KR102354131B1 - Method for Detecting of Chemical Compounds from Environment Using Artificial Genetic Circuitry and Cell to Cell Communication - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재설계 유전자회로를 탑재한 미생물-미생물 또는 미생물-식물 간 상호 작용을 이용하여 자연 환경, 특히 물이나 토양에 존재하는 유해 환경물질을 감지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유해 환경물질을 감지하는 회로를 탑재한 센더 생물과 이로부터 생산되는 통신물질을 감지하여 형광물질을 내는 리시버 생물을 이용하여, 유해 환경물질을 감지하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 센더 및 리시버 생물이 서식할 수 있는 모든 환경의 오유해 환경물질 유무를 센더 및 리시버 생물이 생육하고 있는 동안에는 계속적으로 실시간으로 모니터링 할 수 있을 뿐 만 아니라 센더 및 리시버 생물의 분포에 따라 넓은 감지 범위를 확보할 수 있다.
The present invention relates to a method for detecting harmful environmental substances present in the natural environment, in particular water or soil, using the interaction between microorganisms and microorganisms or microorganisms and plants equipped with a redesigned genetic circuit, and more particularly, harmful environmental substances To a method for detecting harmful environmental substances using a sender organism equipped with a circuit for detecting
According to the present invention, it is possible to continuously monitor in real time the presence or absence of harmful environmental substances in all environments in which sender and receiver organisms can inhabit, while the sender and receiver organisms are growing, as well as to monitor the distribution of sender and receiver organisms. Accordingly, a wide detection range can be secured.

Description

재설계 유전자회로와 세포 간 상호작용을 이용한 유해 환경물질의 감지방법{Method for Detecting of Chemical Compounds from Environment Using Artificial Genetic Circuitry and Cell to Cell Communication} Method for Detecting of Chemical Compounds from Environment Using Artificial Genetic Circuitry and Cell to Cell Communication

본 발명은 세포 간 상호작용 적용 재설계 유전자회로를 탑재한 미생물-미생물 또는 미생물-식물 간 등 생물간 상호 작용을 이용하여 자연 환경, 특히 물이나 토양에 존재하는 유해 환경물질을 감지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유해 환경물질을 감지하는 회로를 탑재한 센더 생물체와 이로부터 나오는 특정 신호를 감지하여 형광물질을 내는 리시버 생물체를 이용하여, 유해 환경물질을 감지하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for detecting harmful environmental substances present in the natural environment, particularly water or soil, using interactions between organisms, such as microorganisms and microorganisms or microorganisms and plants loaded with redesigned genetic circuits for intercellular interactions. In more detail, it relates to a method of detecting harmful environmental substances using a sender organism equipped with a circuit for detecting harmful environmental substances and a receiver organism that emits fluorescent substances by sensing a specific signal emitted therefrom.

토양 및 지하수 오염은 심각한 환경 문제를 유발할 수 있는 원인 중 하나로 2차 3차로 인간에게까지 오염 문제를 야기할 수 있으며 산업계에서도 부지 내 토양 오염도 측정으로 경제 산업적으로 큰 불이익을 받을 수도 있다. 또한 산업 시설의 노후화로 인한 오염물질 누출 위험이 항상 뒤따르고 있는 상황에서 높은 민감도를 갖는 효율적인 유해물질 모니터링 기술의 확보가 요구되고 있다. Soil and groundwater pollution is one of the causes that can cause serious environmental problems, and it can cause pollution problems to humans as well as secondary and tertiary. In addition, in a situation where there is always a risk of pollutant leakage due to the aging of industrial facilities, it is required to secure an efficient hazardous substance monitoring technology with high sensitivity.

위와 같은 화학적 오염물질을 탐지하기 위해서 기기 화학적 방법이 사용되고 있으나 고비용 장비와 복잡한 처리에 의한 단점으로 인해 미생물을 활용한 환경 바이오센서가 대안으로서 이용되고 있다. 특히 슈도모나스 (Pseudomonas)를 비롯한 많은 미생물이 환경에 존재하는 난분해성 방향족 화합물과 같은 독성물질에 적응하며 이들을 생분해하는 효소 유전자들을 보유하고 있음이 알려지면서 이러한 유전자와 GFP와 같은 형광단백질을 조합하여 손쉽게 오염물질의 존재 유무를 확인하는 전세포 바이오센서 (whole-cell biosensor)가 개발되어 왔다. 대장균을 이용하여 2,4,6-trinitrotoluene (TNT)를 감지하는 감지 바이오센서 (YK Sharon et al., Appl Microbiol Biotechnol, 98:885, 2013)와 Toluene 감지 센서 (J. Garmendia et al., Microbial biotechnology, 1:236, 2008) 그리고 페놀류 감지 센서 (A. Leedjarv et al., Chemosphere, 64:1910, 2006, S. Choi, ACS Synthetic Biology, 4:163, 2014) 등이 그 예이다. 본 발명자의 연구팀에서도 페놀류 화합물을 감지하는 전사조절단백질을 이용한 재설계 유전자회로를 보고한 바 있는데(대한민국 등록특허 10-1222056호), 이 시스템은 페놀을 감지하는 센서와 이의 정량성을 확인할 수 있는 리포터를 하나의 세포에 넣은 전세포 센서로서 1μM 이상의 페놀 농도에 반응하는 시스템이다. Although instrumental chemical methods are used to detect the above chemical contaminants, an environmental biosensor using microorganisms is being used as an alternative due to the disadvantages of expensive equipment and complicated treatment. In particular , as it is known that many microorganisms, including Pseudomonas , have enzyme genes that biodegrade and adapt to toxic substances such as recalcitrant aromatic compounds in the environment, they can be easily contaminated by combining these genes with fluorescent proteins such as GFP. A whole-cell biosensor that checks the presence or absence of a substance has been developed. A detection biosensor for detecting 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) using E. coli (YK Sharon et al ., Appl Microbiol Biotechnol , 98:885, 2013) and a toluene detection sensor (J. Garmendia et al. , Microbial) biotechnology, 1:236, 2008) and phenolic detection sensors (A. Leedjarv et al. , Chemosphere , 64:1910, 2006, S. Choi, AC S Synthetic Biology , 4:163, 2014) are examples. The present inventor's research team has also reported a redesigned gene circuit using a transcriptional regulatory protein that detects phenolic compounds (Korea Patent No. 10-1222056), and this system is a phenol-sensing sensor and It is a system that responds to a phenol concentration of 1 μM or more as a whole-cell sensor in which a reporter is placed in a single cell.

그러나 이러한 생물 센서는 특정 시료를 채취하여 충분히 생물 센서와 반응시킨 뒤 실험실의 고가 및 고도의 기술을 요하는 분석 장비를 통해 유해물질의 유무를 확인하는 일련의 과정을 거치게 되므로 유해 환경물질이 노출되어 있는 특정 환경 및 외부 환경에서 실시간으로 모니터링 할 수 없다는 단점이 있다. However, these biological sensors take a specific sample, sufficiently react with the biological sensor, and then go through a series of processes to check the presence or absence of harmful substances through expensive and sophisticated laboratory analysis equipment. There is a disadvantage in that it cannot be monitored in real time in a specific environment and external environment.

이에, 본 발명자들은 전세포 센서에서 특정 물질을 감지하는 센서 부분과 센서에 의해 활성화된 리포터 부분을 분리하여 각각을 모듈화 하였다. 자세히는, 유해 환경 물질을 감지하여 통신 물질을 생산하는 센더 모듈과 센더 모듈에서 생산/분비하는 통신 물질을 감지하여 활성화되는 리시버 모듈을 각각 구축하였고, 센더 모듈과 리시버 모듈을 다른 생물체에 도입하여 유해 환경물질을 모니터링 할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
Accordingly, the present inventors divided the sensor part that detects a specific substance in the whole cell sensor and the reporter part activated by the sensor and modularized each. In detail, a sender module that detects harmful environmental substances and produces communication substances and a receiver module that is activated by sensing communication substances produced/secreted by the sender module were respectively built. The present invention was completed by confirming that environmental substances could be monitored.

본 발명의 목적은 환경 오염물질을 감지하기 위한 센서와 리포터를 같은 세포에서 구현한 기존 전세포 바이오센서와는 다르게, 센서와 리포터를 분리/모듈화 하여 동종 및 이종 간의 서로 다른 세포 및 생물체에서도 구현할 수 있도록 하여, 유해 환경물질이 노출되어 있는 특정 환경 및 외부 환경에서도 유해 환경물질을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.
The purpose of the present invention is to separate/modularize the sensor and the reporter, unlike the existing whole-cell biosensor in which a sensor and a reporter for detecting environmental pollutants are implemented in the same cell, so that it can be implemented in different cells and organisms of the same type and heterogeneity. To provide a system that can monitor hazardous environmental substances in real time even in a specific environment and external environment to which hazardous environmental substances are exposed.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 유해 환경물질 감지 부위: (i) 유해 환경물질을 인지하여 통신 물질 생산 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii) 상기 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터; 및In order to achieve the above object, the present invention provides (a) a hazardous environmental substance detection site: (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes a hazardous environmental substance and induces the expression of a communication material production protein, and (ii) the transcription promoters regulating the expression of regulatory proteins; and

(b) 통신물질 생산 부위: (i) 상기 전사조절 단백질의 신호를 받아 통신물질을 생산하는 유전자, (ii) 상기 통신물질을 생산하는 유전자의 발현을 조절하는 프로모터 및 (iii) 통신물질 생산 유전자의 발현을 확인하는 리포터 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 유해 환경물질 감지 및 통신물질 생산용 재설계 유전자회로를 구비하는 센더 모듈을 제공한다.(b) Communication material production site: (i) a gene for producing a communication material by receiving a signal from the transcription control protein, (ii) a promoter for regulating the expression of a gene for producing the communication material, and (iii) a communication material production gene It provides a sender module having a redesigned gene circuit for detecting harmful environmental substances and producing communication materials including a gene encoding a reporter protein that confirms the expression of.

본 발명은 또한, (a) 통신물질 감지부위: (i) 세포 간 통신물질을 인지하여 하위 리포터 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자 및 (ii) 상기 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터로 구성된 통신물질 감지부위; 및The present invention also provides (a) a communication material sensing site: (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes an intercellular communication material and induces the expression of a lower reporter protein, and (ii) regulates the expression of the transcriptional regulatory protein a communication material sensing region consisting of a promoter; and

(b) 리포터 부위: (i) 통신물질의 신호를 받아 리포터 단백질을 코딩하는 유전자 및 (ii) 상기 리포터 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 재설계 유전자회로를 구비하는 리시버 모듈을 제공한다.(b) Reporter region: (i) a gene encoding a reporter protein by receiving a signal from a communication material, and (ii) a promoter for regulating the expression of the reporter protein. It provides a receiver module having a redesigned gene circuit.

본 발명은 또한, 상기 센더 모듈을 함유하는 유해 환경물질 감지용 재조합 센더 생물체와 상기 리시버 모듈을 함유하는 유해 환경물질 감지용 재조합 리시버 생물체를 제공한다. The present invention also provides a recombinant sender organism for detecting harmful environmental substances containing the sender module and a recombinant receiver organism for detecting harmful environmental substances containing the receiver module.

본 발명은 또한, (a) 상기 유해 환경물질 감지용 재조합 센더 생물체를 유해 환경물질 존재 하에서 배양하는 단계; 및 (b) 상기 재조합 생물체와 상기 재조합 리시버 생물체를 함께 배양하고 리시버 생물의 리포터 단백질 발현을 확인하여 유해 환경물질을 감지하는 단계를 포함하는 유해 환경물질의 감지방법을 제공한다.
The present invention also comprises the steps of (a) culturing the recombinant sender organism for detecting harmful environmental substances in the presence of harmful environmental substances; And (b) culturing the recombinant organism and the recombinant receiver organism together and confirming the reporter protein expression of the receiver organism to provide a method for detecting harmful environmental substances comprising the step of detecting harmful environmental substances.

