor candidate of Arabidopsis and a pathogenic Escherichia coli; And confirming the expression level of Ler protein through fluorescence analysis of luciferase. The present invention also relates to a method for screening pathogenic inhibitors of Escherichia coli.

이하 본 발명을 실시예, 실험예 및 제조예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예, 실험예 및 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예, 실험예 및 제조예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, Experimental Examples and Preparation Examples. However, the following Examples, Experimental Examples and Preparation Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples, Experimental Examples and Production Examples.

제조예 1: Preparation Example 1: lers 낙아웃 돌연변이 균주(knock-out mutant) 구축 및 확인 Construction and identification of knock-out mutants

병원성 대장균의 독성인자 중 EHEC 뿐만 아니라 EPEC도 가지고 있는 LEE operon master regulator, Ler을 타깃으로 삼고 이것의 독성 평가를 위해 λ Red recombination system을 사용하여 ler knock-out mutant를 제작하였다. A ler knock-out mutant was constructed using the λ Red recombination system for the toxicity evaluation of the LEE operon master regulator, Ler, which has EPEC as well as EHEC among the virulence factors of pathogenic Escherichia coli.

우선 Red helper plasmid를 병원성 대장균에 넣어주고 0.3-0.4% L-arabinose를 첨가하여 Red recombinase를 과발현시켰다. Red helper plasmid는 5'→3' exonuclease를 encoding 하는 RecE와 DNA annealing protein을 encoding 하는 RecT를 가지고 있어 homologous recombination 과정의 촉매 역할을 한다. Red helper plasmid was introduced into pathogenic Escherichia coli and overexpressed Red recombinase by adding 0.3-0.4% L-arabinose. Red helper plasmid has RecE encoding 5 '→ 3' exonuclease and RecT encoding DNA annealing protein and serves as a catalyst for the homologous recombination process.

한편, 끝 부분에 ler encoding region과 36~50 nucleotide homology를 가지는 primer를 사용하여 FRT-flanked antibiotic resistance marker PCR product를 만들고 이 산물을 병원성 대장균에 electroporation 하여 LB에 도말하고 정치배양했다. On the other hand, an FRT-flanked antibiotic resistance marker PCR product was prepared using a ler encoding region and a primer having 36 to 50 nucleotide homology at the end, and the product was electroporated into a pathogenic Escherichia coli and stained with LB and cultured in a stationary condition.

Kanamycin 50 μg/ml이 존재하는 배지에서 자란 콜로니는 FRT-flanked antibiotic resistance marker PCR product가 끼어 들어가 돌연변이를 일으킨 것으로 상정하고 몇 개를 골라 PCR로 확인하였다. Colonies grown in medium containing 50 μg / ml kanamycin were assumed to have mutated FRT-flanked antibiotic resistance marker PCR product, and several strains were selected for PCR.

ler 유전자 사이에 neo가 삽입되었을 경우 PCR product size가 wild type보다 1,637 bp 만큼 길다 (C1과 C4 프라이머). 또한 돌연변이가 되어 neo region에 primer가 붙을 수 있는 경우에는 PCR product가 존재하지만, wild type의 경우에는 존재하지 않는다 (C1과 C2 프라이머, C3과 C4 프라이머). 동시에 ler 유전자를 완전히 deletion 시켰으므로 LER primer로 PCR하면 돌연변이에서는 product가 나오지 않는다 (LER(F)과 LER(R) 프라이머). 이렇게 확인된 돌연변이 균주를 KS01이라 명명하였고, 돌연변이 확인시 사용된 프라이머의 시퀀스는 다음 표 1와 같다. When neo is inserted between ler genes, the PCR product size is 1,637 bp longer than wild type (C1 and C4 primers). PCR products are also present if mutations are present in the neo region, but not in the wild type (C1 and C2 primers, C3 and C4 primers). At the same time, the ler gene has been completely deleted, so PCR with the LER primer does not yield product (LER (F) and LER (R) primers) at the mutation. The thus identified mutant strain was named KS01, and the sequence of the primers used for mutation confirmation is shown in Table 1 below.

올리고뉴클레오타이드Oligonucleotide aa 염기서열, 5'-3'The base sequence, 5'-3 ' bb 용도Usage ler mutation(F)mutations (F) AATTGTTGGTCCTTCCTGATAAGGTCGCTAATAGCTTAAAATATTAAAGCAATTAACCCTCACTAAAGGGCG AATTGTTGGTCCTTCCTGATAAGGTCGCTAATAGCTTAAAATATTAAAGC AATTAACCCTCACTAAAGGGCG Construction of the ler mutantConstruction of the ler mutant ler mutation(R)mutations (R) TATTATTTCATCTTCCAGCTCAGTTATCGTTATCATTTAATTATTTCATGTAATACGACTCACTATAGGGCTC TATTATTTCATCTTCCAGCTCAGTTATCGTTATCATTTAATTATTTCATG TAATACGACTCACTATAGGGCTC C1C1 AAGGTCGCTAATAGCTTAAAATATTAAGGTCGCTAATAGCTTAAAATATT Confirmation of the ler mutantConfirmation of the ler mutant C2C2 CGAGACTAGTGAGACGTGCTACCGAGACTAGTGAGACGTGCTAC C3C3 TATCAGGACATAGCGTTGGCTACCTATCAGGACATAGCGTTGGCTACC C4C4 TCCAAAGGGTGTTTCATTTTTTCATCCAAAGGGTGTTTCATTTTTTCA LER(F)LER (F) AATCCATGGCACGGAGATTATTTATTATGAAT CCATGG CACGGAGATTATTTATTATG pKS1303pKS1303 LER(R)LER (R) TTACCCGGGTTAAATATTTTTCAGCGTTA CCCGGG TTAAATATTTTTCAGCG PLEE3(F)PLEE3 (F) ATTACTAGTGAGCCGTAGTGGTAAGTGCTAATATT ACTAGT GAGCCGTAGTGGTAAGTGCTAAT pKS1304pKS1304 PLEE3(R)PLEE 3 (R) TTAGGATCCTATCAAATAAATAAAAATCATTTCCTTA GGATCC TATCAAATAAATAAAAATCATTTCC

