KR20000015984A - Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers - Google Patents

Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers Download PDF

Info

Publication number
KR20000015984A
KR20000015984A KR1019980709545A KR19980709545A KR20000015984A KR 20000015984 A KR20000015984 A KR 20000015984A KR 1019980709545 A KR1019980709545 A KR 1019980709545A KR 19980709545 A KR19980709545 A KR 19980709545A KR 20000015984 A KR20000015984 A KR 20000015984A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stranded
polynucleotide
primer
dna
template
Prior art date
Application number
KR1019980709545A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
프란시스 에이치 아놀드
직신 샤오
조셉 에이 아푸홀터
휴이민 쟈오
로레인 제이 기버
Original Assignee
브라이언 케이. 젠킨스
캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 브라이언 케이. 젠킨스, 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 filed Critical 브라이언 케이. 젠킨스
Priority to KR1019980709545A priority Critical patent/KR20000015984A/en
Publication of KR20000015984A publication Critical patent/KR20000015984A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology

Abstract

PURPOSE: A recombining method is provided to form a pool of short DNA fragments by priming template poly nucleotide with random-sequences or defined-sequence primers. CONSTITUTION: A method for in vitro mutagenesis and recombination of poly nucleotide sequences based on polymerase-catalyzed extension of primer oligonucleotides is disclosed. The method involves priming template poly nucleotide(s) with random-sequences or defined-sequence primers to generate a pool of short DNA fragments with a low level of point mutations. The DNA fragments are subjected to denaturalization followed by annealing and further enzyme-catalyzed DNA polymerization. This procedure is repeated a sufficient number of times to produce full-length genes which comprise mutants of the original template poly nucleotides. These genes can be further amplified by the polymerase chain reaction and cloned into a vector for expression of the encoded proteins.

Description

무작위 프라이머 또는 일정 프라이머를 이용한 폴리뉴클레오티드 서열의 재조합 방법Recombination of Polynucleotide Sequences Using Random or Constant Primers

본 발명의 배경을 설명하고 본 발명을 실시하는 데 있어서 보다 상세한 설명을 제공하기 위하여 본 명세서에 제시하고 있는 공개 문헌 및 기타 참고 문헌들은 본 발명의 인용 문헌으로서 포함되는 것들이다. 편리함을 위해 참고 문헌들은 첨부되는 문헌 목록에 번호를 매겨 일괄 기재하였다.The publications and other references set forth herein in order to explain the background of the invention and to provide a more detailed description in practicing the invention are those that are incorporated by reference of the invention. For convenience, the references are numbered in the accompanying literature list.

단백질은 실제 사용할 때 그 기능을 향상시키기 위한 목적으로 추가 조작된다. 필요한 성질은 목적 용도에 따라 다르고, 그 예로는 수용체에 보다 강한 결합성, 높은 촉매 활성, 높은 안정성, 보다 광범위(또는 보다 좁은 범위)의 기질에 대한 이용가능성 또는 유기 용매와 같은 비천연 환경 하에서의 작용성을 포함한다. 단백질 기능을 최적화하기 위하여 "합리적" 디자인 방법과 무작위 돌연변이유발 방법을 비롯한 다양한 방법이 성공적으로 이용되었다(1). 소정의 최적화 문제를 해결하기 위한 접근 방법의 선택은 서열, 구조 및 기능 간의 관계를 이해하고 있는 정도에 따라 달라질 것이다. 예컨대, 효소 촉매 부위의 합리적 재디자인 방법은 효소 구조, 반응 중간체들의 여러 리간드 및 유사체와 형성되는 복합체 구조 및 촉매 기작의 세부 사항에 대한 충분한 지식을 요하는 경우가 있다. 이러한 정보는 단지 연구가 충분한 극히 몇몇 반응계의 경우에만 얻을 수 있고, 유용성이 큰 대부분의 효소들에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 또한, 단백질 기능의 존재에 필수적인 아미노산과 새로운 기능을 제공할 수 있는 아미노산들을 식별하기 위해서는 종종 과도한 실험을 요하는 경우가 많다. 이와 같은 문제점과 함께 많은 단백질 기능이 소수의 아미노산에 의해 결정되는 것이 아니라 활성 부위에서 떨어진 잔기들에 의해서도 영향을 받는다는 인식이 증가함에 따라 신규 단백질을 개발하기 위하여 무작위 돌연변이 유발법이나 또는 "유도성" 진화 방법으로 다시 복귀하는 그룹이 점차 증가하고 있다(1).Proteins are further engineered for the purpose of enhancing their function in practical use. The properties required depend on the intended use, for example stronger binding to the receptor, higher catalytic activity, higher stability, availability for a broader (or narrower range) of substrates or action under non-natural environments such as organic solvents. Include the last name. Various methods have been successfully used to optimize protein function, including "reasonable" design and random mutagenesis (1). The choice of approach to solve a given optimization problem will depend on the extent to which the relationship between sequence, structure and function is understood. For example, rational redesign methods of enzyme catalytic sites often require sufficient knowledge of the enzyme structure, the complex structure formed with the various ligands and analogs of the reaction intermediates, and the details of the catalyst mechanism. This information is only available for a few reaction systems where research is sufficient, and little is known about most of the enzymes that are useful. In addition, identifying the amino acids essential for the presence of protein functions and amino acids that can provide new functions often requires excessive experimentation. With this problem, there is a growing awareness that many protein functions are not determined by a few amino acids, but by residues away from the active site, and thus random mutagenesis or "inducible" to develop new proteins. More and more groups are returning to evolutionary methods (1).

유전자 알고리듬(2,3) 및 진화 기법(4,5)과 같은 여러 가지 최적화 방법은 천연 진화 과정을 통해 얻어진 것이다. 이 방법들은 특정의 최적화 목적을 얻기 위하여 여러 개체의 성질을 병합시키는 교차법 뿐만 아니라 개체 중의 일부 성분에 임의의 작은 변화를 만드는 돌연변이를 이용한다. 그러나, 이 역시 여러 최적화 문제를 컴퓨터 시뮬레이션으로 관찰할 때 나타나는 바와 같이 돌연변이와 교차 사이에 강력한 상호작용이 존재한다(6 내지 9). 이와 같은 주요 방법들을 모방하여 효율적이고 실용적인 실험 기법을 개발하는 것이 본 기술 분야의 과제이다. 이와 같은 기법이 개발되면 예컨대 생체내에서 단백질과 핵산 같은 생물 분자의 기능을 탐색하여 최적화하거나, 또는 심지어 생체계의 문제점을 완전 해결할 수 있게 된다(10,11).Many optimization methods, such as genetic algorithms (2,3) and evolutionary techniques (4,5), are obtained through natural evolutionary processes. These methods use mutations that make arbitrary small changes to some components of an individual, as well as crossovers that combine the properties of several individuals to achieve specific optimization goals. However, again, there are strong interactions between mutations and crossovers, as shown by computer simulations of several optimization problems (6-9). It is a task in the art to imitate these key methods to develop an efficient and practical experimental technique. The development of such a technique allows for the exploration and optimization of the functions of biological molecules such as proteins and nucleic acids in vivo, or even completely solve the problems of the biological system (10, 11).

자연 진화를 토대로 한 유도성 진화는 변화되거나 개선된 기능을 가진 단백질을 암호하는 분자에 존재할 수 있는 충분한 다양성을 가진 변이된 분자의 수집물(pool)을 만들어 선택하거나 선별하는 과정을 포함한다. 이 방법은 일반적으로 변이 유전자의 라이브러리의 제조에서 부터 시작한다. 그 다음 목적하는 성질이나 일군의 성질 면에서 개선된 유전자 생성물을 선택이나 선별을 통해 식별한다. 이와 같이 얻어진 생성물을 암호하는 유전자를 상기 과정으로 더 반복 처리하면 바람직한 돌연변이체를 축적할 수도 있다. 이러한 진화 방법은 진보시키고자 하는 정도와 각 세대에서 일반적으로 관찰되는 돌연변이의 효과에 따라 몇 세대 또는 다수 세대 동안 진행시킬 수 있다. 이와 같은 방법은 효소 및 기타 다른 단백질(13,14,16) 뿐만 아니라 새로운 기능적 핵산(12), 펩티드 및 기타 다른 작은 분자(12), 항체(12)를 만드는데 사용되었다. 유도성 진화 방법은 생성물 자체에 대한 구체적인 지식을 크게 요하지 않으며, 단지 최적화하고자 하는 기능의 평가 수단만을 필요로 한다. 심지어, 이 방법은 기능적 평가 면에서의 부정확성과 논란에도 크게 영향을 받지 않는다.Inductive evolution based on natural evolution involves the creation and selection or selection of pools of mutated molecules of sufficient diversity that may exist in molecules encoding proteins with altered or improved function. This method generally begins with the fabrication of a library of variant genes. Next, the selected or selected gene product is identified for improvement in the desired properties or group of properties. Repeated treatment of the gene encoding the product thus obtained with the above procedure may accumulate desirable mutants. These evolutionary methods can be advanced for generations or generations, depending on the extent to which they want to advance and the effects of mutations commonly observed in each generation. Such methods have been used to make new functional nucleic acids 12, peptides and other small molecules 12, antibodies 12, as well as enzymes and other proteins 13,14,16. Inductive evolution methods do not require much specific knowledge of the product itself and only require a means of evaluating the function to be optimized. Even this method is not greatly affected by inaccuracies and controversies in terms of functional evaluation.

유도성 진화법에 있어서 유전자의 다양성은 변이원성 PCR(15)이나 조합 카세트 돌연변이유발법(16)을 비롯한 각종 방법을 사용하여 새로운 점 돌연변이를 만들므로써 얻을 수 있다. 하지만, 유전자를 재조합하는 방법은 자연 진화에서의 주요 역할을 통해 알 수 있는 바와 같이 진화 방법에 중요한 차원을 제공한다. 동종 재조합은 유기체들이 관련 유전자 사이의 유전자 정보를 교환하여 종 간에 허용되는 유전자의 다양성을 증가시키는 중요한 자연 과정이다. 이 경로는 숙주에 잠재적으로 강력한 적응능과 다변화능을 제공하면서 매우 낮은 효율로 작용하여 경로의 구조나 기능에 유의적 변화를 일으키지도 않으며, 심지어 수십 세대 후에도 변화를 유도하지 않는다. 따라서, 이 기작은 지질학적 시간 거리가 있는 숙주 유기체/종에도 유리한 것으로 밝혀졌지만, 생체내 재조합 방법은 유기체의 중간 대사와 생존에 큰 관련성이 없는 효소나 기타 다른 단백질의 성능을 변화시키는 방법으로는 복잡하고 특이적이지는 않지만 조합적인 방법이다.Genetic diversity in inducible evolution can be achieved by creating new point mutations using a variety of methods including mutagenic PCR (15) or combination cassette mutagenesis (16). However, the method of recombining genes provides an important dimension to the evolutionary method, as shown by its major role in natural evolution. Homologous recombination is an important natural process by which organisms exchange genetic information between related genes to increase the diversity of genes allowed between species. This pathway works at very low efficiencies while providing potentially potent adaptation and diversification to the host, resulting in no significant changes in the structure or function of the pathway, even after decades. Thus, while this mechanism has been found to be beneficial for host organisms / species with geological time distances, in vivo recombination may be used to alter the performance of enzymes or other proteins that are not strongly related to the intermediate metabolism and survival of the organism. It is a complex and not specific but combinatorial method.

몇몇 연구진들은 유도성 진화에 유전자 재조합법의 유용성을 검토한 바 있다. 유전자의 생체내 재조합 방법은 예컨대 PCT WO 97/07205 및 미국 특허 5,093,257호에 개시된 바 있다. 전술한 바와 같이 생체내 방법은 복잡하며 신속한 기능의 진화에는 적당하지 않다. 스템머(Stemmer)는 일반적으로 DNase I과 같은 효소를 사용하여 모 서열을 단편으로 자른 뒤 재조립하는 관련있는 DNA 서열의 시험관내 재조합 방법을 개시하였다(17,18,19). 하지만, DNaseI 및 기타 엔도뉴클레아제에 의한 일정한 DNA 단편화는 재조합되는 일정 성향이 나타나 재조합 다양성을 제한한다. 또한, 이 방법은 2본쇄 폴리뉴클레오티드의 재조합에만 사용할 수 있고 1본쇄 주형에 대해서는 사용할 수 없다. 또, 이 방법은 특정 조합의 유전자와 프라이머에 대해서는 작업성이 떨어진다. 예컨대, 짧은 서열[뉴클레오티드(nt) 200개 미만]을 재조합하는 경우에는 효과적이지 않다. 마지막으로, 이 방법은 여러 단계를 요하는 다소 노동집약적인 방법이다. 따라서, 점 돌연변이유발과 시험관내 재조합을 통해 신규 유전자를 만들 수 있는 대안적인 편리한 방법이 요구된다.Several researchers have examined the usefulness of genetic recombination in inducible evolution. In vivo recombination methods of genes have been disclosed, for example, in PCT WO 97/07205 and US Pat. No. 5,093,257. As mentioned above, in vivo methods are complex and not suitable for rapid evolution of functions. Stemmer has generally disclosed an in vitro recombination method of related DNA sequences that uses an enzyme such as DNase I to cut and reassemble the parental sequence into fragments (17, 18, 19). However, constant DNA fragmentation by DNaseI and other endonucleases exhibits a propensity to recombine to limit recombinant diversity. In addition, this method can be used only for the recombination of double-stranded polynucleotides and not for single-stranded templates. This method is also less workable for specific combinations of genes and primers. For example, recombination of short sequences (less than 200 nucleotides (nt)) is not effective. Finally, this is a somewhat labor intensive method that requires several steps. Thus, there is a need for an alternative convenient method for generating new genes through point mutagenesis and in vitro recombination.

본 발명은 자원부 지원의 DE-FG02-93-CH10578 및 해군 연구소 지원의 N00014-96-1-0340에 의거한 것으로서 미정부는 본 발명의 일부 권리를 갖고 있다.The present invention is based on DE-FG02-93-CH10578 of the Ministry of Resources and N00014-96-1-0340 of the Navy Research Institute, and the US Government has some rights in the present invention.

본 발명은 개괄적으로 폴리뉴클레오티드 서열의 시험관내 돌연변이 유발 방법 및 재조합 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 프라이머 올리고뉴클레오티드를 폴리머라제를 촉매로 하여 신장시키고 유전자 재조립한 뒤 선택적으로 유전자 증폭시키는 과정을 기본으로 하는 폴리뉴클레오티드 서열의 시험관내 돌연변이유발 및 재조합하는 간단하고 효과적인 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to in vitro mutagenesis and recombination methods of polynucleotide sequences. In particular, the present invention relates to a simple and effective method for in vitro mutagenesis and recombination of polynucleotide sequences based on the process of elongating primer oligonucleotides catalyzed by polymerase, reassembling and selectively amplifying the genes. will be.

도 1은 불규칙 서열 프라이머와 유전자 재조립을 이용하는 본 발명에 따른 재조합 방법을 도시한 것이다. 도시된 단계들은 다음과 같다.1 shows a recombinant method according to the present invention using random sequence primers and gene reassembly. The steps shown are as follows.

a) 프라이머로서 불규칙 서열의 올리고뉴클레오티드를 가지고 중온성 또는 고온성 폴리머라제를 이용하여 1본쇄 DNA 단편을 합성하는 단계(프라이머는 도시하지 않음), b) 주형을 제거하는 단계, c) 고온성 DNA 폴리머라제로 재조립하는 단계, d) 열안정성 폴리머라제로 증폭시키는 단계, e) 클로닝 및 선별(선택적)하는 단계, 및 f) 선택한 유전자를 가지고 상기 과정을 반복하는 단계(선택적).a) synthesizing single-stranded DNA fragments using mesophilic or pyrogenic polymerases with oligonucleotides of irregular sequence as primers (primers not shown), b) removing the template, c) pyrogenic DNA Reassembling with polymerase, d) amplifying with thermostable polymerase, e) cloning and screening (optional), and f) repeating the process with the selected gene (optional).

도 2는 일정 프라이머를 이용하는 본 발명에 따른 재조합 방법을 도시한 것이다. 이 방법은 2가지 유전자의 재조합법에 대하여 예시한 것이며, x는 돌연변이를 나타낸다. 이 방법을 개략해 보면 다음과 같이 구성된다. a) 별도로 실시할 수 있는 PCR 반응(반응액 당 2개의 프라이머) 또는 병합하여 실시할 수 있는 PCR 반응(반응액 당 복수의 프라이머)에서 일정 프라이머를 사용하여 유전자를 프라이밍한다. b) 일정 프라이머가 완전 소모될 때까지 1차 생성물을 형성시킨다. 주형을 제거하고(선택적), c) 1차적으로 얻어진 단편을 다른 외부 프라이머 없이 추가 PCR 반응으로 자가 프라이밍시켜 신장시킨다. 전길이의 유전자가 형성될 때까지 조립을 계속시킨다. d) 다른 외부 프라이머를 이용한 PCR 반응으로 전길이 유전자를 증폭시킨다(선택적). f) 선택한 유전자를 가지고 상기 과정을 반복한다(선택적).Figure 2 shows a recombinant method according to the invention using a certain primer. This method is illustrated for the recombination of two genes, where x represents a mutation. The method is outlined as follows. a) Prime the gene using a specific primer in a separate PCR reaction (2 primers per reaction solution) or a combination of PCR reactions (multiple primers per reaction solution). b) The primary product is formed until certain primers are completely consumed. The template is removed (optional) and c) the primary obtained fragment is stretched by self priming with additional PCR reactions without other external primers. Assembly continues until full length genes are formed. d) Amplify the full length gene by PCR reaction with another external primer (optional). f) Repeat the process with the gene of your choice (optional).

도 3은 2개의 인접한 일정 프라이머와 StEP를 사용하는 본 발명에 따른 재조합 방법을 도시한 것이다. 이 재조합 방법을 상세히 설명하기 위해 이 도면에는 1가지 프라이머와 2개의 주형 유래의 2개의 1본쇄만을 나타내었다. 이 방법을 개략해보면 다음과 같다. a) 주형 유전자를 변성시킨 후 1개의 일정 프라이머로 프라이밍한다. b) 프라이머의 신장 반응으로 단시간 동안 짧은 단편을 얻는다. c) StEP의 다음 사이클에서 단편을 주형에 무작위적으로 프라이밍하고 신장시킨다. d) 변성과 어닐링/신장을 전길이의 유전자가 만들어질 때까지 반복한다(아가로스 겔을 이용하여 확인함). e) 전길이의 유전자를 정제하거나, 다른 외부 프라이머를 함유하는 PCR 반응에서 증폭시킨다(선택적). f) 선택된 유전자를 가지고 상기 과정을 반복한다.Figure 3 shows a recombinant method according to the invention using two contiguous constant primers and StEP. To illustrate this recombination method in detail, this figure shows only two single strands from one primer and two templates. This method is outlined as follows. a) Denature the template gene and prime with one constant primer. b) short fragments are obtained for a short time by extension reaction of the primer. c) Randomly prime and stretch fragments to the template in the next cycle of StEP. d) Degeneration and annealing / extension are repeated until full length genes are made (identified using agarose gel). e) Purification of full length genes or amplification in a PCR reaction containing other external primers (optional). f) Repeat the process with the selected gene.

도 4는 본 발명에 따른 2가지 인접 프라이머와 스태거형 신장을 사용하여 2개의 유전자를 재조합한 결과를 도시한 것이다. 재조합 라이브러리에서 선택한 5개의 유전자가 가진 DNA 서열을 표시한 것으로, 여기에서 x는 모 유전자 중에 존재하는 돌연변이를 나타내고, ▽은 새로운 점 돌연변이를 나타낸다.Figure 4 shows the result of recombination of two genes using two adjacent primers and staggered kidney according to the present invention. The DNA sequence of five genes selected from the recombinant library is shown, where x represents a mutation present in the parent gene, and ▽ represents a new point mutation.

도 5는 실시예 3에 기재된 pNB 에스터라제의 유전자 서열을 도시한 모식도이다. 주형 유전자 2-13 및 5-B12는 일정 프라이머 방법을 사용하여 재조합하였다. 프라이머들의 위치는 화살표로 나타내었고, 모 서열이 서로 다른 위치는 x로 나타내었다. 새로운 점 돌연변이는 ▽으로 나타내었다. 이와 같이 재조합된 유전자에서 확인된 돌연변이를 기재하였다(모 서열과 다른 위치만 기재함). 6E6과 6H1은 모두 주형 유전자의 재조합 생성물이다.5 is a schematic diagram showing the gene sequence of the pNB esterase described in Example 3. FIG. Template genes 2-13 and 5-B12 were recombined using certain primer methods. The positions of the primers are indicated by arrows, and the positions of the different parent sequences are indicated by x. The new point mutation is indicated by ▽. Mutations identified in such a recombinant gene are described (only positions different from the parent sequence are described). Both 6E6 and 6H1 are recombinant products of the template gene.

도 6은 산재된 프라이머를 기본으로 한 재조합으로 주형 유전자 R1과 R2로부터 재조합된 유전자를 생성하는데 사용된 4개의 일정한 내부 프라이머의 위치와 서열을 도시한 것이다. 프라이머 P50F는 HindIII 제한 부위가 없어지면서 새로운 고유 NheI 부위가 만들어지는 돌연변이(염기 위치 598에서 A→T)를 함유한다. 유전자 R2 역시 동일 염기 위치에 돌연변이 A→G를 함유하여 HindIII 부위가 없어진다.FIG. 6 shows the positions and sequences of four constant internal primers used to generate recombinant genes from template genes R1 and R2 by recombination based on scattered primers. Primer P50F contains a mutation (A → T at base position 598) resulting in the disappearance of the HindIII restriction site resulting in a new unique NheI site. The gene R2 also contains the mutation A → G at the same base position, so that the HindIII site is missing.

도 7은 40개의 클론으로 부터 얻은 플라스미드들의 제한 분해 분석 결과를 나타내는 전기영동 겔을 도시한 것이다.FIG. 7 shows an electrophoretic gel showing the results of restriction digest analysis of plasmids from 40 clones.

도 8은 일정 프라이머를 기본으로 한 재조합 라이브러리 중에서 얻은 10개 유전자를 서열분석한 결과를 도시한 것이다. 선은 프로서열의 45개 nt와 전체 성숙 서열 및 종결 코돈 다음의 113개 nt를 함유하는 986 bp의 서브틸리신 E 유전자를 나타낸다. x는 모 유전자 R1 및 R2와 다른 돌연변이 위치를 나타내고 ▽은 재조합 절차 동안 도입된 새로운 점 돌연변이의 위치를 나타낸다. ●은 변이원성 프라이머 P50F에 의해 도입된 돌연변이를 나타낸다.Figure 8 shows the results of sequencing the 10 genes obtained from the recombinant library based on a certain primer. The line represents the 986 bp subtilisin E gene containing 45 nt of the prosequence and 113 nts following the full mature sequence and the stop codon. x denotes a mutation position different from the parent genes R1 and R2 and ▽ denotes the position of a new point mutation introduced during the recombination procedure. Indicates a mutation introduced by mutagenic primer P50F.

도 9는 악티노플레인스 우타헨시스 ECB 탈아실화제의 유전자에 무작위 서열 프라이머 재조합 방법을 실시한 결과를 도시한 것이다. (a) 2.4 kb ECB 탈아실화제 유전자를 아가로스 겔로부터 정제하였다. (b) 무작위 프라이밍 생성물의 크기는 100 내지 500 염기 범위였다. (c) 300 염기보다 짧은 단편들을 분리하였다. (d) 이와 같이 정제된 단편을 사용하여 약간의 스미어(smear) 기준물 존재하에 전길이의 유전자로 재조립하였다. (e) ECB 탈아실화제 유전자와 동일한 크기의 1회 PCR 생성물은 이 유전자의 개시 영역과 종결 영역에 위치한 2개의 프라이머를 사용한 통상적인 PCR을 통해 얻었다. (f) 이 PCR 생성물을XhoI 및PshAI으로 분해한 후 pIJ702 변형 벡터에 클로닝하여 돌연변이체의 라이브러리를 만들었다. (g) 이 라이브러리를 스트렙토마이세스 리비단스(Streptomyces lividans) TK23에 도입시켜 활성 ECB 탈아실화제를 생성하는 약 71%의 클론을 얻었다.Figure 9 shows the results of a random sequence primer recombination method to the gene of actinoplanes utahensis ECB deacylating agent. (a) 2.4 kb ECB deacylating agent gene was purified from agarose gel. (b) Random priming products ranged in size from 100 to 500 bases. (c) Fragments shorter than 300 bases were isolated. (d) The fragments thus purified were reassembled into full length genes in the presence of some smear reference. (e) One-time PCR products of the same size as the ECB deacylating agent gene were obtained by conventional PCR using two primers located in the start and end regions of the gene. (f) This PCR product was digested with Xho I and Psh AI and cloned into pIJ702 modified vector to make a library of mutants. (g) This library was introduced into Streptomyces lividans TK23 to obtain about 71% of the clones producing an active ECB deacylating agent.

도 10은 본 발명에 따라 얻은 돌연변이 M16과 야생형 ECB 탈아실화제의 비활성을 나타낸 것이다.Figure 10 shows the activity of the mutant M16 and wild type ECB deacylating agent obtained according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따라 얻은 돌연변이 M16과 야생형 ECB 탈아실화제 활성의 pH 프로파일을 도시한 것이다.11 shows the pH profile of mutant M16 and wild type ECB deacylating agent activity obtained according to the present invention.

도 12는 라이브러리/클리나우로부터 무작위로 선택한 10개의 클론을 DNA 서열 분석한 것이다. 선은 프로서열의 45개 nt, 전체 성숙 서열 및 종결 코돈 다음의 113개 nt를 함유하는 986 bp의 서브틸리신 E 유전자를 나타낸다. x는 R1 및 R2와 다른 돌연변이 위치를 나타내고, ▽은 무작위 프라이밍 재조합 방법 동안 도입된 새로운 점 돌연변이의 위치를 나타낸다.FIG. 12 is a DNA sequence analysis of ten randomly selected clones from the library / klinow. The line represents the 986 bp subtilisin E gene containing 45 nt of the prosequence, the total mature sequence and 113 nt following the stop codon. x represents the mutation position different from R1 and R2, and ▽ represents the position of the new point mutation introduced during the random priming recombination method.

도 13은 여러 폴리머라제, 즉 a)라이브러리/클리나우, b) 라이브러리/T4, c) 라이브러리/시쿼나제, d) 라이브러리/스토펠 및 e) 라이브러리/Pfu를 사용하여 만든 5가지 라이브러리로부터 선별된 클론의 열안정성 지수 프로파일을 도시한 것이다. 효소 열안정성의 지수로서 65 ℃에서 항온처리한 후 정상화된 잔류 활성(Ar/Ai)을 사용하였다. 데이터를 분류하고 하행 차순로 플롯화하였다.FIG. 13 is selected from five polymerases created using several polymerases: a) Library / Klinow, b) Library / T4, c) Library / Sequenase, d) Library / Stopel and e) Library / Pfu . The clone's thermal stability index profile is shown. Normalized residual activity (Ar / Ai) was used after incubation at 65 ° C. as an index of enzyme thermal stability. Data was sorted and plotted in descending order.

상세한 구체예의 설명Description of Detailed Embodiments

본 발명의 제1 바람직한 구체예로서, 프라이머를 기본으로 하는 재조합 방법에 가능한 모든 뉴클레오티드 서열의 조합(dp(N)L, 여기에서 L은 프라이머 길이임)으로 이루어진 일군의 프라이머를 사용한다. 이.콜리(E.coli) 폴리머라제 I의 클리나우 단편으로 1본쇄 주형에 대하여 DNA 합성을 개시하기 위한 프라이머로서 여러 길이의 올리고데옥시뉴클레오티드를 사용할 수 있다는 것은 수년 전에 알려졌다(21). 이 프라이머의 크기가 정상 PCR 프라이머 크기 보다 작을지라도(즉, 13개 염기 미만) 헥사뉴클레오티드 정도의 짧은 올리고머는 반응물을 적당하게 프라이밍할 수 있는 바 표지화 반응에 종종 사용되었다(22). 본 발명에 따라 유전자 단편의 수집물을 만들고 그 다음 유전자 재조립하는 데 있어서 무작위 프라이머를 사용하는 방법에 관하여 도 1에 도시하였다. 이 방법은 무작위 프라이밍을 통해 1본쇄 폴리뉴클레오티드 주형으로부터 여러가지 "교배 블록(breeding block)"을 만드는 단계, 이와 같이 얻어진 짧은 초기 DNA 단편을 DNA 폴리머라제 및 뉴클레오티드의 존재하에 고온순환(thermocycling)시켜 전길이 DNA로 재조립하는 단계, 및 재조립된 생성물로부터 목적하는 유전자를 통상적인 PCR 법으로 증폭시켜 추가 클로닝과 선별에 이용하는 단계를 포함한다. 이 방법을 통해 주로 프라이밍 단계에서 새로운 돌연변이가 형성되며, 뿐만 아니라 기타 단계에서도 형성된다. 이와 같은 새로운 돌연변이와 주형 서열 중에 이미 존재하는 돌연변이를 재조립 단계 동안 재조합하면 신규 DNA 서열의 라이브러리가 만들어진다. 필요하다면, 이 방법은 선별한 서열에 대해 반복할 수 있다.As a first preferred embodiment of the invention, a group of primers is used which consists of a combination of all possible nucleotide sequences (dp (N) L , where L is primer length) in a primer based recombinant method. It was known several years ago that the Klenau fragment of E. coli polymerase I could use oligodeoxynucleotides of different lengths as primers for initiating DNA synthesis on single-stranded templates (21). Although the size of this primer was smaller than the normal PCR primer size (ie, less than 13 bases), short oligomers on the order of hexanucleotides were often used for labeling reactions as the primers could be properly primed (22). A method of using random primers in making a collection of gene fragments and then reassembling the genes according to the invention is shown in FIG. 1. This method involves random priming to create various “breeding blocks” from single-stranded polynucleotide templates, and the short initial DNA fragments thus obtained are thermocycled in the presence of DNA polymerase and nucleotides to lengthen them. Reassembling into DNA, and amplifying the gene of interest from the reassembled product by conventional PCR method for further cloning and selection. This method results in the formation of new mutations mainly in the priming stage, as well as in other stages. Recombination of these new mutations and mutations already present in the template sequence creates a library of new DNA sequences. If necessary, this method can be repeated for the selected sequence.