본 발명에 따르면, 유해 환경물질이 오염되어 있는 모든 환경에서 센더 및 리시버 생물체가 생육하고 있는 동안에는 유해 환경물질을 계속적으로 실시간으로 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 센더 생물체의 분포에 따라 넓은 감지를 확보할 수 있다.
According to the present invention, while the sender and receiver organisms are growing in all environments contaminated with harmful environmental substances, it is possible to continuously monitor the harmful environmental substances in real time, as well as to secure a wide range of detection according to the distribution of the sender living organisms. have.

도 1은 세포 간 통신 기반 유해 환경물질 감지 시스템의 전체적인 모식도이다. 센더 및 리시버로 구분된 모듈들은 각각 다양한 생물체에 도입되어 구동이 가능하다.
도 2의 (a)는 미생물용 센더 모듈의 제작 과정과 벡터맵을 보여주는 것이고, (b) 대장균에 도입한 센더 모듈의 작동을 검증하기 위하여 형광현미경을 이용하여 세포 이미지를 분석 한 결과와 FACS 분석한 결과이다. 미생물용 센더 모듈을 대장균에 도입하여 0.1mM 페놀을 처리할 경우 페놀을 처리하지 않은 음성 대조군에 비해 높은 RFP 강도를 보인다.
도 3의 (a) 미생물용 리시버 모듈의 제작 과정과 벡터맵을 보여주는 것이고, (b) 대장균에 도입한 리시버 모듈의 작동을 검증하기 위하여 형광현미경을 이용하여 세포 이미지를 분석 한 결과와 FACS 분석한 결과이다. 센더 모듈에서 생산되는 통신물질 AHL을 감지하여 AHL을 처리하지 않은 음성 대조군에 비해서 높은 GFP 강도를 보이고 있다.
도 4에서는 슈도모나스와 대장균에 센더 모듈과 리시버 모듈을 각각 도입하여 이종 간 통신물질이 전달되어 시스템이 정상적으로 작동되는 것을 확인한 것이다.
도 5는 (a) 식물용 리시버 모듈의 벡터맵 및 구축 과정을 도식화 하였다. (b) 식물용 리시버 모듈의 작동을 양파 세포에서 구동 검증한 결과이다. 통신물질 AHL을 처리한 세포(+effector)에서 처리하지 않은 음성 대조군(-effector)보다 좀 더 높은 형광 강도를 확인할 수 있다.
도 6은 식물용 리시버 모듈이 식물체에서 작동하는지를 검증한 결과이다. Agrobacterium tumefaciens에 식물용 리시버 모듈을 도입하여 infiltration 방법으로 담배잎(Nicotiana benthamiana)에 도입하고, 통신물질 AHL을 처리하여 식물용 리시버 모듈이 담배잎에서 형광단백질을 AHL 농도 의존적으로 발현되는 것을 확인 하였다.
1 is an overall schematic diagram of a system for detecting harmful environmental substances based on intercellular communication. Modules divided into sender and receiver are each introduced into various living things and can be driven.
(a) of FIG. 2 shows the production process and vector map of the sender module for microorganisms, (b) the result of analyzing the cell image using a fluorescence microscope and FACS analysis to verify the operation of the sender module introduced into E. coli is a result When the sender module for microorganisms was introduced into E. coli and treated with 0.1 mM phenol, the RFP intensity was higher than that of the negative control not treated with phenol.
3 (a) shows the production process and vector map of the receiver module for microorganisms, (b) the result of analyzing cell images using a fluorescence microscope and FACS analysis to verify the operation of the receiver module introduced into E. coli It is the result. It detects the communication material AHL produced by the sender module and shows a higher GFP intensity than the negative control that is not treated with AHL.
In FIG. 4, it is confirmed that the system operates normally by introducing a sender module and a receiver module to Pseudomonas and Escherichia coli, respectively, to transmit heterogeneous communication materials.
Figure 5 (a) schematically illustrates the vector map and construction process of the receiver module for plants. (b) The result of verifying the operation of the receiver module for plants in onion cells. In the cells treated with the communication substance AHL (+effector), a slightly higher fluorescence intensity than that of the untreated negative control group (-effector) can be confirmed.
6 is a result of verifying whether the receiver module for plants operates in plants. The plant receiver module was introduced into Agrobacterium tumefaciens , and it was introduced into tobacco leaves ( Nicotiana benthamiana ) by infiltration method, and it was confirmed that the AHL concentration-dependent expression of the fluorescent protein in the tobacco leaves of the receiver module for plants by treating the communication material AHL was confirmed.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are those well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 환경 오염물질을 감지를 위한 센서와 리포터를 같은 세포에 구현한 기존 전세포 바이오센서와는 다르게, 센서와 리포터를 분리하여 각각 센더 및 리시버로 모듈화 하고 각각을 다른 생물에서 구현하였고 센더 모듈에서 발생된 세물체간 통신 물질을 리시버 모듈에서 인식하여 오염물질을 모니터링 하는 시스템을 구축하였다. 단일 종의 미생물 세포 및 생물체를 이용한 전세포 센서를 이용하여서는 유해 환경물질이 노출되어 있는 특정 환경 및 외부 광범위한 환경에서의 실시간 모니터링이 매우 제한적이고 이를 극복하기 위하여 유해 환경물질을 감지하는 센더 생물체와 형광 및 발색 등 표현형을 발현하는 리시버 생물체 간의 상호작용을 유도하여, 리시버 생물체의 생육이 지속되는 동안 계속적인 유해 환경물질을 모니터링 할 수 있는 기술을 확보하였다. In the present invention, unlike the existing whole-cell biosensor in which a sensor and a reporter for detecting environmental pollutants are implemented in the same cell, the sensor and the reporter are separated and modularized into a sender and a receiver, respectively, and each is implemented in a different organism. A system for monitoring pollutants was established by recognizing the communication material between objects generated in the receiver module. Using a whole-cell sensor using a single species of microbial cells and organisms, real-time monitoring in a specific environment exposed to harmful environmental substances and in a wide range of external environments is very limited. And by inducing interaction between receiver organisms expressing phenotypes such as color development, technology was secured to continuously monitor harmful environmental substances while the growth of the receiver organism continues.

따라서, 본 발명은 일관점에서, (a) 유해 환경물질 감지 부위: (i) 유해 환경물질을 인지하여 통신 물질 생산 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii) 상기 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터; 및Accordingly, the present invention is from one point of view, (a) a hazardous environmental substance detection site: (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes harmful environmental substances and induces expression of a communication material production protein, and (ii) the transcriptional regulation promoters regulating the expression of proteins; and

(b) 통신물질 생산 부위: (i) 상기 전사조절 단백질의 신호를 받아 통신물질을 생산하는 유전자, (ii) 상기 통신물질을 생산하는 유전자의 발현을 조절하는 프로모터 및 (iii) 통신물질 생산 유전자의 발현을 확인하는 리포터 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 유해 환경물질 감지 및 통신물질 생산용 재설계 유전자회로를 구비하는 센더 모듈 및 상기 센더 모듈을 함유하는 유해 환경물질 감지용 재조합 센더 생물체에 관한 것이다.(b) Communication material production site: (i) a gene for producing a communication material by receiving a signal from the transcription control protein, (ii) a promoter for regulating the expression of a gene for producing the communication material, and (iii) a communication material production gene It relates to a sender module having a redesigned gene circuit for detection of harmful environmental substances and a redesigned gene circuit for production of communication materials, which includes a gene encoding a reporter protein that confirms the expression of, and a recombinant sender organism for detecting harmful environmental substances containing the sender module .

본 발명에 있어서, 상기 생물체는 세균, 효모, 곰팡이, 식물세포 및 식물체, 동물세포로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the organism may be characterized in that it is selected from the group consisting of bacteria, yeast, mold, plant cells and plants, and animal cells.

본 발명의 일 양태에서, 센더 모듈은 유해 환경물질을 감지하는 부위와 통신물질을 생산하는 부위로 구성되어 있다. 유해 환경물질 감지 부위는 페놀류 및 방향족 화합물, VOCs(volatile organic compounds), BTEX(benzene, toluene, ethylbenzene, xylene), TNT(trimitrotoluene, RDX(rapid detention explosive) 등을 감지하는 전사조절 단백질과 이 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터로 구성되어 있다. 통신물질 생산부위는 통신물질을 생산하는 유전자와 이 유전자의 발현을 조절하는 프로모터로 구성되는데, 이 프로모터는 상기 유해 환경물질을 감지하는 전사조절 단백질에 의하여 활성화된다.In one aspect of the present invention, the sender module is composed of a part for detecting harmful environmental substances and a part for producing a communication material. The detection site for hazardous environmental substances is a transcriptional regulation protein that detects phenols and aromatic compounds, VOCs (volatile organic compounds), BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene), TNT (trimitrotoluene, RDX (rapid detention explosive), etc.) It is composed of a promoter that regulates the expression of a protein.The communication material production site is composed of a gene that produces a communication material and a promoter that regulates the expression of this gene, which is a transcription control protein that detects the harmful environmental material. is activated by

본 발명에 있어서, 상기 유해 환경물질 감지 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자는 Pseudomonas putida 유래의 phenol 감지 dmpR 유전자, toluene, 2-/3-/4-xylene, benzyl alcohol, benzoate 및 3-methylbenzoate를 감지하는 xylSR 유전자, toluene, benzene, 2-/3-xylene, phenol 및, trichloroethylene을 감지하는 todST 유전자, Pseudomonas sp.유래의 styrene, toluene 및 epoxystyrene를 감지하는 stySR 유전자, P. azelaica 유래의 2-hydroxybiphenyl을 감지하는 HbpR 유전자, P. fluorescens 유래의 Naphthalene, salicylate를 감지하는 NahR 유전자, R. picketti유래 toluene을 감지하는 tbuT 등 인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the gene encoding the harmful environmental substance detection transcriptional regulatory protein is a phenol detection dmpR gene derived from Pseudomonas putida , toluene, 2-/3-/4-xylene, benzyl alcohol, benzoate and 3-methylbenzoate to detect xylSR gene, todST gene, which detects toluene, benzene, 2-/3-xylene, phenol and trichlorethylene, Pseudomonas sp. The stySR gene for detecting styrene, toluene and epoxystyrene from P. azelaica , the HbpR gene for detecting 2-hydroxybiphenyl from P. fluorescens , the NahR gene for detecting naphthalene and salicylate from P. fluorescens, tbuT for detecting toluene from R. picketti It may be characterized as such.

상기 세포 간 통신물질을 생산하는 유전자는 Vibrio fischeri유래 LuxI/LuxR유전자, Aeromonas hydrophila 유래 AhyI/AhyR, Burkholderia cepacia유래 CepI/CepR, Chromabacteirum violaceum유래 Cvil/CviR 등 인 것을 특징으로 할 수 있다.The gene for producing the intercellular communication material is Vibrio fischeri- derived LuxI/LuxR gene, Aeromonas hydrophila- derived AhyI/AhyR, Burkholderia cepacia- derived CepI/CepR, Chromabacteirum violaceum- derived Cvil/CviR, and the like.

본 발명에 있어서, 통신물질이란, 센더 생물체와 리시버 생물체의 상호 신호전달의 매개체로 사용되는 물질로서, AHL(N-acyl homoserine lactone), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL, N-hexanoyl-HSL 등 인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the communication material is a material used as a medium for mutual signal transmission between a sender organism and a receiver organism, and includes AHL (N-acyl homoserine lactone), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL, N-hexanoyl -HSL, etc. may be characterized.