a 상기 올리고뉴클레오타이드는 E. coli O157:H7[GenBank accession numbers AE005174.2]의 게놈 서열을 이용한 것이다. a The oligonucleotide is derived from the genomic sequence of E. coli O157: H7 [GenBank accession numbers AE005174.2].

b 상기 올리고뉴클레오타이드의 밑줄친 부분은 E. coli O157:H7의 게놈 서열과 상보적이지 않은 서열이다.
b The underlined portion of the oligonucleotide is a sequence that is not complementary to the genomic sequence of E. coli O157: H7.

실험예 1: KS01 균주의 특성 확인Experimental Example 1: Characterization of KS01 strain

(1) 생장곡선(1) Growth curve

야생형 병원성 대장균과 제조예 1의 KS01 돌연변이 균주의 각 overnight culture를 seeding하여 log phase(A600=0.5)까지 배양한 후, 200 μL의 배지에 1/100로 희석하여 96-well plate에 subculture하였고, 24 시간동안 microplate reader (Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT)를 이용하여 600 nm에서의 흡광도(A600)를 측정하였다. Each overnight culture of wild-type pathogenic Escherichia coli and the KS01 mutant strain of Preparation Example 1 was seeded and cultured to a log phase (A 600 = 0.5), diluted 1/100 in 200 μL medium, subcultured in a 96-well plate, Absorbance at 600 nm (A 600 ) was measured using a microplate reader (Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT) for 24 hours.

도 2에서와 같이 야생형(WT)과 KS01 돌연변이 균주의 성장을 비교, 관찰한 결과, ler은 성장에 영향을 미치는 요소가 아님을 알 수 있었다. As shown in FIG. 2, the growth of wild type (WT) and KS01 mutant strains were compared and observed, and it was found that ler was not a factor affecting growth.

이는 ler 특이적 저해제가 생장에는 영향을 미치지 않을 것임을 의미하므로, ler 특이적 저해제의 탐색을 통해 항생제 내성균의 발생가능성이 낮은 병원성 대장균을 저해하는 화합물이 탐색될 가능성이 있음을 알게 되었다.
This implies that ler- specific inhibitors will not affect growth. Therefore, we have discovered that compounds that inhibit pathogenic Escherichia coli that are less likely to develop antibiotic-resistant bacteria can be searched through the search for ler- specific inhibitors.

(2) 생물막 형성능(2) biofilm formation ability

야생형 병원성 대장균과 제조예 1의 KS01 돌연변이 균주의 overnight culture를 seeding하여 log phase(A600=0.5)까지 키운 후, 200 μL의 배지가 들어있는 96-well plate에 1/100로 subculture 하였다. 24~48시간동안 정치 배양한 후에 A600 값을 측정하여 기록해두고 culture를 모두 따서 버린 후 PBS 220 μL로 washing했다. 1% crystal violet solution 220 μL을 넣어 15분 동안 염색한 후 증류수를 well에 가득 채워 2회 washing하고 5분 동안 air-dry한 후에 100% ethanol 220 μL로 solubilization하여 A570 값을 측정하여 생물막 형성능을 비교하여 도 3a에 나타내었다.The overnight culture of wild-type pathogenic Escherichia coli and the KS01 mutant strain of Preparation Example 1 was seeded and grown to a log phase (A 600 = 0.5), and then subcultured in a 96-well plate containing 200 μL of medium at 1/100. After culturing for 24 ~ 48 hours, A 600 was measured and recorded. The culture was discarded and washed with 220 μL of PBS. After immersing in 220 μL of 1% crystal violet solution and staining for 15 minutes, the wells were filled with distilled water, washed twice, air-dried for 5 minutes, and then solubilized with 220 μL of 100% ethanol to measure the A 570 value. 3A.

도 3a에 따르면 야생형에 비해 KS01 돌연변이 균주의 생물막 형성능이 감소함을 알 수 있었다.
3A shows that the biofilm formation ability of the KS01 mutant strain is decreased as compared with the wild type strain.