무작위 프라이밍 방법을 실시하는데 있어서, 주형은 선형 또는 폐환상형의 1본쇄 또는 변성된 2본쇄 폴리뉴클레오티드일 수 있다. 주형은 동일 몰량으로 혼합하거나 또는 예컨대 그 주형들의 기능적 특성에 따라 계측된 양으로 혼합할 수 있다. 최소한 몇몇 경우에는 주형 유전자를 부가 돌연변이가 형성되지 않아야 하는 벡터에 클로닝하기도 하므로 일반적으로 주형 유전자를 먼저 제한 효소로 절단하여 벡터로부터 정제해야 한다. 이와 같이 얻어지는 선형 DNA 분자를 가열하여 변성시키고, 무작위 서열의 올리고데옥시뉴클레오티드에 어닐링한 뒤 적당한 양의 dNTP 존재하에 DNA 폴리머라제와 함께 항온처리한다. 헥사뉴클레오티드 프라이머가 바람직하지만, 무작위 프라이밍 합성 동안 사용된 조건과 DNA 폴리머라제에 따라 보다 긴 무작위 프라이머(최대 24개 염기)도 사용할 수 있다. 결과적으로, 올리고뉴클레오티드들은 전체 표적 영역을 따라 다양한 위치에서 해당 DNA를 프라이밍하고 신장하여 주형 DNA의 각 가닥에 상보적인 짧은 DNA 단편을 생성한다. 이와 같은 짧은 DNA 단편은 염기 병입오류(mis-incorporation) 및 프라이밍오류(mispriming)로 인하여 점 돌연변이를 포함하기도 한다. 통상적인 반응 조건하에서 짧은 DNA 단편은 상동성에 따라 서로 프라이밍할 수 있고, 열안정성 DNA 폴리머라제 존재하에 반복적인 고온순환 처리에 의해 전길이의 유전자로 재조립될 수 있다. 이와 같이 얻어지는 전길이 유전자는 다양한 서열을 가지지만, 그 대부분은 본래의 주형 DNA의 서열과 유사할 것이다. 이 서열들은 통상적인 PCR로 더 증폭시켜 발현용 벡터에 클로닝할 수 있다. 그 후, 발현된 돌연변이체의 선별이나 선택을 통해 개선된 또는 심지어 새로운 특정 기능을 가진 변이체를 얻을 수 있다. 이와 같은 변이체는 실질적인 문제점의 부분적인 해결 방안으로서 즉시 사용하거나, 또는 유도성 진화 사이클을 추가 실시하는 경우에는 새로운 출발점으로 사용할 수도 있다.In practicing the random priming method, the template can be a linear or cyclic mono- or modified bi-chain polynucleotide. The molds may be mixed in equal molar amounts or, for example, in amounts measured according to the functional properties of the molds. In at least some cases, the template gene may be cloned into a vector where no additional mutations should be formed, and therefore the template gene should first be purified from the vector by cleavage with a restriction enzyme. The linear DNA molecules thus obtained are heated to be denatured, annealed to oligodeoxynucleotides of random sequence and then incubated with DNA polymerase in the presence of an appropriate amount of dNTP. Hexnucleotide primers are preferred, but longer random primers (up to 24 bases) may be used depending on the conditions used during random priming synthesis and DNA polymerase. As a result, oligonucleotides prime and stretch the DNA at various locations along the entire target region to produce short DNA fragments complementary to each strand of template DNA. Such short DNA fragments may also contain point mutations due to mis-incorporation and mispriming. Under conventional reaction conditions, short DNA fragments can prime each other according to homology and can be reassembled into full-length genes by repeated high temperature cycling treatment in the presence of thermostable DNA polymerase. The full-length gene thus obtained has various sequences, but most of them will be similar to the sequence of the original template DNA. These sequences can be further amplified by conventional PCR and cloned into expression vectors. Subsequently, the selection or selection of expressed mutants can result in variants with improved or even new specific functions. Such variants may be used immediately as a partial solution to a substantial problem, or as a new starting point for additional inductive evolution cycles.

단백질 최적화에 이용되는 기타 다른 방법, 예컨대 조합성 카세트 및 올리고뉴클레오티드 유도성 돌연변이유발과 같은 기법(24, 25, 26)과 비교하여 시험관내 단백질 진화에 사용되는 무작위 프라이머를 기본으로 한 방법의 몇가지 장점을 요약해보면 다음과 같다.Some advantages of the method based on random primers used for in vitro protein evolution compared to other methods used for protein optimization, such as combinatorial cassettes and oligonucleotide-induced mutagenesis (24, 25, 26) The summary is as follows.

1. 무작위 프라이밍 합성에 사용된 주형은 1본쇄 폴리뉴클레오티드이거나 2본쇄 폴리뉴클레오티드일 수 있다. 이에 반해, 오류 발생이 큰 PCR과 DNA 셔플링(shuffling) 재조합법(17,18,19)은 반드시 2본쇄 폴리뉴클레오티드만을 이용해야 한다. 본 명세서에 기재된 방법을 사용하면 돌연변이 및/또는 교차를 여러 종류의 DNA 의존성 DNA 폴리머라제를 사용하여 DNA 준위에서 또는 심지어 여러 종류의 RNA 의존성 DNA 폴리머라제를 사용하여 mRNA로부터 직접 형성시킬 수 있다. 재조합은 1본쇄 DNA 주형을 사용하여 실시할 수 있다.1. The template used for random priming synthesis may be single-stranded or double-stranded polynucleotides. In contrast, PCR and DNA shuffling recombination methods (17, 18, 19), which are prone to error, must use only two-stranded polynucleotides. Using the methods described herein, mutations and / or crosses can be formed directly from mRNA at the DNA level using several types of DNA dependent DNA polymerase or even using several types of RNA dependent DNA polymerase. Recombination can be carried out using a single-stranded DNA template.

2. 무작위 단편을 만들기 위하여 2본쇄 DNA 주형의 단편화(일반적으로 DNAse I로 실시)를 요하는 DNA 셔플링 방법과는 대조적으로 본 명세서에 개시된 방법은 무작위 프라이밍 합성법을 이용하여 추가 재조립에 사용될 수 있는 "교배 블록"으로서 조절가능한 크기의 DNA 단편이 만들어진다(도 1). 이와 같은 방법의 직접적인 장점은 뉴클레아제 활성을 가진 2가지 원료(DNaseI 및 5'-3' 엑소뉴클레아제)가 필요치 않아서 최종 재조립체와 증폭 유전자 단편의 크기 제어면에서 용이하다는 점이다.2. In contrast to the DNA shuffling method, which requires fragmentation of a double stranded DNA template (generally with DNAse I) to make a random fragment, the method disclosed herein can be used for further reassembly using random priming synthesis. DNA fragments of adjustable size are made as "crossing blocks" (Figure 1). A direct advantage of this method is that it does not require two sources of nuclease activity (DNaseI and 5'-3 'exonuclease), which facilitates control of the size of the final reassembly and amplified gene fragments.

3. 무작위 프라이머는 매 위치 마다 모두 4개의 염기를 함유하는 일군의 합성 올리고뉴클레오티드이므로, 길이가 균일하고 서열의 일정 경향이 없다. 이와 같은 서열의 이종성으로 인하여 많은 위치에서 주형 DNA 가닥과 하이브리드를 형성할 수 있으며, 따라서 주형의 모든 뉴클레오티드(단 5' 극말단은 제외)가 유사한 빈도로 생성물로 복사되어야 한다. 이와 같은 방식을 통해 돌연변이와 교차는 예컨대 오류 발생이 큰 PCR이나 DNA 셔플링 보다 더 무작위적으로 일어난다.3. Since random primers are a group of synthetic oligonucleotides containing all four bases at each position, they are uniform in length and do not tend to be constant in sequence. This heterogeneity of the sequence allows hybridization with the template DNA strand at many locations, so that all the nucleotides of the template (except for the 5 ′ extreme) must be copied into the product at a similar frequency. In this way mutations and crossovers occur more randomly than, for example, error-prone PCR or DNA shuffling.

4. 무작위 프라이밍된 DNA 합성은 DNA 주형에 대한 헥사뉴클레오티드 혼합물의 하이브리드화를 기본으로 하며, 그 상보 가닥은 폴리머라제와 4가지 데옥시뉴클레오티드 트리포스페이트를 이용하여 무작위 헥사뉴클레오티드 프라이머의 3'-OH 말단에서 부터 합성한다. 따라서, 이 반응은 DNA 주형의 길이와는 무관하다. 200개 염기 길이의 DNA 단편은 선형화된 플라스미드나 λDNA 만큼 잘 프라이밍할 수 있다(29). 이 방법은 예컨대 펩티드를 조작하는데 특히 유용하다.4. Random primed DNA synthesis is based on hybridization of hexanucleotide mixtures to DNA templates, the complementary strand of which is the 3'-OH terminus of random hexanucleotide primers using polymerase and four deoxynucleotide triphosphates. Synthesize from Thus, this reaction is independent of the length of the DNA template. DNA fragments 200 bases in length can be primed as well as linearized plasmids or [lambda] DNA (29). This method is particularly useful for engineering peptides, for example.

5. DNaseI은 피리미딘 뉴클레오티드와 인접한 부위에서 우선적으로 2본쇄 DNA를 가수분해하는 엔도뉴클레아제이므로 DNA 셔플링에 사용되면 주형 유전자 분해 단계에서 일정 경향을 나타낼 것이다(특히, G+C 또는 A+T 함량이 높은 유전자인 경우). 이와 같은 잠재적인 경향이 총 돌연변이율과 재조합 빈도수에 미치는 영향은 무작위 프라이밍법을 사용하면 피할 수 있다. 무작위 프라이밍법에 있어서 나타나는 주형 DNA의 GC 풍부한 영역에 우선적으로 하이브리드화하는 경향은 무작위 올리고뉴클레오티드 라이브러리 중의 A와 T의 함량을 증가시키면 극복될 수 있다.5. DNaseI is an endonuclease that preferentially hydrolyzes double-stranded DNA at sites adjacent to pyrimidine nucleotides and therefore, when used for DNA shuffling, will show a certain trend in template gene digestion steps (especially G + C or A + For genes with high T content). The effect of this potential trend on total mutation rate and recombination frequency can be avoided using random priming. The tendency to preferentially hybridize to the GC-rich region of the template DNA appearing in random priming can be overcome by increasing the content of A and T in the random oligonucleotide library.

본 발명의 실시하는 데 있어서 중요한 부분은 무작위 프라이밍 방법 동안 1차 합성된 1본쇄 DNA의 평균 크기를 조절하는 것이다. 이 단계는 공지 문헌을 통해 상세히 연구되어 있다. 호지슨(Hodgson)과 피스크(Fisk)(30)는 합성된 1본쇄 DNA의 평균 크기가 프라이머 농도의 역함수로서, 길이 = k/ (여기에서 Pc는 프라이머 농도이다)라는 것을 발견하였다. 프라이머 농도와 생성 DNA 단편 크기 사이의 역관계는 입체 장애 때문일 수 있다. 이와 같은 사실에 근거하여 다양한 길이의 각 유전자에 적당한 무작위 프라이밍 합성 조건을 용이하게 설정할 수 있다.An important part of the practice of the present invention is to control the average size of the primary stranded DNA synthesized during the random priming method. This step is studied in detail through known literature. Hodgson and Fisk 30 show that the average size of single-stranded DNA synthesized is the inverse of the primer concentration, and length = k / (Where Pc is the primer concentration). The inverse relationship between primer concentration and resulting DNA fragment size may be due to steric hindrance. Based on this fact, random priming synthesis conditions suitable for each gene of various lengths can be easily set.

현재 이용가능한 폴리머라제는 수십 가지이므로 짧은 초기 DNA 단편을 합성하는 방식은 다양하다. 예컨대, 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제(23) 또는 T7 시쿼나제 버전 2.0 DNA 폴리머라제(31,32)를 무작위 프라이밍 합성법에 사용할 수 있다.There are dozens of polymerases available today, so there are many ways to synthesize short initial DNA fragments. For example, bacteriophage T4 DNA polymerase 23 or T7 sequinase version 2.0 DNA polymerase 31,32 can be used for random priming synthesis.

무작위 프라이밍 합성법에서 주형이 1본쇄 폴리뉴클레오티드(특히 RNA 주형)인 경우에는 역전사효소가 바람직하다. 이 효소는 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성이 없기 때문에 다소 오류를 발생하기 쉽다. 고농도의 dNTP와 Mn2+존재하에서 500개 염기 당 약 1개 염기가 병입오류된다(29).Reverse transcriptase is preferred when the template is a single-stranded polynucleotide (particularly an RNA template) in random priming synthesis. This enzyme is somewhat error prone because it lacks 3 '→ 5' exonuclease activity. In the presence of high concentrations of dNTP and Mn 2+, about 1 base per 500 bases is misloaded (29).

반응 조건을 변화시키면 짧은 초기 DNA 단편에 대해 열안정성 폴리머라제를 사용하여 무작위 프라이밍 합성법에 맞게 PCR을 실시할 수 있다. 이 때 중요한 것은 짧은 무작위 프라이머들이 주형에 어닐링하고 고온에서도 충분히 DNA 증폭할 수 있는 반응 조건을 통상적인 실험을 통해 확인해야 한다는 것이다. 본 출원인은 dp(N)12만큼 짧은 무작위 프라이머를 PCR을 통해 신장된 프라이머로 만들 수 있다는 것을 발견하였다. 무작위 프라이밍 합성법에 맞게 PCR을 조정하면 짧은 초기 DNA 단편을 만드는데 편리한 방법을 얻을 수 있으며, 이와 같은 무작위 프라이밍 재조합 기법은 매우 강력한 방법이 된다.By changing the reaction conditions, PCR can be performed for short priming DNA fragments using a thermostable polymerase for random priming synthesis. What is important at this point is that routine experiments should identify the conditions under which short random primers anneal the template and allow sufficient DNA amplification even at high temperatures. Applicants have discovered that random primers as short as dp (N) 12 can be made into elongated primers by PCR. Tailoring PCR for random priming synthesis yields a convenient way to create short initial DNA fragments. Such random priming recombination techniques are very powerful.

많은 진화 시나리오에서 주형 서열 중 최소 일부의 서열 정보가 있다면 올리고뉴클레오티드 서열 간에 재조합이 이루어졌다. 이러한 시나리오에서는 각종 돌연변이 사이에 산재한 일련의 프라이머를 구체화하여 합성할 수 있다. 일정 프라이머를 사용하는 경우에 프라이머의 길이는 6개 내지 100개 염기일 수 있다. 본 발명에 따르면, 이와 같은 일정 프라이머를 이용하여 일련의 중첩 프라이머 신장 반응(고온순환 처리로 실시할 수 있음)을 실시하면 주형 사이에 축적된 돌연변이, 대립유전자형 차이 또는 이소타입형 차이를 1가지 이상 함유하는 각각의 재조합 카세트를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. DNA 중합 반응에서 중첩 신장 생성물이 생성되도록 일정 프라이머를 사용하면 유용한 프라이머가 소모되면서 완전한 유전자 생성물이 형성될 때까지 프라이머 신장 생성물의 교차 하이브리드화 반응이 점차 증가하게 된다. 이와 같이 어닐링, 신장 및 변성 단계를 반복 실시하면 각 중첩 카세트가 매번 다른 중첩 카세트와 재조합하게 된다.In many evolutionary scenarios, recombination has occurred between oligonucleotide sequences if there is sequence information of at least some of the template sequences. In such a scenario, a series of primers interspersed among various mutations can be specified and synthesized. In the case of using a constant primer, the length of the primer may be 6 to 100 bases. According to the present invention, when a series of overlapping primer extension reactions (which can be carried out by high temperature circulation treatment) using such constant primers, one or more mutations, allelic differences or isotype differences accumulated between the templates are obtained. It was found that each recombinant cassette containing could be obtained. The use of constant primers to produce overlapping extension products in a DNA polymerization reaction results in a gradual increase in cross hybridization of the primer extension products until the complete gene product is formed while the useful primer is consumed. Repeated annealing, stretching and denaturation steps result in each overlapping cassette recombining with each other.

본 발명의 바람직한 구체예는 DNA 합성을 개시하는데 일군의 일정 올리고뉴클레오티드 프라이머를 사용하는 방법을 포함한다. 도 2는 일정 프라이머를 사용하는 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것이다. 올리고뉴클레오티드 프라이머를 적절하게 디자인하여 배치하면 일정하게 신장된 재조합 프라이머를 얻을 수 있고 동종 주형의 길이에 따라 주요 재조합(동시 분리) 형태를 측정할 수 있다.Preferred embodiments of the invention include methods of using a group of certain oligonucleotide primers to initiate DNA synthesis. 2 illustrates an exemplary form of the invention using certain primers. Properly designed and placed oligonucleotide primers yield constant stretched recombinant primers and measure the major recombination (simultaneous separation) form along the length of the homologous template.

또 다른 구체예로서, 본 발명은 주형의 존재하에 프라이머를 기본으로 한 유전자 조립 및 재조합 방법에 대안적인 방법을 제공한다. 따라서, 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명은 변성 이전에 효소 촉매화된 DNA 중합 반응을 단지 간단하게(시간을 제한하고 신장 단계의 온도를 저하시켜) 진행시킬 수 있는 재조합 방법을 제공한다. 변성 후 신장된 단편을 주형 서열에 무작위 어닐링시키고 계속 부분 신장시킨다. 이 방법을 프라이머와 주형의 농도에 따라 완전한 길이의 서열이 얻어질 때까지 수회 반복한다. 이와 같은 방법을 스태거형 신장법(staggered extension) 또는 StEP라고 부른다. StEP에서도 역시 무작위 프라이머를 사용할 수 있지만 유전자 합성이 일정 프라이머 만큼 효과적이지는 않다. 따라서 일정 프라이머가 바람직하다.In another embodiment, the present invention provides an alternative to the primer based gene assembly and recombination methods in the presence of a template. Thus, as shown in FIG. 3, the present invention provides a recombination method that allows the enzyme catalyzed DNA polymerization reaction to proceed simply simply (by limiting time and lowering the temperature of the elongation step) prior to denaturation. After denaturation the stretched fragments are randomly annealed to the template sequence and continue to partially stretch. This method is repeated several times until a full length sequence is obtained, depending on the concentration of the primer and template. This method is called staggered extension or StEP. Random primers can also be used in StEP, but gene synthesis is not as effective as certain primers. Thus, certain primers are preferred.

이 방법에서는 부분 신장된 프라이머를 만들기 위하여 간단한 어닐링/신장 단계를 사용한다. 즉, 일반적인 어닐링/신장 단계는 고충실도의 프라이머 어닐링을 허용하는 조건하에서(T어닐링이 Tm -25보다 큰 조건) 실시되지만, 중합/신장 반응은 수초 이내(또는 평균 신장체가 300개 nt 미만이 되도록)로 단축한다. 최소 신장체는 20 내지 50개 nt 정도인 것이 바람직하다. 열안정성 DNA 폴리머라제는 일반적으로 최대 중합 속도가 최적 온도에서 100 내지 150개 뉴클레오티드/초/효소 분자인 것으로 나타나지만, 최적 온도(Topt) 부근의 온도에서는 대략 아레니우스 속도론을 따르는 것으로 입증된 바 있다. 따라서, 55 ℃의 온도에서 열안정성 폴리머라제는 72 ℃(Topt)에서 나타내는 안정 상태 중합률의 20 내지 25%, 또는 24개 nt/초 만을 나타낸다(40).Taq폴리머라제는 37 ℃ 및 22 ℃에서 각각 1.5개 nt/초 및 0.25개 nt/초의 신장 활성을 나타낸다고 보고된 바 있다(24). 시간과 온도는 기본 폴리머라제의 속도와 생화학에 관한 지식과 목적하는 재조합 과정에 따라 통상적 방식으로 변화시킬 수 있다.This method uses a simple annealing / extension step to make partially stretched primers. That is, the general annealing / extension step is carried out under conditions that allow for high fidelity primer annealing (where T annealing is greater than T m -25 ), but the polymerization / extension reaction is within seconds (or less than 300 nt average elongation). Shorten). It is preferred that the minimum elongate is on the order of 20-50 nt. Thermostable DNA polymerases generally appear to have a maximum polymerization rate of 100 to 150 nucleotides / second / enzyme molecule at the optimum temperature, but at temperatures near the optimum temperature (T opt ) it has been demonstrated to follow approximately Arrhenius kinetics. have. Thus, the thermostable polymerase at a temperature of 55 ° C. shows only 20-25%, or 24 nt / sec, of the steady state polymerization rate at 72 ° C. (T opt ) (40). Taq polymerase has been reported to exhibit kidney activity of 1.5 nt / sec and 0.25 nt / sec at 37 ° C. and 22 ° C., respectively (24). Time and temperature can be varied in a conventional manner depending on the knowledge of the rate and biochemistry of the base polymerase and the desired recombination process.

스태거형 신장 방법의 진행은 프라이머 신장 반응시 여러 시간 마다 반응 튜브로부터 일정량을 분리하여 아가로스 겔 전기영동을 통해 DNA 단편을 단리하므로써 모니터한다. 효과적인 프라이머 신장은 사이클의 증가 횟수마다 분자량을 증가시키는 이 방법에서 초반부에 관찰되는 저분자량 "스미어(smear)" 현상으로부터 확인할 수 있다.The progress of the staggered stretch method is monitored by isolating DNA fragments via agarose gel electrophoresis by separating a certain amount from the reaction tube every several hours during primer stretch reaction. Effective primer extension can be identified from the low molecular weight “smear” phenomenon observed earlier in this method of increasing molecular weight with increasing number of cycles.

유전자 증폭 방법(새로운 DNA를 지수적으로 생성)과 달리, StEP는 그 초기 사이클에서 부가적인 방식으로 여러 주형 유전자에 상응하는 DNA 단편을 함유하는 새로운 DNA 단편을 생성한다. 비증폭 조건하에서 StEP를 20회 사이클시키면 초기 주형 농도의 약 40배인 최대 몰량의 DNA를 생성한다. 이에 비하여, 유전자 증폭의 이상적인 폴리머라제 연쇄 반응은 절대 배수적이어서 동일한 횟수의 단계를 통해 최대 약 1 x 106배의 몰량을 제공한다. 실제로, 상기 두 방법 사이의 차이는 PCR로 관찰할 수 있는데, 이 PCR 방법은 10 내지 500배 과량의 프라이머(유전자 증폭에서는 일반적으로 106배 과량 사용)와 1 ng/㎕ 미만의 주형을 사용한 경우 단지 수회 사이클(10회 미만)만 진행시켜도 명확한 "밴드"를 제공한다. 이와 유사한 반응 조건에서 StEP는 증가하는 사이클 횟수마다 분자량이 증가하는 가시성이 적은 "스미어"를 나타낼 것으로 예상된다. 유의적인 수의 프라이머 신장된 DNA 분자가 전길이 유전자의 길이보다 1/2 이상의 크기에 도달하기 시작하면, 순방향과 역방향의 1/2 신장된 가닥들이 교차 하이브리드하여 이 방법의 현 시점에서 나타나는 단편 크기보다 거의 2배에 가까운 단편을 생성하는 것처럼 분자량의 급격한 증가가 나타난다. 이 때, DNA를 계속 StEP 처리하거나 프라이밍 DNA의 완전한 신장체가 유전자 증폭의 대수 단계로 유도되도록 고온순환 처리를 변화시키면 스미어 부분이 적당한 분자량의 뚜렷한 밴드로 급속히 통합된다.Unlike the gene amplification method (exponentially generating new DNA), StEP creates a new DNA fragment containing DNA fragments corresponding to several template genes in an additional manner in its initial cycle. 20 cycles of StEP under non-amplified conditions yielded the maximum molar amount of DNA, approximately 40 times the initial template concentration. In contrast, the ideal polymerase chain reaction for gene amplification is absolute fold, providing up to about 1 × 10 6 fold molar amount through the same number of steps. Indeed, the difference between the two methods can be observed by PCR, which uses a 10 to 500-fold excess primer (typically 10 6- fold excess for gene amplification) and less than 1 ng / μl template. Only a few cycles (less than 10 cycles) provide a clear “band”. Under similar reaction conditions, StEP is expected to exhibit a "smear" with low visibility of increasing molecular weight with increasing number of cycles. When a significant number of primer stretched DNA molecules began to reach a size greater than 1/2 the length of the full-length gene, the forward and reverse half-stranded strands cross-hybrid, resulting in fragment size present at this point in the method. There is a sharp increase in molecular weight, such as producing fragments that are nearly two times closer. At this time, if the DNA is continuously StEP treated or the high temperature circulating treatment is changed so that the complete extension of the priming DNA is introduced into the logarithmic stage of gene amplification, the smear portion rapidly integrates into a distinct band of appropriate molecular weight.

유전자 조립(및 필요하다면 2본쇄 형태로의 전환)에 이어 재조합된 유전자는 증폭시키고(선택적), 적합한 제한 효소로 분해한 뒤 발현 벡터에 결찰시켜 발현 유전자 생성물을 선별한다. 이 과정은 목적하는 기능으로 진화를 유도하는 서열 변화를 축적하기 위하여 필요하다면 반복할 수 있다.Gene assembly (and, if necessary, conversion into a double stranded form), followed by amplification of the recombinant gene (optionally), digested with a suitable restriction enzyme and ligated into an expression vector to select the expression gene product. This process can be repeated if necessary to accumulate sequence changes that induce evolution into the desired function.

따라서, 스태거형 신장과 동종 유전자 조립법(StEP)은 무작위 방식 또는 일정 경향을 지닌 방식으로 유사 유전자를 재조합할 수 있는 강력하고 융통성있는 방법이다. 이 방법은 어닐링/신장 단계에 사용되는 시간과 프라이머의 배치를 조절하면 일련의 공지 서열의 특정 영역 내부 또는 외부에 재조합을 편중시키는데 사용할 수 있다. 또한, 별도로 얻어진 것이거나 또는 한 반응액에서 얻어진 것인 동종의 유전자 정보를 가진 특정 카세트를 재조합하는 경우에도 사용할 수 있다. 이 방법은 서열 정보는 없지만 기능적인 5' 및 3' 증폭 프라이머를 제조할 수 있는 유전자를 재조합하는 경우 역시 사용할 수 있다. 기타 다른 재조합 방법과는 달리, 스태거형 신장 방법은 복잡한 분리 또는 정제 단계 없이 통상적인 방법을 사용하여 한 튜브 중에서 실시할 수 있다.Thus, staggered kidney and homologous gene assembly (StEP) is a powerful and flexible way to recombine similar genes in a random manner or in a trend-like manner. This method can be used to bias recombination within or outside a particular region of a series of known sequences by adjusting the time and placement of primers used in the annealing / extension step. Moreover, it can also be used when recombining the specific cassette with homogeneous genetic information obtained separately or from one reaction solution. This method can also be used when recombining genes that have no sequence information but can produce functional 5 'and 3' amplification primers. Unlike other recombination methods, the staggered extension method can be carried out in one tube using conventional methods without complicated separation or purification steps.

본 발명에 따른 일정 프라이머 구체예의 몇가지 장점은 다음과 같다.Some advantages of certain primer embodiments according to the present invention are as follows.

1. StEP 방법은 조립된 생성물로부터 모 분자의 분리를 필요로 하지 않는다.1. The StEP method does not require separation of the parent molecule from the assembled product.