본 발명에서 센더 모듈의 통신물질 생산 부위는 통신물질을 생산하는 단일 유전자로 구성되어 지거나, 통신물질 생산 유전자와 통신물질 생산에 대한 지표 및 리포터 단백질과 융합하여 구성될 수 있다. 통신물질 생산의 지표 및 리포터 단백질로는 형광단백질로는 GFP, GFPUV, sfGFP 및 RFP로 구성된 군으로부터 선택되거나 항생제 저항성 유전자로는 앰피실린 저항성 유전자, 카나마이신 저항성 유전자, 클로람페니콜 저항성 유전자 및 테트라사이클린 저항성 유전자로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the communication material production site of the sender module may be composed of a single gene for producing communication material, or may be formed by fusion with a communication material production gene and an indicator and reporter protein for communication material production. As an indicator and reporter protein of communication material production, the fluorescent protein is selected from the group consisting of GFP, GFP UV , sfGFP and RFP, or the antibiotic resistance gene is an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene and a tetracycline resistance gene. It may be characterized in that it is selected from the group consisting of.

다른 관점에서, 본 발명은 (a) 통신물질 감지부위: (i) 세포 간 통신물질을 인지하여 하위 리포터 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자 및 (ii) 상기 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터로 구성된 통신물질 감지부위; 및In another aspect, the present invention provides (a) a communication material sensing site: (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes an intercellular communication material and induces the expression of a lower reporter protein, and (ii) the expression of the transcriptional regulatory protein a communication material sensing region consisting of a promoter that controls; and

(b) 리포터 부위: (i) 통신물질의 신호를 받아 리포터 단백질을 코딩하는 유전자 및 (ii) 상기 리포터 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 통신물질 감지부위 및 리포터 발현용 재설계 유전자회로를 구비하는 리시버 모듈 및 상기 리시버 모듈을 함유하는 재조합 리시버 생물체에 관한 것이다.(b) reporter site: (i) a gene encoding a reporter protein by receiving a signal from a communication material, and (ii) a communication material sensing site including a promoter for regulating the expression of the reporter protein and a redesigned gene circuit for reporter expression It relates to a receiver module provided with and a recombinant receiver organism containing the receiver module.

본 발명에 있어서, 상기 생물체는 세균, 효모, 곰팡이, 식물세포 및 식물체, 동물세포로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the organism may be characterized in that it is selected from the group consisting of bacteria, yeast, mold, plant cells and plants, and animal cells.

본 발명의 다른 양태에서, 리시버 모듈은 통신물질 감지부위와 리포터 생산부위로 구성된다. 통신물질 감지부위는 센더 생물체에서 생산한 통신물질을 감지하는 부위로서, 센더 생물체의 통신물질 생산부위의 통신물질 생산유전자에 따라 적절하게 선택되어져야 한다. 일례로써, 센더 생물체의 통신물질 생산 유전자로 LuxI를 선택하면, 리시버 생물체의 통신물질 감지 유전자는 LuxR로 선택되어져야 한다.In another aspect of the present invention, the receiver module is composed of a communication material sensing region and a reporter production region. The communication material sensing part is a part that detects the communication material produced by the sender organism, and should be appropriately selected according to the communication material production gene of the communication material production part of the sender organism. As an example, if LuxI is selected as the communication material production gene of the sender organism, the communication material sensing gene of the receiver organism should be selected as LuxR.

본 발명에 있어서, 상기 통신물질 감지하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자는 Vibrio fischeri유래 LuxI/LuxR유전자, Aeromonas hydrophila 유래 AhyI/AhyR, Burkholderia cepacia유래 CepI/CepR, Chromabacteirum violaceum유래 Cvil/CviR 등등 인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the gene encoding the transcriptional regulatory protein for sensing the communication material is Vibrio fischeri- derived LuxI/LuxR gene, Aeromonas hydrophila- derived AhyI/AhyR, Burkholderia cepacia- derived CepI/CepR, Chromabacteirum violaceum- derived Cvil/CviR, etc. can be done with

본 발명에 있어서, 리포터단백질로는 형광단백질 및 항생제 저항성 유전자를 사용할 수 있는데, 형광단백질은 GFP, GFPUV, sfGFP 및 RFP로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 항생제 저항성 유전자는 앰피실린 저항성 유전자, 카나마이신 저항성 유전자, 클로람페니콜 저항성 유전자 및 테트라사이클린 저항성 유전자로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, a fluorescent protein and an antibiotic resistance gene may be used as the reporter protein, and the fluorescent protein may be selected from the group consisting of GFP, GFP UV , sfGFP and RFP, and the antibiotic resistance gene is ampicillin It may be characterized in that it is selected from the group consisting of a resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, and a tetracycline resistance gene.

본 발명에 있어서, 상기 리포터 단백질의 발현을 조절하는 프로모터는 lux box 또는 Lux operon을 조절하는 부위 (luxCDABE 상위 서열 부위)인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the promoter regulating the expression of the reporter protein may be a region regulating the lux box or lux operon (luxCDABE upper sequence region).

본 발명에서, 용어 "벡터 (vector)"는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환 되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 "플라스미드 (plasmid)" 및 "벡터 (vector)"는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 당업계에 알려진 또는 알려지게 되는 바와 동등한 기능을 갖는 벡터의 다른 형태를 포함한다. 포유동물 세포 배양물 발현을 위한 전형적인 발현 벡터는 예를 들면 pRK5 (EP 307,247호), pSV16B (WO 91/08291호) 및 pVL1392 (Pharmingen)을 기초로 한다. As used herein, the term “vector” refers to a DNA preparation containing a DNA sequence operably linked to suitable regulatory sequences capable of expressing the DNA in a suitable host. A vector may be a plasmid, a phage particle, or simply a potential genomic insert. Upon transformation into an appropriate host, the vector may replicate and function independently of the host genome, or in some cases may be integrated into the genome itself. Since a plasmid is currently the most commonly used form of vector, "plasmid" and "vector" are sometimes used interchangeably in the context of the present invention. However, the present invention includes other forms of vectors that have an equivalent function as known or coming to be known in the art. Typical expression vectors for expression in mammalian cell culture are, for example, based on pRK5 (EP 307,247), pSV16B (WO 91/08291) and pVL1392 (Pharmingen).

"발현 조절 서열 (expression control sequence)"이라는 표현은 특정한 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열의 발현에 필수적인 DNA 서열을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 실시하기 위한 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다. 예를 들면, 원핵생물에 적합한 조절 서열은 프로모터, 임의로 오퍼레이터 서열 및 리보좀 결합 부위를 포함한다. 진핵세포는 프로모터, 폴리아데닐화 시그날 및 인핸서가 이에 포함된다. 플라스미드에서 유전자의 발현 양에 가장 영향을 미치는 인자는 프로모터이다. 고 발현용의 프로모터로서 SRα 프로모터와 사이토메가로바이러스 (cytomegalovirus) 유래 프로모터 등이 바람직하게 사용된다. The expression "expression control sequence" refers to a DNA sequence essential for the expression of an operably linked coding sequence in a particular host organism. Such regulatory sequences include promoters for effecting transcription, optional operator sequences for regulating such transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosome binding sites, and sequences regulating the termination of transcription and translation. For example, regulatory sequences suitable for prokaryotes include a promoter, optionally an operator sequence, and a ribosome binding site. Eukaryotic cells include promoters, polyadenylation signals and enhancers. The factor most affecting the expression amount of a gene in a plasmid is a promoter. As a promoter for high expression, the SRα promoter, a cytomegalovirus-derived promoter, etc. are preferably used.

본 발명의 DNA 서열을 발현시키기 위하여, 매우 다양한 발현 조절 서열중 어느 것이라도 벡터에 사용될 수 있다. 유용한 발현 조절서열의 예에는, 예를 들어, SV40 또는 아데노바이러스의 초기 및 후기 프로모터들, lac 시스템, trp 시스템, TAC 또는 TRC 시스템, T3 및 T7 프로모터들, 파지 람다의 주요 오퍼레이터 및 프로모터 영역, fd 코드 단백질의 조절 영역, 3-포스포글리세레이트 키나제 또는 다른 글리콜분해 효소에 대한 프로모터, 상기 포스파타제의 프로모터들, 예를 들어 Pho5, 효모 알파-교배 시스템의 프로모터 및 원핵세포 또는 진핵 세포 또는 이들의 바이러스의 유전자의 발현을 조절하는 것으로 알려진 구성과 유도의 기타 다른 서열 및 이들의 여러 조합이 포함된다. T7 RNA 폴리메라아제 프로모터 Φ10은 이. 콜라이에서 단백질 NSP를 발현시키는데 유용하게 사용될 수 있다.To express the DNA sequences of the present invention, any of a wide variety of expression control sequences can be used in the vector. Examples of useful expression control sequences include, for example, the early and late promoters of SV40 or adenovirus, the lac system, the trp system, the TAC or TRC system, the T3 and T7 promoters, the major operator and promoter region of phage lambda, fd Regulatory regions of coding proteins, promoters for 3-phosphoglycerate kinase or other glycolytic enzymes, promoters of said phosphatases, such as Pho5, promoters of yeast alpha-crossing systems and prokaryotic or eukaryotic cells or viruses thereof Other sequences of constructs and induction known to regulate the expression of genes of T7 RNA polymerase promoter Φ10 is E. It can be usefully used to express the protein NSP in E. coli.

핵산은 다른 핵산 서열과 기능적 관계로 배치될 때 "작동가능하게 연결 (operably linked)"된다. 이것은 적절한 분자 (예를 들면, 전사 활성화 단백질)은 조절 서열(들)에 결합될 때 유전자 발현을 가능하게 하는 방식으로 연결된 유전자 및 조절 서열(들)일 수 있다. 예를 들면, 전서열 (pre-sequence) 또는 분비 리더 (leader)에 대한 DNA는 폴리펩타이드의 분비에 참여하는 전단백질로서 발현되는 경우 폴리펩타이드에 대한 DNA에 작동가능하게 연결되고; 프로모터 또는 인핸서는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩서열에 작동가능하게 연결되거나; 또는 리보좀 결합 부위는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결되거나; 또는 리보좀 결합 부위는 번역을 용이하게 하도록 배치되는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결된다. 일반적으로, "작동가능하게 연결된"은 연결된 DNA 서열이 접촉하고, 또한 분비 리더의 경우 접촉하고 리딩 프레임 내에 존재하는것을 의미한다. 그러나, 인핸서 (enhancer)는 접촉할 필요가 없다. 이들 서열의 연결은 편리한 제한 효소 부위에서 라이게이션(연결)에 의해 수행된다. 그러한 부위가 존재하지 않는 경우, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오티드 어댑터 (oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용한다. A nucleic acid is "operably linked" when it is placed into a functional relationship with another nucleic acid sequence. It can be a gene and regulatory sequence(s) linked in such a way that an appropriate molecule (eg, a transcriptional activation protein) allows gene expression when bound to the regulatory sequence(s). For example, DNA for a pre-sequence or secretion leader is operably linked to DNA for a polypeptide when expressed as a preprotein that participates in secretion of the polypeptide; A promoter or enhancer is operably linked to a coding sequence if it affects the transcription of the sequence; or the ribosome binding site is operably linked to a coding sequence if it affects transcription of the sequence; or the ribosome binding site is operably linked to a coding sequence when positioned to facilitate translation. In general, "operably linked" means that the linked DNA sequences are in contact and, in the case of a secretory leader, in contact and in reading frame. However, the enhancer does not need to be in contact. Linking of these sequences is accomplished by ligation (ligation) at convenient restriction enzyme sites. If such a site does not exist, a synthetic oligonucleotide adapter or linker according to a conventional method is used.