(3) 사람 결장세포 부착능(3) human colon cell adhesion ability

MEM + 10% FBS+ 1% penicillin/streptomycin (GIBCO BRL, Grand Island, NY)에 들어있는 Caco-2 cell을 3.0 cm diameter tissue culture plate에 2 X 106 cell/well 로 dividing 한 후, 24 시간동안 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하였다. monolayer로 생성된 Caco-2 cell을 prewarmed PBS로 두 번 wash하고 MEM + 1% FBS로 배지 교환했다. MOI 10으로 병원성 대장균을 감염시킨 후 1, 2, 3 시간 배양하고 각각 prewarmed PBS로 두 번 wash하여 부착되지 않은 bacteria를 제거했다. 부착된 bacteria를 정량하기 위해, 0.1% Triton X-100으로 5분 동안 일정한 간격으로 깨고 bacterial cell은 LB agar plate에서 키워 enumeration하여 도 3b에 나타내었다.Caco-2 cells in MEM + 10% FBS + 1% penicillin / streptomycin (GIBCO BRL, Grand Island, NY) were divided into 2 × 10 6 cells / well on a 3.0 cm diameter tissue culture plate, C, 5% CO 2 incubator. The Caco-2 cells generated from the monolayer were washed twice with prewarmed PBS, and the medium was exchanged with MEM + 1% FBS. MOI 10 was infected with the pathogenic Escherichia coli and cultured for 1, 2, and 3 hours. Each cell was washed twice with prewarmed PBS to remove unattached bacteria. In order to quantitate the attached bacteria, the bacterial cells were incubated on an LB agar plate and enumerated in 0.1% Triton X-100 at regular intervals for 5 minutes.

도 3a와 마찬가지로, 도 3b에서 세포 부착능 역시 야생형에 비해 KS01 돌연변이 균주에서 2.8배 가량 감소됨을 확인했다. As in FIG. 3A, in FIG. 3B, it was confirmed that the cell adherence was also 2.8 times lower in the KS01 mutant strain than in the wild type strain.

한편 돌연변이주를 pKS1303으로 complementation시키면 도 3a 및 도 3b에서 볼 수 있듯이, 다시 야생형 수준으로 생물막 형성능과 세포 부착능이 회복됨을 확인함으로써 돌연변이 균주의 polar effect에 의한 생물막 형성능, 세포 부착능 감소가 아님을 알 수 있었다. 상기 결과로부터 Ler이 병원성 대장균의 병원성에 중요한 역할을 함을 알 수 있었다.
On the other hand, when the mutant was complemented with pKS1303, as shown in FIGS. 3A and 3B, it was confirmed that the biofilm formation ability and cell adhesion ability were restored to the wild type level. Thus, it was found that the polar effect of the mutant strain did not decrease biofilm formation ability and cell adhesion ability I could. These results indicate that Ler plays an important role in pathogenicity of pathogenic Escherichia coli.

실시예 1: 리포터 균주(reporter strain) 구축 및 확인Example 1 Construction and Identification of a Reporter Strain

서열번호 1의 ler coding 부위 390 bp를 PCR로 증폭시켰다. 이 때 사용하는 primer에는 NcoI과 SmaI restriction enzyme linker를 각각 추가하여 promoter가 반대방향으로 들어가는 것을 미연에 방지했다. 동시에 L-arabinose 농도에 따라 promoter 활성이 바뀜으로써 그 발현양이 정교하게 조절되는 pBAD24 플라스미드 유래 pKS1101을 동일한 enzyme으로 cutting하여 앞서 만들어진 insert와 ligation 시켰다. 이상을 통해 구축된 plasmid를 preparation하여 enzyme reaction과 PCR을 통해 insert size를 확인하고(도 4), sequencing을 통해 PCR 오류를 확인한 후 pKS1303이라 명명하였다. 390 bp of the ler coding region of SEQ ID NO: 1 was amplified by PCR. NcoI and SmaI restriction enzyme linkers were added to the primers used to prevent the promoter from entering the opposite direction. At the same time, promoter activity was changed according to the concentration of L-arabinose, and pKS1101 derived from pBAD24 plasmid, whose expression amount was precisely controlled, was cut into the same enzyme and ligation was performed with the insert prepared above. The plasmid constructed above was prepared, and the insert size was confirmed by enzyme reaction and PCR (FIG. 4). The PCR error was confirmed by sequencing, and the plasmid was named pKS1303.

이와 함께 서열번호 2의 LEE3 operon의 promoter 부위 420 bp도 PCR로 증폭시켰다. 이 때 사용하는 primer에는 SpeI과 BamHI restriction enzyme linker를 각각 추가하여 후에 reporter plasmid에 cloning이 용이하도록 하고, subcloning된 plasmid에 promoter가 반대로 들어가지 않도록 하였다. 동시에 Promoterless lux operon을 지니고 있는 pBBR-lux plasmid도 역시 SpeI과 BamHI으로 cutting하여 준비하였다. 준비된 insert와 vector를 ligation하여 이를 E. coli DH5α cell에 transformation 시켰다. 이상을 통해 구축된 plasmid 역시 preparation하여 enzyme reaction과 PCR을 통해 insert size를 확인하고(도 4), sequence 확인까지 끝낸 후 pKS1304라 명명하였다. In addition, 420 bp of the promoter region of LEE3 operon of SEQ ID NO: 2 was amplified by PCR. The primers used for this purpose were added with SpeI and BamHI restriction enzyme linkers, respectively, so that the reporter plasmid was easily cloned and the promoter was not introduced into the subcloned plasmid. At the same time, the pBBR- lux plasmid carrying the promoterless lux operon was also prepared by cutting with SpeI and BamHI. The prepared inserts and vectors were ligated and transformed into E. coli DH5α cells. The plasmid constructed above was also prepared, and the insert size was confirmed by enzyme reaction and PCR (Fig. 4). After confirming the sequence, the plasmid was named pKS1304.