2. 재조합 위치가 일정 성향을 나타내도록 일정 프라이머를 사용할 수 있다.2. Certain primers can be used so that the recombination site exhibits a certain propensity.

3. StEP는 신장 시간을 변화시켜 재조합 빈도수를 조정할 수 있다.3. StEP can adjust recombination frequency by varying elongation time.

4. 재조합 방법은 한 튜브 중에서 실시할 수 있다.4. The recombination method can be carried out in one tube.

5. 이 방법은 1본쇄 또는 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 사용하여 실시할 수 있다.5. This method can be carried out using single- or double-stranded polynucleotides.

6. 이 방법은 DNaseI 또는 기타 다른 엔도뉴클레아제에 의해 도입되는 성향이 나타나지 않는다.6. This method shows no propensity to be introduced by DNaseI or other endonucleases.

7. 보편 프라이머를 사용할 수 있다.7. Universal primers can be used.

8. 한정된 무작위도를 나타내는 일정 프라이머를 사용하여 유전자의 선택된 영역에서 돌연변이 빈도수를 증가시킬 수 있다.8. Certain primers with limited randomness can be used to increase the frequency of mutations in selected regions of the gene.

당해 기술 분야의 지식을 가진 자라면 본 발명은 여러 가지 구체예로 실시할 수 있다. 그 예로는 다음과 같다.Those skilled in the art can implement the present invention in various embodiments. For example:

1. 인접하는 일정 프라이머와 스태거형 신장체만을 사용한 관련 유전자의 재조합 및 점 돌연변이 방법.1. Recombination and point mutation of related genes using only adjacent constant primers and staggered kidneys.

2. 프라이머가 고온순환 과정 동안 소모되어 재조합된 합성 유전자가 형성될 때까지 중첩 유전자 단편을 교차하이브리드 및 신장시킬 수 있는 충분히 낮은 농도인 일련의 내부 프라이머와 인접 프라이머를 사용한 관련 유전자의 재조합 및 돌연변이 방법.2. A method for recombination and mutation of related genes using a series of internal and adjacent primers at sufficiently low concentrations to cross-hybrid and stretch overlapping gene fragments until the primer is consumed during the high temperature cycle to form a recombinant synthetic gene. .

3. 무작위 서열의 프라이머를 고농도로 사용하여 짧은 DNA 단편의 수집물을 만들고 이를 재조립하여 새로운 유전자를 만드는 유전자의 재조합 및 돌연변이 방법.3. A method for recombination and mutation of genes using high concentrations of random sequence primers to make a collection of short DNA fragments and reassemble them to create a new gene.

4. 1군의 일정 프라이머를 사용하여 DNA 단편의 수집물을 만들고 이를 재조립하여 새로운 유전자를 만드는 유전자의 재조합 및 돌연변이 방법.4. A method for recombination and mutation of a gene using a group of constant primers to make a collection of DNA fragments and reassemble them to create a new gene.

5. 1종 이상의 일정 프라이머와 스태거형 신장부를 사용하여 새로운 유전자를 만드는 1본쇄 폴리뉴클레오티드의 재조합 및 돌연변이 방법.5. A method of recombination and mutation of single-stranded polynucleotides to create new genes using one or more constant primers and staggered kidneys.

6. 프라이머 중에 존재하는 뉴클레오티드 위치들의 30% 이상 또는 60% 이상에서 한정된 무작위도를 가진 일정 프라이머를 사용한 재조합 방법.6. A method of recombination using certain primers with defined randomness at least 30% or at least 60% of the nucleotide positions present in the primers.

프라이머를 기본으로 한 재조합 방법의 구체적인 실시예는 다음과 같다.Specific examples of the recombinant method based on the primers are as follows.

본 발명은 일군의 모 서열(주형)을 점 돌연변이 및 시험관내 재조합시켜 신규한 폴리뉴클레오티드 서열을 만드는 유의적으로 개선된 신규 방법을 제공한다. 신규 폴리뉴클레오티드 서열은 그 자체를 이용하거나(예컨대, DNA를 기본으로 한 컴퓨터 작업), 또는 유전자 생성물을 유도적 진화시키기 위하여 재조합 유기체 중에서 발현시킬 수 있다. 본 발명의 제1 양태는 무작위 서열의 올리고뉴클레오티드를 가진 주형 유전자를 프라이밍하여 짧은 DNA 단편의 수집물을 만드는 것을 포함한다. 이러한 짧은 DNA 단편은 적당한 반응 조건하에서 상보성에 근거하여 서로 프라이밍할 수 있으며, 따라서 열안정성 DNA 폴리머라제의 존재하에 고온순환처리 과정을 반복하면 재조립하여 전길이의 유전자로 제조될 수 있다. 이와 같이 제조된 다른 모 유전자 유래의 새로운 조합의 서열 뿐만 아니라 점 돌연변이를 함유하는 재조립된 유전자는 통상적인 PCR을 통해 증폭시켜 적당한 벡터에 클로닝하면 암호화된 단백질을 형질발현시킬 수 있다. 이러한 유전자 생성물을 선별하거나 선택하면 개선되거나 심지어 신규 기능을 가진 새로운 변이체를 얻을 수 있다. 이 변이체는 그 자체를 이용하거나 또는 돌연변이유발과 재조합의 사이클을 더 진행시킬 수 있는 새로운 출발점으로 작용할 수 있다.The present invention provides a significantly improved novel method of producing a novel polynucleotide sequence by point mutation and in vitro recombination of a group of parent sequences (templates). The novel polynucleotide sequences can be expressed in recombinant organisms using themselves (eg, computer-based computational work), or for inductively evolving a gene product. A first aspect of the invention involves priming a template gene with oligonucleotides of random sequence to make a collection of short DNA fragments. These short DNA fragments can be primed with each other based on complementarity under appropriate reaction conditions, and thus can be reassembled and made into full-length genes by repeating the high temperature cycling process in the presence of thermostable DNA polymerase. Reassembled genes containing point mutations as well as sequences of new combinations derived from other parent genes thus prepared can be amplified by conventional PCR and cloned into appropriate vectors to express the encoded protein. Selection or selection of such gene products may result in new variants with improved or even novel functions. This variant may use itself or serve as a new starting point for further progression of mutagenesis and recombination.

본 발명의 제2 양태는 일정 서열의 프라이머 올리고뉴클레오티드 군이나 한정된 불규칙성을 나타내는 일정 서열로 주형 유전자를 프라이밍하여 짧은 DNA 단편의 수집물을 생성하는 단계 및 그 다음 전술한 바와 같이 전길이의 유전자로 재조립하는 단계를 포함한다.A second aspect of the present invention is directed to priming a template gene with a group of primer oligonucleotides of a given sequence or a sequence that exhibits limited irregularity to produce a collection of short DNA fragments and then re-whole to the full-length gene as described above. Assembling.

본 발명의 제3 양태는 '스태거형 신장(staggered extension)' 방법, StEP라고 불리는 신규 방법을 포함한다. 프라이머의 신장에 의해 만들어진 단편 수집물을 재조립하는 대신에 주형의 존재하에 전길이의 유전자를 직접 조립한다. StEP는 변성과 그 후 약식화된 어닐링/신장 단계의 반복 사이클로 이루어진다. 각 사이클에서 신장된 단편은 상보성에 근거하여 다른 주형에 어닐링할 수 있고 약간 더 신장시켜 "재조합 카세트"를 만들 수도 있다. 이러한 주형의 전환으로 인하여 대부분의 폴리뉴클레오티드는 상이한 모 유전자 유래의 서열을 함유하게 된다(즉, 신규 재조합체가 만들어진다). 이 방법은 전길이의 유전자가 형성될 때까지 반복한다. 그 다음 선택적인 유전자 증폭 단계를 실시할 수 있다.A third aspect of the invention includes a 'staggered extension' method, a novel method called StEP. Instead of reassembling the fragment collection made by extension of the primer, directly assemble the full-length gene in the presence of the template. StEP consists of a repeat cycle of denaturation followed by a abbreviated annealing / extension step. Fragments elongated in each cycle can anneal to other templates based on complementarity and can be elongated slightly to create "recombinant cassettes". This template conversion results in most polynucleotides containing sequences from different parent genes (ie, new recombinants are made). This method is repeated until full-length genes are formed. An optional gene amplification step can then be performed.

다른 양태로서 본 발명은 여러 용도들에 특징과 장점을 제공한다. 가장 바람직한 양태는 신규한 전길이 서열로 성장하는 유전자 단편을 얻기 위하여 StEP와 함께, 1종 이상의 일정 프라이머 또는 주형 폴리뉴클레오티드의 5' 말단과 3' 말단에 상응하거나 인접한 한정된 불규칙성을 나타내는 일정 프라이머를 사용하는 것이다. 이와 같은 간단한 방법은 주형 서열을 알 필요가 없다.In another aspect, the present invention provides features and advantages for various uses. The most preferred embodiment uses a constant primer exhibiting defined irregularities corresponding to or adjacent to the 5 'and 3' ends of one or more constant primers or template polynucleotides with StEP to obtain gene fragments that grow to novel full-length sequences. It is. This simple method does not need to know the template sequence.

다른 바람직한 양태에서는 전길이 유전자로 재조립되는 짧은 유전자 단편을 얻기 위하여 복수의 일정 프라이머 또는 한정된 불규칙성을 나타내는 일정 프라이머를 사용한다. 복수의 일정 프라이머를 사용하면 시험관내 재조합 빈도에 일정 경향이 나타난다. 서열 정보가 얻어지면 프라이머를 디자인하여 특정 위치에서의 재조합 빈도를 증가시키는 중첩 재조합 카세트를 만들 수 있다. 다른 특징으로서, 이 방법은 돌연변이유발과 선택(또는 선별)의 이전 단계들을 통해 축적된 정보 뿐만 아니라 유용한 구조적, 기능적 정보를 이용하는 적응성을 제공한다.In another preferred embodiment, multiple constant primers or constant primers with defined irregularities are used to obtain short gene fragments that are reassembled into full-length genes. The use of multiple constant primers tends to result in a constant in vitro recombination frequency. Once sequence information is obtained, primers can be designed to create overlapping recombinant cassettes that increase the frequency of recombination at specific locations. As another feature, the method provides adaptability using useful structural and functional information as well as information accumulated through previous steps of mutagenesis and selection (or screening).

재조합 외에도, 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법의 여러 양태들은 점 돌연변이를 생성한다. 이와 같은 점 돌연변이율을 알고 조절할 수 있는 것이 바람직한데, 이것은 DNA 합성과 유전자 재조립 조건을 조작하면 제공할 수 있다. 일정 프라이머 방법을 사용하면, 변이원성 프라이머를 통해 서열 중의 특정 위치에 특정 점 돌연변이를 유도할 수 있다.In addition to recombination, several aspects of primer-based recombination methods produce point mutations. It is desirable to be able to know and control this point mutation rate, which can be provided by manipulating DNA synthesis and genetic reassembly conditions. Using certain primer methods, mutagenic primers can induce specific point mutations at specific positions in the sequence.

본 발명에 따른 다양한 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법은 다양한 pH 범위에서 유기 용매의 존재하에 악티노플레인스 우타헨시스(Actinoplanes utahensis) ECB 탈아실화제의 활성을 향상시키고 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)의 서브틸리신 E의 열안정성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 신규 서열의 생성에 점 돌연변이와 재조합의 역할은 DNA 서열분석으로 확인한다. 이 방법은 간단하며 정확성이 있는 방법으로 관찰되었다.Recombinant methods based on various primers according to the present invention enhance the activity of Actinoplanes utahensis ECB deacylating agents in the presence of organic solvents at various pH ranges and Bacillus subtilis It has been found to increase the thermal stability of subtilisin E. The role of point mutation and recombination in the generation of new sequences is confirmed by DNA sequencing. This method was observed in a simple and accurate way.

전술한 기타 많은 특징과 부수적인 장점들은 첨부되는 도면과 함께 다음에 기재하는 상세한 설명을 통해 보다 상세히 이해할 수 있을 것이다.Many other features and additional advantages described above will be understood in greater detail through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

실시예 1Example 1

서브틸리신 E의 열안정성을 재조합하고 향상시키기 위한 일정 인접 프라이머와 스태거형 신장체의 이용Use of Contiguous Primers and Staggered Kidneys to Recombine and Improve the Thermal Stability of Subtilisin E

이 실시예는 열안정성이 야생형 서브틸리신 E 보다 우수한 서브틸리신 E 변이체를 암호하는 것으로 알려진 2개의 유전자를 재조합하여 서브틸리신 E의 열안정성을 향상시키는데 사용된 일정 프라이머 재조합 방법에 대하여 나타낸 것이다. 이 실시예는 주형의 5' 말단과 3' 말단에 상응하는 2개의 프라이머 만을 사용하는 도 3에 개략된 일반적인 방법을 예시한다.This example shows a constant primer recombination method used to enhance the thermostability of subtilisin E by recombining two genes known to encode subtilisin E variants with better thermal stability than wild type subtilisin E. . This example illustrates the general method outlined in FIG. 3 using only two primers corresponding to the 5 'and 3' ends of the template.

도 3에 개략된 바와 같이, 먼저 변성 단계와 최대로 약식화된 어닐링/신장 단계의 반복 사이클로 구성되는 스태거형 신장 방법(StEP)으로 신장된 재조합 프라이머를 만든다. 이와 같이 신장된 단편을 DNA 폴리머라제의 존재하에 고온순환을 매개로 한 동종 유전자 조립 단계에 이어 선택적인 유전자 증폭 단계를 통해 전길이의 유전자로 재조립한다.As outlined in FIG. 3, first, an extended recombinant primer is produced by the Staggered Stretch Method (StEP), which consists of a repeat cycle of denaturation and maximally abbreviated annealing / extension steps. The elongated fragments are reassembled into full-length genes through a homogeneous gene assembly step through high temperature circulation in the presence of DNA polymerase followed by a selective gene amplification step.

스태거형 신장을 이용한 일정 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법을 시험하기 위하여 2가지 열안정성 서브틸리신 E 변이체 R1 및 R2를 사용하였다. 이 두 유전자 사이에 서로 다른 염기를 가진 위치를 표 1a 및 표 1b에 도시하였다. R1 및 R2에서 서로 다른 10개의 뉴클레오티드 위치 중 아미노산 치환 Asn 181-Asp(N181D) 및 Asn 218-Ser(N218S)을 유도하는 돌연변이만이 열안정성을 제공한다. 나머지 돌연변이들은 열안정성 효과 면에서 변화가 없다(33). 단일 변이체인 N181D와 N218S는 65℃에서의 반감기가 야생형 서브틸리신 E 보다 각각 약 3배 및 2배 크고, 융점(Tm)도 야생형 효소 보다 각각 3.7 ℃ 및 3.2 ℃ 더 높다. 이와 같은 기능적 돌연변이를 함유하는 서열을 제공하는 무작위 재조합 방법은 이와 같은 재조합 과정 동안 이들 유전자에 어떤 다른 새로운 유해 돌연변이가 형성되지 않는 한 65 ℃에서의 반감기가 야생형 서브틸리신 E보다 약 8배 큰 효소를 생성할 것이다. 또한, 재조합 과정과 관련된 총 점 돌연변이유발률은 재조합된 변이체 라이브러리의 소량 시료로부터 얻어진 촉매 활성 프로파일로 추정할 수 있다. 즉, 점 돌연변이유발률이 0이면 개체군의 25%가 야생형과 유사한 활성을 나타내며, 개체군의 25%는 이중 돌연변이체인 (N181D+N218S)와 유사한 활성을 나타내며, 나머지 50%는 단일 돌연변이체인 (N181D 또는 N218S)와 유사한 활성을 나타낸다. 한정된 점 돌연변이유발은 야생형과 유사(또는 보다 낮은) 활성을 가진 효소를 암호하는 라이브러리의 분획을 증가시킨다. 이 분획을 사용하면 점 돌연변이유발률을 추정할 수 있다.Two thermostable subtilisin E variants R1 and R2 were used to test recombinant methods based on constant primers with staggered kidneys. The positions with different bases between these two genes are shown in Table 1a and Table 1b. Only mutations leading to the amino acid substitutions Asn 181-Asp (N181D) and Asn 218-Ser (N218S) of the 10 different nucleotide positions in R1 and R2 provide thermostability. The remaining mutations remain unchanged in terms of thermostable effect (33). The single variants, N181D and N218S, have half-lives at 65 ° C. about 3 and 2 times greater than wild type subtilisin E, respectively, and their melting points (T m ) are 3.7 ° C. and 3.2 ° C. higher than wild type enzymes, respectively. Random recombination methods that provide sequences containing such functional mutations have enzymes whose half-life at 65 ° C. is about eight times greater than wild-type subtilisin E, unless any other harmful mutations are formed in these genes during this recombination process. Will generate In addition, the total point mutagenesis associated with the recombination process can be estimated by the catalytic activity profile obtained from a small sample of the recombinant variant library. That is, if the point mutagenesis rate is 0, 25% of the population shows activity similar to wild type, 25% of the population shows activity similar to double mutant (N181D + N218S), and the remaining 50% is single mutant (N181D or N218S). Similar activity). Limited point mutagenesis increases the fraction of the library encoding enzymes with similar (or lower) activity to wild type. This fraction can be used to estimate point mutagenesis.

열안정성 서브틸리신 E 돌연변이체 R1 및 R2에 있는 DNA와 아미노산의 치환Substitution of DNA and Amino Acids in Thermostable Subtilisin E Mutants R1 and R2 유전자gene 염기base 염기 치환Base substitution 코돈 위치Codon location 아미노산amino acid 아미노산 치환Amino acid substitutions R1R1 780110711411153780110711411153 A→GA→GA→TA→GA → GA → GA → TA → G 22332233 109218229233109218229233 Asn→SerAsn→Ser동의 치환동의 치환Substitution of Asn → SerAsn → Ser Copper

유전자gene 염기base 염기 치환Base substitution 코돈 위치Codon location 아미노산amino acid 아미노산 치환Amino acid substitutions R2R2 48452059873174578099511894845205987317457809951189 A→GA→TA→GG→AT→CA→GA→GA→GA → GA → TA → GG → AT → CA → GA → GA → G 3331321333313213 10224893971091812451022489397109181245 동의 치환동의 치환동의 치환Val→Ile동의 치환Asn→SerAsn→Asp동의 치환Substitution of Copper Substitution Substitution of Copper Substitution Val → Ile Substitution Substitution Asn → SerAsn → Substitution of Copper 상기 돌연변이는 780 위치에 공통적으로 염기 치환을 가진 야생형 서브틸리신 E에 상대적인 것이다.The mutation is relative to wild-type subtilisin E with base substitution in common at position 780.

재료 및 방법Materials and methods

2개의 인접 프라이머를 사용한 일정 프라이머 기본의 재조합 방법Recombinant method based on constant primer using two contiguous primers

각각 5' 및 3' 인접 프라이머에 해당하는 2개의 일정 프라이머 P5N(5'-CCGAG CGTTGCATAT GTGGA AG-3'(서열 번호 1), 밑줄친 서열은 NdeI 제한 부위임) 및 P3B(5'-CGACT CTAGAGGATC CGATT C-3'(서열 번호 2), 밑줄친 서열은 BamHI 제한 부위임)를 재조합에 사용하였다. 반응 조건(최종 부피 100 ㎕): 주형으로 사용한 유전자 R1 및 R2(1:1 혼합)를 함유하는 0.15 pmol 플라스미드 DNA, 각각의 인접 프라이머 15 pmol, 1xTaq완충액, 각 dNTP 0.2 mM, MgCl21.5mM 및Taq폴리머라제 0.25U. 프로그램: 95℃에서 5분 및 94℃에서 30초, 55℃에서 5초간 80회 순환처리.정확한 크기의 생성물(약 1 kb)을 전기영동 후 0.8% 아가로스 겔로부터 절단하여 QIAEX II 겔 추출 키트를 사용하여 정제하였다. 이와 같이 정제된 생성물을 NdeI 및 BamHI으로 분해하고 pBE3 셔틀 벡터 중으로 서브클로닝하였다. 이 유전자의 라이브러리를 문헌(35)에 기재된 바대로 이.콜리 HB101 중에서 증폭시키고 비.서브틸리스 DB428 컴피턴트 세포로 전이시켜 발현과 선별하였다.2 constant primers P5N (5'-CCGAG CGTTG CATAT G TGGA AG-3 '(SEQ ID NO: 1), underlined sequences are NdeI restriction sites) and P3B (5'- corresponding to 5' and 3 'adjacent primers, respectively) CGACT CTAGA GGATC C GATT C-3 ′ (SEQ ID NO: 2), the underlined sequence is a BamHI restriction site, was used for recombination. Reaction conditions (final volume 100 μl): 0.15 pmol plasmid DNA containing genes R1 and R2 (1: 1 mixture) used as template, 15 pmol of each adjacent primer, 1x Taq buffer, 0.2 mM each dNTP, 1.5 mM MgCl 2 And 0.25 U of Taq polymerase. Program: Circulation 80 times for 5 minutes at 95 ° C and 30 seconds at 94 ° C, 5 seconds at 55 ° C. QIAEX II gel extraction kit by electrophoresis to cut from 0.8% agarose gel after electrophoresis Purification using The thus purified product was digested with NdeI and BamHI and subcloned into pBE3 shuttle vector. Libraries of this gene were expressed and selected by amplification in E. coli HB101 and transfer to B. subtilis DB428 competent cells as described in Document (35).

DNA 서열 분석DNA sequencing

QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트를 사용하여 유전자를 정제하여 서열분석용 등급의 DNA를 얻었다. 서열 분석은 Dye Terminator Cycle Sequencing 키트(미국 뉴저지주 브랜치버그에 소재하는 퍼킨 엘머 제품)를 사용하여 ABI 373 DNA Sequencing System으로 실시하였다.Genes were purified using the QIAprep spin plasmid miniprep kit to obtain sequencing grade DNA. Sequencing was performed with an ABI 373 DNA Sequencing System using the Dye Terminator Cycle Sequencing Kit (Perkin Elmer, Branchburg, NJ).

결과result

스태거형 신장의 진행은 프라이머 신장 방법 중의 여러 시점에서 반응 튜브로부터 일정량(10 ㎕)을 분취하여 아가로스 겔 전기영동으로 DNA 단편을 단리하므로써 모니터하였다. 프라이머 신장 반응의 겔 전기영동 결과 55 ℃에서 5초 간의 어닐링/신장 반응을 진행시키면 100 bp 부근(20 사이클 후), 400 bp 부근(40 사이클 후), 800 bp 부근(60 사이클 후)에서 스미어를 나타내고, 마지막에는 약 1 kb에서 스미어 중의 강한 밴드를 나타내었다. 이 밴드(재조립된 생성물의 혼합물)를 겔 정제하고, 제한 효소 BamHI과 NdeI로 분해하고 이.콜리/비.서브틸리스 pBE3 셔틀 벡터의 BamHI-NdeI 분해로 생성된 벡터에 결찰시켰다. 이 유전자 라이브러리는 이.콜리 HB101 중에서 증폭시키고 발현과 선별을 위해 비.서브틸리스 DB428 컴피턴트 세포로 전이시켰다(35).Progression of staggered elongation was monitored by isolating DNA fragments by agarose gel electrophoresis by aliquoting an amount (10 μl) from reaction tubes at various time points in the primer elongation method. Gel electrophoresis of primer extension reaction resulted in an annealing / extension reaction at 55 ° C. for 5 seconds, the smear was removed at around 100 bp (after 20 cycles), near 400 bp (after 40 cycles) and near 800 bp (after 60 cycles). Finally, strong bands in the smear were shown at about 1 kb. This band (mixture of the reassembled product) was gel purified, digested with restriction enzymes BamHI and NdeI and ligated to the vector generated by BamHI-NdeI digestion of the E. coli / B. Subtilis pBE3 shuttle vector. This gene library was amplified in E. coli HB101 and transferred to B. subtilis DB428 competent cells for expression and selection (35).

효소 변이체의 열안정성은 전술한 바와 같은 96웰 평판 방식(33)으로 측정하였다. 약 200개의 클론을 선별하였고, 이 중의 약 25%가 서브틸리신 활성을 나타내었다. 이 활성 클론 중에서 이중 돌연변이체 유사 표현형(높은 열안정성)의 빈도수는 약 23%이고, 단일 돌연변이 유사 표현형은 약 42%이었으며, 야생형 유사 표현형은 약 34%이었다. 이 분포는 2개의 열안정성 돌연변이체 N218S 및 N181D가 서로 완전히 독립적으로 재조합할 수 있을 때 예상되는 값과 매우 유사하였다.The thermal stability of the enzyme variants was determined by the 96 well plate mode 33 as described above. About 200 clones were selected, about 25% of which showed subtilisin activity. Among these active clones, the frequency of double mutant like phenotype (high thermostability) was about 23%, single mutant like phenotype was about 42%, and wild type like phenotype was about 34%. This distribution was very similar to the value expected when the two thermostable mutants N218S and N181D were able to recombine completely independently of each other.

이.콜리 HB101 유전자 라이브러리로부터 20개의 클론을 무작위적으로 채취하였다. 이들의 플라스미드 DNA를 분리하고 NdeI 및 BamHI으로 분해하였다. 20개의 클론 중 9개(45%)는 정확한 크기의 삽입체(약 1kb)를 갖고 있었다. 따라서, 상기 라이브러리 중 약 55%가 정확한 서브틸리신 E 유전자의 결실로 인하여 활성을 나타내지 않았다. 이 클론들은 서브틸리신 라이브러리의 구성원이 될 수 없으므로 계산치에서 제외시켰다. 이러한 인자를 고려하여, 라이브러리의 55%(정확한 크기의 삽입체를 가진 45% 클론 중 활성 클론 25%)가 서브틸리신 활성을 갖고 있다는 것을 발견하였다. 이 활성 프로파일은 점 돌연변이유발률이 유전자 당 2개 미만의 돌연변이라는 것을 나타낸다(36). 정확한 크기의 삽입체를 가진 5개의 클론을 가지고 서열 분석하였다. 그 결과를 도 4에 요약하였다. 5개의 유전자는 전부 1개 부터 4개까지 다양한 최소 교차를 가진 재조합 생성물이다. 이 5개의 유전자 중에서 새로운 점 돌연변이는 단지 1개에서만 관찰되었다.Twenty clones were randomly taken from the E. coli HB101 gene library. Their plasmid DNA was isolated and digested with NdeI and BamHI. Nine (45%) of the 20 clones had the correct size insert (approximately 1 kb). Thus, about 55% of the libraries did not show activity due to the deletion of the correct subtilisin E gene. These clones were not counted because they could not be members of the subtilisin library. In view of this factor, it was found that 55% of the library (25% active clone in 45% clone with the correct size insert) had subtilisin activity. This activity profile indicates that point mutagenesis is less than 2 mutations per gene (36). Five clones with the correct size insert were sequenced. The results are summarized in FIG. All five genes are recombinant products with varying minimum crossings from one to four. Of these five genes, only one new point mutation was observed.