본원 명세서에 사용된 용어 "발현 벡터"는 통상 이종의 DNA의 단편이 삽입된 재조합 캐리어 (recombinant carrier)로서 일반적으로 이중 가닥의 DNA의 단편을 의미한다. 여기서, 이종 DNA는 숙주 세포에서 천연적으로 발견되지 않는 DNA인 이형 DNA를 의미한다. 발현 벡터는 일단 숙주 세포내에 있으면 숙주 염색체 DNA와 무관하게 복제할 수 있으며 벡터의 수 개의 카피 및 그의 삽입된 (이종) DNA가 생성될 수 있다.As used herein, the term "expression vector" generally refers to a fragment of double-stranded DNA as a recombinant carrier into which a heterologous DNA fragment is inserted. Here, heterologous DNA refers to heterologous DNA, which is DNA not found naturally in host cells. An expression vector, once in the host cell, can replicate independently of the host chromosomal DNA and several copies of the vector and its inserted (heterologous) DNA can be produced.

당업계에 주지된 바와 같이, 숙주세포에서 형질감염 유전자의 발현 수준을 높이기 위해서는, 해당 유전자가, 선택된 발현 숙주 내에서 기능을 발휘하는 전사 및 해독 발현 조절 서열에 작동가능하도록 연결되어야만 한다. 바람직하게는 발현 조절서열 및 해당 유전자는 세균 선택 마커 및 복제 개시점 (replication origin)을 같이 포함하고 있는 하나의 발현 벡터 내에 포함되게 된다. 발현 숙주가 진핵세포인 경우에는, 발현 벡터는 진핵 발현 숙주 내에서 유용한 발현 마커를 더 포함하여야만 한다.As is well known in the art, in order to increase the expression level of a transfected gene in a host cell, the gene must be operably linked to transcriptional and translational expression control sequences that function in the selected expression host. Preferably, the expression control sequence and the corresponding gene are included in one expression vector including the bacterial selection marker and the replication origin. If the expression host is a eukaryotic cell, the expression vector must further comprise an expression marker useful in the eukaryotic expression host.

상술한 발현 벡터에 의해 형질전환 또는 형질 감염된 숙주 세포는 본 발명의 또 다른 측면을 구성한다. 본원 명세서에 사용된 용어 "형질전환"은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. 본원 명세서에 사용된 용어 "형질감염"은 임의의 코딩 서열이 실제로 발현되든 아니든 발현 벡터가 숙주 세포에 의해 수용되는 것을 의미한다. A host cell transformed or transfected with the above-described expression vector constitutes another aspect of the present invention. As used herein, the term “transformation” refers to the introduction of DNA into a host such that the DNA becomes replicable either as an extrachromosomal factor or by chromosomal integrity. As used herein, the term “transfection” means that an expression vector is accepted by a host cell, whether or not any coding sequence is actually expressed.

발명의 숙주 세포는 원핵 또는 진핵생물 세포일 수 있다. 또한, DNA의 도입효율이 높고, 도입된 DNA의 발현효율이 높은 숙주가 통상 사용된다. 대장균, 슈도모나스, 바실러스, 스트렙토마이세스, 진균, 효모와 같은 주지의 진핵 및 원핵 숙주들, 스포도프테라 프루기페르다(SF9)와 같은 곤충 세포, CHO 및 생쥐 세포같은 동물 세포, COS 1, COS 7, BSC 1, BSC 40 및 BMT 10과 같은 아프리카 그린 원숭이 세포, 및 조직배양된 인간 세포는 사용될 수 있는 숙주 세포의 예이다. 본 발명의 NSP 단백질을 코딩하는 cDNA를 클로닝할 때에는 동물세포를 숙주로 하는 것이 바람직하다. COS 세포를 이용하는 경우에는 COS 세포에서 SV40 라지 T안티겐(large T antigen)이 발현하고 있으므로 SV40의 복제개시점을 갖는 플라스미드는 세포중에서 다수 카피(copy)의 에피솜(episome)으로 존재하도록 되고 통상보다 고 발현이 기대될 수 있다. 도입된 DNA 서열은 숙주 세포와 동일한 종으로부터 얻을 수 있거나, 숙주 세포와 다른 종의 것일 수 있거나, 또는 그것은 어떠한 이종 또는 상동성 DNA를 포함하는 하이브리드 DNA 서열일 수 있다. A host cell of the invention may be a prokaryotic or eukaryotic cell. In addition, a host having a high DNA introduction efficiency and a high expression efficiency of the introduced DNA is usually used. Well-known eukaryotic and prokaryotic hosts such as Escherichia coli, Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, fungi, yeast, insect cells such as Spodoptera frugiperda (SF9), animal cells such as CHO and mouse cells, COS 1, COS 7, African green monkey cells such as BSC 1, BSC 40 and BMT 10, and tissue cultured human cells are examples of host cells that can be used. When cloning the cDNA encoding the NSP protein of the present invention, it is preferable to use an animal cell as a host. In the case of using COS cells, since SV40 large T antigen is expressed in COS cells, the plasmid having the replication origin of SV40 is present as multiple-copy episomes in cells, and is usually Higher expression can be expected. The introduced DNA sequence may be from the same species as the host cell, may be of a different species than the host cell, or it may be a hybrid DNA sequence comprising any heterologous or homologous DNA.

물론 모든 벡터와 발현 조절 서열이 본 발명의 DNA 서열을 발현하는데 모두 동등하게 기능을 발휘하지는 않는다는 것을 이해하여야만 한다. 마찬가지로 모든 숙주가 동일한 발현 시스템에 대해 동일하게 기능을 발휘하지는 않는다. 그러나 당업자라면 과도한 실험적 부담 없이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 채로 여러 벡터, 발현 조절 서열 및 숙주 중에서 적절한 선택을 할 수 있다. 예를 들어, 벡터를 선택함에 있어서는 숙주를 고려하여야 하는데, 이는 벡터가 그 안에서 복제되어야만 하기 때문이다. 벡터의 복제 수, 복제 수를 조절할 수 있는 능력 및 당해 벡터에 의해 코딩되는 다른 단백질, 예를 들어 항생제 마커의 발현도 또한 고려되어야만 한다. 발현 조절 서열을 선정함에 있어서도, 여러 가지 인자들을 고려하여야만 한다. 예를 들어, 서열의 상대적 강도, 조절가능성 및 본 발명의 DNA 서열과의 상용성 등, 특히 가능성있는 이차 구조와 관련하여 고려하여야 한다. 단세포 숙주는 선정된 벡터, 본 발명의 DNA 서열에 의해 코딩되는 산물의 독성, 분비 특성, 단백질을 정확하게 폴딩시킬 수 있는 능력, 배양 및 발효 요건들, 본 발명 DNA 서열에 의해 코딩되는 산물을 숙주로부터 정제하는 것의 용이성 등의 인자를 고려하여 선정되어야만 한다. Of course, it should be understood that not all vectors and expression control sequences function equally in expressing the DNA sequences of the present invention. Likewise, not all hosts function equally against the same expression system. However, those skilled in the art can make an appropriate selection among various vectors, expression control sequences and hosts without departing from the scope of the present invention without undue experimental burden. For example, in selecting a vector, the host must be considered, since the vector must be replicated in it. The copy number of the vector, its ability to control the copy number and the expression of other proteins encoded by the vector, for example antibiotic markers, must also be considered. In selecting the expression control sequence, various factors must be considered. For example, the relative strength, controllability and compatibility of the sequences with the DNA sequences of the invention, etc., should be taken into account, particularly with regard to possible secondary structures. The single-celled host is capable of transferring the product encoded by the DNA sequence of the invention from the host to the selected vector, toxicity, secretion characteristics, ability to correctly fold the protein, culture and fermentation requirements, and the product encoded by the DNA sequence of the invention. It should be selected in consideration of factors such as ease of purification.

또 다른 관점에서, 본 발명은 (a) 상기 유해 환경물질 감지용 재조합 센더 생물체를 유해 환경물질 존재 하에서 배양하는 단계; 및 (b) 상기 재조합 센더 및 리시버 생물체를 함께 배양하고, 리시버 생물체의 리포터 단백질 발현을 확인하여 유해 환경물질을 감지하는 단계를 포함하는 유해 환경물질의 감지방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention comprises the steps of (a) culturing the recombinant sender organism for detecting harmful environmental substances in the presence of harmful environmental substances; and (b) culturing the recombinant sender and receiver organisms together, and detecting the harmful environmental substances by confirming the expression of the reporter protein of the receiver organism.

본 발명에서, 식물용 리시버 모듈은 통신물질 감지부위와 리포터 생산부위로 구성되는데, 식물 세포에서 작동 가능하기 위하여 광범위 및 이중 숙주용 벡터(broad host and binary vector)를 이용하였다. 본 발명에서의 식물용 광범위 숙주용 벡터는 기본적으로 pVS1 replication origin과 선별 항생제 마커로서 스트렙토마이신 저항성 유전자를 함유하고 있다. 식물용 리시버 모듈의 통신물질 감지부위는 통신물질 감지유전자와 이 유전자의 N-말단과 C-말달에 Kozac서열과 VP64서열을 각각 융합하여 제작하였다. In the present invention, the receiver module for plants is composed of a communication material sensing region and a reporter production region, and broad host and binary vectors are used to be operable in plant cells. The vector for a broad-spectrum host for plants in the present invention basically contains a pVS1 replication origin and a streptomycin resistance gene as a selective antibiotic marker. The communication material sensing region of the plant receiver module was prepared by fusion of the communication material sensing gene and the Kozac sequence and the VP64 sequence at the N-terminal and C-terminal ends of this gene, respectively.

본 발명에서, 식물용 리시버 모듈의 통신물질 감지부위의 Kozac서열은 대장균 등 원핵세포의 RBS(ribosome binding sequece)와 유사한 기능을 하는 것으로 식물체 혹은 식물세포 내에서 유전자발현을 효율적으로 하기 위한 것이다.In the present invention, the Kozac sequence of the communication material sensing region of the plant receiver module functions similarly to the RBS (ribosome binding sequence) of prokaryotic cells such as E. coli, and is intended for efficient gene expression in plants or plant cells.

본 발명에서, 식물용 리시버 모듈의 통신물질 감지부위의 VP64서열은 Herpes simplex virus 유래 VP16의 단백질 일부서열을 을 4반복 융합하여 구성한 것으로, 이종 유전자를 식물 등 진핵 세포 내에서 발현할 때 진핵 세포의 RNA 중합효소(RNA polymerase)를 리쿠르트 하기 위한 것이다.
In the present invention, the VP64 sequence of the communication material sensing site of the plant receiver module is composed of a partial fusion of a protein sequence of VP16 derived from Herpes simplex virus 4 repeatedly. When a heterologous gene is expressed in a eukaryotic cell such as a plant, It is for recruiting RNA polymerase.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

실시예 1: 미생물용 센더 모듈 제작Example 1: Preparation of sender module for microorganisms

미생물용 센더 모듈은 페놀류 화합물을 감지하는 P. putida 유래 dmpR 유전자와 Pu 프로모터를 이용하여 유해 환경물질 감지부위를 구성하고, 통신물질인 AHL을 생산하는 Vibrio fischeri유래 LuxI 유전자와 이용하여 통신물질 생산부위를 구축하였다. P. putida 유래 dmpR 유전자를 포함하고 있는 pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol., 3: 163~171, 2014) 에 Vibrio fischeri유래 LuxI 유전자 삽입하여 페놀류 화합물 의존적으로 동신물질(AHL)를 생산하는 미생물용 센터 모듈 구축하였다.The sender module for microorganisms uses the dmpR gene derived from P. putida that detects phenolic compounds and the Pu promoter to construct a hazardous environmental substance detection site, and uses the LuxI gene derived from Vibrio fischeri that produces AHL, a communication material, to produce a communication material. was built. LuxI gene derived from Vibrio fischeri is inserted into pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol ., 3: 163~171, 2014) containing the dmpR gene derived from P. putida for microorganisms that produce AHL in a phenolic compound-dependent manner The center module was built.