이렇게 구축된 두 plasmid를 E. coli DH5α cell에 transformation 시켜 reporter strain를 제조하고, 균주를 Escherichia coli KS02이라 명명하고, 한국미생물보존센터에 2014년 4월 16일 기탁하여 기탁번호 KCCM11527P를 부여받았다.
The two plasmids thus constructed were transformed into E. coli DH5α cells and reporter strains were prepared. The strains were transformed into Escherichia coli KS02, deposited at the Korean Microorganism Conservation Center on April 16, 2014, and assigned the deposit number KCCM11527P.

상기 KS02 균주의 두 개의 plasmid가 유지되게 하기 위해서 배지에 ampicillin과 chloramphenicol을 각각 100 μg/ml, 20 μg/ml씩 첨가해 주었고, reporter strain을 이용한 앞으로의 실험에서도 두 항생제를 모두 넣어 주었다.Ampicillin and chloramphenicol were added to the medium at 100 μg / ml and 20 μg / ml, respectively, in order to keep the two plasmids of the KS02 strain, and both antibiotics were added in the future experiment using the reporter strain.

상기 KS02 균주가 high-throughput screening system에 활용되기에 적합한지 확인하기 위해 L-arabinose 농도를 변화시키면서 Ler 발현양에 따른 target 유전자(LEE3 opreron)의 전사 활성을 체크해 보았다. log phase까지 (A600=0.5) 키운 reporter strain에 L-arabinose를 final 농도 0, 0.00005, 0.0001, 0.00015, 0.0002%로 각각 처리하고, microplate reader (Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT)를 이용해 각 시간별로 RLU를 측정 후, 생장능 영향을 배제시키기 위해 A600으로 보정하였다.In order to confirm whether the KS02 strain is suitable for high-throughput screening system, the transcription activity of the target gene (LEE3 opreron) according to the amount of Ler expression was checked by changing the concentration of L-arabinose. L-arabinose was treated with final concentrations of 0, 0.00005, 0.0001, 0.00015, and 0.0002% in a reporter strain grown up to the log phase (A 600 = 0.5) and microplate reader (Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT) The RLU was measured at each time point and corrected to A 600 to exclude the effect of growth.

도 5에서 확인된 바와 같이 L-arabinose 0.0001%를 처리하면 0%에 비해 RLU값이 세 배 이상 증가함을 보임으로써 Ler에 의한 직접적인 LEE3 operon activation을 증명하였다. 이로써 Ler 활성을 억제하여 LEE3 operon activation이 저해되게 만드는 저분자 화합물 screening에 활용 가능한 reporter strain임을 확인한 것이다. 한편 0.0001% 농도 이상에서는 RLU 값에 있어서 큰 차이를 보이지 않았으므로 앞으로의 screening에는 0.0001% 사용하였다. As shown in FIG. 5, when L-arabinose 0.0001% was treated, the RLU value was more than tripled compared to 0%, proving direct LEE3 operon activation by Ler. This confirms that the reporter strain can be used for the screening of low molecular compounds which inhibits Ler activity and inhibits LEE3 operon activation. On the other hand, at 0.0001% concentration above, there was no significant difference in RLU value, so 0.0001% was used for screening in the future.

표 2에는 상기 실험에 사용된 균주 및 플라스미드의 특성 및 참고문헌을 기재하였다.Table 2 shows the characteristics and references of the strains and plasmids used in the experiments.

Strain or plasmidStrain or plasmid Relevant characteristicsRelevant characteristics aa Reference or sourceReference or source E. coli EDL933 E. coli EDL933 Wild-type O157:H7Wild-type O157: H7 O'Brien et al. (1983)O'Brien et al. (1983) E. coli DH5α E. coli DH5α supE44 △lacU169 (Ф80 lacZ △M15) hsdR17 recA1 endA1 gyrA96 thi-1 relA1 supE44? lacU169 ( ? 80 lacZ? M15) hsdR17 recA1 endA1 gyrA96 thi-1 relA1 Laboratory collectionLaboratory collection E. coli KS01 E. coli KS01 EDL933 with △ler; Kmr EDL933 with ? Km r This studyThis study E. coli KS02 E. coli KS02 DH5α containing pKS1303 and pKS1304; Apr,Cmr DH5α containing pKS1303 and pKS1304; Ap r , C m r This studyThis study pBAD24pBAD24 ColE1 ori; araBAD promoter; Apr ColE1 ORi ; araBAD promoter; Ap r Guzman et al. (1995)Guzman et al. (1995) pBBR-lux pBBR- lux Broad host range vector within promoterless luxCDABE; Cmr Broad host range vector within promoterless luxCDABE ; Cm r Lenz et al. (2004)Lenz et al. (2004) pKS1101pKS1101 pBAD24 with oriT of RP4; Apr pBAD24 with oriT of RP4; Ap r Kim et al. (2012)Kim et al. (2012) pKS1303pKS1303 pKS1101 with 390-bp ler; Apr pKS1101 with 390-bp ler; Ap r This studyThis study pKS1304pKS1304 pBBR-lux with 420-bp fragment of LEE3 upstream region; Cmr pBBR- lux with 420-bp fragment of LEE3 upstream region; Cm r This studyThis study

상기 Kmr은 카나마이신 저항성, Apr은 앰피실린 저항성, Cmr은 클로람페니콜 저항성을 나타낸다.
Km r is kanamycin resistance, Ap r is ampicillin resistance, and C m r is chloramphenicol resistance.