실시예 2Example 2

pNB 에스터라제 변이체를 재조합하기 위한 일정 인접 프라이머와 스태거형 신장의 이용Use of Certain Contiguous Primers and Staggered Kidneys to Recombine pNB Esterase Variants

pNB 에스터라제에 대해 이 실시예에서 사용된 2개의 프라이머 재조합 방법은 서브틸리신 E에 대해 실시예 1에 기재된 방법과 유사하다. 2개의 주형으로서 14개의 염기가 다른 pNB 에스터라제 돌연변이 유전자를 사용하였다. 이 주형들(61C7 및 4G4)은 플라스미드 형태로 사용하였다. 2가지 표적 유전자는 신장 반응에 1 ng/㎕의 농도로 사용하였다. 인접 프라이머(RM1A 및 RM2A, 표 2)는 2 ng/㎕(주형 당 약 200 배 몰 과량)의 최종 농도로 첨가하였다.The two primer recombination methods used in this example for the pNB esterase are similar to those described in Example 1 for subtilisin E. As two templates, 14 bases different pNB esterase mutant genes were used. These templates 61C7 and 4G4 were used in the form of plasmids. Two target genes were used at a concentration of 1 ng / μl in the renal response. Adjacent primers (RM1A and RM2A, Table 2) were added at a final concentration of 2 ng / μl (about 200-fold molar excess per template).

pNB 에스터라제 유전자의 재조합에 사용된 프라이머Primers used for recombination of the pNB esterase gene 프라이머primer 서열order RM1ARM1A GAG CAC ATC AGA TCT ATT AAC(서열 번호 3)GAG CAC ATC AGA TCT ATT AAC (SEQ ID NO: 3) RM2ARM2A GGA GTG GCT CAC AGT CGG TGG(서열 번호 4)GGA GTG GCT CAC AGT CGG TGG (SEQ ID NO: 4)

클론 61C7은 유기 용매 중에서 나타내는 활성에 근거하여 분리하였으며, 야생형 서열과 비교하여 13개의 DNA 돌연변이를 함유하고 있었다. 클론 4G4는 열안정성에 근거하여 분리하였고 야생형과 비교하여 17개의 DNA 돌연변이를 함유하고 있었다. 이들 클론들은 공동 모체의 사용으로 인해 8개의 돌연변이를 공유하였다. 4G4 유래의 유전자 생성물은 61C7 유래의 유전자 생성물보다 훨씬 더 열안정하였다. 따라서, 유전자 사이의 재조합 척도는 높은 용매 활성과 높은 열안정성이 동시 분리되거나 또는 재조합된 유전자 중에서 상기 두 성질이 모두 상실되는 것이다. 또한, 재조합 빈도수와 돌연변이율은 무작위 클론을 서열분석하면 확인할 수 있다.Clone 61C7 was isolated based on the activity exhibited in the organic solvent and contained 13 DNA mutations compared to the wild type sequence. Clone 4G4 was isolated on the basis of thermal stability and contained 17 DNA mutations compared to wild type. These clones shared eight mutations due to the use of co-parents. The gene product from 4G4 was much more thermostable than the gene product from 61C7. Thus, the measure of recombination between genes is the simultaneous separation of high solvent activity and high thermal stability or the loss of both properties in the recombinant gene. In addition, recombination frequency and mutation rate can be confirmed by sequencing random clones.

pNB 에스터라제 유전자의 경우에 프라이머 신장은 94 ℃에서 30초와 55℃에서 15초로 이루어지는 고온순환 처리로 신장 반응을 90회 실시하여 진행시킨다. 20, 40, 60, 70, 80 및 90 사이클 후 일정량(10 ㎕)을 분리하였다. 아가로스 겔 전기영동은 20 사이클 후 저분자량의 '스미어' 현상을 나타내었고, 후속되는 연속 시료들의 평균 크기와 총 강도는 증가하였다. 90 사이클 후에는 0.5 kb에서 부터 4 kb까지 전개되는 뚜렷한 스미어가 명백하였고, 최대 시그널 강도는 약 2 kb(전 길이 유전자의 길이)의 크기에서 나타났다. 1/2 길이에서 전 길이 유전자로의 급등은60 사이클 내지 70 사이클에서 일어나는 것으로 나타났다.In the case of the pNB esterase gene, the extension of the primer proceeds by conducting the extension reaction 90 times by a high temperature circulation treatment consisting of 30 seconds at 94 ° C and 15 seconds at 55 ° C. After 20, 40, 60, 70, 80 and 90 cycles an amount (10 μl) was isolated. Agarose gel electrophoresis showed a low molecular weight 'smear' phenomenon after 20 cycles, and the average size and total intensity of subsequent consecutive samples increased. After 90 cycles a clear smear evolving from 0.5 kb to 4 kb was apparent, with a maximum signal intensity of about 2 kb (length of full length gene). Soaring from half length to full length genes has been shown to occur in 60 to 70 cycles.

진한 스미어를 6회의 폴리머라제 연쇄 반응을 통해 증폭시켜 전길이의 재조합 유전자 개체군을 더욱 명확히 나타내었다. 또한, 상기 프라이머를 제외한 대조군도 인접 프라이머를 사용하여 증폭시켜 반응 혼합물에 존재하는 잔류 주형으로 인한 기준치를 측정하였다. 프라이머 신장된 유전자 개체군 유래의 밴드 강도는 대조군 보다 10배 이상 강하였는데, 이것은 증폭시킨 비재조합성 주형이 유전자 개체의 증폭군을 단지 소량만 함유한다는 것을 나타낸다.The thick smear was amplified through six polymerase chain reactions to more clearly represent the full length recombinant gene population. In addition, controls other than the primers were also amplified using adjacent primers to determine baseline values due to residual templates present in the reaction mixture. Band intensities from primer-extended gene populations were more than 10 times stronger than controls, indicating that the amplified nonrecombinant template contained only a small amount of the amplification group of the gene population.

증폭시킨 재조합 유전자 수집물은 제한 효소 XbaI 및 BamHI으로 분해한 뒤 조크 등(Zock et al, 35)에 의해 개시된 바와 같은 pNB106R 발현 벡터에 결찰시켰다. 결찰된 DNA를 이용한 이.콜리 균주 TG1의 형질전환은 공지의 염화칼슘 형질전환법을 사용하여 실시하였다. 형질전환된 콜로니를 테트라사이클린 20 ㎍/㎖을 함유하는 LB/아가 평판 상에서 선별하였다.The amplified recombinant gene collection was digested with restriction enzymes XbaI and BamHI and then ligated to the pNB106R expression vector as disclosed by Zock et al, 35. Transformation of the E. coli strain TG1 using the ligated DNA was carried out using a known calcium chloride transformation method. Transformed colonies were selected on LB / agar plates containing 20 μg / ml tetracycline.

이 방법의 돌연변이율은 활성 에스터라제를 발현하는 클론률(%)을 측정하여 산정하였다(20). 또한, 무작위로 채취한 콜로니를 서열 분석하여 이 방법의 돌연변이 빈도수와 재조합 효율을 측정하였다.The mutation rate of this method was calculated by measuring the percentage of clones expressing active esterases (20). In addition, randomly collected colonies were sequenced to determine the mutation frequency and recombination efficiency of this method.

실시예 3Example 3

산재된 내부 일정 프라이머와 스태거형 신장을 이용한 pNB 에스터라제 유전자의 재조합Recombination of pNB Esterase Gene Using Scattered Internal Constant Primer and Staggered Kidney

이 실시예는 산재된 일정 프라이머 재조합 기법이 모 서열 중에 존재하는 돌연변이의 재조합과 점 돌연변이유발을 통해 신규 서열을 생성할 수 있다는 것을 입증한 것이다.This example demonstrates that scattered constant primer recombination techniques can generate new sequences through recombination and point mutagenesis of mutations present in the parent sequence.

실험 방법과 기본 정보Experiment method and basic information

2개의 pNB 에스터라제 유전자(2-13 및 5-B12)는 일정 프라이머 재조합 기법을 사용하여 재조하였다. 2-13과 5-B12 유래의 유전자 생성물은 야생형 보다 다소 열안정적이었다. 유전자 2-13은 야생형 서열 중에 본래 존재하지 않는 9개의 돌연변이를 포함하는 반면 유전자 5-B12는 14개의 돌연변이를 포함하였다. 이 두 유전자가 서로 다른 위치를 도 5에 도시하였다.Two pNB esterase genes (2-13 and 5-B12) were prepared using constant primer recombination techniques. Gene products derived from 2-13 and 5-B12 were somewhat thermostable than the wild type. Gene 2-13 contained 9 mutations that were not originally present in the wild-type sequence, while Gene 5-B12 contained 14 mutations. The positions of these two genes are shown in FIG. 5.

표 3a 및 표 3b는 본 실시예에서 사용된 8개 프라이머의 서열을 기재한 것이다. 주형 유전자에 어닐링하는 올리고의 위치(주형 유전자의 5' 말단)와 함께 프라이머 배향(F는 순방향, R은 역방향을 나타냄)도 나타내었다. 이 프라이머들을 도 5에 유전자 2-13을 따라 화살표로 나타내었다.Tables 3a and 3b describe the sequences of the eight primers used in this example. Along with the position of the oligos annealed to the template gene (5 'end of the template gene), primer orientation (F is forward and R is reverse) is also shown. These primers are indicated by arrows along gene 2-13 in FIG. 5.

이 실시예에 사용된 프라이머 서열Primer sequences used in this example 명칭designation 배향Orientation 위치location 서열order RM1ARM1A FF -76-76 GAGCACATCAGATCTATTAAC(서열 번호 3)GAGCACATCAGATCTATTAAC (SEQ ID NO: 3) RM2ARM2A RR +454+454 GGAGTGGCTCACAGTCGGTGG(서열 번호 4)GGAGTGGCTCACAGTCGGTGG (SEQ ID NO: 4) S2S2 FF 400400 TTGAACTATCGGCTGGGGCGG(서열 번호 5)TTGAACTATCGGCTGGGGCGG (SEQ ID NO: 5) S5S5 FF 10001000 TTACTAGGGAAGCCGCTGGCA(서열 번호 6)TTACTAGGGAAGCCGCTGGCA (SEQ ID NO: 6) S7S7 FF 14001400 TCAGAGATTACGATCGAAAAC(서열 번호 7)TCAGAGATTACGATCGAAAAC (SEQ ID NO: 7)

명칭designation 배향Orientation 위치location 서열order S8S8 RR 12801280 GGATTGTATCGTGTGAGAAAG(서열 번호 8)GGATTGTATCGTGTGAGAAAG (SEQ ID NO: 8) S10S10 RR 880880 AATGCCGGAAGCAGCCCCTTC(서열 번호 9)AATGCCGGAAGCAGCCCCTTC (SEQ ID NO: 9) S13S13 RR 280280 CACGACAGGAAGATTTTGACT(서열 번호 10)CACGACAGGAAGATTTTGACT (SEQ ID NO: 10)

재료 및 방법Materials and methods

일정 프라이머를 기본으로 한 재조합Recombination based on constant primers

1. 재조합될 유전자 제조.1. Preparation of the gene to be recombined.

재조합될 유전자를 함유하는 플라스미드는 Qiaprep 키트(미국 캘리포니아주 채스월스에 소재하는 퀴아겐 제품)를 사용하여 형질전환된 TG1 세포로부터 정제하였다. 정제한 플라스미드는 UV 흡광도로 정량하고 50 ng/㎕의 최종 농도로 1:1로 혼합하였다.Plasmids containing the gene to be recombined were purified from transformed TG1 cells using the Qiaprep kit (Qiagen, Chassworth, CA). Purified plasmids were quantified by UV absorbance and mixed 1: 1 at a final concentration of 50 ng / μl.

2. 스태거형 신장 PCR 및 재조립.2. Staggered Kidney PCR and Reassembly.

8개의 프라이머를 각각 12.5 ng 함유하는 표준 반응액 100 ㎕(MgCl21.5mM, KCl 50mM, Tris-HCl(pH 9.0) 10mM, 트리톤 X-10 0.1%, dNTP 0.2mM,Taq폴리머라제 0.25U(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)) 중에 주형으로 플라스미드 혼합물 4 ㎕를 사용하였다. 프라이머를 함유하지 않는 대조 반응물도 조립하였다. 반응물을 94 ℃에서 30초간과 55 ℃에서 15초간의 사이클로 100회 고온순환처리하였다. 이 때 반응물을 아가로스 겔을 통해 검측한 결과 생성물이 큰 스미어로 나타났다(프라이머 대조군을 함유하지 않는 생성물에는 육안으로 관찰할 수 있는 생성물이 없음).100 μl of standard reaction solution containing 12.5 ng of 8 primers each (MgCl 2 1.5 mM, KCl 50 mM, Tris-HCl (pH 9.0) 10 mM, Triton X-10 0.1%, dNTP 0.2 mM, Taq polymerase 0.25U (US) 4 μl of the plasmid mixture was used as a template in Promega, Madison, Wisconsin). Control reactions containing no primer were also assembled. The reaction was subjected to 100 high temperature cycles in cycles of 94 seconds for 30 seconds and 55 seconds for 15 seconds. At this time, the reaction was detected through an agarose gel, and the product appeared as a large smear (the product without the primer control had no product visible to the naked eye).

3. 주형의 DpnI 분해.3. DpnI decomposition of the template.

조립 반응물 1㎕를 그 다음 DpnI로 분해하여 주형 플라스미드를 제거하였다. DpnI 분해물 10㎕는 1 x NE 완충액 4와 DpnI 5U(둘 모두 미국 매사츄세츠주 비버리에 소재하는 뉴 잉글랜드 바이오랩스 제품)를 함유하며, 이것을 37 ℃에서 45분간 항온처리한 다음, 70 ℃에서 10분간 항온처리하여 효소를 가열 불활성화시켰다.1 μl of the assembly reaction was then digested with DpnI to remove the template plasmid. 10 μl of DpnI lysate contains 1 × NE buffer 4 and DpnI 5U (New England Biolabs, both of Beverly, Mass., USA), incubated for 45 minutes at 37 ° C., followed by 10 at 70 ° C. The enzyme was heat inactivated by incubation for a minute.

4. 재조립된 생성물의 PCR 증폭.4. PCR amplification of the reassembled product.

유전자의 말단에 특이적인 프라이머 5b(ACTTAATCTAGAGGGTATTA, 서열 번호 11) 및 3b(AGCCTCGCGGGATCCCCGGG, 서열 번호 12)를 0.4 μM 함유하는 표준 PCR 반응액(단계 2에 기재됨) 90 ㎕에 분해물 10 ㎕를 첨가하였다. 표준 PCR(94℃에서 30초, 48 ℃에서 30초, 72 ℃에서 1분)을 20회 실시한 후, 반응물을 아가로스 겔로 검측한 결과 정확한 크기(2 kb)의 강한 밴드를 나타내는 반면, 프라이머를 함유하지 않는 대조군의 레인에서는 단지 매우 희미한 밴드만이 관찰되었다. 생성물 밴드를 정제하고 발현 플라스미드 pNB106R에 다시 클로닝한 뒤 전기침투법으로 TG1 세포를 형질전환시켰다.10 μl of the digest was added to 90 μl of the standard PCR reaction solution (described in Step 2) containing 0.4 μM of primers 5b (ACTTAATCTAGAGGGTATTA, SEQ ID NO: 11) and 3b (AGCCTCGCGGGATCCCCGGG, SEQ ID NO: 12) specific to the ends of the gene. After 20 times of standard PCR (30 sec at 94 ° C., 30 sec at 48 ° C., 1 min at 72 ° C.), the reaction was detected with agarose gel to show a strong band of correct size (2 kb), Only very faint bands were observed in the lanes of no control group. The product band was purified and cloned back into the expression plasmid pNB106R and transformed TG1 cells by electropenetration.

결과result

이와 같은 형질전환으로 얻어진 콜로니를 4개의 96웰 평판에서 pNB 에스터라제 초기 활성 및 열안정성에 대해 분석하였다. 클론 중 약 60%는 모 유전자 값의 20% 이내인 초기 활성과 열안정성을 나타내었다. 클론의 극소수(10%)는 불활성(모유전자 초기 활성값의 10% 미만)을 나타내었다. 이 결과는 낮은 돌연변이유발률을 암시하는 것이다. 최고의 열안정성 값을 나타내는 4개의 돌연변이체를 서열분석하였다. 2개의 클론(6E6과 6H1)은 모 유전자 간의 재조합 결과 얻어진 것이다(도 5). 나머지 2개의 클론 중 1개는 새로운 점 돌연변이를 갖고 있었고, 다른 1개는 모 5B12와 어떤 차이도 나타내지 않았다. 돌연변이체 6E6 중에 존재하는 돌연변이 T99C와 C204T의 조합은 이들 두 부위간에 재조합이 일어났음을 시사한다. 또한, 돌연변이체 6H1은 돌연변이 A1072G가 없어졌는데(돌연변이 C1038T 및 T1310C 보유), 이것은 2가지 재조합(1가지 재조합은 1028과 1072 부위 사이, 다른 1가지 재조합은 1072와 1310 사이)의 결과이다. 서열분석된 4개의 유전자 중에서 총 5개의 새로운 점 돌연변이가 관찰되었다.Colonies obtained by this transformation were analyzed for pNB esterase initial activity and thermostability in four 96 well plates. About 60% of the clones exhibited initial activity and thermal stability within 20% of the parent gene value. Very few (10%) of the clones were inactive (less than 10% of the parental gene's initial activity). This result suggests a low mutagenesis rate. Four mutants with the highest thermostability values were sequenced. Two clones (6E6 and 6H1) were obtained as a result of recombination between parent genes (FIG. 5). One of the remaining two clones had a new point mutation and the other did not show any difference from the parent 5B12. The combination of mutations T99C and C204T present in mutant 6E6 suggests that recombination has occurred between these two sites. In addition, mutant 6H1 was missing mutation A1072G (with mutations C1038T and T1310C), which is the result of two recombinations (one recombination between 1028 and 1072 sites, and the other recombination between 1072 and 1310). A total of five new point mutations were observed among four sequenced genes.

실시예 4Example 4

내부 일정 프라이머와 스태거형 신장을 이용한 2개의 열안정성 서브틸리신 E 변이체의 재조합Recombination of Two Thermostable Subtilisin E Variants Using Internal Constant Primer and Staggered Kidney

이 실시예는 일정 프라이머 재조합 기법이 모 서열에 존재하는 돌연변이를 새롭게 조합한 신규 서열을 생성할 수 있음을 입증한다. 또한, 효소 성능(여기에서는 열안정성)을 더 향상시키는데 있어서 일정 프라이머 재조합 기법의 유용성을 입증한다. 이 실시예는 일정 프라이머가 재조합의 일정 성향을 제공하여 프라이머들(프라이머 내부)에 의해 지정된 서열 부위에서 재조합이 가장 잘 일어남을 시사한다. 또한, 이 실시예는 바람직한 돌연변이를 함유하는 적당한 일정 프라이머 서열을 사용하면 재조합 서열에 특정 돌연변이를 만들 수 있다는 것을 입증한다.This example demonstrates that certain primer recombination techniques can produce new sequences of newly combined mutations present in the parent sequence. It also demonstrates the utility of certain primer recombination techniques in further improving enzyme performance (here thermostability). This example suggests that certain primers provide some propensity for recombination so that recombination occurs best at the sequence site designated by the primers (inside the primer). This example also demonstrates that certain mutations can be made to the recombinant sequence using the appropriate constant primer sequence containing the desired mutation.

실시예 1에 기재된 2가지 열안정성 서브틸리신 E 변이체를 암호하는 유전자(R1 및 R2)를 내부 프라이머를 사용한 일정 프라이머 재조합 방법으로 재조합하였다. 도 6은 이 실시예에서 주형 유전자 R1 및 R2로부터 재조합된 자손 유전자를 만드는데 사용된 4개의 일정 내부 프라이머를 도시한 것이다. 프라이머 P50F는 HindIII 제한 부위를 없애면서 동시에 새로운 고유 NheI 부위를 만드는 돌연변이(염기 위치 598에서 A→T)를 포함한다. 이 프라이머는 일정 프라이머를 특정 방식으로 디자인하면 재조합된 서열군에 특정 돌연변이를 만들 수 있음을 입증하는데 사용된다. 유전자 R2 역시 동일한 염기 위치에 HindIII 부위가 없어지는 돌연변이 A→G를 함유한다. 따라서, 재조합된 라이브러리로부터 취한 무작위 클론들을 제한 분석(NheI 및 HindIII로 절단)하면 변이원성 프라이머를 통한 특정 돌연변이의 도입 효율과 재조합 효율을 얻을 수 있다. 또한, 무작위로 취한(선별되지 않음) 클론을 서열 분석하면 일정 프라이머를 기본으로 한 재조합 동안 일어난 재조합과 돌연변이유발 결과에 대한 정보를 더 얻을 수 있다.The genes (R1 and R2) encoding the two thermostable subtilisin E variants described in Example 1 were recombined by constant primer recombination using internal primers. FIG. 6 shows four constant internal primers used to make progeny genes recombinant from template genes R1 and R2 in this example. Primer P50F contains a mutation (A → T at base position 598) that eliminates HindIII restriction sites while at the same time creates a new unique NheI site. These primers are used to demonstrate that designing certain primers in specific ways can result in specific mutations in a group of recombinant sequences. Gene R2 also contains mutation A → G, which lacks the HindIII site at the same base position. Thus, restriction analysis (cutting with NheI and HindIII) of random clones taken from the recombinant library can yield the efficiency of introduction and recombination of specific mutations through mutagenic primers. In addition, sequencing randomly taken (unselected) clones can provide more information about recombination and mutagenesis results during certain primer-based recombinations.

재료 및 방법Materials and methods

일정 프라이머를 기본으로 한 재조합Recombination based on constant primers

도 2에 도시한 일정 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법은 StEP와 함께 다음과 같이 실시하였다.Recombination method based on a constant primer shown in Figure 2 was performed as follows with StEP.

1. 재조합될 유전자의 제조.1. Preparation of the gene to be recombined.

R1 및 R2 유전자를 함유하는 플라스미드 약 10 ㎍을 1x 완충액 B(미국 인디아나주 인디아나폴리스에 소재하는 뵈링거 맨하임 제품) 50 ㎕ 중에 함유된 NdeI 및 BamHI(각각 30U)과 함께 37 ℃에서 1 시간 동안 분해하였다. 약 1 kb의 삽입체를 QIAEX II 겔 추출 키트를 사용하여 0.8% 정제용 아가로스 겔로부터 정제하였다. 이 DNA 삽입체를 10 mM Tris-HCl(pH 7.4) 중에 용해하였다. DNA 농도를 측정하고 삽입체를 50 ng/㎕의 농도로 1:1 혼합하였다.Approximately 10 μg of the plasmid containing the R1 and R2 genes was mixed with NdeI and BamHI (30U each) in 50 μl of 1 × Buffer B (Morlinger Mannheim, Indianapolis, Indiana, USA) for 1 hour at 37 ° C. Digested. About 1 kb of insert was purified from 0.8% preparative agarose gel using the QIAEX II gel extraction kit. This DNA insert was dissolved in 10 mM Tris-HCl, pH 7.4. DNA concentration was measured and the inserts were mixed 1: 1 at a concentration of 50 ng / μl.

2. 스태거형 신장 PCR 및 재조립.2. Staggered Kidney PCR and Reassembly.

반응 조건(최종 부피 100 ㎕): 주형으로서 사용된 약 100 ng의 삽입체, 각각 4개의 내부 프라이머 50 ng, 1xTaq완충액, 각 dNTP 0.2 mM, MgCl21.5 mM,Taq폴리머라제 0.25U.Reaction conditions (final volume 100 μl): about 100 ng of insert used as template, 4 internal primers 50 ng each, 1 × Taq buffer, 0.2 mM each dNTP, 1.5 mM MgCl 2 , 0.25U Taq polymerase.

프로그램: 94 ℃에서 30초간, 55℃에서 15초간을 7회, 그 다음 94 ℃에서 30초, 55 ℃에서 15초, 72 ℃에서 5초간을 10회(스태거형 신장), 그 다음 94 ℃에서 30초, 55℃에서 15초, 72℃에서 1분간을 53회(유전자 조립).Program: 7 times for 30 seconds at 94 ° C, 15 seconds at 55 ° C, then 10 seconds for 30 seconds at 94 ° C, 15 seconds at 55 ° C, 5 seconds at 72 ° C (staggered kidney), then 94 ° C At 53 seconds for 30 seconds, 15 seconds at 55 ° C and 1 minute at 72 ° C (genetic assembly).

3. 주형의 DpnI 분해. 이 반응액 1 ㎕를 최대 9.5 ㎕의 dH2O로 희석하고, DpnI 제한 효소 0.5 ㎕를 첨가하여 DNA 주형을 45분간 분해한 뒤, 그 다음 70℃에서 10분간 항온처리한 다음 이 반응물 10 ㎕를 10회 PCR 반응에 주형으로 사용하였다.3. DpnI decomposition of the template. 1 μl of the reaction solution was diluted with up to 9.5 μl of dH 2 O, 0.5 μl of DpnI restriction enzyme was added to digest the DNA template for 45 minutes, then incubated at 70 ° C. for 10 minutes, and then 10 μl of the reaction was added. It was used as a template for 10 PCR reactions.

4. 재조립된 생성물의 PCR 증폭.4. PCR amplification of the reassembled product.

PCR 조건(100㎕ 최종 부피): 외부 프라이머 P5N 및 P3B 각각 30 pmol, 1xTaq완충액, 각 dNTP 0.2 mM 및Taq폴리머라제 2.5U.PCR conditions (100 μl final volume): 30 pmol of external primers P5N and P3B, 1 × Taq buffer, 0.2 mM each dNTP and 2.5 U of Taq polymerase.

PCR 프로그램: 94℃에서 30초, 55 ℃에서 30초, 72 ℃에서 1분간의 사이클을 10회 실시함.PCR program: 10 cycles of 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 55 ° C and 1 minute at 72 ° C.

이 프로그램은 정확한 크기의 단일 밴드를 제공하였다. 생성물을 정제하여 pBE3 셔틀 벡터에 서브클로닝하였다. 이 유전자 라이브러리를 문헌(35)에 기재된 바와 같이 발현과 선별을 위해 이.콜리 HB101에서 증폭시키고 비.서브틸리스 DB428 컴피턴트 세포로 전이시켰다. 효소 변이체의 열안정성은 전술한 바와 같은 96웰 평판 방식으로 측정하였다(33).The program provided a single band of the correct size. The product was purified and subcloned into the pBE3 shuttle vector. This gene library was amplified in E. coli HB101 and transferred to B. subtilis DB428 competent cells for expression and selection as described in document (35). The thermal stability of the enzyme variants was measured in a 96 well plate manner as described above (33).

DNA 서열 분석DNA sequencing

10개의 이.콜리 HB101 형질전환체를 선택하여 서열 분석하였다. 서열 분석용 등급의 DNA를 얻기 위하여 QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트를 사용하여 유전자를 정제하였다. 서열 분석은 Dye Terminator Cycle Sequencing 키트(미국 뉴저지주 브랜치버그에 소재하는 퍼킨 엘머 제품)를 사용하여 ABI 373 DNA 서열 분석 시스템으로 실시하였다.Ten E. coli HB101 transformants were selected and sequenced. Genes were purified using the QIAprep spin plasmid miniprep kit to obtain sequencing grade DNA. Sequencing was performed with an ABI 373 DNA sequencing system using the Dye Terminator Cycle Sequencing Kit (Perkin Elmer, Branchburg, NJ).

결과result

1) 제한 분석1) restriction analysis

재조합된 라이브러리로부터 무작위적으로 취한 40개의 클론을 제한 효소 NheI과 BamHI으로 분해하였다. 별도의 실험으로 동일한 40개의 플라스미드를 HindIII와 BamHI으로 분해하였다. 이들의 반응 생성물을 겔 전기영동으로 분석하였다. 도 7에 도시한 바와 같이, 40개 클론 중 8개(약 20%)는 새로 도입된 NheI 제한 부위를 함유하고 있었는데, 이는 변이원성 프라이머를 통해 특정 돌연변이를 개체 중으로 도입시킬 수 있다는 것을 입증하는 것이다.Forty clones randomly taken from the recombinant library were digested with the restriction enzymes NheI and BamHI. In separate experiments the same 40 plasmids were digested with HindIII and BamHI. Their reaction products were analyzed by gel electrophoresis. As shown in FIG. 7, eight of the 40 clones (about 20%) contained the newly introduced NheI restriction site, demonstrating that specific mutations can be introduced into the individual through mutagenic primers.

2) DNA 서열 분석2) DNA sequence analysis

처음 10개의 무작위적으로 채취한 클론을 서열 분석하고, 그 결과를 도 8에 도시하였다. 10개 유전자 중 최소 6개 유전자가 재조합되었다. 이 6개의 유전자 중에서 나타나는 유전자 R1 및 R2 간의 최소 교차 반응(재조합)은 1개 내지 4개로 다양하였다. 관찰할 수 있는 모든 교차는 4개의 프라이머에 의해 지정된 영역 중에서 일어났다. 이 영역 외측에서의 돌연변이는 있다 하더라도 드물게 재조합되며, 이것은 484와 520의 염기 위치에서의 두 돌연변이 간에 재조합이 전혀 일어나지 않는다는 사실을 통해 알 수 있다. 이러한 결과는 일정 프라이머가 재조합에 일정 성향을 부여하여 프라이머에 의해 지정된 서열 부위(프라이머 내부)에서 재조합이 가장 자주 일어나게 할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 매우 근접한 돌연변이들은 함께 남는 경향이 있다(예컨대 염기 치환 731 및 745와 염기 치환 1141과 1153은 항상 한쌍으로 남는다). 하지만, 클론 7의 서열은 33개 염기 거리만큼 가깝게 위치한 2개의 돌연변이도 재조합될 수 있다는 것을 보여준다(염기 위치 1107 및 1141).The first 10 randomly picked clones were sequenced and the results are shown in FIG. 8. At least six of the ten genes were recombined. The minimum cross-reaction (recombination) between genes R1 and R2 among these six genes varied from 1 to 4. All observed crossovers occurred among the regions designated by the four primers. Mutations outside this region are rarely recombined, if any, and can be seen by the fact that no recombination occurs at all between the two mutations at the 484 and 520 base positions. These results indicate that certain primers impart a certain propensity to recombination so that recombination occurs most often at the sequence site (inside the primer) designated by the primer. Also, very close mutations tend to remain together (eg, base substitutions 731 and 745 and base substitutions 1141 and 1153 always remain in pairs). However, the sequence of clone 7 shows that two mutations located as close as 33 bases can also be recombined (base positions 1107 and 1141).