추가적으로 센더 모듈을 삽입한 미생물 내에서 통신물질 생산 부위가 제대로 작동하는지를 확인하기 위하여 통신물질 생산 유전자의 C-말단에 turboRFP를 융합/발현되게 제작하였다.Additionally, turboRFP was fused/expressed at the C-terminus of the communication material production gene to confirm that the communication material production site works properly in the microorganism in which the sender module is inserted.

(1) 센더 모듈의 통신물질 생산부위를 위한 LuxI유전자 수득 (1) Obtaining the LuxI gene for the communication material production site of the sender module

LuxI 유전자(GenBank: Acc.No. CP000021.2)를 바이오니아(한국)에서 합성하여 유전자(pGENB1-LuxI)를 확보하였다. 합성유전자로부터 luxI 유전자를 연쇄중합반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 통해 얻었다. 이 때 사용한 프라이머는 정방향(서열번호 1) 및 역방향 프라이머(서열번호 2)를 사용하여 PCR을 실시하였다. PCR은 각 유전자들의 프라이머 결합온도와 길이를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 633 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. The LuxI gene (GenBank: Acc.No. CP000021.2) was synthesized in Bioneer (Korea) to secure the gene (pGENB1-LuxI). The luxI gene was obtained from a synthetic gene through a polymerase chain reaction (PCR). The primers used at this time were subjected to PCR using forward (SEQ ID NO: 1) and reverse primers (SEQ ID NO: 2). PCR was performed in consideration of the primer binding temperature and length of each gene, and was repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 1 minute at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of 633 bp, which is the expected size, was generated.

서열번호 1,SEQ ID NO: 1,

5'-atccgccaacctggagaaggagatatacatatgataaaaaaatcggactttttgggcatt-3' 5'-atccgccaacctggagaaggagatatacatatgataaaaaaatcggactttttgggcatt-3'

서열번호 2,SEQ ID NO: 2,

5'-aaatcttctctcatccgccaaaacagaagcttaatttgatacagcttttctaaactgatc-3'
5'-aaatcttctctcatccgccaaaaacagaagcttaatttgatacagcttttctaaactgatc-3'

(2) 센더 모듈의 유해 환경물질 감지부위를 위한 dmpR 유전자 수득(2) Obtaining the dmpR gene for the hazardous environmental substance detection site of the sender module

다음으로는 페놀류 화합물을 감지하는 P. putida 유래 dmpR 유전자를 포함하고 있는 pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol., 3: 163~171, 2014)을 주형 DNA로 하여 정방향(서열번호 3) 및 역방향 프라이머(서열번호 4)를 사용하여 PCR을 실시하여 벡터를 PCR로 확보하였다. PCR은 유전자 primer 결합온도와 size를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 3분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 5,511 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. Next, using pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol ., 3: 163-171, 2014) containing the dmpR gene derived from P. putida that detects phenolic compounds as a template DNA, forward (SEQ ID NO: 3) and reverse primers (SEQ ID NO: 4) was subjected to PCR to secure the vector by PCR. PCR was performed in consideration of the gene primer binding temperature and size, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 3 minutes at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of 5,511 bp, which is the expected size, was generated.

서열번호 3 ,SEQ ID NO: 3,

5'-gatcagtttagaaaagctgtatcaaattaagcttctgttttggcggatgagagaagattt-3'5'-gatcagtttagaaaagctgtatcaaattaagcttctgttttggcggatgaagagaagattt-3'

서열번호 4,SEQ ID NO: 4,

5'-aatgcccaaaaagtccgatttttttatcatatgtatatctccttctccaggttggcggat-3'5'-aatgcccaaaaagtccgatttttttatcatatgtatatctccttctccaggttggcggat-3'

상기 PCR로 얻은 luxI와 pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol., 3: 163~171, 2014)에서 확보한 벡터를 Gibson Assembly(Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA)반응을 키트에서 제공하는 방법에 따라 수행하였다. 상기 재조합 플라스미드를 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별마커로서 앰피실린 100 ㎍/㎖이 첨가된 LB고체배지에 도말하여 37℃에서 하루 동안 배양시켰다.
Gibson Assembly (Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA) reaction of the vector obtained from luxI and pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol ., 3: 163~171, 2014) obtained by the PCR is provided in the kit. carried out according to The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by heat shock, spread on LB solid medium to which 100 μg/ml of ampicillin was added as a selection marker, and cultured at 37° C. for one day.

(3) turboRFP(732bp) 유전자 수득(3) obtaining turboRFP (732bp) gene

센더 모듈의 통신물질 생산 부위가 제대로 작동하는지를 확인하기 위하여 통신물질 생산 유전자의 C-말단에 turboRFP를 융합/발현되게 제작하였다.To check whether the communication material production region of the sender module works properly, turboRFP was fused/expressed at the C-terminus of the communication material production gene.

TurboRFP 유전자는 pturboRFP-dest1(Evrogen, 러시아)를 주형으로 하여 정방향(서열번호 5) 및 역방향 프라이머(서열번호 6)를 사용하여 PCR을 실시하여 turboRFP를 포함하는 insert를 확보하였다. PCR은 유전자들의 프라이머 결합온도와 길이를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 792 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. TurboRFP gene pturboRFP-dest1 (Evrogen, Russia) as a template was carried out PCR using the forward (SEQ ID NO: 5) and reverse primers (SEQ ID NO: 6) to secure the insert containing turboRFP. PCR was performed in consideration of the primer binding temperature and length of the genes, and was repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 1 minute at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of the expected size of 792 bp was generated.

서열번호 5,SEQ ID NO: 5;

5'-agctgtatcaaattaaaaggagatatacatatgagcgagctgatcaaggagaacatgcac-3'5'-agctgtatcaaattaaaaggagatatacatatgagcgagctgatcaaggagaacatgcac-3'

서열번호 6,SEQ ID NO: 6,

5'-aaatcttctctcatccgccaaaacagaagcttagccatggctgattcgagatctgagtcc-3'5'-aaatcttctctcatccgccaaaacagaagcttagccatggctgattcgagatctgagtcc-3'

다음으로는 상기 페놀류 화합물을 감지하여 N-acyl homoserine lactone(AHL)합성하는 재조합 플라스미드(실시예1 (2))를 주형 DNA로 하여 정방향 (서열번호 7) 및 역방향 프라이머(서열번호 8)를 사용하여 PCR을 실시하여 벡터를 확보하였다. PCR은 유전자 primer 결합온도와 size를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 4분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 6,405 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다.Next, using the recombinant plasmid (Example 1 (2)) that detects the phenolic compound and synthesizes N-acyl homoserine lactone (AHL) as a template DNA, forward (SEQ ID NO: 7) and reverse primers (SEQ ID NO: 8) are used Thus, PCR was carried out to obtain a vector. PCR was performed in consideration of the gene primer binding temperature and size, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 4 minutes at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of 6,405 bp, which is the expected size, was generated.

서열번호 7,SEQ ID NO: 7,

5'-ggactcagatctcgaatcagccatggctaagcttctgttttggcggatgagagaagattt-3'5'-ggactcagatctcgaatcagccatggctaagcttctgttttggcggatgaagagaagattt-3'

서열번호 8,SEQ ID NO: 8;

5'-gtgcatgttctccttgatcagctcgctcatatgtatatctccttttaatttgatacagct-3'5'-gtgcatgttctccttgatcagctcgctcatatgtatatctccttttaatttgatacagct-3'

상기 제작한 turboRFP와 실시예1(2)로부터 확보한 벡터를 Gibson Assembly(Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA)반응을 키트에서 제공하는 방법에 따라 수행하였다. 상기 재조합 플라스미드을 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별마커로서 암피실린 100 ㎍/㎖이 첨가된 LB고체배지에 도말하여 37℃에서 하루 동안 배양시켰다 (도 2a).
Gibson Assembly (Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA) reaction was performed with the turboRFP prepared above and the vector obtained from Example 1 (2) according to the method provided in the kit. The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by performing heat shock, spread on LB solid medium supplemented with 100 μg/ml of ampicillin as a selection marker, and cultured at 37° C. for one day (FIG. 2a).

실시예 2: 미생물용 센더 모듈의 작동 검증Example 2: Verification of operation of the sender module for microorganisms

상기 실시 예1에서 구축한 미생물용 센더 모듈의 작동을 검증하기 위하여, 미생물용 센더 모듈을 대장균 세포에 도입하여 재조합 센더 미생물을 구축하여 검증하였다.In order to verify the operation of the sender module for microorganisms constructed in Example 1, the sender module for microorganisms was introduced into E. coli cells to construct and verify a recombinant sender microorganism.

대장균 DH5α에 실시예 1에서 구축한 미생물용 페놀 감지 센더 모듈 플라스미드를 형질전환 시킨 다음, LB 액체배지에서 0.1mM 페놀과 함께 30℃에서 17시간 배양/반응한 후, 형광현미경(Cell Observer system, Carl Zeiss, USA)을 이용하여 단일 세포 이미징과 FACS를 이용하여 RFP의 형광 발현양을 분석을 수행하였다 (FACSCalibur, BD, USA).E. coli DH5α was transformed with the phenol detection sender module plasmid for microorganisms constructed in Example 1, and then cultured/reacted for 17 hours at 30°C with 0.1 mM phenol in LB liquid medium, followed by a fluorescence microscope (Cell Observer system, Carl Zeiss, USA) was used to analyze the fluorescence expression level of RFP using single-cell imaging and FACS (FACSCalibur, BD, USA).

이미징 분석 결과, 페놀을 첨가하지 않은 대조군에서는 RFP의 형광을 관찰할 수 없었으나, 페놀을 첨가한 경우에는 RFP의 형광이 강하게 발현되는 세포를 관찰할 수 있었다(도 2c). FACS 분석에서도 유사한 결과를 확인할 수 있었는데, 페놀을 첨가하지 않은 대조군에 비하여 페놀을 첨가하여 센더 모듈을 활성화 시킨 경우에는 그렇지 않은 경우보다 FACS에서의 형광시그널이 오른쪽으로 이동함을 관찰 할 수 있었다 (도 2c). 이러한 결과로 페놀 감지 센더 모듈이 미생물에서 페놀을 감지하여 통신물질 생산 유전자인 LuxI 유전자의 발현 조절이 가능함을 검증할 수 있었다.
As a result of imaging analysis, RFP fluorescence could not be observed in the control group to which phenol was not added, but cells in which RFP fluorescence was strongly expressed could be observed when phenol was added (FIG. 2c). Similar results were also confirmed in FACS analysis. Compared to the control group without addition of phenol, when the sender module was activated by adding phenol, it was observed that the fluorescence signal in FACS shifted to the right compared to the case where the sender module was not added (Fig. 2c). As a result, it was possible to verify that the phenol detection sender module detects phenol in microorganisms and regulates the expression of the LuxI gene, a communication material production gene.