실험예 2: KS02 균주를 이용한 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색Experimental Example 2: Detection of pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli using KS02 strain

상기 KS02 균주가 high-throughput screening system에 활용 가능한지를 검증해 보고자 이미 보고된 바 있는 독성 유전자 (eae, flhD, pfs) 발현저해제인 미리세틴(myricetin) 100 μM (Lee et al., FEMS Microbiol Lett. 2011)과 독성 유전자 (escU, escR, escJ, sepZ, cesD) 발현 및 biofilm 형성에 영향이 없는 것으로 보고된 노밀린(nomilin) 100 μM (Vikram et al., Int J Food Microbiol. 2010)을 KS02 균주에 처리해 보았고, 동시에 여러 다른 phytochemical들도 처리해 보았다. To verify whether the KS02 strain can be used in a high-throughput screening system, myricetin 100 μM ( eae, flhD, pfs ) expression inhibitor (Lee et al., FEMS Microbiol Lett. 2011) and nomilin 100 μM (Vikram et al., Int J Food Microbiol. 2010) reported to have no effect on expression of toxic genes ( escU, escR, escJ, sepZ, cesD ) And at the same time, several other phytochemicals were also processed.

먼저 KS02 균주를 overnight으로 키운 후 1/100로 희석하여 log phase까지 (A600=0.5) 배양했고, L-arabinose 0.0001%와 myricetin, nomilin을 포함한 여러 phytochemical을 각각 100 μM씩 첨가하여 각 시간별로 RLU와 absorbance (A600) 측정했다. First, KS02 strain was grown overnight and then diluted to 1/100, and cultured to the log phase (A 600 = 0.5). L-arabinose 0.0001% and various phytochemicals including myricetin and nomilin were added at 100 μM each, And absorbance (A 600 ).

도 6a에서와 같이 myricetin 100 μM 처리시 RLU 값이 절반가량으로 줄어듦을 확인함으로써 myricetin이 LEE3 operon의 발현양을 두 배 (P<0.005) 감소시킴을 확인했다. 동시에 처리한 다른 phytochemical 중 acacetin, diosmin, isorhamnetin 등도 myricetin과 유사한 효과를 나타내었지만, negative control로 사용한 nomilin을 처리했을 시에는 DMSO 처리 때와 유사한 수준의 RLU값을 나타냈다.
As shown in FIG. 6A, it was confirmed that myricetin decreased the RLU value by about half when 100 μM myricetin was treated, and thus it was confirmed that myricetin decreased the expression level of LEE3 operon twice (P <0.005). Acacetin, diosmin and isorhamnetin showed similar effects to myricetin among the other phytochemicals treated at the same time. However, the nomilin treated with negative control showed RLU values similar to those of DMSO treatment.

한편, 같은 농도의 후보물질을 본 발명의 KS02 균주가 아닌 E. coli O157:H7에 직접 처리했을 경우(도6b), KS02 균주에 처리했을 때와 같이 LEE3 operon의 발현양이 감소하는 양상을 나타내었으나 대조군과의 유의미한 차이를 관찰할 수는 없었다. 이는 E. coli O157:H7 내에 여러 다른 LEE3 regulator들의 작용으로 Ler 특이적인 저해 활성이 정확히 측정되지 못했기 때문인 것으로 사료된다.
On the other hand, when the candidate substance of the same concentration was directly treated with E. coli O157: H7, which is not the strain KS02 of the present invention (FIG. 6b), the expression level of LEE3 operon decreased as in the case of treatment with strain KS02 But there was no significant difference between the two groups. This is probably due to the fact that the Ler specific inhibitory activity of E. coli O157: H7 was not accurately measured by the action of several other LEE3 regulators.

실험예 3: KS02 균주를 이용한 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색 결과 검증Experimental Example 3: Screening result of pathogenic inhibitor of pathogenic Escherichia coli using KS02 strain

앞서 실험예 1에서 ler 낙아웃 돌연변이 균주로 실험했던 독성평가 방법을 사용하여 실험예 2에서 병원성 대장균의 생육에 관계없이 생물막 생성 억제 활성 및 사람의 결장세포 부착 억제 활성을 나타낼 것으로 예측되었던 후보 물질들이 실제 병원성 E. coli O157:H7에서도 생물막 생성 억제 활성 및 사람의 결장세포 부착 억제 활성을 나타내는지 직접 확인하여 본 발명의 탐색방법의 효과를 검증하였다.Using the toxicity evaluation method of ler out mutant strain in Experimental Example 1, in Experimental Example 2, candidate substances that were expected to exhibit biofilm formation inhibitory activity and human colonic adhesion inhibitory activity regardless of the growth of pathogenic Escherichia coli The effect of the inventive method was verified by directly confirming whether the pathogenic E. coli O157: H7 effectively inhibited biofilm formation and inhibited human colon adhesion.