이 과정에서 10개의 유전자 중에 23개의 새로운 점 돌연변이가 형성되었다. 이와 같은 0.23%의 오류율은 유전자 당 2 내지 3개의 새로운 점 돌연변이에 상응하는 것으로, 유도된 효소 진화 시 돌연변이 라이브러리를 만드는데 최적인 것으로 측정되는 속도이다(15). 이와 같은 돌연변이 형태는 표 4에 기재하였다. 돌연변이는 주로 염기전이이며 유전자를 따라 일정하게 분포되어 있다.In the process, 23 new point mutations were formed out of 10 genes. This error rate of 0.23% corresponds to two to three new point mutations per gene, which is the rate determined to be optimal for making mutation libraries in induced enzyme evolution (15). Such mutant forms are listed in Table 4. Mutations are mainly base transitions and are uniformly distributed along genes.

10개의 재조합 유전자에서 확인된 새로운 점 돌연변이New point mutations identified in 10 recombinant genes 염기전이Base transition 빈도수Frequency 염기전환Base conversion 빈도수Frequency G→AA→GC→TT→CG → AA → GC → TT → C 44354435 A→TA→CC→AC→GG→CG→TT→AT→GA → TA → CC → AC → GG → CG → TT → AT → G 1110103011101030 총 9860 염기를 서열분석하였다. 돌연변이율은 0.23%이었다.A total of 9860 bases were sequenced. The mutation rate was 0.23%.

4) 표현형 분석4) Phenotypic Analysis

비.서브틸리스 DB428 클론 약 450개를 채취하여 96웰 평판에 주입된 카나마이신 20 ㎍/㎖가 보충된 SG 배지에서 증식시켰다. 클론 중의 약 56%가 활성 효소를 발현하였다. 이전 실험을 통해 이 실험의 불활성화율이 유전자 당 2 내지 3개의 돌연변이를 나타내는 돌연변이율이라는 것을 알 수 있다(35). 약 5%의 클론은 이중 돌연변이(N181D+N218S) 유사 표현형을 나타내었는데, 이것은 주로 점 돌연변이에 의해 무작위 재조합이 단독적으로 일어났을 때 예상되는 값인 25% 보다 낮은 값이었다. (DNA 서열 분석 결과 무작위로 채취한 10개의 클론 중에서 2개의 클론 7과 8이 N218S 및 N181D 돌연변이를 함유한다는 것을 알 수 있었다.)Approximately 450 B. subtilis DB428 clones were harvested and grown in SG medium supplemented with 20 μg / ml of kanamycin injected into 96 well plates. About 56% of the clones expressed active enzymes. Previous experiments have shown that the inactivation rate of this experiment is a mutation rate representing 2-3 mutations per gene (35). About 5% of the clones showed a double mutant (N181D + N218S) like phenotype, lower than 25%, which is expected when random recombination occurred solely by point mutations. (DNA sequencing revealed that out of 10 randomly picked clones, two clones 7 and 8 contained N218S and N181D mutations.)

실시예 6Example 6

무작위 프라이밍 재조합 방법에 의한 악티노플레인스 우타헨시스 ECB 탈아실화제의 최적화Optimization of Actinoplanes Utahensis ECB Deacylating Agent by Random Priming Recombination Method

이 실시예는 변성된 선형의 2본쇄 DNA로부터 짧은 DNA 단편을 얻는 방법을 예시한 것이다(예컨대, 겔 전기영동으로 정제된 제한 단편; 22). 정제된 DNA를 몰과량의 프라이머와 혼합하고 가열하여 변성시킨 뒤 이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편을 사용하여 합성을 실시하였다. 이 효소는 5'→3' 엑소뉴클레아제 활성이 없으므로 무작위 프라이밍 생성물은 프라이머 신장에 의해서만 합성되며 엑소뉴클레아제에 의해 분해되지 않는다. 이 반응은 이 효소의 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성이 훨씬 감소되는 pH 6.6에서 실시한다(36). 이 조건은 무작위적인 합성 개시에 바람직하다.This example illustrates a method for obtaining short DNA fragments from denatured linear double stranded DNA (eg, restriction fragments purified by gel electrophoresis; 22). Purified DNA was mixed with a molar excess of primer, heated to denature, and synthesized using a Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I. Since this enzyme lacks 5 '→ 3' exonuclease activity, random priming products are synthesized only by primer extension and are not degraded by exonuclease. The reaction is carried out at pH 6.6 where the 3 '→ 5' exonuclease activity of the enzyme is much reduced (36). This condition is preferred for random synthesis initiation.

본 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.The method includes the following steps.

1. 적당한 제한 효소로 목적 DNA를 절단하고 목적 DNA 단편을 Wizard PCR Prep Kit(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)를 사용하여 겔 전기영동으로 정제한다. 일예로서, 악티노플레인스 우타헨시스 ECB 탈아실화제 유전자는 재조합 플라스미드 pSHP100으로부터 2.4 kb 길이의 XhoI-PshAI 단편으로서 절단하였다. 이 단계는 후속 변성화 단계에서 DNA를 선형화하는데 필수적이다. 이 단편을 Wizard PCR Prep Kit(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)를 사용하여 아가로스 겔 전기영동으로 정제하였다(도 9, 단계(a)). 겔 정제 단계 역시 Mg2+이온이 다음 단계에서 DNA의 변성을 어렵게 하므로 DNA로부터 제한 효소 완충액을 제거하는데 필수적이다.1. Cut the target DNA with a suitable restriction enzyme and purify the target DNA fragment by gel electrophoresis using the Wizard PCR Prep Kit (Promega, Madison, Wisconsin). As an example, the actinoplanes utahensis ECB deacylating agent gene was cleaved from the recombinant plasmid pSHP100 as a 2.4 kb long XhoI-PshAI fragment. This step is essential for linearizing DNA in subsequent denaturation steps. This fragment was purified by agarose gel electrophoresis using the Wizard PCR Prep Kit (Promega, Madison, WI) (FIG. 9, step (a)). The gel purification step is also essential for removing restriction enzyme buffer from the DNA because Mg 2+ ions make it difficult to denature the DNA in the next step.

2. H2O 중에 용해한 2본쇄 DNA 400 ng(약 0.51 pmol)을 dp(N)6무작위 프라이머 2.75㎍(약 1.39 nmol)과 함께 혼합하였다. 비등수에 3분 동안 침지한 후, 혼합물을 즉시 에탄올/빙수조에 넣었다.2. 400 ng (about 0.51 pmol) of double stranded DNA dissolved in H 2 O was mixed with 2.75 μg (about 1.39 nmol) of dp (N) 6 random primers. After soaking in boiling water for 3 minutes, the mixture was immediately placed in an ethanol / ice water bath.

무작위 프라이밍 생성물의 크기는 프라이머 농도의 역함수이다(33). 고농도 프라이머의 존재는 입체 장애를 유도하는 것으로 생각된다. 이러한 반응 조건하에서 무작위 프라이밍 생성물은 알칼리성 아가로스 겔을 통해 전기영동으로 측정되는 바와 같이 약 200 내지 400 bp이다(도 9의 단계 b).The size of the random priming product is the inverse of the primer concentration (33). The presence of high concentration primers is believed to induce steric hindrance. Under these reaction conditions the random priming product is about 200 to 400 bp as measured by electrophoresis through an alkaline agarose gel (step b in FIG. 9).

3. 이와 같이 변성된 시료에 10 x 반응 완충액(10x 완충액: 900 mM HEPES, pH 6.6; 0.1M 염화마그네슘, 10mM 디티오트레이톨 및 5 mM 각 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 10 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피는 H2O로 최대 95㎕로 만들었다.3. Add 10 μl of 10 × reaction buffer (10 × buffer: 900 mM HEPES, pH 6.6; 0.1 M magnesium chloride, 10 mM dithiothreitol and 5 mM dATP, dCTP, dGTP and dTTP) to the denatured sample. The total volume of the reaction mixture was made up to 95 μl with H 2 O.

4. 이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편을 10 유니트(약 5 ㎕) 첨가하였다. 튜브 외측을 잘 막아서 모든 성분을 혼합하고, 미량원심분리기에서 1 내지 2초간 12,000 g로 원심분리하여 모든 액체를 바닥으로 이동시켰다. 이 반응은 22 ℃에서 35분간 실시하였다.4. 10 units (approximately 5 μl) of Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I were added. All components were mixed by well blocking the outside of the tube and centrifuged at 12,000 g for 1-2 seconds in a microcentrifuge to transfer all liquid to the bottom. This reaction was performed at 22 degreeC for 35 minutes.

신장률은 주형과 4가지 뉴클레오티드 전구체의 농도에 따라 달라진다. 반응은 엑소뉴클레아제성 분해를 최소화하는 조건하에서 실시되기 때문에 새로 합성된 생성물은 검출될 정도로 분해되지 않았다.The elongation rate depends on the template and the concentration of the four nucleotide precursors. Since the reaction was conducted under conditions that minimize exonuclease degradation, the newly synthesized product did not degrade to the extent that it was detected.

5. 22℃에서 35분 후, 시료를 얼음상에서 0 ℃로 냉각하여 반응을 중지시켰다. 이 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.5. After 35 minutes at 22 ° C., the sample was cooled to 0 ° C. on ice to stop the reaction. 100 µl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

6. 이 반응 혼합물을 모두 Centricon-100(주형 및 단백질 제거) 필터 및 Centricon-10 필터(프라이머와 50개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위로 프라이밍된 생성물을 정제하였다. Centricon 필터는 아미콘 인코포레이티드(미국 매사츄세츠주 비버리 소재)에서 입수용이하다. Centricon-10으로부터 잔류 분획(부피 약 85㎕)을 회수하였다. 이 분획은 목적하는 무작위 프라이밍 생성물(도 9, 단계 c)을 함유하고 있었고, 전체 유전자 재조립에 사용하였다.6. The reaction mixtures were all passed serially through a Centricon-100 (template and protein removal) filter and a Centricon-10 filter (priming and removing fragments of less than 50 bases) to purify randomly primed products. Centricon filters are available from Amicon Inc., Beverly, Mass., USA. Residual fraction (volume about 85 μl) was recovered from Centricon-10. This fraction contained the desired random priming product (FIG. 9, step c) and was used for total gene reassembly.

전체 유전자 재조립은 다음과 같은 방법으로 실시하였다.Total gene reassembly was performed as follows.

1. PCR에 의한 재조립을 위해, Centricon-10으로부터 무작위 프라이밍된 DNA 단편 5 ㎕, 2x PCR 예비혼합물[5배 희석된 클로닝된Pfu완충액, 각 dNTP 0.5mM, 클로닝된Pfu폴리머라제 0.1U/㎕(미국 캘리포니아주 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품)], 30%(v/v) 글리세롤 8 ㎕ 및 H2O 7㎕를 얼음상에서 혼합하였다. 재조립에 사용된 무작위 프라이밍된 DNA 단편의 농도는 가장 중요한 변수이므로 여러 개의 별도 반응물을 여러 농도로 만들어 바람직한 농도를 찾는 것이 좋다.1. For reassembly by PCR, 5 μl randomly primed DNA fragments from Centricon-10, 2 × PCR premixes [5 times diluted cloned Pfu buffer, 0.5 mM of each dNTP, cloned Pfu polymerase 0.1 U / μl (Stratazine, La Jolla, Calif.), 8 μl of 30% (v / v) glycerol and 7 μl of H 2 O were mixed on ice. The concentration of randomly primed DNA fragments used for reassembly is the most important variable, so it is advisable to make several separate reactions in different concentrations to find the desired concentration.

2. 96℃에서 6분간 항온처리한 후, 광유를 첨가함이 없이 DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품) 장치 중에서 95 ℃에서 1.5분, 55 ℃에서 1.0분 및 72℃에서 1.5분 + 5초/사이클로 이루어지는 고온순환처리를 40회 실시하였고, 마지막 사이클의 신장 단계는 72 ℃에서 10분간 실시하였다.2. After incubation at 96 ° C. for 6 minutes, 1.5 minutes at 95 ° C. in a DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) without adding mineral oil, 40 cycles of high temperature circulation consisting of 1.0 min at 55 ° C. and 1.5 min + 5 sec / cycle at 72 ° C. were carried out, and the extension step of the last cycle was carried out at 72 ° C. for 10 minutes.

3. 20회, 30회 및 40회 사이클 후 반응 혼합물로부터 3㎕를 분취하여 아가로스 겔 전기영동으로 분석하였다. 40회 사이클 후 재조립된 PCR 생성물은 다소 크고 작은 크기의 스미어 중에 정확한 크기의 생성물을 함유하고 있었다(도 9, 단계 d 참조).3. After 20, 30 and 40 cycles, 3 μl were aliquoted from the reaction mixture and analyzed by agarose gel electrophoresis. The PCR product reassembled after 40 cycles contained the correct size product in a rather large and small smear (see Figure 9, step d).

이와 같은 1차 PCR에서 얻어진 정확하게 재조립된 생성물은 주형 DNA의 단부에 상보적인 PCR 프라이머를 함유하는 2차 PCR 반응으로 더 증폭시켰다. 증폭 절차는 다음과 같다.The correctly reassembled product obtained in this primary PCR was further amplified by a secondary PCR reaction containing PCR primers complementary to the ends of the template DNA. The amplification procedure is as follows.

1. 각 프라이머, xhoF28(5' GGTAGAGCGAGTCTCGAGGGGGAGATGC3')(서열 번호 13) 및 pshR22(5' AGCCGGCGTGACGTGGGTCAGC 3')(서열 번호 14) 0.2 mM, MgCl21.5 mM, Tris-HCl(pH 9.0) 10mM, KCl 50mM, 4가지 dNTP 각각 200 μM, 6%(v/v) 글리세롤,Taq폴리머라제(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품) 2.5U 및Pfu폴리머라제(미국 캘리포니아 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품) 2.5U를 함유하는 표준 PCR 반응물 100 ㎕ 중에서 주형으로서 상기 1차 PCR 재조립 생성물을 2.0 ㎕ 사용하였다.Each primer, xhoF28 (5 'GGTAGAGCGAGTCTCGAGGGGGAGATGC3') (SEQ ID NO: 13) and pshR22 (5 'AGCCGGCGTGACGTGGGTCAGC 3') (SEQ ID NO: 14) 0.2 mM, MgCl 2 1.5 mM, Tris-HCl (pH 9.0) 10 mM, KCl 50 mM , 200 μM each of 4 dNTPs, 6% (v / v) glycerol, Taq polymerase (Promega, Madison, WI) 2.5 U and Pfu polymerase ( Stratazine, La Jolla, CA, USA) 2.0 μl of the primary PCR reassembly product was used as template in 100 μl of standard PCR reaction containing 2.5 U.

2. 96 ℃에서 5 분간 항온처리한 후, 광유를 첨가함이 없이 DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품)중에서 95 ℃에서 1.5분, 55 ℃에서 1.0분 및 72 ℃에서 1.5분간의 고온순환을 15회 실시하고, 95 ℃에서 1.5분, 55 ℃에서 1.0분, 72℃에서 1.5분 + 5초/사이클의 고온순환을 15회 더 실시하며, 마지막 사이클에서 신장 단계는 72 ℃에서 10분간 실시하였다.2. After 5 minutes incubation at 96 ° C, 1.5 minutes at 95 ° C in DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) without adding mineral oil. 15 cycles of high temperature circulation at 1.0 ° C. and 1.5 minutes at 72 ° C. were performed 15 times, 1.5 minutes at 95 ° C., 1.0 minutes at 55 ° C., 1.5 minutes at 5 ° C., and 15 additional cycles of 5 seconds / cycle. In the last cycle, the stretching step was carried out for 10 minutes at 72 ℃.

3. 증폭 결과 ECB 탈아실화제 전체 유전자의 정확한 크기를 가진 다량의 PCR 생성물을 얻었다(도 9, 단계 e 참조).3. Amplification Results A large amount of PCR product with the correct size of the entire ECB deacylating agent gene was obtained (see FIG. 9, step e).

클로닝은 다음과 같이 실시하였다.Cloning was performed as follows.

1. ECB 탈아실화제 유전자의 PCR 생성물을 XhoI 및 PshAI 제한 효소로 분해하고 pIJ702 변형 벡터에 클로닝하였다.1. PCR product of ECB deacylating agent gene was digested with XhoI and PshAI restriction enzymes and cloned into pIJ702 modified vector.

2. 이와 같은 결찰 혼합물로 에스.리비단스(S.lividans) TK23 원형질을 형질전환시켜 돌연변이 라이브러리를 만들었다.2. Mutant libraries were made by transforming the S.lividans TK23 protoplasts with this ligation mixture.

ECB 탈아실화제 돌연변이체의 동일계내 선별 방법In situ screening method of ECB deacylating agent mutant

전술한 바와 같이 얻은 에스.리비단스 TK23 라이브러리에 의한 각 형질전환체는 기질로서 ECB를 사용하여 동일계내 평판 분석법으로 탈아실화제 활성을 검측하여 선별하였다. 형질전환된 원형질은 R2YE 아가 평판 배지에서 30 ℃에서 24 시간 동안 항온처리하여 재생시키고, 티오스트렙톤 존재하에 48 내지 72 시간 동안 더 증식시켰다. 콜로니가 적당한 크기로 증식하면 0.1M 아세트산 나트륨 완충액(pH 5.5) 중에 0.5 ㎎/㎖의 ECB를 함유하는 45 ℃의 정제 아가로스(시그마 제품) 용액 6 ㎖를 각 R2YE 아가 평판의 상부에 쏟아 붓고 37 ℃하에 18 내지 24 시간 동안 더 증식시켰다. 야생형 재조합 플라스미드 pSHP150-2를 함유하는 대조군 콜로니 보다 더 큰 투명 구역으로 싸인 콜로니를 효소 성질의 개선 또는 효소 발현과 분비율의 증가를 통해 얻어지는 보다 효과적인 ECB 가수분해 작용의 지표로 삼아 잠재적 양성 돌연변이체로 선택하였다. 이 콜로니들을 채취하여 보존과 후속 조작에 사용하였다.Each transformant with S. lividans TK23 library obtained as described above was selected by detecting deacylating agent activity by in situ plate assay using ECB as substrate. Transformed protoplasts were regenerated by incubation at 30 ° C. for 24 hours in R2YE agar plate medium and further propagated for 48 to 72 hours in the presence of thiostrepton. When colonies were grown to the appropriate size, 6 ml of a 45 ° C. purified agarose (Sigma product) solution containing 0.5 mg / ml ECB in 0.1 M sodium acetate buffer (pH 5.5) was poured onto the top of each R2YE agar plate 37 Further propagation at 18 ° C. for 18 to 24 hours. Colonies enclosed with larger clear sections than control colonies containing wild-type recombinant plasmid pSHP150-2 were selected as potential positive mutants by using them as indicators of more effective ECB hydrolysis activity obtained through improved enzyme properties or increased enzyme expression and secretion rate. It was. These colonies were harvested and used for preservation and subsequent manipulation.

ECB 탈아실화제 돌연변이체의 HPLC 분석법HPLC analysis of ECB deacylating agent mutants

단일 양성 형질전환체를 티오스트렙톤 5 ㎍/㎖를 함유하는 발효 배지 20 ㎖에 접종하고 30 ℃에서 48 시간 동안 증식시켰다. 이 단계에서, 모든 배양물을 기질로서 ECB를 사용하는 HPLC 분석법으로 처리하였다. 총 브로스 100 ㎕를 0.1M NaAc(pH 5.5), 10%(v/v) MeOH 및 ECB 기질 200 ㎍/㎖ 존재하에 30 ℃에서 30 분 동안 실시되는 HPLC 반응에 사용하였다. 각 반응 혼합물 20 ㎕를 PolyLC 폴리히드록시에틸 아스파타미드 칼럼(4.6 x 100 ㎜) 상에 장입하고 2.2 ㎖/분의 유속하에 아세토니트릴 구배를 통해 용출시켰다. ECB 핵은 225 nm에서 검출하였다.Single positive transformants were inoculated in 20 ml of fermentation medium containing 5 µg / ml thiostrepton and propagated at 30 ° C. for 48 hours. In this step, all cultures were subjected to HPLC analysis using ECB as substrate. 100 μl of total broth was used for an HPLC reaction run at 30 ° C. for 30 minutes in the presence of 200 μg / ml of 0.1 M NaAc (pH 5.5), 10% (v / v) MeOH and ECB substrate. 20 μl of each reaction mixture was loaded onto a PolyLC polyhydroxyethyl aspartamide column (4.6 × 100 mm) and eluted through an acetonitrile gradient at a flow rate of 2.2 mL / min. ECB nuclei were detected at 225 nm.

ECB 탈아실화제 돌연변이체의 정제Purification of ECB Deacylating Agent Mutant

HPLC 분석 후, 모든 잠재적 양성 돌연변이체 예비배양물 2.0 ㎖를 발효 배지 50 ㎖에 접종하고 30 ℃에서 96 시간 동안 280 rpm 하에 증식시켰다. 이 50 ㎖ 배양물을 7,000 g에서 10 분 동안 원심분리하였다. 상청액을 16,000 g에서 20 분 동안 재원심분리하였다. ECB 탈아실화제 돌연변이 효소를 함유하는 상청액을 -20 ℃에 보관하였다.After HPLC analysis, 2.0 ml of all potential positive mutant precultures were seeded in 50 ml of fermentation medium and propagated at 30 ° C. at 280 rpm for 96 hours. This 50 ml culture was centrifuged at 7,000 g for 10 minutes. The supernatant was recentrifuged at 16,000 g for 20 minutes. Supernatants containing ECB deacylating agent mutant enzyme were stored at -20 ° C.

양성 돌연변이체의 상청액을 분자량 컷오프가 10 kD인 아미콘 여과 유니트를 사용하여 원 부피의 1/30로 더 농축시켰다. 이와 같이 얻은 효소 시료를 동 부피량의 50 mM KH2PO4(pH 6.0) 완충액으로 희석하고 1.0 ㎖를 HiTrap 이온 교환 칼럼에 장입하였다. 결합 완충액으로는 50 mM KH2PO4(pH 6.0)을, 용출 완충액으로는 50 mM KH2PO4(pH 6.0)와 1.0M NaCl을 사용하였다. 0 내지 1.0 M NaCl의 선형 구배를 2.7 ㎖/분의 유속하에 8배 칼럼 부피로 주입하였다. ECB 탈아실화제 돌연변이 분획은 0.3M NaCl에서 용출하였고 이것을 Amicon Centricon-10 유니트를 사용하여 농축시키고 완충액을 50 mM KH2PO4(pH 6.0)로 교환시켰다. 효소 순도는 SDS-PAGE로 확인하고 농도는 Bio-Rad 단백질 분석법으로 측정하였다.Supernatants of positive mutants were further concentrated to 1/30 of the original volume using an Amicon filtration unit with a molecular weight cutoff of 10 kD. The enzyme sample thus obtained was diluted with an equal volume of 50 mM KH 2 PO 4 (pH 6.0) buffer and 1.0 ml was loaded into a HiTrap ion exchange column. 50 mM KH 2 PO 4 (pH 6.0) was used as the binding buffer, and 50 mM KH 2 PO 4 (pH 6.0) and 1.0 M NaCl were used as the elution buffer. A linear gradient of 0-1.0 M NaCl was injected in an 8-fold column volume under a flow rate of 2.7 ml / min. The ECB deacylating agent mutant fraction was eluted in 0.3 M NaCl and it was concentrated using Amicon Centricon-10 unit and the buffer was exchanged for 50 mM KH 2 PO 4 (pH 6.0). Enzyme purity was confirmed by SDS-PAGE and concentration was measured by Bio-Rad protein analysis.

ECB 탈아실화제 변이체의 비활성 분석법Inactivity Assay for ECB Deacylating Agent Variants

각각 정제된 ECB 탈아실화제 변이체 4.0 ㎍을 활성 분석하기 위하여 0.1M NaAc(pH 5.5), 10%(v/v) MeOH 및 200 ㎍/㎖의 ECB 기질 존재하에 30 ℃에서 0 내지 60 분 동안 반응시켰다. 각 반응 혼합물 20 ㎕를 PolyLC 폴리히드록시에틸 아스파타미드 칼럼(4.6 x 100 ㎜) 상에 장입하고 아세토니트릴 구배를 2.2 ㎖/분의 유속하에 용출시켰다. 반응 생성물을 225 nm에서 모니터하고 IBM PC 데이터 포착 시스템으로 기록하였다. ECB 핵의 피크를 수치 적분하여 각 돌연변이체의 비활성을 계산하는데 사용하였다.In order to assay the activity of 4.0 μg of each purified ECB deacylating agent variant, reaction was carried out at 30 ° C. for 0 to 60 minutes in the presence of 0.1 M NaAc (pH 5.5), 10% (v / v) MeOH and 200 μg / ml of ECB substrate. I was. 20 μl of each reaction mixture was loaded onto a PolyLC polyhydroxyethyl aspartamide column (4.6 × 100 mm) and the acetonitrile gradient was eluted at a flow rate of 2.2 ml / min. The reaction product was monitored at 225 nm and recorded with IBM PC data capture system. The peaks of the ECB nuclei were numerically integrated and used to calculate the specific activity of each mutant.

도 10에 도시한 바와 같이, 이와 같은 무작위 프라이밍을 기본으로 한 기법을 야생형 ECB 탈아실화제 유전자에 대하여 단지 1회 실시한 후 2,012개의 본래의 형질전환체 중에서 얻은 1개의 돌연변이체(M16)가 야생형 효소의 비활성 보다 2.4배 높은 활성을 가진 것으로 관찰되었다. 도 11은 M16의 활성이 넓은 pH 범위에서 야생형 효소의 활성에 비해 증가하였음을 보여준다.As shown in FIG. 10, one mutant (M16) obtained from 2,012 original transformants after wild-type ECB deacylating agent gene was performed only once with a technique based on such random priming was a wild-type enzyme. It was observed to have 2.4 times higher activity than that of. FIG. 11 shows that the activity of M16 was increased compared to that of wild type enzyme in a wide pH range.

실시예 7Example 7

무작위 서열 프라이머 재조합 방법을 이용한 열안정성 바실러스 서브틸리스 유래의 서브틸리신 E 개선 방법Method for improving subtilisin E from thermostable Bacillus subtilis using random sequence primer recombination

이 실시예는 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법을 각종 DNA 폴리머라제에 사용할 수 있는 지를 예시한 것이다. 또한, 재조합으로 얻은 서브틸리신 E의 안정성도 예시한다.This example illustrates whether primer-based recombination methods can be used for various DNA polymerases. In addition, the stability of subtilisin E obtained by recombination is also illustrated.

재조합의 주형으로 실시예 1에 기재된 2가지 열안정성 서브틸리신 E 변이체를 암호하는 유전자 R1 및 R2를 선택하였다.As recombinant templates, genes R1 and R2 encoding the two thermostable subtilisin E variants described in Example 1 were selected.

(1) 표적 유전자 제조(1) target gene preparation

서브틸리신 E 열안정성 변이 유전자 R1 및 R2(도 11)를 무작위 프라이밍 DNA 합성법으로 처리하였다. 플라스미드 pBE3을 BamHI 및 NdeI으로 이중 분해하고 Wizard PCR Prep 키트(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)를 사용하여 0.8% 아가로스 겔로 정제하여 서브틸리신 E 프로서열 45개 nt, 전체 성숙 서열 및 종결 코돈 다음의 113개 nt를 함유하는 986bp 단편을 얻었다. 이 DNA는 후속 변성 단계를 위해 선형화하는 것이 필요하다. 또한, DNA로부터 제한 효소 완충액을 제거하기 위하여 겔을 정제하는 단계가 필요한데, 그 이유는 Mg2+이온이 다음 단계에서 DNA 변성에 역영향을 미치기 때문이다.Subtilisin E thermostable mutant genes R1 and R2 (FIG. 11) were treated by random priming DNA synthesis. Plasmid pBE3 was double digested with BamHI and NdeI and purified on 0.8% agarose gel using Wizard PCR Prep kit (Promega, Madison, WI) to subtilisin E prosequence 45 nt, total mature sequence and A 986 bp fragment containing 113 nts following the stop codon was obtained. This DNA needs to be linearized for subsequent denaturation steps. In addition, purification of the gel is necessary to remove restriction enzyme buffer from the DNA, since Mg 2+ ions adversely affect DNA denaturation in the next step.

(2) 무작위 프라이밍 DNA 합성(2) Random Priming DNA Synthesis

변성된 선형의 2본쇄 DNA로부터 짧은 DNA 단편을 얻기 위하여 무작위 프라이밍 DNA 합성법을 사용하였다. 정제된 비.서브틸리스의 서브틸리신 E 돌연변이 유전자를 몰량보다 과량인 프라이머와 혼합한 뒤 가열하여 변성시키고, 여러 DNA 폴리머라제, 즉 이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편, 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제 및 T7 시쿼나제 버전 2.0 DNA 폴리머라제 중 어느 1가지를 사용하여 합성을 실시하였다.Random priming DNA synthesis was used to obtain short DNA fragments from denatured linear double stranded DNA. Purified B. subtilis subtilisin E mutant genes are mixed with primers in excess of molar amount and heated to denature, followed by denaturation of various DNA polymerases, ie Clinau fragment of E. coli DNA polymerase I, bacteriophage T4 DNA Synthesis was carried out using either one of the polymerase and T7 sequinase version 2.0 DNA polymerase.