실시예 3: 미생물용 리시버 모듈 제작Example 3: Preparation of a receiver module for microorganisms

미생물용 리시버 모듈은 통신물질인 AHL을 감지하는 Vibrio fischeri유래 LuxR(GenBank Acc.No. CP000021.2) 유전자와 항시발현 프로모터(BBa_23100, BioBrick part)를 이용하여 통신물질 감지부위를 구성하고, 녹색형광단백질과 프로모터(Vibrio fischeri 유래 Lux operon을 조절하는 부위)를 이용하여 리포터 생산부위를 구축하였다. The receiver module for microorganisms uses Vibrio fischeri- derived LuxR (GenBank Acc.No. CP000021.2) gene that detects AHL, a communication material, and a constitutive promoter (BBa_23100, BioBrick part) to construct a communication material detection site, and green fluorescence A reporter production site was constructed using a protein and a promoter ( regulating the Lux operon derived from Vibrio fischeri).

(1) 리시버 모듈의 통신물질 감지부위를 위한 LuxR 유전자 수득(1) Obtaining the LuxR gene for the communication material sensing site of the receiver module

LuxR 유전자(GenBank: Acc.No. CP000021.2)를는 바이오니아에서 합성하여 확보하였다 (pGENB1-LuxR). 합성유전자로부터 luxR 유전자를 연쇄중합반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 통해 얻었다. 이 때 사용한 프라이머는 정방향(서열번호 9) 및 역방향 프라이머(서열번호 10) 사용하여 PCR을 실시하여 luxR를 포함하는 insert 를 확보하였다. PCR은 각 유전자들의 primer 결합온도와 size를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 810 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. The LuxR gene (GenBank: Acc. No. CP000021.2) was synthesized and obtained by Bioneer (pGENB1-LuxR). The luxR gene was obtained from a synthetic gene through a polymerase chain reaction (PCR). The primers used at this time were subjected to PCR using the forward (SEQ ID NO: 9) and reverse primers (SEQ ID NO: 10) to secure an insert containing luxR. PCR was performed in consideration of the primer binding temperature and size of each gene, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 1 minute at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of 810 bp, which is the expected size, was generated.

서열번호 9,SEQ ID NO: 9;

5'-tcgtgaggatgcgtcatcgccattggtaccttaatttttaaggtatggacaattaatggc-3'5'-tcgtgaggatgcgtcatcgccattggtaccttaatttttaaggtatggacaattaatggc-3'

서열번호 10,SEQ ID NO: 10,

5'-ctagctactagagattaaagaggagaaaccatgaacattaaaaatataaatgctaatgag-3'5'-ctagctactagagattaaagaggagaaaccatgaacattaaaaatataaatgctaatgag-3'

다음으로는 eGFP를 포함하는 벡터는 eGFP 유전자를 포함하고 있는 pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol., 3:163~171, 2014)를 주형 DNA로 하여 정방향 (서열번호 11) 및 역방향 프라이머(서열번호 12)를 사용하여 PCR을 실시하여 벡터를 확보하였다. PCR은 유전자 프라이머 결합온도와 길이를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 3분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 4,062 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. Next, the vector containing eGFP uses pGESSv4 (pGESSv4, ACS Synth. Biol ., 3:163-171, 2014) containing the eGFP gene as a template DNA for forward (SEQ ID NO: 11) and reverse primers (SEQ ID NO: 12) was used to perform PCR to obtain a vector. PCR was carried out in consideration of the gene primer binding temperature and length, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 3 minutes at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of the expected size of 4,062 bp was generated.

서열번호 11,SEQ ID NO: 11,

5'-ctcattagcatttatatttttaatgttcatggtttctcctctttaatctctagtagctag-3'5'-ctcattagcatttatatttttaatgttcatggtttctcctctttaatctctagtagctag-3'

서열번호 12,SEQ ID NO: 12,

5'-gccattaattgtccataccttaaaaattaaggtaccaatggcgatgacgcatcctcacga-3'5'-gccattaattgtccataccttaaaaattaaggtaccaatggcgatgacgcatcctcacga-3'

상기 확보한 LuxR 유전자와 pGESSv4로부터 확보한 4,062bp를 벡터로 사용하여를 Gibson Assembly(Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA)반응을 키트에서 제공하는 방법에 따라 수행하였다. 상기 재조합 플라스미드를 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별마커로서 암피실린 100 ㎍/㎖이 첨가된 LB 고체배지에 도말하여 37℃에서 하루 동안 배양시켰다.
Using the obtained LuxR gene and 4,062bp obtained from pGESSv4 as a vector, a Gibson Assembly (Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA) reaction was performed according to the method provided in the kit. The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by performing heat shock, spread on LB solid medium supplemented with 100 μg/ml of ampicillin as a selection marker, and cultured at 37° C. for one day.

(2) Lux box 유전자 수득(2) Lux box gene obtained

상기 eGFP의 발현을 조절하는 프로모터는 다음과 같은 방법으로 제작하였다. Vibrio fischeri 유래 Lux operon을 조절하는 부위, 즉 lux box와 프로모터를 포함하는 유전자 서열(GenBank Acc.No. CP001133.1)을 바이오니아에서 합성하여 확보하였다(pGENB1-E.LuxBOX). 합성유전자로부터 lux box와 프로모터를 포함하는 유전자를 연쇄중합반응(Polymerase chain reaction, PCR)을 통해 얻었다. 이 때 사용한 프라이머는 정방향(서열번호 13) 및 역방향 프라이머(서열번호 14)를 사용하였다. PCR은 유전자 primer 결합온도와 size를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 3분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 199 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. The promoter for regulating the expression of eGFP was prepared as follows. Vibrio fischeri- derived Lux operon-regulating region, that is, the gene sequence including the lux box and promoter (GenBank Acc. No. CP001133.1) was synthesized and secured in Bioneer (pGENB1-E.LuxBOX). A gene including a lux box and a promoter was obtained from a synthetic gene through polymerase chain reaction (PCR). As the primers used at this time, forward (SEQ ID NO: 13) and reverse primers (SEQ ID NO: 14) were used. PCR was performed in consideration of the gene primer binding temperature and size, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 3 minutes at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of the expected size of 199 bp was generated.

서열번호 13,SEQ ID NO: 13;

5'-tcattagcatttatatttttaatgttcatggtttctcctctttaatctctagtagctag-3'5'-tcattagcatttatatttttaatgttcatggtttctcctctttaatctctagtagctag-3'

서열번호 14,SEQ ID NO: 14;

5'-ggtgaacagctcctcgcccttgctcaccatatgtatatctcctttttattcgactataac-3'5'-ggtgaacagctcctcgcccttgctcaccatatgtatatctccttttttcgactataac-3'

다음으로는 상기 제작한 LuxR과 eGFP유전자를 포함하는 제조한 플라스미드(실시예 3(1))를 주형 DNA로 하여 정방향 (서열번호 11) 및 역방향 프라이머(서열번호 12)를 사용하여 PCR을 실시하여 벡터를 확보하였다. PCR은 유전자 primer 결합온도와 size를 고려하여 실시하였고, 95℃에서 30초, 50℃에서 30초, 72℃에서 3분으로 구성되는 사이클로 30회 반복하여 실시하였다. 아가로즈젤에서 PCR 반응물을 확인한 결과 예상 사이즈인 4,116 bp의 DNA가 생성된 것을 확인하였다. Next, PCR was performed using the forward (SEQ ID NO: 11) and reverse primers (SEQ ID NO: 12) using the prepared plasmid (Example 3(1)) containing the prepared LuxR and eGFP genes as template DNA. A vector was obtained. PCR was performed in consideration of the gene primer binding temperature and size, and repeated 30 times in a cycle consisting of 30 seconds at 95°C, 30 seconds at 50°C, and 3 minutes at 72°C. As a result of confirming the PCR reaction on the agarose gel, it was confirmed that the DNA of the expected size of 4,116 bp was generated.

서열번호 15,SEQ ID NO: 15;

5'-gttatagtcgaataaaaaggagatatacatatggtgagcaagggcgaggagctgttcacc-3'5'-gttatagtcgaataaaaaggagatatacatatggtgagcaagggcgaggagctgttcacc-3'

서열번호 16,SEQ ID NO: 16,

5'-ctagctactagagattaaagaggagaaaccatgaacattaaaaatataaatgctaatga-3'5'-ctagctactagagattaaagaggagaaaccatgaacattaaaaatataaatgctaatga-3'

상기 제작한 Vibrio fischeri 유래 Lux operon을 조절하는 부위와 실시예 3(1)에서 확보한 벡터를 Gibson Assembly(Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA)반응을 키트에서 제공하는 방법에 따라 수행하였다. 상기 재조합 플라스미드을 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별 마커로서 암피실린 100 ㎍/㎖이 첨가된 LB고체배지에 도말하여 37℃에서 하루 동안 배양시켰다 (도 3a).
The Gibson Assembly (Master Mix Assembly Master Mix, NEB, USA) reaction was performed with the site controlling the Lux operon derived from Vibrio fischeri prepared above and the vector obtained in Example 3(1) according to the method provided in the kit. The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by heat shock, spread on LB solid medium supplemented with 100 μg/ml of ampicillin as a selection marker, and cultured at 37° C. for one day (FIG. 3a).

실시예 4: 미생물용 리시버 모듈의 작동 검증Example 4: Operational verification of the receiver module for microorganisms

실시예 3에서 제작한 미생물용 리시버 모듈의 작동을 검증하기 위하여 대장균 DH5α에 실시예 3에서 제작한 통신물질인 AHL 감지 리시버 모듈 플라스미드를 삽입한 다음, LB 액체배지에서 AHL 0.1mM을 첨가하여 30℃에서 24시간 배양/반응한 후, FACS로 single cell에서 발현되는 GFP를 분석하였고 형광현미경(Cell Observer, Carl Zeiss, USA)을 이용하여 single cell image 분석을 수행하였다, In order to verify the operation of the receiver module for microorganisms prepared in Example 3, the AHL detection receiver module plasmid prepared in Example 3 was inserted into E. coli DH5α, and then 0.1 mM AHL was added in the LB liquid medium at 30 ° C. After incubation/reaction for 24 hours, GFP expressed in single cells was analyzed by FACS, and single cell image analysis was performed using a fluorescence microscope (Cell Observer, Carl Zeiss, USA).

이미징 분석 결과, AHL을 첨가하지 않은 대조군에서는 GFP의 형광을 관찰할 수 없었으나, AHL을 0.1mM 첨가한 경우에는 GFP의 형광이 강하게 발현되는 세포를 관찰할 수 있었다 (도 3b). FACS 분석에서도 유사한 결과를 확인할 수 있었는데, AHL을 첨가하지 않은 대조군에 비하여 AHL을 0.1mM 첨가하여 리시버 모듈을 활성화 시킨 경우에는 그렇지 않은 경우보다 FACS에서의 형광시그널이 오른쪽으로 이동함을 관찰 할 수 있었다 (도 3b). 이러한 결과로 리시버 모듈이 미생물에서 통신물질을 감지하여 리포터 유전자인 eGFP의 발현을 조절 가능함을 검증할 수 있었다.
As a result of imaging analysis, GFP fluorescence could not be observed in the control group to which AHL was not added, but cells in which GFP fluorescence was strongly expressed could be observed when 0.1 mM AHL was added (FIG. 3b). Similar results were also confirmed in FACS analysis. Compared to the control group without addition of AHL, when the receiver module was activated by adding 0.1 mM AHL, it was observed that the fluorescence signal in FACS shifted to the right compared to the case without the addition of AHL. (Fig. 3b). As a result, it was possible to verify that the receiver module can control the expression of the reporter gene eGFP by detecting the communication material in the microorganism.