먼저 상기 후보물질들의 생물막 형성능 저해 효과를 보기 위하여 E. coli O157:H7 overnight culture를 seeding 하고 log phase까지 (A600=0.5) 키운 후, BHI 배지에 1/100로 희석하여 각각의 후보물질 100 μM이 들어있는 96-well plate에 200 μL씩 분주하였다. 24~48시간동안 정치배양한 후에 A600 값을 측정하여 phytochemical 자체의 살균효과가 있는지를 확인했다. Culture를 모두 따서 버린 후 PBS 220 μL로 washing하고 1% crystal violet solution 220 μL을 넣어 15분 동안 염색하였다. 이 후, 증류수를 well에 가득 채워 2회 wash 해 내고, 5분동안 air-dry한 후에 100% ethanol 220 uL로 elution해 내 A570 값을 측정하여 도 7a에 나타내었다.
First to see the ability to form biofilm-inhibiting effect of the candidate substance E. coli O157: H7 overnight seeding a culture and to log phase (A 600 = 0.5) and then raised, each candidate was diluted to 1/100 in BHI medium material 100 μM Were dispensed into a 96-well plate containing 200 μL each. After culturing for 24 ~ 48 hours, A 600 value was measured to confirm whether the phytochemical was sterilized. Culture was discarded, washed with 220 μL of PBS, and 220 μL of 1% crystal violet solution was added and stained for 15 minutes. Thereafter, the distilled water was filled in the wells, washed twice, air-dried for 5 minutes, eluted with 220 uL of 100% ethanol, and measured for A 570, which is shown in FIG.

다음으로 상기 후보물질들의 사람 결장세포 부착능 저해 효과를 살펴보았다. 3.0 cm diameter tissue culture plate에 Caco-2 cell을 2 X 106 cell/well 로 dividing 한 후, 24 hr 동안 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하였다. Monolayer로 생성된 Caco-2 cell을 prewarmed PBS로 두 번 wash한 후, 항생제가 전혀 없고 FBS 농도를 1%로 낮춘 MEM 배지로 교환 했다. MOI 10으로 각각의 후보물질 100 μM과 함께 키운 E. coli O157:H7을 각각 감염시킨 후 1 hr, 2 hr, 3 hr 배양하고 prewarmed PBS로 두 번 wash하여 부착되지 않은 bacteria 제거하였다. 부착된 bacteria를 정량하기 위해, 0.1% Triton X-100으로 5분 동안 깨고 bacterial cell은 LB agar plate에서 키워 계수하여 도 7b에 나타내었다. Next, the effect of the candidate substances on the inhibition of adherence of human colon cells was examined. Caco-2 cells were divided into 2 × 10 6 cells / well on a 3.0 cm diameter tissue culture plate and cultured in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C for 24 hr. Caco-2 cells generated from the monolayer were washed twice with prewarmed PBS, and then exchanged for MEM medium with no antibiotics and FBS concentration reduced to 1%. The cells were incubated for 1 hr, 2 hr, and 3 hr with 100 μM each of MOI 10, E. coli O157: H7, and washed twice with prewarmed PBS to remove unattached bacteria. In order to quantitate the attached bacteria, the cells were incubated with 0.1% Triton X-100 for 5 minutes, and the bacterial cells were counted on an LB agar plate.

도 7a 및 도 7b의 결과로부터 E. coli O157:H7에 myricetin, acacetin, diosmin, isorhamnetin 100 μM을 각각 처리하면 대조군(DMSO 처리)에 비해 생물막 형성능과 세포 부착능이 감소하고, 반면 nomilin은 생물막 형성 정도와 세포 부착능이 모두 DMSO 처리 때와 유사함을 확인할 수 있었다.From the results of FIGS. 7A and 7B, it was found that the treatment of E. coli O157: H7 with 100 μM of myricetin, acacetin, diosmin and isorhamnetin reduced biofilm formation ability and cell adhesion ability compared to the control (DMSO treatment) And cell adhesion were similar to those of DMSO treatment.

상기 실험예 2에서와 같이 E. coli O157:H7에 직접 phytochemical을 처리했을 경우 LEE3 operon 발현양 감소폭이 적고 유의차가 없는 결과를 얻었음에도 불구하고, 본 발명의 KS02 균주를 이용한 탐색방법에서는 바이오필름 형성능과 세포 부착능에서 현저한 차이를 확인할 수 있어, 본 발명의 KS02 균주가 병원성 대장균의 병원성을 저해하는 화합물을 탐색하는 방법으로 훨씬 유리하게 이용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
Although direct reduction of the expression level of LEE3 operon by the direct phytochemical treatment of E. coli O157: H7 was small and no significant difference was obtained as in Experimental Example 2, in the search method using the KS02 strain of the present invention, And the cell adhesion ability. Thus, it was confirmed that the KS02 strain of the present invention can be used as a method for searching for a compound that inhibits the pathogenicity of pathogenic Escherichia coli.