각각의 최적 성능 조건하에서(29), 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제는 클리나우 단편과 유사한 합성 결과를 제공하였다. T7 시쿼나제 버전 2.0 DNA 폴리머라제(31, 32)를 사용한 경우에는 합성된 DNA 단편의 길이가 보통 더 길었다. 합성 단편의 길이를 50 내지 400 염기로 조절하기 위해서는 합성시 소량의 MnCl2를 함유해야만 한다.Under each optimal performance condition (29), bacteriophage T4 DNA polymerase provided similar synthesis results to the Clinau fragment. In the case of using the T7 sequinase version 2.0 DNA polymerase (31, 32), the length of the synthesized DNA fragment was usually longer. In order to control the length of the synthetic fragment to 50 to 400 bases, the synthesis must contain a small amount of MnCl 2 .

또한, 짧은 초기 DNA 단편은TaqDNA 폴리머라제의 스토펠(Stoffel) 단편 또는PfuDNA 폴리머라제를 사용하여 PCR로 생성할 수 있다. 중요한 것은 짧은 무작위 프라이머가 주형에 어닐링하고 고온에서 충분한 DNA 증폭을 제공할 수 있는 반응 조건을 통상적인 실험으로 규명하는 것이다. 본 출원인은 dp(N)12와 같은 무작위 프라이머를 PCR을 통한 단편 생성에 사용할 수 있음을 발견하였다.Short initial DNA fragments can also be generated by PCR using Stoffel fragments of Taq DNA polymerase or Pfu DNA polymerase. Importantly, routine experiments have identified reaction conditions in which short random primers can anneal the template and provide sufficient DNA amplification at high temperatures. Applicants have discovered that random primers such as dp (N) 12 can be used for fragment generation via PCR.

2.1 클리나우 단편을 이용한 무작위 프라이밍된 DNA 합성법2.1 Randomized Primed DNA Synthesis Using Klenow Fragments

이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편은 5'→3' 엑소뉴클레아제 활성이 없으므로, 무작위 프라이밍 생성물은 프라이머 신장에 의해 합성만 되고 엑소뉴클레아제에 의해 분해되지 않는다. 이 반응은 상기 효소의 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성이 현저히 저하되는 pH 6.6에서 실시한다(36). 이와 같은 조건이 무작위 합성 개시에 유리하다.Since the Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I has no 5 '→ 3' exonuclease activity, the random priming product is only synthesized by primer extension and not degraded by exonuclease. This reaction is carried out at pH 6.6 where the 3 '→ 5' exonuclease activity of the enzyme is significantly reduced (36). Such conditions are advantageous for initiating random synthesis.

1. H2O에 용해한 R1 DNA 200 ng(약 0.7 pmol)과 동량의 R2 DNA를 dp(N)6무작위 프라이머 13.25㎍(약 6.7 nmol)과 혼합하였다. 이 혼합물을 비등수에 5분 동안 침지한 후 그 즉시 에탄올 빙수조에 넣었다.1. 200 ng (about 0.7 pmol) of R1 DNA dissolved in H 2 O and the same amount of R2 DNA were mixed with 13.25 µg (about 6.7 nmol) of dp (N) 6 random primer. This mixture was immersed in boiling water for 5 minutes and immediately placed in an ethanol ice water bath.

무작위 프라이밍 생성물의 크기는 프라이머 농도의 역함수이다(30). 프라이머가 고농도로 존재하면 입체 장애를 유도하는 것으로 생각된다. 이와 같은 반응 조건하에서 무작위 프라이밍 생성물은 아가로스 겔 전기영동으로 측정되는 바대로 약 50 내지 500 bp의 크기를 나타낸다.The size of the random priming product is the inverse of the primer concentration (30). The presence of high concentrations of primers is believed to induce steric hindrance. Under these reaction conditions, the random priming product shows a size of about 50 to 500 bp as measured by agarose gel electrophoresis.

2. 이와 같이 변성된 시료에 10x 반응 완충액(10x 완충액: 900 mM HEPES, pH 6.6; 0.1M 염화마그네슘, 20 mM 디티오트레이톨 및 5 mM의 각 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 10 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피를 H2O로 최대 95 ㎕로 만들었다.2. Add 10 μl of 10 × reaction buffer (10 × buffer: 900 mM HEPES, pH 6.6; 0.1 M magnesium chloride, 20 mM dithiothreitol and 5 mM of each dATP, dCTP, dGTP and dTTP) to the denatured sample. The total volume of the reaction mixture was made up to 95 μl with H 2 O.

3. 이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편(미국 인디아나주 인디아나폴리스에 소재하는 뵈링거 맨하임 제품) 10 유니트(약 5 ㎕)를 첨가하였다. 튜브의 외측을 조심스럽게 두드려 모든 성분을 혼합하고 미량원심분리기로 12,000g에서 1 내지 2초간 원심분리하여 모든 액체를 바닥으로 이동시켰다. 22 ℃에서 3 시간 동안 반응시켰다.3. 10 units (approximately 5 μl) of the Clinau fragment of E. coli DNA polymerase I (Murlinger Mannheim, Indianapolis, Indiana) were added. Carefully tap the outside of the tube to mix all the ingredients and centrifuge at 12,000 g for 1-2 seconds with a microcentrifuge to move all liquid to the bottom. The reaction was carried out at 22 ° C. for 3 hours.

신장률은 주형과 4가지 뉴클레오티드 전구체의 농도에 따라 달라진다. 반응은 엑소뉴클레아제성 분해 반응을 최소화하는 조건하에서 이루어지기 때문에 새로 합성된 생성물은 검출가능한 정도로 분해되지 않았다.The elongation rate depends on the template and the concentration of the four nucleotide precursors. Since the reaction was conducted under conditions that minimize the exonuclease degradation reaction, the newly synthesized product did not degrade to a detectable degree.

4. 22 ℃에서 3 시간 후 시료를 얼음 상에서 0 ℃로 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.4. After 3 hours at 22 ° C., the sample was cooled to 0 ° C. on ice to terminate the reaction. 100 μl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

5. 반응 혼합물 전부를 Microcon-100(미국 매사츄세츠주 비버리에 소재하는 아미콘 제품)(주형 및 단백질 제거) 및 Microcon-10 필터(프라이머 및 40개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위 프라이밍 생성물을 정제하였다. 잔류 분획(약 65 ㎕)을 Microcon-10으로부터 회수하였다. 목적하는 무작위 프라이밍 생성물을 함유하는 분획을 새 Microcon-10을 이용하여 PCR 반응 완충액에 대하여 완충액 교환시켜 완전 유전자 재조립에 이용하였다.5. Pass all of the reaction mixture continuously through Microcon-100 (Amicon, Beverly, Mass.) (Template and protein removal) and Microcon-10 filter (primer and fragments less than 40 bases) Random priming products were purified. The remaining fractions (about 65 μl) were recovered from Microcon-10. Fractions containing the desired random priming product were buffer exchanged for PCR reaction buffer using fresh Microcon-10 and used for complete gene reassembly.

2.2 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제를 이용한 무작위 프라이밍 DNA 합성법Randomized Priming DNA Synthesis Using Bacteriophage T4 DNA Polymerase

박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제와 이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편은 각각 5'→3' 폴리머라제 활성과 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성을 갖고 있다는 점에서 유사하다. 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제의 엑소뉴클레아제 활성은 클리나우 단편 보다 200 배 이상이다. 또한, 1본쇄 DNA 주형으로부터 짧은 올리고뉴클레오티드 프라이머를 제거하지 않기 때문에(23) 돌연변이유발 효율이 클리나우 단편과 다르다.Clinau fragments of bacteriophage T4 DNA polymerase and E. coli DNA polymerase I are similar in that they have 5 '→ 3' polymerase activity and 3 '→ 5' exonuclease activity, respectively. The exonuclease activity of the bacteriophage T4 DNA polymerase is 200 times higher than that of the Clinau fragment. In addition, mutagenesis efficiency is different from that of the Klenow fragment, since short oligonucleotide primers are not removed from the single-stranded DNA template (23).

1. H2O에 용해한 R1 DNA 200 ng(약 0.7 pmol)과 동량의 R2 DNA를 dp(N)6무작위 프라이머 13.25㎍(약 6.7 nmol)과 혼합하였다. 이 혼합물을 비등수에 5분 동안 침지한 후 그 즉시 에탄올 빙수조에 넣었다. 프라이머가 고농도로 존재하면 입체 장애를 유도하는 것으로 생각된다.1. 200 ng (about 0.7 pmol) of R1 DNA dissolved in H 2 O and the same amount of R2 DNA were mixed with 13.25 µg (about 6.7 nmol) of dp (N) 6 random primer. This mixture was immersed in boiling water for 5 minutes and immediately placed in an ethanol ice water bath. The presence of high concentrations of primers is believed to induce steric hindrance.

2. 이와 같이 변성된 시료에 10x 반응 완충액(10x 완충액: 500 mM Tris-HCl, pH 8.8; 150mM (NH4)2SO4, 70mM 염화마그네슘, 100 mM 2-머캅토에탄올, 0.2 ㎎/㎖ 소혈청 알부민 및 2 mM의 각 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 10 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피를 H2O로 최대 90 ㎕로 만들었다.2. The denatured sample was subjected to 10 × reaction buffer (10 × buffer: 500 mM Tris-HCl, pH 8.8; 150 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 70 mM magnesium chloride, 100 mM 2-mercaptoethanol, 0.2 mg / ml) 10 μl of serum albumin and 2 mM of each dATP, dCTP, dGTP and dTTP) were added and the total volume of the reaction mixture was made up to 90 μl with H 2 O.

3. T4 DNA 폴리머라제 I(미국 인디아나주 인디아나폴리스에 소재하는 뵈링거 맨하임 제품) 10 유니트(약 10 ㎕)를 첨가하였다. 튜브의 외측을 조심스럽게 두드려 모든 성분을 혼합하고 미량원심분리기로 12,000g에서 1 내지 2초간 원심분리하여 모든 액체를 바닥으로 이동시켰다. 37 ℃에서 30 분 동안 반응시켰다. 이와 같은 반응 조건하에서 무작위 프라이밍 생성물의 크기는 대략 50 내지 500 bp이었다.3. 10 units (approximately 10 μl) of T4 DNA polymerase I (Morlinger Mannheim, Indianapolis, Indiana) were added. Carefully tap the outside of the tube to mix all the ingredients and centrifuge at 12,000 g for 1-2 seconds with a microcentrifuge to move all liquid to the bottom. The reaction was carried out at 37 ° C. for 30 minutes. Under these reaction conditions the size of the random priming product was approximately 50 to 500 bp.

4. 37 ℃에서 30 분 후 반응물을 얼음 상에서 0 ℃로 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.4. The reaction was terminated by cooling the reaction to 0 ° C. on ice after 30 min at 37 ° C. 100 μl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

5. 반응 혼합물 전부를 Microcon-100(주형 및 단백질 제거) 및 Microcon-10 필터(프라이머 및 40개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위 프라이밍 생성물을 정제하였다. 잔류 분획(약 65 ㎕)을 Microcon-10으로부터 회수하였다. 목적하는 무작위 프라이밍 생성물을 함유하는 분획을 새 Microcon-10을 이용하여 PCR 반응 완충액에 대하여 완충액 교환시켜 후속되는 완전 유전자 재조립에 이용하였다.5. Purify the random priming products by passing all of the reaction mixture continuously through Microcon-100 (template and protein removal) and Microcon-10 filters (priming and fragment removal of less than 40 bases). The remaining fractions (about 65 μl) were recovered from Microcon-10. Fractions containing the desired random priming product were buffer exchanged for PCR reaction buffer using fresh Microcon-10 and used for subsequent complete gene reassembly.

2.3 T7 시쿼나제 v2.0 DNA 폴리머라제를 이용한 무작위 프라이밍 DNA 합성법2.3 Random Priming DNA Synthesis Using T7 Sequinase v2.0 DNA Polymerase

T7 시쿼나제 v2.0 DNA 폴리머라제는 엑소뉴클레아제 활성이 없고 고도 진행성이기 때문에 합성된 DNA의 평균 길이는 클리나우 단편이나 T4 DNA 폴리머라제에 의해 합성된 DNA 보다 크다. 이 반응액에 적당량의 MnCl2가 함유되면 합성된 단편의 크기를 400 bp 미만으로 조절할 수 있다.Since the T7 sequinase v2.0 DNA polymerase has no exonuclease activity and is highly progressive, the average length of the synthesized DNA is greater than the DNA synthesized by the Klenau fragment or T4 DNA polymerase. When the reaction solution contains an appropriate amount of MnCl 2 , the size of the synthesized fragment can be controlled to less than 400 bp.

1. H2O에 용해한 R1 DNA 200 ng(약 0.7 pmol)과 동량의 R2 DNA를 dp(N)6무작위 프라이머 13.25㎍(약 6.7 nmol)과 혼합하였다. 이 혼합물을 가열수에 5분 동안 침지한 후 그 즉시 에탄올 빙수조에 넣었다. 프라이머가 고농도로 존재하면 입체 장애를 유도하는 것으로 생각된다.1. 200 ng (about 0.7 pmol) of R1 DNA dissolved in H 2 O and the same amount of R2 DNA were mixed with 13.25 µg (about 6.7 nmol) of dp (N) 6 random primer. The mixture was immersed in heated water for 5 minutes and immediately placed in an ethanol ice water bath. The presence of high concentrations of primers is believed to induce steric hindrance.

2. 이와 같이 변성된 시료에 10x 반응 완충액(10x 완충액: 400 mM Tris-HCl, pH 7.5, 200mM 염화마그네슘, 500 mM NaCl, 3mM MnCl2, 및 3 mM의 각 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 10 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피를 H2O로 최대 99.2 ㎕로 만들었다.2. 10x reaction buffer (10x buffer: 400 mM Tris-HCl, pH 7.5, 200 mM magnesium chloride, 500 mM NaCl, 3 mM MnCl 2 , and 3 mM of each dATP, dCTP, dGTP and dTTP) in the denatured sample 10 Μl was added and the total volume of the reaction mixture was made up to 99.2 μl with H 2 O.

3. T7 시쿼나제 v2.0(미국 오하이오주 클리브랜드에 소재하는 아머샴 라이프 사이언스 제품) 10 유니트(약 0.8 ㎕)를 첨가하였다. 튜브의 외측을 조심스럽게 두드려 모든 성분을 혼합하고 미량원심분리기로 12,000g에서 1 내지 2초간 원심분리하여 모든 액체를 바닥으로 이동시켰다. 22 ℃에서 15 분 동안 반응시켰다. 이와 같은 반응 조건하에서 무작위 프라이밍 생성물의 크기는 대략 50 내지 400 bp이었다.3. 10 units (approximately 0.8 μl) of T7 Sequinase v2.0 (Amersham Life Sciences, Cleveland, Ohio) were added. Carefully tap the outside of the tube to mix all the ingredients and centrifuge at 12,000 g for 1-2 seconds with a microcentrifuge to move all liquid to the bottom. The reaction was carried out at 22 ° C. for 15 minutes. Under these reaction conditions the size of the random priming product was approximately 50 to 400 bp.

4. 22 ℃에서 15 분 후 반응물을 얼음 상에서 0 ℃로 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.4. After 15 minutes at 22 ° C., the reaction was cooled to 0 ° C. on ice to terminate the reaction. 100 μl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

5. 반응 혼합물 전부를 Microcon-100(주형 및 단백질 제거) 및 Microcon-10 필터(프라이머 및 40개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위 프라이밍 생성물을 정제하였다. 잔류 분획(약 65 ㎕)을 Microcon-10으로부터 회수하였다. 목적하는 무작위 프라이밍 생성물을 함유하는 분획을 새 Microcon-10을 이용하여 PCR 반응 완충액에 대하여 완충액 교환시켜 완전 유전자 재조립에 이용하였다.5. Purify the random priming products by passing all of the reaction mixture continuously through Microcon-100 (template and protein removal) and Microcon-10 filters (priming and fragment removal of less than 40 bases). The remaining fractions (about 65 μl) were recovered from Microcon-10. Fractions containing the desired random priming product were buffer exchanged for PCR reaction buffer using fresh Microcon-10 and used for complete gene reassembly.

2.4TaqDNA 폴리머라제의 스토펠 단편을 이용하는 PCR을 통한 무작위 프라이밍 DNA 합성법2.4 Random Priming DNA Synthesis by PCR Using Stoppel Fragments of Taq DNA Polymerase

이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편과 유사하게TaqDNA 폴리머라제의 스토펠 단편은 5'→3' 엑소뉴클레아제 활성이 없다. 또한,TaqDNA 폴리머라제 보다 열안정성은 더 크다. 하지만, 스토펠 단편은 진행성이 적어서, 해리되기 전 프라이머를 평균 5개 내지 10개 뉴클레오티드 정도 신장시킨다. 진행성이 적은 관계로 충실도는 향상될 수 있다.Similar to the Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I, the stoppel fragment of Taq DNA polymerase lacks 5 '→ 3' exonuclease activity. In addition, the thermal stability is greater than that of Taq DNA polymerase. However, the stoppel fragment is less progressive, extending on average 5 to 10 nucleotides of primer before dissociation. Fidelity can be improved because of less progress.

1. H2O에 용해한 R1 DNA 50 ng(약 0.175 pmol)과 동량의 R2 DNA를 dp(N)12무작위 프라이머 6.13㎍(약 1.7 nmol)과 혼합하였다.1. 50 ng (about 0.175 pmol) of R1 DNA dissolved in H 2 O and the same amount of R2 DNA were mixed with 6.13 ug (about 1.7 nmol) of dp (N) 12 random primer.

2. 이 시료에 10x 반응 예비혼합물(10x 반응 예비혼합물: 100 mM Tris-HCl, pH 8.3, 30mM 염화마그네슘, 100 mM KCl, 및 2 mM의 각 dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP) 10 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피를 H2O로 최대 99.0 ㎕로 만들었다.2. To this sample add 10 μl of 10 × reaction premix (10 × reaction premix: 100 mM Tris-HCl, pH 8.3, 30 mM magnesium chloride, 100 mM KCl, and 2 mM of each dATP, dCTP, dGTP and dTTP) The total volume of the reaction mixture was made up to 99.0 μl with H 2 O.

3. 96 ℃에서 5 분동안 항온처리한 후,TaqDNA 폴리머라제 스토펠 단편(미국 코네티컷주 노르워크에 소재하는 퍼킨 엘머 코포레이션 제품) 2.5 유니트(약 1.0 ㎕)를 첨가하였다. DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품)에서 95 ℃에서 60초, 55 ℃에서 60초 및 72 ℃에서 50초간의 고온순환처리를 마지막 사이클에서의 신장 단계없이 35회 실시하였다. 이와 같은 반응 조건하에서 무작위 프라이밍 생성물의 크기는 대략 50 내지 500 bp이었다.3. After 5 minutes of incubation at 96 ° C., 2.5 units (ca. 1.0 μl) of Taq DNA polymerase stoppel fragment (Perkin Elmer Corporation, Norwalk, Conn.) Were added. The high-temperature circulation of DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) was performed at 95 ° C. for 60 seconds, 55 ° C. for 60 seconds and 72 ° C. for 50 seconds. 35 times were performed without the elongation step. Under these reaction conditions the size of the random priming product was approximately 50 to 500 bp.

4. 시료를 얼음 상에서 0 ℃로 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.4. The sample was cooled to 0 ° C. on ice to terminate the reaction. 100 μl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

5. 반응 혼합물 전부를 Microcon-100(주형 및 단백질 제거) 및 Microcon-10 필터(프라이머 및 40개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위 프라이밍 생성물을 정제하였다. 잔류 분획(약 65 ㎕)을 Microcon-10으로부터 회수하였다. 목적하는 무작위 프라이밍 생성물을 함유하는 분획을 새 Microcon-10을 이용하여 PCR 반응 완충액에 대하여 완충액 교환시켜 완전 유전자 재조립에 이용하였다.5. Purify the random priming products by passing all of the reaction mixture continuously through Microcon-100 (template and protein removal) and Microcon-10 filters (priming and fragment removal of less than 40 bases). The remaining fractions (about 65 μl) were recovered from Microcon-10. Fractions containing the desired random priming product were buffer exchanged for PCR reaction buffer using fresh Microcon-10 and used for complete gene reassembly.

2.5PfuDNA 폴리머라제를 이용하는 PCR을 통한 무작위 프라이밍 DNA 합성법Random Priming DNA Synthesis by PCR Using 2.5 Pfu DNA Polymerase

PfuDNA 폴리머라제는 열안정성이 매우 크고, 고유의 3'→5' 엑소뉴클레아제 활성을 갖고 있으나 5'→3' 엑소뉴클레아제 활성은 갖고 있지 않다. 염기 치환 충실도는 2 x 10-6인 것으로 추정된다. Pfu DNA polymerase is very thermally stable and has inherent 3 '→ 5' exonuclease activity but no 5 '→ 3' exonuclease activity. Base substitution fidelity is estimated to be 2 × 10 −6 .

1. H2O에 용해한 R1 DNA 50 ng(약 0.175 pmol)과 동량의 R2 DNA를 dp(N)12무작위 프라이머 6.13㎍(약 1.7 nmol)과 혼합하였다.1. 50 ng (about 0.175 pmol) of R1 DNA dissolved in H 2 O and the same amount of R2 DNA were mixed with 6.13 ug (about 1.7 nmol) of dp (N) 12 random primer.

2. 이 시료에 2x 반응 예비혼합물(2x 반응 예비혼합물: 5배 희석시킨 클로닝된Pfu완충액(미국 캘리포니아주 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품), 0.4 mM의 각 dNTP) 50 ㎕를 첨가하고, 반응 혼합물의 총 부피를 H2O로 최대 99.0 ㎕로 만들었다.2. To this sample 50 μl of a 2x reaction premix (2x reaction premix: cloned Pfu buffer ( stratazine , Lazola, Calif.), 0.4 mM of each dNTP, diluted 5 times) was added and the reaction The total volume of the mixture was made up to 99.0 μl with H 2 O.

3. 96 ℃에서 5 분동안 항온처리한 후,PfuDNA 폴리머라제(미국 캘리포니아주 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품) 2.5 유니트(약 1.0 ㎕)를 첨가하였다. DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품)에서 95 ℃에서 60초, 55 ℃에서 60초 및 72 ℃에서 50초간의 고온순환처리를 마지막 사이클에서의 신장 단계없이 35회 실시하였다. 이와 같은 반응 조건하에서 주요 무작위 프라이밍 생성물의 크기는 대략 50 내지 500 bp이었다.3. After incubation at 96 ° C. for 5 minutes, 2.5 units (approximately 1.0 μl) of Pfu DNA polymerase ( Stratazine , La Jolla, Calif.) Were added. The high-temperature circulation of DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) was performed at 95 ° C. for 60 seconds, 55 ° C. for 60 seconds and 72 ° C. for 50 seconds. 35 times were performed without the elongation step. Under these reaction conditions the size of the main random priming product was approximately 50-500 bp.

4. 시료를 얼음 상에서 0 ℃로 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 반응 혼합물에 빙냉 H2O 100 ㎕를 첨가하였다.4. The sample was cooled to 0 ° C. on ice to terminate the reaction. 100 μl of ice-cold H 2 O was added to the reaction mixture.

5. 반응 혼합물 전부를 Microcon-100(주형 및 단백질 제거) 및 Microcon-10 필터(프라이머 및 40개 염기 미만의 단편 제거)를 통해 연속적으로 통과시켜 무작위 프라이밍 생성물을 정제하였다. 잔류 분획(약 65 ㎕)을 Microcon-10으로부터 회수하였다. 목적하는 무작위 프라이밍 생성물을 함유하는 분획을 새 Microcon-10을 이용하여 PCR 반응 완충액에 대하여 완충액 교환시켜 완전 유전자 재조립에 이용하였다.5. Purify the random priming products by passing all of the reaction mixture continuously through Microcon-100 (template and protein removal) and Microcon-10 filters (priming and fragment removal of less than 40 bases). The remaining fractions (about 65 μl) were recovered from Microcon-10. Fractions containing the desired random priming product were buffer exchanged for PCR reaction buffer using fresh Microcon-10 and used for complete gene reassembly.

(3) 완전 유전자 재조립(3) complete gene reassembly

1. PCR에 의한 재조립을 위하여, Microcon-10에서 얻은 무작위 프라이밍 DNA 단편 10 ㎕, 2 X PCR 예비혼합물[5배 희석시킨 클로닝된Pfu완충액, 각 dNTP 0.5mM, 클로닝된Pfu폴리머라제(미국 캘리포니아주 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품) 0.1 U/㎕] 20 ㎕, H2O 15 ㎕를 얼음 상에서 혼합하였다.1. For reassembly by PCR, 10 μl of random priming DNA fragments obtained from Microcon-10, 2 × PCR premixes [5 times diluted cloned Pfu buffer, 0.5 mM of each dNTP, cloned Pfu polymerase (California, USA). 0.1 U / μl) of Stratazine, Main Lazola), and 15 μl of H 2 O were mixed on ice.

2. 96 ℃에서 3 분 동안 항온처리한 후, DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품) 장치에서 광유를 첨가함이 없이 95 ℃에서 1.0분, 55 ℃에서 1.0분 및 72 ℃에서 1.0분 + 5초/사이클로 이루어지는 고온순환처리를 40회 실시하고, 마지막 사이클에 72 ℃에서 10분의 신장 단계를 실시하였다.2. Incubate at 96 ° C. for 3 minutes, then 1.0 minutes at 95 ° C. without adding mineral oil in a DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) , 40 cycles of high temperature circulation consisting of 1.0 min at 55 ° C. and 1.0 min + 5 sec / cycle at 72 ° C. were carried out, and an extension step of 10 min at 72 ° C. was performed in the last cycle.

3. 사이클 20회, 30회 및 40회에서 반응 혼합물로부터 3㎕씩을 취하여 아가로스 겔 전기영동으로 분석하였다. 40회 사이클에서 얻은 재조립된 PCR 생성물은 크고 작은 크기의 스미어 중에 정확한 크기의 생성물을 함유하고 있었다.3. Take 3 μl from the reaction mixture at 20, 30 and 40 cycles and analyze by agarose gel electrophoresis. The reassembled PCR product obtained in 40 cycles contained the correct size product in large and small smears.

(4) 증폭(4) amplification

이와 같이 1차 PCR에서 얻은 정확하게 재조립된 생성물을 주형 DNA의 단부에 상보적인 PCR 프라이머를 함유하는 2차 PCR 반응에서 더 증폭시켰다.The precisely reassembled product obtained in the primary PCR was further amplified in the secondary PCR reaction containing the PCR primer complementary to the end of the template DNA.

1. 프라이머 P1(5' CCGAGCGTTGC ATATGTGGAAG 3')(서열 번호 15) 및 P2(5' CGACTCTAGAGGATCCGATTC 3')(서열 번호 16)를 각각 0.3 mM, MgCl21.5 mM, Tris-HCl(pH 9.0) 10mM, KCl 50mM, 4가지 dNTP 각각 200mM,Taq폴리머라제(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품) 2.5U 및Pfu폴리머라제(미국 캘리포니아주 라졸라에 소재하는 스트라타진 제품) 2.5U를 함유하는 표준 PCR 반응물 100 ㎕에 PCR 재조립 분취량 2.0 ㎕를 주형으로서 첨가하였다.Primers P1 (5 'CCGAGCGTTGC ATATGTGGAAG 3') (SEQ ID NO: 15) and P2 (5 'CGACTCTAGAGGATCCGATTC 3') (SEQ ID NO: 16), respectively, 0.3 mM, MgCl 2 1.5 mM, Tris-HCl (pH 9.0) 10 mM, Standard PCR containing 50 mM KCl, 200 mM each of 4 dNTPs, 2.5 U of Taq Polymerase (Promega, Madison, WI) and 2.5 U of Pfu Polymerase ( Stratagin , La Jolla, CA) To 100 μl of reaction was added 2.0 μl of PCR reassembly aliquot as template.

2. 96 ℃에서 3 분 동안 항온처리한 후, DNA Engine PTC-200(미국 매사츄세츠주 워터타운에 소재하는 MJ 리서치 인코포레이티드 제품) 장치에서 광유를 첨가함이 없이 95 ℃에서 60초, 55 ℃에서 60초 및 72 ℃에서 50초로 이루어지는 고온순환처리 15회와 그 다음 95 ℃에서 60초, 55 ℃에서 60초 및 72℃에서 50초(+5초/사이클)의 고온순환처리 15회를 실시하고 마지막 사이클에 72 ℃에서 10분의 신장 단계를 진행시켰다.2. After incubation for 3 minutes at 96 ° C., 60 seconds at 95 ° C. without addition of mineral oil in the DNA Engine PTC-200 (MJ Research, Inc., Watertown, Mass., USA) 15 high temperature cycles consisting of 60 seconds at 55 ° C. and 50 seconds at 72 ° C., followed by 60 seconds at 95 ° C., 60 seconds at 55 ° C., and 50 seconds (+5 seconds / cycle) at 72 ° C. 15 The elongation was carried out and the elongation step of 10 minutes was carried out at 72 ° C in the last cycle.