실시예 5: 미생물용 센더 및 리시버 모듈을 이용하여 동종 그리고 이종 미생물 간 상호작용을 통한 유해 환경물질 감지 검증Example 5: Verification of detection of hazardous environmental substances through interaction between homogeneous and heterogeneous microorganisms using a microbial sender and receiver module

생물간 상호작용을 이용하여 물이나 토양에 존재하는 유해 환경물질을 감지하기 위하여 구축한 센더 및 리시버 모듈이 생물체 내에서 제대로 작동하는지 검증하기 위하여, 미생물을 이용하여 구동을 확인하였다. 유해 환경물질인 페놀류 화합물을 감지하여 통신물질인 AHL을 생산하는 미생물용 센더 모듈과 통신물질 AHL을 감지하여 녹색형광 리포터 단백질을 발현하는 미생물용 리시버 모듈 플라스미드를 각각 대장균 DH5α에 도입하고 LB 액체배지에서 co-culture한 후 페놀을 0.1mM 첨가하여 30℃에서 17시간 배양/반응시키고 현미경을 이용하여 페놀에 의한 센더 및 리시버 모듈에서 발현되는 RFP와 GFP를 분석하였다. In order to verify that the sender and receiver modules built to detect harmful environmental substances present in water or soil using interactions between living things work properly in living organisms, the operation was confirmed using microorganisms. A sender module for microorganisms that detects phenolic compounds, which are harmful environmental substances, and produces AHL, a communication material, and a receiver module, a plasmid for microorganisms, which detects AHL and expresses a green fluorescent reporter protein, respectively, were introduced into Escherichia coli DH5α. After co-culture, 0.1 mM of phenol was added, incubated/reacted at 30° C. for 17 hours, and RFP and GFP expressed in the sender and receiver modules by phenol were analyzed using a microscope.

그 결과, 유해 환경물질의 일종인 페놀이 존재하는 경우, 센더 모듈의 활성화된 페놀 의존성 전사조절 인자가 통신물질 생산 유전자 LuxI의 발현을 유도하고 하위 RFP를 발현시켰으며 LuxI에 의해 생산된 AHL이 리시버 모듈의 AHL 감지 조절인자 LuxR을 활성화시켜 GFP 형광이 관찰되었다. 이로써, 동종의 미생물(대장균-대장균) 간의 상호작용을 이용하여 유해 환경물질을 감지하는 센더 및 리시버 모듈의 구동을 검증하였고, 뿐만 아니라, 이종 미생물 간의 생물 상호작용의 효과도 확인하였다. 슈도모나즈 종(P. putida KT2440ΔttgA)에 상기 센더 모듈을 도입하고, 리시버 모듈을 탑재한 대장균과 같이 배양한 결과 상기의 동종 생물간(대장균-대장균)에서 관찰된 동일한 결과를 나타내는 것을 확인하였다 (도 4).
As a result, when phenol, a kind of harmful environmental substance, was present, the activated phenol-dependent transcriptional regulator of the sender module induced the expression of the communication material production gene LuxI and expressed the lower RFP, and the AHL produced by LuxI was the receiver GFP fluorescence was observed by activating the module's AHL sensing modulator, LuxR. Accordingly, the operation of the sender and receiver modules that detect harmful environmental substances using the interaction between microorganisms of the same species (E. coli-E. coli) was verified, and the effect of biological interaction between heterogeneous microorganisms was also verified. The sender module was introduced into Pseudomonas species ( P. putida KT2440ΔttgA), and as a result of culturing with E. coli loaded with a receiver module, it was confirmed that the same results observed in the same species (E. coli-E. coli) were observed ( Fig. 4).

실시예 6: 식물용 리시버 모듈 구축 Example 6: Construction of a receiver module for plants

식물용 리시버 모듈은 통신물질 감지부위와 리포터 생산부위로 구성되는데, 식물 세포에서 작동 가능하기 위하여 광범위 및 이중 숙주용 벡터(broad host and binary vector)를 이용하였다. 본 발명에서의 식물용 광범위 숙주용 벡터는 기본적으로 pVS1 replication origin과 선별 항생제 마커로서 스트렙토마이신 저항성 유전자를 함유하고 있다. 식물용 리시버 모듈의 통신물질 감지부위는 통신물질 AHL 감지유전자 LuxR의 N-말단에는 Kozac 서열과 Cauliflower mosaic virus(CaMV)의 35S 프로모터를 융합하고, C-말단에는 식물 등 진핵 세포 및 생물에서 RNA 중합효소를 리쿠르트 할 수 있는 VP64서열을 각각 융합하여 제작하였다. 식물용 리시버 모듈의 리포터 생산 부위는 리포터 단백질로는 eGFP를 사용하였고 lux box와 Cauliflower mosaic virus(CaMV)의 35S 프로모터를 융합한 식물용 프로모터를 eGFP의 N-말단에 삽입하여 제작하였다 (도 5a).
The receiver module for plants consists of a communication material sensing region and a reporter production region, and broad host and binary vectors were used to operate in plant cells. The vector for a broad-spectrum host for plants in the present invention basically contains a pVS1 replication origin and a streptomycin resistance gene as a selective antibiotic marker. For the communication material detection site of the plant receiver module, the Kozac sequence and the 35S promoter of Cauliflower mosaic virus (CaMV) are fused at the N-terminus of the communication material AHL sensing gene LuxR, and RNA polymerization in eukaryotic cells and organisms such as plants at the C-terminus. Each of the VP64 sequences capable of recruiting the enzyme was fused to prepare it. For the reporter production site of the plant receiver module, eGFP was used as the reporter protein, and a plant promoter fused with lux box and the 35S promoter of Cauliflower mosaic virus (CaMV) was inserted into the N-terminus of eGFP and produced (Fig. 5a). .

(1) 식물용 리시버 모듈의 통신물질 감지 유전자 LuxR-vp64 유전자 수득(1) Obtaining the LuxR-vp64 gene, a communication material detection gene of the receiver module for plants

상기 LuxR-vp64(GenBank Acc.No. DQ16010.1)를 포함하는 유전자를 바이오니아에서 합성하여 확보하였다(pGENB1-LuxR-vp64). 합성유전자를 제한효소 BamHI와 XbaI 으로 완전히 자른 후, 동일한 제한효소들로 자르고 dephosphorylation (SAP, Roche, 스위스) 시킨 식물발현 벡터 pPXRF 벡터와 연결(ligation)하여 재조합 플라스미드를 제조하여 식물용 통신물질 감지 부위를 제작하였다. 상기 재조합 플라스미드는 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별마커로서 스트렙토마이신 50 ㎍/㎖이 첨가된 LB고체배지에 도말하여 37℃에서 하루동안 배양시켰다.
The gene including the LuxR-vp64 (GenBank Acc. No. DQ16010.1) was synthesized and secured by Bioneer (pGENB1-LuxR-vp64). After cutting the synthetic gene completely with restriction enzymes BamHI and XbaI, cut with the same restriction enzymes and ligated with the plant expression vector pPXRF vector, which was dephosphorylated (SAP, Roche, Switzerland), to prepare a recombinant plasmid to detect communication material for plants was produced. The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by heat shock, spread on LB solid medium to which 50 μg/ml of streptomycin as a selection marker was added, and cultured at 37° C. for one day.

(2) 식물용 리시버 모듈의 리포터 부위 구축(2) Construction of a reporter site of a receiver module for plants

식물용 리시버 모듈의 리포터 부위를 구성하는 리포터 단백질로는 eGFP를 사용하였고, 이 eGFP의 발현을 조절하는 식물형 프로모터는 lux box(GenBank Acc.No. CP001133.1)와 CaMV minimal 프로모터(GenBank Acc.No. KM062057.1)구성되어 있으며, 다음과 같은 방법으로 제작하였다. lux box와 CaMV minimal 프로모터를 포함하는 유전자를 바이오니아에서 합성하여 확보하였다(pGENB1-식물lux box). 합성한 유전자와 상기 제작한 LuxR-vp64를 포함하는 재조합 플라스미드를 제한효소 Hind III와 Sac I으로 완전히 자른 후 SAP(Roche, 스위스)로 처리하였다. 제한효소 처리로 얻어진 식물형 프로모터(식물lux box)와 luxR-vp64와 eGFP를 포함하는 식물발현 벡터 pPXRF를 연결(ligation)하여 재조합 플라스미드를 제조하였다. 상기 재조합 플라스미드 열충격(heat shock)을 수행하여 대장균 DH5α에 도입하였고, 선별마커로서 스트렙토마이신 50 ㎍/㎖이 첨가된 LB고체배지에 도말하여 37℃에서 하루 동안 배양시켰다.
eGFP was used as the reporter protein constituting the reporter region of the receiver module for plants, and the plant-type promoter regulating the expression of this eGFP was lux box (GenBank Acc. No. CP001133.1) and CaMV minimal promoter (GenBank Acc. No. KM062057.1), and manufactured in the following way. A gene including the lux box and CaMV minimal promoter was synthesized and secured in Bioneer (pGENB1-plant lux box). The recombinant plasmid containing the synthesized gene and LuxR-vp64 prepared above was completely cut with restriction enzymes Hind III and Sac I, and then treated with SAP (Roche, Switzerland). A recombinant plasmid was prepared by ligation of a plant-type promoter (plant lux box) obtained by treatment with restriction enzymes and a plant expression vector pPXRF containing luxR-vp64 and eGFP. The recombinant plasmid was introduced into Escherichia coli DH5α by performing heat shock, spread on LB solid medium to which 50 μg/ml of streptomycin as a selection marker was added, and cultured at 37° C. for one day.

실시예 7: 식물용 리시버 모듈의 작동 검증Example 7: Operational verification of receiver module for plants

상기 실시예 6에서 구축한 식물용 리시버 모듈이 제대로 작동하는지 검증하기 위하여 실시예 6에서 제작한 식물 리시버 모듈 플라스미드를 gold particle에 코팅하여 bombardment 방법(PDS-1000/HeTM 시스템)으로 양파 세포에 형질전환 하였다. 형질전환 후 한 후 통신물질인 AHL(500uM)을 처리하여 25℃ 암실조건에서 24시간 동안 배양하여 형광현미경(Cell Observer, Carl Zeiss)을 이용하여 형광 이미징 분석을 수행하였다. 이미지 분석 결과 AHL을 처리하지 않은 양파 세포에 비해 AHL을 처리한 양파 세포에서 높은 GFP 형광이 관측되었다 (도 5b). In order to verify that the plant receiver module constructed in Example 6 works properly, the plant receiver module plasmid prepared in Example 6 was coated on gold particles and transformed into onion cells by bombardment method (PDS-1000/HeTM system) did After transformation, AHL (500 uM), a communication material, was treated and cultured for 24 hours in a dark room at 25° C., and fluorescence imaging analysis was performed using a fluorescence microscope (Cell Observer, Carl Zeiss). As a result of image analysis, higher GFP fluorescence was observed in onion cells treated with AHL compared to onion cells not treated with AHL ( FIG. 5b ).

또한, 식물용 리시버 모듈이 식물 세포뿐만 아니라, 식물체에서도 작동하는지를 검증하기 위하여, 식물 리시버 모듈을 Agrobacterium tumafaciens에 형질전환 시켜 담배잎(Nicotiana benthamiana)에 infiltration 방법으로 접종하였다. 접종 2일 후에 통신물질인 100μM AHL을 처리하고 3일 후에 형광현미경으로 식물체 내에서 통신물질 AHL을 감지한 LuxR이 lux box를 활성화시켜 eGFP가 발현이 되는지 관찰하였다. 음성대조군으로는 통신물질 AHL을 처리하지 않은 것과 3차 증류수를 처리한 것을 사용하였다.In addition, in order to verify that the receiver module for plants works not only in plant cells but also in plants, the plant receiver module was transformed into Agrobacterium tumafaciens and inoculated into tobacco leaves ( Nicotiana benthamiana) by infiltration method. Two days after inoculation, 100 μM AHL, a communication substance, was treated, and 3 days later, eGFP expression was observed by activating the lux box by LuxR, which detected the communication substance AHL in the plant under a fluorescence microscope. As a negative control group, those that were not treated with the communication material AHL and those treated with tertiary distilled water were used.