한국미생물보존센터(국외)Korea Microorganism Conservation Center (overseas) KCCM11527PKCCM11527P 2014041620140416

<110> KOREA FOOD RESEARCH INSTITUTE <120> High-throughput screening system for inhibitor against pathogenicity of enterohemorrhagic or enteropathogenic Escherichia coli and recombinant Escherichia coli being used for the same <130> HPC4835 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 390 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgcggagat tatttattat gaatatggaa aataattcac atacaacaag tccatacatt 60 cagcttatag agcaaattgc agttctacag caggaagcaa agcgactgcg agagcaggaa 120 gttcaaagtg taattgagtc gattcagaag cagattactt attacaatat aaccttacaa 180 gagctgggat atactaatgt gcctgatgat ggactcgctc gccggaactc atcgaaaggt 240 gtttactacc gcaatgaaga agggcagacc tggtcgggcg taggccgaca gccacgctgg 300 cttaaagaag cactgttgaa tggaatgaag aaagaagatt ttcttgtgaa ggacactgaa 360 gaagaaataa taccgctgaa aaatatttaa 390 <210> 2 <211> 420 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 gagccgtagt ggtaagtgct aatccggcta taactctaac ggtgcgattt gttccatttt 60 ctggtttaat cactcctgtc ttctcatcca ctgagttatt tccactgagt gaggtcgcca 120 gcggcattac tgcaccagaa ggacttaaat ttgctgcttc cattgatctt tctccttttg 180 tctaatttag acatttacct ggttataaat aaccaaatta tcccataggc aactattata 240 ttatttaaat agttgcaatg tacataaagt acatatactg tatatattat ccaatacgct 300 ttttcaagca ataatattca cacgtatact tacttcagag cctgcagatg aatcttttag 360 ttaaaagaaa cgttgaagag tttttaagat tattgggaaa tgatttttat ttatttgata 420 420 <110> KOREA FOOD RESEARCH INSTITUTE <120> High-throughput screening system for inhibitor against          pathogenicity of enterohemorrhagic or enteropathogenic          Escherichia coli and recombinant Escherichia coli being used for          the same <130> HPC4835 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 390 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgcggagat tatttattat gaatatggaa aataattcac atacaacaag tccatacatt 60 cagcttatag agcaaattgc agttctacag caggaagcaa agcgactgcg agagcaggaa 120 gttcaaagtg taattgagtc gattcagaag cagattactt attacaatat aaccttacaa 180 gagctgggat atactaatgt gcctgatgat ggactcgctc gccggaactc atcgaaaggt 240 gtttactacc gcaatgaaga agggcagacc tggtcgggcg taggccgaca gccacgctgg 300 cttaaagaag cactgttgaa tggaatgaag aaagaagatt ttcttgtgaa ggacactgaa 360 gaagaaataa taccgctgaa aaatatttaa 390 <210> 2 <211> 420 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 gagccgtagt ggtaagtgct aatccggcta taactctaac ggtgcgattt gttccatttt 60 ctggtttaat cactcctgtc ttctcatcca ctgagttatt tccactgagt gaggtcgcca 120 gcggcattac tgcaccagaa ggacttaaat ttgctgcttc cattgatctt tctccttttg 180 tctaatttag acatttacct ggttataaat aaccaaatta tcccataggc aactattata 240 ttatttaaat agttgcaatg tacataaagt acatatactg tatatattat ccaatacgct 300 ttttcaagca ataatattca cacgtatact tacttcagag cctgcagatg aatcttttag 360 ttaaaagaaa cgttgaagag tttttaagat tattgggaaa tgatttttat ttatttgata 420                                                                          420

Claims (19)

LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터 및 리포터 유전자를 포함하는 제1 재조합 벡터; 및 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 포함하는 제2 재조합 벡터를 대장균에 공동 형질전환시킨 재조합 대장균. A first recombinant vector comprising LEE (locus of enterocyte effacement) operon promoter and reporter gene; And a second recombinant vector comprising a sequence encoding a Ler operon master regulator protein is co-transformed into Escherichia coli. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 재조합 벡터는 특정 기질이 존재하는 경우에만 Ler 단백질을 발현시키는 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.2. The recombinant E. coli according to claim 1, wherein the second recombinant vector expresses the Ler protein only in the presence of a specific substrate. 제 2 항에 있어서, 상기 특정 기질은 아라비노스인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.3. The recombinant E. coli according to claim 2, wherein the specific substrate is arabinose. 제 1 항에 있어서, 상기 LEE 오페론 프로모터는 LEE2 오페론 프로모터, LEE3 오페론 프로모터, LEE4 오페론 프로모터 및 LEE5 오페론 프로모터 중에서 선택된 어느 하나 이상의 프로모터인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.The recombinant Escherichia coli according to claim 1, wherein the LEE operon promoter is any one or more promoters selected from LEE2 operon promoter, LEE3 operon promoter, LEE4 operon promoter and LEE5 operon promoter. 제 1 항에 있어서, 상기 리포터 유전자는 루시퍼라제(luciferase), HRP(horse raddish peroxidase) 또는 알칼리 포스파타아제(alkaline phosphatase)를 코딩하는 유전자인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.The recombinant mutant Escherichia coli according to claim 1, wherein the reporter gene is a gene coding for luciferase, HRP (horse raddish peroxidase) or alkaline phosphatase. 제 1 항에 있어서, 상기 대장균은 대장균(E. coli) DH5α인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.The recombinant mutant Escherichia coli according to claim 1, wherein the Escherichia coli is E. coli DH5α. 제 1 항에 있어서, Ler 단백질에 의한 LEE 전사 억제 확인을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.The recombinant Escherichia coli according to claim 1, which is used for confirming LEE transcription repression by Ler protein. 제 1 항에 있어서, 상기 재조합 대장균은 대장균(Escherichia coli) KS02[기탁번호 KCCM11527P]인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.The recombinant Escherichia coli according to claim 1, wherein the recombinant Escherichia coli is Escherichia coli KS02 (Deposit No. KCCM11527P). 리포터 유전자를 포함하는 벡터에 LEE(locus of enterocyte effacement) 오페론 프로모터를 삽입하는 제1 재조합 벡터의 제조단계;
특정 기질이 존재하는 경우에만 단백질을 발현시키는 기질 의존성 벡터에 Ler(LEE operon master regulator) 단백질을 코딩하는 서열을 삽입하는 제2 재조합 벡터의 제조단계; 및
상기 제1 재조합 벡터 및 제2 제조합 벡터를 대장균에 공동형질전환시키는 재조합 대장균의 제조단계;를 포함하는 재조합 대장균의 제조방법.
Preparing a first recombinant vector to insert a locus of enterocyte effacement (LEE) operon promoter into a vector comprising a reporter gene;
A step of preparing a second recombinant vector in which a sequence encoding a Lie operon master regulator (Ler) protein is inserted into a substrate-dependent vector expressing a protein only in the presence of a specific substrate; And
And a step of producing recombinant E. coli which co-transforms the first recombinant vector and the second recombinant vector into Escherichia coli.
제 9 항에 있어서, 상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터는 프로모터리스 루시퍼라아제 오페론(Promoterless lux operon)을 포함하는 pBBR-lux 벡터인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균의 제조방법.[Claim 11] The method according to claim 9, wherein the vector comprising the reporter gene is a pBBR- lux vector comprising a promoterless lux operon. 제 9 항에 있어서, 상기 기질 의존성 벡터는 아라비노스의 농도에 따라 프로모터의 활성이 바뀜으로써 발현양이 조절되는 pBAD24인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균의 제조방법.[Claim 11] The method according to claim 9, wherein the substrate-dependent vector is pBAD24 whose expression amount is regulated by changing the activity of the promoter according to the concentration of arabinose. 제 9 항에 있어서, 상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터 및 기질 의존성 벡터는 각기 다른 항생제 내성을 가진 것을 특징으로 하는 재조합 대장균의 제조방법.10. The method according to claim 9, wherein the vector comprising the reporter gene and the substrate-dependent vector have different antibiotic resistance. 제 9 항에 있어서, 상기 리포터 유전자를 포함하는 벡터 및 기질 의존성 벡터는 각기 다른 복제단위를 가져 하나의 숙주 세포 내에서 공존할 수 있는 것을 특징으로 하는 재조합 대장균의 제조방법.[Claim 11] The method according to claim 9, wherein the vector comprising the reporter gene and the substrate-dependent vector have different replication units and can coexist in one host cell. 청구항 제2항 또는 제3항의 재조합 대장균, 또는 청구항 제9항 내지 제13항 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 제조된 재조합 대장균을 (ⅰ) 상기 재조합 대장균에 형질전환된 제2 재조합 벡터에서 Ler 단백질을 발현시킬 수 있는 기질 및 (ⅱ) 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및
리포터 유전자의 발현양을 통해 Ler 단백질의 발현양을 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.
A recombinant Escherichia coli produced by any one of the methods selected from the recombinant Escherichia coli of claims 2 or 3 or any one of claims 9 to 13 is characterized in that (i) the Ler protein in the second recombinant vector transformed into said recombinant Escherichia coli (Ii) a medium in which a pathogenic inhibitory candidate of a pathogenic Escherichia coli is added; And
And determining the expression level of the Ler protein through expression amount of the reporter gene.
제 14 항에 있어서, 상기 병원성 대장균은 장출혈성 대장균(enterohemorrhagic E. coli) 또는 장병원성 대장균(enteropathogenic E. coli)인 것을 특징으로 하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.15. The method according to claim 14, wherein the pathogenic Escherichia coli is enterohemorrhagic E. coli or enteropathogenic E. coli . 제 14 항에 있어서, 상기 병원성 저해 후보물질이 저해하는 병원성은 생물막 형성능, 사람 결장세포 부착능 또는 이들 둘 모두인 것을 특징으로 하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.15. The method for screening pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli according to claim 14, wherein the pathogenic agent inhibited by the pathogenic inhibitory substance is biofilm formation ability, human colon cell adhesion ability, or both. 제 14 항에 있어서, 상기 리포터 유전자의 발현양은 루시퍼라아제의 형광 분석을 통해 확인하는 것을 특징으로 하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.15. The method according to claim 14, wherein the expression level of the reporter gene is confirmed by fluorescence analysis of luciferase. 제 14 항에 있어서, 상기 Ler 단백질의 발현양은 상기 재조합 대장균의 생장능에 따른 영향을 보정하는 것을 특징으로 하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.15. The method according to claim 14, wherein the expression amount of the Ler protein corrects the influence of the growth ability of the recombinant E. coli on pathogenic inhibitors of pathogenic Escherichia coli. 대장균(Escherichia coli) KS02[기탁번호 KCCM11527P]을 아라비노스 및 병원성 대장균의 병원성 저해 후보물질을 첨가한 배지에서 배양하는 단계; 및
Ler 단백질의 발현양을 루시퍼라아제의 형광 분석을 통해 확인하는 단계;를 포함하는 병원성 대장균의 병원성 저해 물질 탐색방법.
Escherichia coli ) KS02 (Deposit No. KCCM11527P) in a medium supplemented with a pathogenic inhibitor candidate of Arabidopsis and a pathogenic Escherichia coli; And
And identifying the amount of Ler protein expression by fluorescence analysis of luciferase.
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