3. 이와 같이 증폭시킨 결과 정확한 크기의 서브틸리신 E 완전 유전자를 함유하는 다량의 PCR 생성물을 얻었다.3. This amplification resulted in a large amount of PCR product containing subtilisin E complete gene of the correct size.

(5) 클로닝(5) cloning

5가지 다른 DNA 폴리머라제를 사용하여 짧은 DNA 단편을 얻은 결과 최종적으로 PCR 증폭시킨 재조립 생성물을 5가지 수집물로 얻었다. 각 DNA 수집물을 사용하여 해당 서브틸리신 E 변이체의 라이브러리를 작제하였다.Short DNA fragments were obtained using five different DNA polymerases, resulting in five collections of the final PCR amplified product. Each DNA collection was used to construct a library of corresponding subtilisin E variants.

1. PCR 증폭시킨 재조립 생성물을 Wizard DNA-CleanUp 키트(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)로 정제하고, BamHI 및 NdeI로 분해한 뒤, 0.8% 아가로스 겔에서 전기영동하였다. 이 겔로부터 986 bp의 생성물을 절단하고 Wizard PCR Prep 키트(미국 위스콘신주 매디슨에 소재하는 프로메가 제품)를 사용하여 정제하였다. 그 생성물을 pBE3 셔틀 벡터의 BamHI-NdeI 분해로 얻은 벡터와 결찰시켰다.1. PCR amplified reassembled product was purified by Wizard DNA-CleanUp kit (Promega, Madison, WI), digested with BamHI and NdeI, and electrophoresed on 0.8% agarose gel. The 986 bp product was cut from this gel and purified using the Wizard PCR Prep kit (Promega, Madison, Wisconsin). The product was ligated with the vector obtained by BamHI-NdeI digestion of the pBE3 shuttle vector.

2. 이와 같은 결찰 혼합물로 이.콜리 HB101 컴피턴트 세포를 형질전환시켜 돌연변이 라이브러리를 제조하였다. 이 라이브러리로부터 약 4,000개의 형질전환체를 수집하고, 이 수집물로부터 재조합 플라스미드 혼합물을 분리하였다.2. Mutant libraries were prepared by transforming E. coli HB101 competent cells with this ligation mixture. Approximately 4,000 transformants were collected from this library and recombinant plasmid mixtures were isolated from this collection.

3. 이와 같이 분리한 플라스미드 혼합물로 비.서브틸리스 DB428 컴피턴트 세포를 형질전환시켜 또 다른 서브틸리신 E 변이체의 라이브러리를 만들었다.3. The plasmid mixture thus isolated was transformed with B. subtilis DB428 competent cells to make a library of another subtilisin E variant.

4. 짧은 초기 DNA 단편을 무작위 프라이밍하는데 사용된 DNA 폴리머라제를 근거로 하여 이와 같이 작제한 5가지 라이브러리를 라이브러리/클리나우, 라이브러리/T4, 라이브러리/시쿼나제, 라이브러리/스토펠 및 라이브러리/Pfu로 명명하였다. 각 라이브러리로부터 약 400개의 형질전환체를 무작위로 채취하여 열안정성에 대한 시험을 통해 선별하였다[단계(7) 참조].4. Based on the DNA polymerase used to randomly prime the short initial DNA fragments, the five libraries thus constructed were converted to Library / Klinau, Library / T4, Library / Sequenase, Library / Stopel and Library / Pfu . Named it. About 400 transformants were randomly taken from each library and selected by testing for thermal stability (see step (7)).

(6) 무작위 클론 서열 분석(6) Random clone sequence analysis

비.서브틸리스 DB428 라이브러리/클리나우에서 얻은 무작위 클론 10개를 DNA 서열 분석에 사용하였다. 리소자임 2 ㎎/㎖를 P1 완충액에 첨가하고 세포를 37 ℃에서 5분간 배양하는 것만을 변형시킨 QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트(QIAGEN)를 사용하여 비.서브틸리스 DB428로부터 재조합 플라스미드를 각각 정제하고, 이 플라스미드로 컴피턴트 이.콜리 HB101을 재형질전환시킨 다음, 다시 QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트를 사용하여 정제한 결과 서열분석용 등급의 DNA를 얻었다. 서열 분석은 Dye Terminator Cycle Sequencing 키트(미국 코네티컷주 노르워크에 소재하는 퍼킨 엘머 코포레이션 제품)를 사용하여 ABI 373 DNA 서열분석 시스템으로 실시하였다.Ten random clones from the B. subtilis DB428 library / Klinau were used for DNA sequencing. Recombinant plasmids were purified from B. subtilis DB428 using QIAprep Spin Plasmid Miniprep Kit (QIAGEN), modified by adding 2 mg / ml of lysozyme to P1 buffer and incubating the cells for 5 minutes at 37 ° C., respectively. Competent E. coli HB101 was retransformed into this plasmid, which was then purified using QIAprep spin plasmid miniprep kit to obtain sequencing grade DNA. Sequencing was performed with an ABI 373 DNA sequencing system using the Dye Terminator Cycle Sequencing Kit (Perkin Elmer Corporation, Norwalk, Conn.).

(7) 열안정성에 대한 선별(7) Screening for Thermal Stability

단계 (4)에 기재한 5가지 라이브러리 각각으로부터 얻은 약 400개의 형질전환체를 가지고 선별을 실시하였다, 선별은 기질로서 숙시닐-Ala-Ala-Pro-Phe-p-니트로아닐리드(서열 번호 25)를 사용하여 전술한 분석법(33,35)에 근거하여 실시하였다. 이 플라스미드 라이브러리를 함유하는 비.서브틸리스 DB428을 LB/카나마이신(20 ㎍/㎖) 평판 상에서 증식시켰다. 37 ℃에서 18 시간 후, 단일 콜로니들을 100 ㎕ SG/카나마이신 배지/웰을 함유하는 96웰 평판에 접종하였다. 이 평판을 진탕하면서 37 ℃에서 24 시간 동안 항온처리하여 세포를 포화 상태까지 증식시켰다. 세포를 스핀 다운시키고 상청액을 취하여 열안정성 분석법으로 처리하였다. 각 증식 평판 마다 3개의 레플리카 96웰 분석판을 반복수로 만들고 각 웰에는 상청액 10 ㎕를 첨가하였다. 그 다음 활성 분석 용액(숙시닐-Ala-Ala-Pro-Phe-p-니트로아닐리드(서열 번호 25) 0.2mM, Tris-HCl 100mM, CaCl210mM, pH 8.0, 37 ℃) 100 ㎕를 첨가하여 서브틸리신 활성을 측정하였다. 반응 속도는 ThermoMax 미량평판 판독기(미국 캘리포니아주 선니베일에 소재하는 몰리큘라 디바이시스 제품)에서 405 nm 하에 1.0 분간 측정하였다. 활성 클론의 비율을 계산하기 위하여 실온에서 측정한 활성을 사용하였다(야생형의 활성보다 10% 미만의 활성을 가진 클론은 불활성으로 기록하였다). 1개의 분석 평판의 각 웰에 예열(37 ℃)한 분석 용액(숙시닐-Ala-Ala-Pro-Phe-p-니트로아닐리드(서열 번호 25) 0.2mM, Tris-HCl(pH8.0) 100mM, CaCl210mM) 100 ㎕를 즉시 첨가하여 65 ℃에서 10분간 항온처리한 후 초기 활성(Ai)을 측정하였다. 40분 동안 항온처리한 후 잔류 활성(Ar)을 측정하였다.The selection was performed with about 400 transformants obtained from each of the five libraries described in step (4), the selection being succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-p-nitroanilide (SEQ ID NO: 25) as substrate. Was carried out based on the above-described assays (33, 35). B. subtilis DB428 containing this plasmid library was grown on LB / kanamycin (20 μg / ml) plates. After 18 hours at 37 ° C., single colonies were seeded into 96 well plates containing 100 μl SG / kanamycin medium / well. The plates were incubated at 37 ° C. for 24 hours while shaking to propagate the cells to saturation. The cells were spun down and the supernatants taken and treated by thermostable assay. Three replicate 96-well assay plates were replicated for each propagation plate and 10 μl of supernatant was added to each well. Subsequently, add 100 µl of the activity assay solution (succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-p-nitroanilide (SEQ ID NO: 25), 100 μl of Tris-HCl, 100 mM CaCl 2 , pH 8.0, 37 ° C.) Tilisin activity was measured. The reaction rate was measured for 1.0 min at 405 nm in a ThermoMax microplate reader (Morcula Devices, Sunnivale, Calif.). The activity measured at room temperature was used to calculate the proportion of active clones (clones with less than 10% activity than the wild type activity were recorded as inactive). 0.2 mM of assay solution (succinyl-Ala-Ala-Pro-Phe-p-nitroanilide (SEQ ID NO: 25), 100 mM of Tris-HCl (pH 8.0), preheated (37 ° C) to each well of one assay plate 100 μl of CaCl 2 ) was immediately added and incubated at 65 ° C. for 10 minutes to measure initial activity (Ai). Residual activity (Ar) was measured after incubation for 40 minutes.

(8) 서열 분석(8) sequence analysis

선별 후, 라이브러리/클리나우로부터 얻은 400개의 형질전환체 중에서 최고의 열안정성을 나타내는 1개의 클론을 LB/카나마이신 아가 평판 상에 재스트리킹한 뒤, 이 평판에서 얻은 단일 콜로니들을 글리세롤 저장과 플라스미드 제조를 위하여 시험관 배양액에 접종하였다. 리소자임 2 ㎎/㎖를 P1 완충액에 첨가하고 세포를 37 ℃에서 5분간 배양하는 것만을 변형시킨 QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트(QIAGEN)를 사용하여 재조합 플라스미드를 정제하고, 이 플라스미드로 컴피턴트 이.콜리 HB101을 재형질전환시킨 다음, 다시 QIAprep 스핀 플라스미드 미니프렙 키트를 사용하여 정제한 결과 서열 분석용 등급의 DNA를 얻었다. 서열분석은 Dye Terminator Cycle Sequencing 키트(미국 코네티컷주 노르워크에 소재하는 퍼킨 엘머 코포레이션 제품)를 사용하여 ABI 373 DNA 서열 분석 시스템으로 실시하였다.After screening, one clone showing the highest thermostability among the 400 transformants obtained from the library / Klinau was re-streamed onto LB / kanamycin agar plates, and then single colonies from this plate were prepared for glycerol storage and plasmid preparation. Inoculated in test tube culture. Recombinant plasmid was purified using QIAprep spin plasmid miniprep kit (QIAGEN), modified by adding 2 mg / ml of lysozyme to P1 buffer and incubating the cells for 5 minutes at 37 ° C., and the competent E. coli HB101 was retransformed and then purified again using the QIAprep spin plasmid miniprep kit to obtain sequencing grade DNA. Sequencing was performed with an ABI 373 DNA sequencing system using the Dye Terminator Cycle Sequencing Kit (Perkin Elmer Corporation, Norwalk, Conn.).

결과result

1. 무작위 서열 재조합과 관련된 재조합 빈도와 효율1. Frequency and efficiency of recombination associated with random sequence recombination

무작위 프라이밍 방법은 전술한 바와 같이 실시하였다. 이 방법은 도 1에 예시되어 있다. 돌연변이 라이브러리/클리나우로부터 얻은 10개의 클론을 무작위로 선별하고 서열 분석하였다, 도 12와 표 5a 및 표 5b에 개략한 바와 같이, 모든 클론은 모 유전자와 상이하였다. 재조합 유전자 중에서 모 유전자 R1 또는 R2와 다른 특정 점 돌연변이가 발생한 빈도는 40% 내지 70% 범위로, 예상값인 50% 주위에서 변동하였다. 이와 같은 결과는 2개의 모 유전자가 무작위 프라이머 기법을 통해 거의 무작위적으로 재조합되었음을 시사하는 것이다. 도 12는 모두 10개의 돌연변이가 재조합 또는 분할될 수 있으며, 심지어 단지 12 bp 떨어져 있다는 것을 보여준다.The random priming method was performed as described above. This method is illustrated in FIG. Ten clones obtained from the mutant library / Klinau were randomly selected and sequenced. As outlined in FIG. 12 and Tables 5A and 5B, all clones differed from the parent gene. The frequency of occurrence of specific point mutations different from the parent gene R1 or R2 among the recombinant genes ranged from 40% to 70%, fluctuating around the expected 50%. This result suggests that the two parent genes were almost randomly recombined using a random primer technique. 12 shows that all 10 mutations can be recombined or split, even only 12 bp apart.

그 다음 단계(5)에서 작제한 5개의 라이브러리 각각으로부터 얻은 400개의 무작위 클론을 분석하여 65℃에서 서브틸리신 열불활성화율을 측정하였다. 1개의 96웰 평판에서 얻은 열안정성은 도 13에 하행 차순으로 도시하였다. 클론 중 약 21%가 N181D와 N218S 이중 돌연변이를 가진 돌연변이체와 비교할 만한 열안정성을 나타내었다. 이것은 RC2 유래의 N181D 돌연변이와 RC1 유래의 N218S 돌연변이가 무작위로 재조합되었음을 시사한다. 라이브러리/클리나우로부터 선별된 400개의 형질전환체 중에서 최고의 열안정성을 나타내는 클론을 서열 분석한 결과 N181D와 N218S 돌연변이가 존재한다는 것을 알 수 있었다.Then, 400 random clones from each of the five libraries constructed in step (5) were analyzed to determine the subtilisin heat inactivation rate at 65 ° C. Thermal stability obtained on one 96 well plate is shown in descending order in FIG. 13. About 21% of the clones showed thermostability comparable to mutants with N181D and N218S double mutations. This suggests that the N181D mutation from RC2 and the N218S mutation from RC1 were randomly recombined. Sequencing the clones showing the highest thermostability among the 400 transformants selected from the library / Klinau revealed the presence of the N181D and N218S mutations.

2. 무작위 프라이밍 방법 동안 새로 도입된 돌연변이 빈도2. Frequency of newly introduced mutations during random priming method

5개의 비.서브틸리스 DB428 라이브러리 각각에서 얻은 약 400개의 형질전환체[단계(5) 참조]를 취하여 96웰 평판 중에 함유된 카나마이신 20 ㎍/㎖이 보충된 SG 배지에서 증식시키고 서브틸리신 E 활성에 대하여 선별하였다. 클론의 약 77 내지 84%는 활성 효소를 발현한 반면, 형질전환체의 16 내지 23%는 불활성이었는데, 이것은 새로 도입된 돌연변이의 결과로 추정된다. 경험을 통해 알 수 있는 바와 같이, 이와 같은 불활성율은 매 유전자 당 1 내지 2개의 돌연변이를 나타내는 돌연변이율이다(35).About 400 transformants from each of the 5 B. subtilis DB428 libraries (see step (5)) were taken and grown in SG medium supplemented with 20 μg / ml of kanamycin contained in 96 well plates and subtilisin E Screened for activity. About 77-84% of the clones expressed active enzymes, while 16-23% of the transformants were inactive, presumably as a result of the newly introduced mutations. As can be seen from experience, this inactivation rate is the mutation rate representing one to two mutations per gene (35).

도 12에 도시한 바와 같이, 이 방법을 통해 새로운 점 돌연변이가 18개 도입되었다. 이와 같은 0.18%의 오류율은 매 유전자당 1 내지 2개의 새로운 점 돌연변이에 해당하는 것으로 불활성화 곡선에서도 측정된 바와 같은 비율이다. 즉, 돌연변이는 유전자를 따라 거의 무작위적으로 분포함을 알 수 있다.As shown in FIG. 12, 18 new point mutations were introduced through this method. This error rate of 0.18% corresponds to one to two new point mutations per gene, as measured on the inactivation curve. That is, it can be seen that the mutations are distributed almost randomly along the gene.

라이브러리/클리나우로부터 얻은 10개의 무작위 클론에 존재하는 DNA 및 아미노산 잔기 치환DNA and amino acid residue substitutions in 10 random clones obtained from the library / Klinau 클론#Clone # 위치location 염기 치환Base substitution 치환 형태Substitution form 아미노산 치환Amino acid substitutions 치환 형태Substitution form C#1C # 1 839839 A→CA → C 염기 전환Base conversion Gly→GlyGly → Gly 동의 치환Motion substitution C#2C # 2 722722 A→GA → G 염기 전위Base potential Ser→SerSer → Ser 동의 치환Motion substitution C#2C # 2 902902 T→CT → C 염기 전위Base potential Val→ValVal → Val 동의 치환Motion substitution C#2C # 2 11171117 C→GC → G 염기 전환Base conversion Ser→SerSer → Ser 동의 치환Motion substitution C#4C # 4 809809 T→CT → C 염기 전위Base potential Asn→AsnAsn → Asn 동의 치환Motion substitution C#4C # 4 10981098 G→CG → C 염기 전환Base conversion Gly→AlaGly → Ala 비동의 치환Non-synonymous substitution C#4C # 4 11021102 T→CT → C 염기 전위Base potential Ala→AlaAla → Ala 동의 치환Motion substitution C#6C # 6 653653 C→AC → A 염기 전환Base conversion His→IleHis → Ile 비동의 치환Non-synonymous substitution C#6C # 6 654654 A→TA → T 염기 전환Base conversion His→IleHis → Ile 비동의 치환Non-synonymous substitution C#6C # 6 657657 T→CT → C 염기 전위Base potential Val→AlaVal → Ala 비동의 치환Non-synonymous substitution C#6C # 6 658658 A→CA → C 염기 전환Base conversion Val→AlaVal → Ala 비동의 치환Non-synonymous substitution C#6C # 6 11441144 A→GA → G 염기 전위Base potential Ala→AlaAla → Ala 동의 치환Motion substitution C#6C # 6 11471147 A→GA → G 염기 전위Base potential Ala→AlaAla → Ala 동의 치환Motion substitution

클론#Clone # 위치location 염기 치환Base substitution 치환 형태Substitution form 아미노산 치환Amino acid substitutions 치환 형태Substitution form C#7C # 7 478478 T→CT → C 염기 전위Base potential Ile→IleIle → Ile 동의 치환Motion substitution C#9C # 9 731731 A→GA → G 염기 전위Base potential Ala→AlaAla → Ala 동의 치환Motion substitution C#9C # 9 994994 A→GA → G 염기 전위Base potential Val→ValVal → Val 동의 치환Motion substitution C#10C # 10 11111111 A→GA → G 염기 전위Base potential Gly→GlyGly → Gly 동의 치환Motion substitution C#10C # 10 11121112 A→TA → T 염기 전환Base conversion Thr→SerThr → Ser 비동의 치환Non-synonymous substitution

돌연변이 유형을 표 5에 기재하였다. 돌연변이 방향은 분명히 규칙적이었다. 예컨대, A는 흔히 T 또는 C 보다는 G로 변화한다. 또한, 염기 전환 보다는 전위, 구체적으로 T-C 및 A-G가 흔히 일어난다. 일부 뉴클레오티드는 다른 뉴클레오티드보다 돌연변이성이 크다. 10개의 서열 분석된 클론 중에서 1개의 G→C, 1개의 C→G 및 1개의 C→A 염기 전환이 발견되었다. 이와 같은 돌연변이는 서브틸리신을 오류 발생이 큰 PCR 돌연변이유발법으로 처리한 경우에는 관찰하기 어려운 것이다(37). 무작위 프라이밍 방법은 PCR을 기본으로 한 점 돌연변이유발법 보다는 광범위한 아미노산 치환을 얻을 수 있다.Mutation types are listed in Table 5. The direction of mutation was clearly regular. For example, A often changes to G rather than T or C. In addition, translocations, in particular T-C and A-G, are more common than base conversion. Some nucleotides are more mutable than others. Of the 10 sequenced clones, one G → C, one C → G and one C → A base conversion was found. Such mutations are difficult to observe when subtilisin is subjected to a large error in PCR mutagenesis (37). Random priming can yield a wider range of amino acid substitutions than PCR based point mutagenesis.

특히, 모 유전자 R1 및 R2 중의 위치 646∼667에 존재하는 짧은 스트레치 5' C GGT ACG CAT GTA GCC GGT ACG 3'(서열 번호 16)은 무작위 클론 C#6에서 5' C GGT ACG ATT GCC GCC GGT ACG 3'(서열 번호 17)로 돌연변이되었다. 이 스트레치는 양 말단에 2개의 짧은 반복서열을 함유하므로 새로 도입되는 돌연변이는 점돌연변이 만을 이용한 방법 대신에 어긋난 가닥(slipped-strand)의 잘못유전자접합 방법을 통해 얻을 수 있다. 골격 이동은 없기 때문에 이러한 종류의 어긋남은 도메인 염기 전환에 유용하다.In particular, the short stretch 5 'C GGT ACG CAT GTA GCC GGT ACG 3' (SEQ ID NO: 16) at positions 646-667 in the parent genes R1 and R2 was 5 'C GGT ACG ATT GCC GCC GGT in random clone C # 6. Was mutated to ACG 3 ′ (SEQ ID NO: 17). Since this stretch contains two short repeats at both ends, newly introduced mutations can be obtained by using a misaligned, stranded-stranded zygote instead of point mutation alone. This kind of misalignment is useful for domain base conversion because there is no skeletal shift.

3. 무작위 프라이밍 방법에 있어서 여러 DNA 폴리머라제 충실도 비교3. Comparison of Several DNA Polymerase Fidelity in Randomized Priming Methods

무작위 프라이밍 재조합 방법 동안 동종의 DNA 서열은 거의 무작위로 재조합되며 새로운 점 돌연변이도 역시 일어난다. 이러한 점 돌연변이가 일부 시험관내 진화 과정에 다양성을 제공하여 유용할 수 있지만 이미 확인된 바 있는 유리한 돌연변이를 재조합하여 문제가 되며 특히 돌연변이율이 높은 경우에 문제가 된다. 따라서, 무작위 프라이밍법을 적합하게 이용하여 시험관내 진화 문제를 해결하기 위해서는 이 방법 동안 발생하는 오류율을 조정하는 것이 특히 중요하다. 여러 DNA 폴리머라제를 선택하고 반응 조건을 변화시키면, 여러 가지 오류율을 가진 돌연변이 라이브러리를 생성하도록 무작위 프라이밍 분자 교배 기법이 조정될 수 있다.During the random priming recombination method, homologous DNA sequences are almost randomly recombined and new point mutations also occur. While such point mutations may be useful by providing diversity in some in vitro evolutionary processes, this is a problem by recombining beneficial mutations that have already been identified, especially when the mutation rate is high. Therefore, it is particularly important to adjust the error rate that occurs during this method in order to adequately use random priming to solve in vitro evolution problems. By selecting multiple DNA polymerases and changing the reaction conditions, random priming molecular hybridization techniques can be tailored to produce mutant libraries with different error rates.

이.콜리 DNA 폴리머라제 I의 클리나우 단편, 박테리오파지 T4 DNA 폴리머라제, T7 시쿼나제 버전 2.0 DNA 폴리머라제,Taq폴리머라제의 스토펠 단편 및Pfu폴리머라제를 초기 DNA 단편 합성 시험에 사용하였다. 얻어지는 5가지 개체군의 활성 프로파일[단계 (5) 참조]은 도 13에 도시하였다. 이와 같은 프로파일을 얻기 위하여 96웰 평판 선별 분석법에서 측정되는 각 클론들의 활성은 하행 차순으로 플로팅하였다. 라이브러리/스토펠 및 라이브러리/클리나우는 라이브러리/Pfu보다 야생형 또는 불활성 서브틸리신 E 클론을 더 높은 비율로 함유한다. 5가지 모든 개체군에서 야생형 및 불활성 클론의 비율은 17 내지 30% 범위이다.Clinau fragment of E. coli DNA polymerase I, bacteriophage T4 DNA polymerase, T7 sequinase version 2.0 DNA polymerase, stoppel fragment of Taq polymerase and Pfu polymerase were used for the initial DNA fragment synthesis test. The activity profiles of the five populations obtained (see step (5)) are shown in FIG. 13. To obtain this profile, the activity of each clone measured in 96 well plate screening assay was plotted in descending order. Libraries / Stopfel and Libraries / Klinau contain higher proportions of wild type or inactive subtilisin E clones than Libraries / Pfu . The proportion of wild type and inactive clones in all five populations ranged from 17 to 30%.

실시예 8Example 8

1본쇄 DNA를 재조합하기 위한 일정 인접 프라이머와 스태거형 신장의 이용Use of constant contiguous primers and staggered kidneys to recombine single-stranded DNA

이 실시예는 1본쇄 DNA의 재조합에 스태거형 신장과 함께 일정 프라이머 재조합 방법을 이용하는 것에 관한 것이다.This example relates to the use of certain primer recombination methods with staggered kidneys for the recombination of single-stranded DNA.

방법 설명How To

1본쇄 DNA는 다양한 방법을 사용하여 제조할 수 있으며, 가장 용이한 방법은 헬퍼 파지를 이용한 플라스미드로부터 제조할 수 있다. 현재 통용되는 많은 벡터들은 M13mp 유도체와 같은 사상 파지에서 유래된다. 이들 벡터들은 세포를 형질전환시킨 후, 새로운 2본쇄 환과 이 벡터의 두 가닥 중 어느 1개의 가닥으로부터 유래된 1본쇄 환으로 형성된다. 1본쇄 환은 파지 입자로 팩키징된 뒤, 세포로부터 분비된 다음 배양 상청액으로부터 쉽게 정제할 수 있다.Single-stranded DNA can be prepared using various methods, and the easiest method can be prepared from plasmids using helper phage. Many vectors currently in use are derived from filamentous phage such as the M13mp derivative. These vectors are transformed into cells and then formed into a new double-ring ring and a single-chain ring derived from either of the two strands of the vector. Single-chain rings can be packaged into phage particles, secreted from cells and then easily purified from the culture supernatant.

1본쇄 유전자를 재조합하기 위하여 2개의 일정 프라이머(예컨대, 주형의 5' 및 3' 말단에 하이브리드하는 프라이머)를 사용하였다. 프라이머 중 1개 만이 최종 PCR 증폭 단계 전에 필요로 된다. 신장된 재조합 프라이머는 먼저 스태거형 신장 방법(StEP)으로 얻었으며, 이 방법은 변성과 최대로 약식화한 어닐링/신장 단계로 이루어지는 반복 사이클을 포함한다. 그 다음 신장된 단편을 DNA 폴리머라제 존재하에 고온순환 처리를 매개로 한 동종 유전자 재조립 단계와 그 다음 유전자 증폭 단계를 통해 전길이의 유전자로 재조립하였다.Two constant primers (eg, primers hybridizing to the 5 'and 3' ends of the template) were used to recombine single stranded genes. Only one of the primers is needed before the final PCR amplification step. Elongated recombinant primers were first obtained by the staggered elongation method (StEP), which involves a repeat cycle consisting of denaturation and maximally abbreviated annealing / extension steps. The elongated fragments were then reassembled into full-length genes through a homologous gene reassembly step followed by a high temperature cycle treatment in the presence of DNA polymerase followed by amplification of the gene.

스태거형 신장 방법의 진행은 프라이머 신장 중 여러 시간 점에서 반응 튜브(출발 반응액의 부피 100 ㎕)로부터 분취량(10 ㎕)을 취하여 아가로스 겔 전기영동을 통해 DNA 단편을 분리하여 모니터한다. 효과적인 프라이머 신장의 증거는 반응 사이클의 증가 횟수에 따라 분자량이 증가하는 상기 방법 중의 초반부에 나타나는 저분자량의 '스미어'를 통해 확인한다. 초기 반응 조건은 반응물의 시료 채취 이전에 5 내지 20회 동안 반복되는 주형 변성 단계(예컨대, 94 ℃에서 30초 변성)와 그 다음 매우 간단한 어닐링/신장 단계(예, 55℃에서 1 내지 15초)로 설정한다. 일반적으로 완전 유전자의 길이 보다 큰 크기에 해당하는 1본쇄 DNA '스미어'를 얻기 위해서는 스태거형 신장의 20 내지 200 회 사이클이 필요하다.Progress of the staggered extension method is monitored by separating aliquots of DNA fragments via agarose gel electrophoresis by taking aliquots (10 μl) from reaction tubes (volume 100 μl of starting reaction solution) at various time points during primer extension. Evidence of effective primer extension is confirmed by a low molecular weight 'smear' appearing earlier in the method in which the molecular weight increases with increasing number of reaction cycles. Initial reaction conditions include a template denaturation step (eg, 30 seconds denaturation at 94 ° C.) followed by a very simple annealing / extension step (e.g. 1 to 15 seconds at 55 ° C.), repeated 5 to 20 times prior to sampling the reactants. Set to. In general, 20-200 cycles of staggered kidneys are required to obtain single-stranded DNA “smear” that is larger than the length of a complete gene.