형광현미경(Cell Observer system, Carl Zeiss, USA)을 이용하여 eGFP의 형광을 분석한 결과, 물이나 통신물질 AHL을 처리하지 않은 음성 대조군에 비하여, AHL을 처리한 식물체에서는 GFP가 세포 전체에서 강하게 발현하는 것을 확인하였다 (도 6). 이러한 결과는 본 발명에서 구축한 식물용 리시버는 센더 모듈을 탑재한 미생물 등에 의하여 생산되는 통신물질 AHL을 감지하여 식물체에서 구동 가능함을 확인한 것이다.
As a result of analyzing the fluorescence of eGFP using a fluorescence microscope (Cell Observer system, Carl Zeiss, USA), GFP was strongly expressed in all cells in the plants treated with AHL, compared to the negative control that was not treated with water or communication material AHL. It was confirmed that (Fig. 6). These results confirm that the receiver for plants constructed in the present invention can be operated in plants by detecting the communication material AHL produced by microorganisms equipped with a sender module.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.


<110> Korea Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Method for Detecting of Chemical Compounds from Environment Using Artificial Genetic Circuitry and Cell to Cell Communication <130> P14-B287 <160> 16 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 60 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 atccgccaac ctggagaagg agatatacat atgataaaaa aatcggactt tttgggcatt 60 60 <210> 2 <211> 59 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 aaatcttctc tcatccgcca aaacagaagc ttaatttgat acagcttttc taaactgat 59 <210> 3 <211> 59 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 gatcagttta gaaaagctgt atcaaattaa gcttctgttt tggcggatga gagaagatt 59 <210> 4 <211> 60 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 aatgcccaaa aagtccgatt tttttatcat atgtatatct ccttctccag gttggcggat 60 60 <210> 5 <211> 60 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 agctgtatca aattaaaagg agatatacat atgagcgagc tgatcaagga gaacatgcac 60 60 <210> 6 <211> 60 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Claims (17)

센더 미생물과 리시버 식물을 포함하는 유해 환경물질 감지용 시스템으로서,
상기 센더 미생물은 (i) 유해 환경물질을 인지하여 통신물질 생산 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii) 상기 (i)의 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 유해 환경물질 감지 부위(a); 및 (iii) 통신물질 생산 단백질을 코딩하는 유전자, (iv) 상기 (i)의 전사조절 단백질의 조절을 받아 상기 (iii)의 통신물질 생산 단백질의 발현을 조절하는 프로모터 및 (v) 상기 (iii)의 통신물질 생산 단백질의 발현을 확인하는 리포터 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 통신물질 생산 부위(b);를 함유하고,
상기 리시버 식물의 잎은 (i') 통신물질을 인지하여 하위 리포터 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii') 상기 (i')의 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 통신물질 감지부위(a'); 및 (iii') 리포터 단백질을 코딩하는 유전자와 (iv') 상기 (i')의 전사조절 단백질의 조절을 받아 상기 (iii')의 리포터 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 리포터 부위(b');를 함유하며,
상기 통신물질은 N-acyl homoserine lactone(AHL), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL 및 N-hexanoyl-HSL로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나인, 유해 환경물질 감지용 시스템.
A system for detecting harmful environmental substances including sender microorganisms and receiver plants,
The sender microorganism comprises (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that induces expression of a communication material production protein by recognizing harmful environmental substances and (ii) a promoter that controls the expression of the transcriptional regulatory protein of (i) Hazardous environmental substance detection area (a); and (iii) a gene encoding a communication material production protein, (iv) a promoter controlling the expression of the communication material production protein of (iii) under the control of the transcriptional regulatory protein of (i), and (v) the (iii) Containing a communication material production site (b) comprising a gene encoding a reporter protein for confirming the expression of the communication material production protein of );
The leaves of the receiver plant are (i') a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes a communication material and induces expression of a lower reporter protein, and (ii') a promoter that regulates the expression of the transcriptional regulatory protein of (i') Communication material sensing portion (a') comprising a; And (iii') a reporter region comprising a gene encoding a reporter protein and (iv') a promoter controlling the expression of the reporter protein of (iii') under the control of the transcriptional regulatory protein of (i') (b) ');contains;
The communication material is at least one selected from the group consisting of N-acyl homoserine lactone (AHL), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL and N-hexanoyl-HSL, a system for detecting hazardous environmental substances.
제1항에 있어서, 상기 (i)의 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자는 페놀을 감지하는 dmpR 유전자, xylSR 유전자, todST 유전자, Pseudomonas sp. 유래의 stySR 유전자, P. azelaica 유래의 HbpR 유전자, P. fluorescens 유래의 NahR 유전자, 및 R. picketti 유래 tbuT 유전자로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
According to claim 1, wherein the gene encoding the transcriptional regulatory protein of (i) is phenol-sensing dmpR gene, xylSR gene, todST gene, Pseudomonas sp. A system for detecting harmful environmental substances, characterized in that it is selected from the group consisting of a stySR gene derived from stySR, a HbpR gene derived from P. azelaica , a NahR gene derived from P. fluorescens , and a tbuT gene derived from R. picketti.
제1항에 있어서, 상기 (iii)의 통신물질 생산 단백질을 코딩하는 유전자는 LuxI 유전자, AhyI 유전자, CepI 유전자 및 Cvil 유전자로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The system for detecting harmful environmental substances according to claim 1, wherein the gene encoding the communication material production protein of (iii) is at least one selected from the group consisting of LuxI gene, AhyI gene, CepI gene and Cvil gene. .
제1항에 있어서, 상기 (v)의 리포터 단백질은 GFP, GFPUV, sfGFP 및 RFP로 구성된 군으로부터 선택되는 형광단백질인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The system for detecting harmful environmental substances according to claim 1, wherein the reporter protein of (v) is a fluorescent protein selected from the group consisting of GFP, GFP UV , sfGFP and RFP.
제1항에 있어서, 상기 (v)의 리포터 단백질을 코딩하는 유전자는 앰피실린 저항성 유전자, 카나마이신 저항성 유전자, 클로람페니콜 저항성 유전자 및 테트라사이클린 저항성 유전자로 구성된 군에서 선택되는 항생제 저항성 유전자인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
According to claim 1, wherein the gene encoding the reporter protein of (v) is an antibiotic resistance gene selected from the group consisting of an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene and a tetracycline resistance gene. A system for detecting environmental substances.
제1항에 있어서, 상기 (i')의 전사조절 단백질은, N-말단에 연결되는 Kozac 서열 및 또는 C-말단에 연결되는 VP64 서열로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The method according to claim 1, wherein the transcriptional regulatory protein of (i') further comprises at least one selected from the group consisting of a Kozac sequence linked to the N-terminus and a VP64 sequence linked to the C-terminus. A system for detecting hazardous environmental substances.
제1항에 있어서, (i')의 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자는 LuxR 유전자, AhyR 유전자, CepR 유전자 및 CviR 유전자로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The system for detecting harmful environmental substances according to claim 1, wherein the gene encoding the transcriptional regulatory protein of (i') is at least one selected from the group consisting of LuxR gene, AhyR gene, CepR gene and CviR gene.
제1항에 있어서, 상기 (iii')의 리포터 단백질은 GFP, GFPUV, sfGFP 및 RFP로 구성된 군으로부터 선택되는 형광단백질인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The system for detecting harmful environmental substances according to claim 1, wherein the reporter protein of (iii') is a fluorescent protein selected from the group consisting of GFP, GFP UV , sfGFP and RFP.
제1항에 있어서, 상기 (iii')의 리포터 단백질을 코딩하는 유전자는 앰피실린 저항성 유전자, 카나마이신 저항성 유전자, 클로람페니콜 저항성 유전자 및 테트라사이클린 저항성 유전자로 구성된 군에서 선택되는 항생제 저항성 유전자인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The method of claim 1, wherein the gene encoding the reporter protein of (iii') is an antibiotic resistance gene selected from the group consisting of an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, and a tetracycline resistance gene. A system for detecting hazardous environmental substances.
제1항에 있어서, 상기 (iv')의 프로모터는 lux box 또는 Lux operon을 조절하는 부위 (luxCDABE 상위 서열 부위)인 것을 특징으로 하는 유해 환경물질 감지용 시스템.
The system for detecting harmful environmental substances according to claim 1, wherein the promoter of (iv') is a region regulating the lux box or lux operon (luxCDABE upper sequence region).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (1) (i) 유해 환경물질을 인지하여 통신물질 생산 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii) 상기 (i)의 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 유해 환경물질 감지 부위(a); 및 (iii) 통신물질 생산 단백질을 코딩하는 유전자, (iv) 상기 (i)의 전사조절 단백질의 조절을 받아 상기 (iii)의 통신물질 생산 단백질의 발현을 조절하는 프로모터 및 (v) 상기 (iii)의 통신물질 생산 단백질의 발현을 확인하는 리포터 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 통신물질 생산 부위(b);를 함유하는 센더 미생물을 환경 유해 물질 존재 하에서 배양하는 단계,
(2) 상기 센더 미생물을, (i') 통신물질을 인지하여 하위 리포터 단백질의 발현을 유도하는 전사조절 단백질을 코딩하는 유전자와 (ii') 상기 (i')의 전사조절 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 통신물질 감지부위(a'); 및 (iii') 리포터 단백질을 코딩하는 유전자와 (iv') 상기 (i')의 전사조절 단백질의 조절을 받아 상기 (iii')의 리포터 단백질의 발현을 조절하는 프로모터를 포함하는 리포터 부위(b');를 함유하는 리시버 식물의 잎에 처리하는 단계, 및
(3) 상기 리시버 식물의 잎에서 상기 (iii')의 리포터 단백질의 발현 여부를 확인하는 단계
를 포함하고,
상기 통신물질은 N-acyl homoserine lactone(AHL), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL 및 N-hexanoyl-HSL로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나인, 유해 환경물질의 감지방법.
(1) (i) a gene encoding a transcriptional regulatory protein that induces expression of a communication material production protein by recognizing harmful environmental substances Environmental substance detection area (a); and (iii) a gene encoding a communication material production protein, (iv) a promoter controlling the expression of the communication material production protein of (iii) under the control of the transcriptional regulatory protein of (i), and (v) the (iii) A step of culturing a sender microorganism containing a communication material production site (b) comprising a gene encoding a reporter protein for confirming the expression of the communication material production protein of ) in the presence of environmentally hazardous substances;
(2) the sender microorganism, (i') a gene encoding a transcriptional regulatory protein that recognizes a communication substance and induces expression of a lower reporter protein, and (ii') regulates the expression of the transcriptional regulatory protein of (i') Communication material sensing region (a') comprising a promoter; And (iii') a reporter region comprising a gene encoding a reporter protein and (iv') a promoter controlling the expression of the reporter protein of (iii') under the control of the transcriptional regulatory protein of (i') (b) '); treating the leaves of the receiver plant containing; and
(3) confirming whether the reporter protein of (iii') is expressed in the leaves of the receiver plant
including,
The communication material is at least one selected from the group consisting of N-acyl homoserine lactone (AHL), N-butanoly-HSL, N-octanoyl-HSL and N-hexanoyl-HSL, a method for detecting harmful environmental substances.
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