실험 디자인은 실시예 1에 기재한 바와 같다. 2가지 열안정성 서브틸리신 E돌연변이체 R1 및 R2 유전자를 EcoRI 및 BamHI으로 제한 분해하여 벡터 M13mp18에 서브클로닝하였다. 1본쇄 DNA는 전술한 바 대로 제조한다(39).The experimental design is as described in Example 1. Two thermostable subtilisin E mutants R1 and R2 genes were subcloned into vector M13mp18 with restriction digestion with EcoRI and BamHI. Single-stranded DNA is prepared as described above (39).

2개의 인접 프라이머를 기본으로 한 재조합Recombination based on two contiguous primers

각각 5' 및 3' 인접 프라이머에 상응하는 2개의 일정 프라이머, P5N(5'-CCGAG CGTTGCATAT GTGGA AG-3'(서열 번호 18), 밑줄칠 서열은 NdeI 제한 부위임) 및 P3B(5'-CGACT CTAGAGGATC CGATT C-3'(서열 번호 19), 밑줄친 서열은 BamHI 제한 부위임)를 재조합에 사용하였다.Two constant primers corresponding to 5 'and 3' contiguous primers, P5N (5'-CCGAG CGTTG CATAT G TGGA AG-3 '(SEQ ID NO: 18), underlined sequences are NdeI restriction sites) and P3B (5' -CGACT CTAGA GGATC C GATT C-3 '(SEQ ID NO: 19) (underlined sequence is BamHI restriction site) was used for recombination.

반응 조건(최종 부피 100 ㎕): 주형으로 사용한 R1 및 R2 유전자(1:1 혼합)를 함유하는 1본쇄 DNA 0.15 pmol, 각각의 인접 프라이머(P5N 또는 P3B) 15 pmol, 1xTaq완충액, 각 dNTP 0.2 mM, MgCl21.5mM 및Taq폴리머라제 0.25U.Reaction conditions (final volume 100 μl): 0.15 pmol of single stranded DNA containing R1 and R2 genes (1: 1 mixture) used as template, 15 pmol of each adjacent primer (P5N or P3B), 1 × Taq buffer, 0.2 dNTP each mM, MgCl 2 1.5 mM and Taq polymerase 0.25 U.

프로그램: 95 ℃에서 5분, 및 94℃에서 30초, 55℃에서 5초로 이루어진 사이클 80회 내지 200회.Program: 80 to 200 cycles consisting of 5 minutes at 95 ° C., 30 seconds at 94 ° C., 5 seconds at 55 ° C.

정확한 크기(약 1 kb)의 1본쇄 DNA 생성물을 0.8% 아가로스 겔 전기영동으로 부터 절단해내어 QIAEX II 겔 추출 키트를 사용하여 정제하였다. 이와 같이 정제한 생성물을 통상적인 PCR 로 증폭시켰다.Single-stranded DNA products of the correct size (about 1 kb) were cut from 0.8% agarose gel electrophoresis and purified using a QIAEX II gel extraction kit. The product thus purified was amplified by conventional PCR.

반응 조건(최종 부피 100 ㎕): 주형 1내지 10 ng, 각각의 인접 프라이머 30 pmol, 1xTaq완충액, 각 dNTP 0.2 mM, MgCl21.5mM 및Taq폴리머라제 0.25U.Reaction conditions (final volume 100 μl): template 1 to 10 ng, each adjacent primer 30 pmol, 1 × Taq buffer, 0.2 mM each dNTP, 1.5 mM MgCl 2 and 0.25 U of Taq polymerase.

프로그램: 95 ℃에서 5분, 및 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분 간으로 이루어진 사이클 20회. PCR 생성물을 정제하여, NdeI 및 BamHI으로 분해한 뒤, pBE3 셔틀 벡터에 서브클로닝하였다. 이 유전자 라이브러리를 이.콜리 HB101에서 증폭시키고 문헌에 기재된 바와 같이(35) 형질발현과 선별을 위하여 비.서브틸리스 DB428 컴피턴트 세포로 전이시켰다. 효소 변이체의 열안정성은 전술한(33) 96웰 평판 방식으로 측정하였다.Program: 20 cycles consisting of 5 minutes at 95 ° C., 30 seconds at 94 ° C., 30 seconds at 55 ° C., and 1 minute at 72 ° C. The PCR product was purified, digested with NdeI and BamHI, and then subcloned into the pBE3 shuttle vector. This gene library was amplified in E. coli HB101 and transferred to B. subtilis DB428 competent cells for expression and selection as described (35). The thermal stability of the enzyme variants was measured in the manner described above (33) 96-well plate.

이와 같은 프로토콜 결과, 새로운 점 돌연변이 뿐만 아니라 모 서열의 돌연변이를 신규 조합하여 함유하는 신규 서열을 얻었다. 실시예 1에 기재된 바대로 선별한 결과 모 효소 보다 열안정성이 더 큰 효소 변이체를 확인할 수 있었다.As a result of this protocol, new sequences containing new combinations of mutations in the parent sequence as well as new point mutations were obtained. As a result of selection as described in Example 1, enzyme variants with greater thermal stability than the parent enzyme were identified.

전술한 실시예를 통해 명백한 바와 같이, 프라이머를 기본으로 한 재조합 방법은 기본적인 구조-기능 연구를 위한 신규 효소의 개발이나 진화 뿐만 아니라 다양한 용도 면에서 최적 성능을 갖는 다양한 범위의 잠재적으로 유용한 촉매를 탐색하는데 이용할 수 있다.As evident from the above examples, primer-based recombination methods search for a wide range of potentially useful catalysts with optimal performance in a variety of applications, as well as the development or evolution of new enzymes for basic structure-function studies. Can be used to

본 명세서에서는 주형으로서 1본쇄 DNA와 DNA 의존적 DNA 폴리머라제를 이용하는 방법을 기재하고 있지만, 주형으로서 1본쇄 RNA를 사용하는 대안적인 방법도 실현가능하다. 주형으로서 특정 단백질 mRNA를 사용하고 촉매로서 RNA 의존적 DNA 폴리머라제(역전사효소)를 이용하는 경우에는 본 명세서에 기재된 방법을 변형시켜cDNA 클론에 돌연변이와 교차를 형성시킬 수 있고 단백질 기능을 최적화하기 위한 목표를 달성하기 위하여 분자 다양성을 mRNA 준위로부터 직접 만들 수 있다. 이 방법은 새로운 촉매 발견을 위한 ETS(발현 태그형 전략)를 상당히 단순화할 수 있다.Although a single strand of DNA and a DNA dependent DNA polymerase are used as templates in this specification, alternative methods of using single stranded RNA as templates are also feasible. When using specific protein mRNA as a template and RNA dependent DNA polymerase (reverse transcriptase) as a catalyst, the methods described herein can be modified to cross mutations in cDNA clones and to aim for optimizing protein function. To achieve this, molecular diversity can be made directly from the mRNA level. This method can greatly simplify the ETS (expression tagged strategy) for discovering new catalysts.

또한, 전술한 것 외에도 본 발명은 편성 세포내 병원균이나 목적 세포를 전파시킬 수 없는 기타 다른 시스템 유래의 단백질을 프로브하는데 유용하다(38).In addition to the foregoing, the present invention is also useful for probing proteins from organized intracellular pathogens or other systems that are unable to propagate cells of interest (38).

이상, 본 발명의 예시적인 구체예에 대하여 설명하였지만 본 명세서에 기재한 것은 단지 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위 이내에서 다양한 기타 다른 변형, 수정 등이 가능하다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구체적인 양태들에 의해 제한되지 않고 다음에 기재하는 청구의 범위를 통해서만 제한된다.As mentioned above, although exemplary embodiments of the present invention have been described, those skilled in the art will understand that various other modifications, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention for the purpose of illustration only. Accordingly, the invention is not limited by the specific embodiments described herein, but only by the claims set forth below.

참고 문헌references

서열 목록Sequence list

(1) 일반 정보 :(1) General Information:

(i) 출원인 : 아놀드 프란시스 에이치, 샤오 직신, 아푸홀터 조셉 에이, 쟈오 휴이민, 기버 로리(i) Applicants: Arnold Francis H, Xiao Straight, Apuholter Joseph A, Jiao Huimin, Giber Lori

(ii) 발명의 명칭 : 일정 프라이머 서열 또는 무작위 프라이머 서열을 사용한 폴리뉴클레오티드 서열의 재조합(ii) Name of the Invention: Recombination of Polynucleotide Sequences Using Constant or Random Primer Sequences

(iii) 서열의 수 : 25(iii) Number of sequences: 25

(iv) 서신 주소(iv) correspondence address

(A) 수신인: 오펜하이머 폼스 스미드(A) To: Oppenheimer Poms Smid

(B) 스트리트 : 스윗 3800 센츄리 파크 이스트 2029(B) Street: Sweet 3800 Century Park East 2029

(C) 도시 : 로스앤젤레스(C) City: Los Angeles

(D) 주 : 캘리포니아(D) State: California

(E) 국가 : 미국(E) Country: United States

(F) 우편번호(ZIP) : 90067(F) ZIP code: 90067

(v) 컴퓨터 판독 형태 :(v) computer readable form:

(A) 매체 유형 : 플로피 디스크(A) Medium type: floppy disk

(B) 컴퓨터 : IBM PC 호환기종(B) Computer: IBM PC compatible model

(C) 작동 체계 : 윈도우즈(C) operating system: Windows

(D) 소프트웨어 : Microsoft Word 6.0(D) Software: Microsoft Word 6.0

(vi) 현 출원 데이터(vi) current application data

(A) 출원 번호 :(A) Application number:

(B) 출원일 :(B) filing date:

(C) 분류 :(C) classification:

(vii) 종래 출원 데이터(vii) conventional application data

(A) 출원 번호 : 60/041,666(A) Application number: 60 / 041,666

(B) 출원일 : 1997. 3. 25.(B) Application date: March 25, 1997.

(C) 출원 번호 : 60/045,211(C) application number: 60 / 045,211

(D) 출원일 : 1997. 4. 30(D) Application date: April 30, 1997

(E) 출원 번호 : 60/046,256(E) Application No: 60 / 046,256

(F) 출원일 : 1997. 5. 12.(F) Filed Date: May 12, 1997

(viii) 대리인 정보(viii) agent information

(A) 성명 : 올덴캠프 데이비드 제이.(A) Statement: Olden Camp David J.

(B) 등록 번호 : 29,421(B) registration number: 29,421

(C) 참조 번호 : 330187-84(C) Reference Number: 330187-84

(ix) 통신 정보(ix) communication information

(A) 전화 : (310) 788-5000(A) Telephone: (310) 788-5000

(B) 팩스 : (310) 277-1297(B) Fax: (310) 277-1297

(2) 서열 번호 1 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 1

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 1:(xi) SEQ ID NO 1:

(2) 서열 번호 2 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 2:(xi) SEQ ID NO: 2:

(2) 서열 번호 3 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 3:(xi) SEQ ID NO: 3:

(2) 서열 번호 4 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 4:(xi) SEQ ID NO 4:

(2) 서열 번호 5 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 5:(xi) SEQ ID NO: 5:

(2) 서열 번호 6 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 6:(xi) SEQ ID NO 6:

(2) 서열 번호 7 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 7:(xi) SEQ ID NO 7:

(2) 서열 번호 8 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 8

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 8:(xi) SEQ ID NO: 8:

(2) 서열 번호 9 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 9:(xi) SEQ ID NO: 9:

(2) 서열 번호 10에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 10:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 10:(xi) SEQ ID NO: 10:

(2) 서열 번호 11 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 20 뉴클레오티드(A) Length: 20 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 11:(xi) SEQ ID NO: 11:

(2) 서열 번호 12 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 12:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 20 뉴클레오티드(A) Length: 20 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 12:(xi) SEQ ID NO: 12:

(2) 서열 번호 13 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 28 뉴클레오티드(A) Length: 28 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 13:(xi) SEQ ID NO: 13:

(2) 서열 번호 14 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 14:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22 뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 14:(xi) SEQ ID NO: 14:

(2) 서열 번호 15에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 15:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22 뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 15:(xi) SEQ ID NO: 15:

(2) 서열 번호 16에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 16:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 16:(xi) SEQ ID NO 16:

(2) 서열 번호 17 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 17:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22 뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 17:(xi) SEQ ID NO: 17:

(2) 서열 번호 18 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 18:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22 뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 18:(xi) SEQ ID NO: 18:

(2) 서열 번호 19 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 19:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 22 뉴클레오티드(A) Length: 22 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 19:(xi) SEQ ID NO: 19:

(2) 서열 번호 20 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 20:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 21 뉴클레오티드(A) Length: 21 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 20:(xi) SEQ ID NO: 20:

(2) 서열 번호 21에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 21:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 18 뉴클레오티드(A) Length: 18 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 21:(xi) SEQ ID NO: 21:

(2) 서열 번호 22 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 22:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 18 뉴클레오티드(A) Length: 18 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 22:(xi) SEQ ID NO: 22:

(2) 서열 번호 23에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 23:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 18 뉴클레오티드(A) Length: 18 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 23:(xi) SEQ ID NO: 23:

(2) 서열 번호 24 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 24:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 18 뉴클레오티드(A) Length: 18 nucleotides

(B) 서열형 : 뉴클레오티드(B) Sequence type: nucleotide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 올리고뉴클레오티드(ii) Type of sequence: oligonucleotide

(xi) 서열 번호 24:(xi) SEQ ID NO: 24:

(2) 서열 번호 25 에 대한 정보 :(2) Information about SEQ ID NO: 25:

(i) 서열 특성 :(i) Sequence Properties:

(A) 길이 : 4 아미노산(A) Length: 4 amino acids

(B) 서열형 : 펩티드(B) Sequence type: peptide

(D) 형태 : 직쇄상(D) Form: straight chain

(ii) 서열의 종류 : 펩티드(ii) Type of sequence: peptide

(xi) 서열 번호 25:(xi) SEQ ID NO: 25:

Claims (34)

a) 1종 이상의 주형 폴리뉴클레오티드 존재하에 무작위 서열 또는 일정 서열의 프라이머로부터 효소 촉매화된 DNA 중합 합성 반응을 실시하여 짧은 폴리뉴클레오티드 단편과 상기 주형 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물을 만드는 단계;a) enzymatically catalyzed DNA polymerization synthesis reactions from random sequences or primers of certain sequences in the presence of one or more template polynucleotides to produce short polynucleotide fragments and DNA collections containing the template polynucleotides; b) 상기 DNA 수집물을 1본쇄 단편의 수집물로 변성시키는 단계;b) denaturing said DNA collection into a collection of single stranded fragments; c) 상기 1본쇄 단편을 어닐링 조건하에 어닐링시켜 어닐링된 단편의 수집물을 형성시키는 단계;c) annealing said single stranded fragments under anneal conditions to form a collection of annealed fragments; d) 상기 어닐링된 단편의 수집물을 2본쇄 단편을 신장시키는 조건하에 폴리머라제와 함께 항온처리하여 신장된 1본쇄 단편을 함유하는 단편 수집물을 형성시키는 단계;d) incubating the collection of annealed fragments with a polymerase under conditions that stretch the double stranded fragments to form a fragmented collection containing the stretched single stranded fragments; e) 상기 단편의 수집물에 2본쇄 돌연변이된 폴리뉴클레오티드가 형성될 때까지 단계 b) 내지 d)를 반복하는 단계를 포함하여, 1종 이상의 주형 폴리뉴클레오티드로부터 이 주형 폴리뉴클레오티드와 동일 위치에 다른 뉴클레오티드를 1개 이상 함유하는 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.e) repeating steps b) to d) until a double-stranded nucleotide polynucleotide is formed in the collection of fragments, wherein the other nucleotide is in the same position as the template polynucleotide from one or more template polynucleotides; Method for producing a double-stranded mutant polynucleotide containing one or more. 제1항에 있어서, 상기 1본쇄 단편이 상보성 영역을 갖고 있고, 상기 어닐링된 단편의 수집물을 항온처리하는 단계가 상기 어닐링된 단편 각각의 짧은 폴리뉴클레오티드 가닥이나 신장된 짧은 폴리뉴클레오티드 가닥이 서로 프라이밍하여 단편의 수집물을 만들 수 있는 조건하에서 실시되는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the single-stranded fragment has a complementary region, and incubating the collection of the annealed fragments primes each short nucleotide strand or extended short polynucleotide strand of each of the annealed fragments. To produce a double-stranded mutant polynucleotide, characterized in that it is carried out under conditions capable of producing a collection of fragments. 제1항에 있어서, 상기 어닐링된 단편의 수집물을 항온처리하는 단계가 주형 폴리뉴클레오티드의 존재하에 실시되어 1본쇄 폴리뉴클레오티드와 상기 주형 폴리뉴클레오티드를 무작위로 재프라이밍할 수 있는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.2. The double stranded mutation of claim 1, wherein incubating the collection of annealed fragments is carried out in the presence of a template polynucleotide to randomly reprime the single stranded polynucleotide and the template polynucleotide. Methods of Making Polynucleotides. 제1항에 있어서, 상기 프라이머 중 최소한 1개의 프라이머가 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein at least one of the primers is a primer of a predetermined sequence. 제2항에 있어서, 상기 프라이머 중 최소한 1개의 프라이머가 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 2, wherein at least one of the primers is a primer of a predetermined sequence. 제3항에 있어서, 상기 프라이머 중 최소한 1개의 프라이머가 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 3, wherein at least one of the primers is a primer of a predetermined sequence. 제4항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein said primer contains 6 to 100 nucleotides. 제5항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.6. The method of claim 5, wherein said primer contains 6 to 100 nucleotides. 제6항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.7. The method of claim 6, wherein said primers contain 6 to 100 nucleotides. 제4항에 있어서, 최소한 1개의 일정 프라이머가 말단 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein at least one constant primer is a terminal primer. 제5항에 있어서, 최소한 1개의 일정 프라이머가 말단 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.6. The method of claim 5, wherein at least one constant primer is a terminal primer. 제6항에 있어서, 최소한 1개의 일정 프라이머가 말단 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.7. The method of claim 6, wherein at least one constant primer is a terminal primer. 제1항에 있어서, 상기 프라이머가 이 프라이머 중의 1개 이상의 뉴클레오티드 위치에 한정된 무작위도를 나타내는 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the primer is a primer of a predetermined sequence exhibiting randomness defined at at least one nucleotide position in the primer. 제13항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 13, wherein the primer contains 6 to 100 nucleotides. 제13항에 있어서, 일정 프라이머가 주형의 임의 영역에 특이적인 2개 이상의 일정 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 13, wherein the constant primers are two or more constant primers specific for any region of the template. 제1항에 있어서, 상기 프라이머가 프라이머 중 30% 이상의 뉴클레오티드 위치에 한정된 무작위도를 나타내는 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the primer is a primer of a predetermined sequence exhibiting randomness defined at a nucleotide position of at least 30% of the primer. 제16항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.17. The method of claim 16, wherein said primer contains 6 to 100 nucleotides. 제16항에 있어서, 일정 서열의 프라이머가 주형의 임의 영역에 특이적인 2개 이상의 일정 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 16, wherein the primers of a sequence are at least two constant primers specific for any region of the template. 제1항에 있어서, 상기 프라이머가 이 프라이머 중 60% 이상의 뉴클레오티드 위치에 한정된 무작위도를 나타내는 일정 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the primer is a primer of a predetermined sequence exhibiting randomness defined at a nucleotide position of at least 60% of the primer. 제19항에 있어서, 상기 프라이머가 6개 내지 100개의 뉴클레오티드를 함유하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.20. The method of claim 19, wherein said primers contain 6 to 100 nucleotides. 제19항에 있어서, 일정 서열의 프라이머가 주형의 임의 영역에 특이적인 2개 이상의 일정 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.20. The method of claim 19, wherein the primers of a sequence are at least two constant primers specific for any region of the template. 제1항에 있어서, 상기 프라이머가 무작위 서열의 프라이머인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein said primers are primers of random sequence. 제22항에 있어서, 프라이머 길이가 6개 내지 24개 뉴클레오티드 길이인 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the primer is 6 to 24 nucleotides in length. 제22항에 있어서, 주형 폴리뉴클레오티드가 짧은 폴리뉴클레오티드 단편의 생성 후 DNA 수집물로부터 제거되는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.23. The method of claim 22, wherein the template polynucleotide is removed from the DNA collection after generation of the short polynucleotide fragment. 제1항에 있어서, 상기 DNA 수집물로부터 돌연변이된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 분리하는 단계와 상기 돌연변이된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 증폭시키는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 1, further comprising separating the mutated double-stranded polynucleotides from the DNA collection and amplifying the mutated double-stranded polynucleotides. 제25항에 있어서, 상기 돌연변이된 2본쇄 폴리뉴클레오티드가 폴리머라제 연쇄 반응에 의해 증폭되는 것이 특징인 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.The method of claim 25, wherein said mutated double-stranded polynucleotide is amplified by a polymerase chain reaction. a) 제1항에 기재된 방법에 따라 제조된 효소 암호성 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 벡터 중으로 삽입하여 발현 벡터를 만드는 단계;a) inserting an enzyme encoding double stranded mutant polynucleotide prepared according to the method of claim 1 into a vector to create an expression vector; b) 상기 발현 벡터로 숙주 세포를 형질전환시키는 단계;b) transforming a host cell with said expression vector; c) 상기 돌연변이 폴리뉴클레오티드에 의해 암호된 효소를 발현하는 단계를 포함하는 효소 생성 방법.c) expressing an enzyme encoded by said mutant polynucleotide. (a) 1종 이상의 주형 폴리뉴클레오티드 존재하에 무작위 서열 또는 일정 서열 프라이머로부터 효소 촉매화된 DNA 중합 합성 반응을 실시하여 짧은 폴리뉴클레오티드 단편과 상기 주형 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물을 만드는 단계;(a) conducting an enzyme catalyzed DNA polymerization synthesis reaction from random sequences or constant sequence primers in the presence of one or more template polynucleotides to produce a short polynucleotide fragment and a DNA collection containing said template polynucleotide; (b) 상기 DNA 수집물을 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드와 1본쇄 주형 폴리뉴클레오티드의 수집물로 변성시키는 단계;(b) denaturing the DNA collection with a collection of single stranded fragment polynucleotides and single stranded template polynucleotides; (c) 상기 수집물에 함유된 1본쇄 폴리뉴클레오티드를 어닐링 조건하에 어닐링시켜 어닐링된 2본쇄 폴리뉴클레오티드의 수집물을 얻는 단계;(c) annealing the single-stranded polynucleotides contained in the collection under annealing conditions to obtain a collection of annealed double-stranded polynucleotides; (d) 상기 어닐링된 폴리뉴클레오티드의 수집물을 상기 2본쇄 폴리뉴클레오티드을 신장시키는 조건하에서 DNA 폴리머라제와 함께 항온처리하여 신장된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물을 얻는 단계;(d) incubating the annealed polynucleotide collection with DNA polymerase under conditions extending the double-stranded polynucleotide to obtain a DNA collection containing the extended double-stranded polynucleotide; (e) 상기 신장된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물이 상기 돌연변이된 폴리뉴클레오티드를 함유할 때까지 단계 (b) 내지 (d)를 반복하는 단계를 포함하여, 1종 이상의 주형 폴리뉴클레오티드로부터 이 주형 폴리뉴클레오티드의 대응 위치에 상이한 뉴클레오티드를 1개 이상 함유하는 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법.(e) repeating steps (b) to (d) until the DNA collection containing the elongated double-stranded polynucleotide contains the mutated polynucleotide, from one or more template polynucleotides A method for producing a double-stranded mutant polynucleotide containing one or more different nucleotides at corresponding positions of the template polynucleotide. 제28항에 있어서, 상기 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드와 1본쇄 주형 폴리뉴클레오티드의 수집물이 이 수집물 중에 존재하는 다른 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드의 영역에 상보적인 영역을 가진 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드를 함유하여 단계 (c)에서 이 단편 폴리뉴클레오티드들이 서로 어닐링하고, 단계 (d)에서 서로 프라이밍하는 것이 특징인 제조 방법.29. The method of claim 28, wherein the collection of single-stranded fragment polynucleotides and single-stranded template polynucleotides contains a single-stranded fragment polynucleotide having a region complementary to that of other single-stranded fragment polynucleotides present in the collection. Wherein said fragment polynucleotides anneal to each other in step (c) and prime each other in step (d). 제28항에 있어서, 상기 1본쇄 주형 폴리뉴클레오티드가 단계 (c)에서 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드의 최소한 일부에 어닐링하여 단계 (d)에서 상기 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드를 무작위 재프라이밍할 수 있는 제조 방법.The method of claim 28, wherein the single-stranded template polynucleotide can be annealed to at least a portion of the single-stranded fragment polynucleotide in step (c) to randomly reprime the single-stranded fragment polynucleotide in step (d). 서로 다른 제1 주형 폴리뉴클레오티드와 제2 주형 폴리뉴클레오티드를 함유하는 2종 이상의 주형 폴리뉴클레오티드로부터, 상기 제1 주형 폴리뉴클레오티드 중의 대응 위치에 상이한 뉴클레오티드를 1개 이상 함유하고 상기 제2 주형 폴리뉴클레오티드 중의 대응 위치에 상이한 뉴클레오티드를 1개 이상 함유하는 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드를 제조하는 방법으로서,From two or more template polynucleotides containing different first template polynucleotides and second template polynucleotides, one or more different nucleotides at corresponding positions in the first template polynucleotide and corresponding ones in the second template polynucleotide A method of making a double stranded mutant polynucleotide containing at least one nucleotide different in position, (a) 표준 DNA 중합 조건 또는 단지 부분 신장시키는 조건하에서 1군의 무작위 서열 프라이머 또는 1개 이상의 일정 서열의 프라이머로부터 상기 주형 폴리뉴클레오티드에 대하여 효소 촉매화된 DNA 중합 반응을 실시하여 폴리뉴클레오티드 단편과 상기 주형 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물을 얻는 단계;(a) enzyme catalyzed DNA polymerization of the template polynucleotides from a group of random sequence primers or one or more constant sequence primers under standard DNA polymerization conditions or only partially stretched conditions to yield polynucleotide fragments and Obtaining a DNA collection containing the template polynucleotide; (b) 상기 DNA 수집물을 변성시켜 1본쇄 단편 폴리뉴클레오티드와 1본쇄 주형 폴리뉴클레오티드의 수집물을 얻는 단계;(b) denaturing the DNA collection to obtain a collection of single-stranded fragment polynucleotides and single-stranded template polynucleotides; (c) 상기 수집물의 1본쇄 폴리뉴클레오티드를 어닐링 조건하에서 어닐링시켜 2본쇄의 어닐링된 폴리뉴클레오티드 수집물을 얻는 단계;(c) annealing the single-stranded polynucleotide of the collection under annealing conditions to obtain a two-stranded annealed polynucleotide collection; (d) 상기 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 완전 신장 또는 부분 신장시키는 조건하에서 DNA 폴리머라제와 함께 상기 어닐링된 폴리뉴클레오티드의 수집물을 항온처리하여 신장된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물을 얻는 단계;(d) incubating the collection of annealed polynucleotides with DNA polymerase under conditions to fully or partially stretch the double-stranded polynucleotides to obtain a DNA collection containing the extended double-stranded polynucleotides; (e) 상기 신장된 2본쇄 폴리뉴클레오티드를 함유하는 DNA 수집물이 상기 돌연변이된 폴리뉴클레오티드를 함유할 때까지 단계 (b) 내지 (d)를 반복하는 단계를 포함하며,(e) repeating steps (b) to (d) until the DNA collection containing the elongated double-stranded polynucleotide contains the mutated polynucleotide, (1) 상기 단계 (b)에서 표준 DNA 중합 조건이 사용되거나 또는 (2) 단계 (d)에서 완전 신장이 형성되는 경우에 1개 이상의 일정 서열 프라이머가 사용된다면 이 프라이머 중 최소한 1개는 비말단 프라이머이어야 하는 것을 특징으로 하는 2본쇄 돌연변이 폴리뉴클레오티드의 제조 방법.At least one of these primers is non-terminal if (1) standard DNA polymerization conditions are used in step (b) or (2) one or more constant sequence primers are used if full extension is formed in step (d) A method of producing a double stranded mutant polynucleotide, characterized in that it must be a primer. 제31항에 있어서, 제1 주형 폴리뉴클레오티드가 제2 주형 폴리뉴클레오티드와 최소한 2개의 염기쌍이 다른 것이 특징인 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the first template polynucleotide is at least two base pairs different from the second template polynucleotide. 제32항에 있어서, 상기 2개의 염기쌍이 서로 분리되어 있는 것이 특징인 제조 방법.33. The method of claim 32, wherein the two base pairs are separated from each other. 제33항에 있어서, 상기 2개의 염기쌍이 약 15개 이상의 염기쌍에 의해 서로 분리되어 있는 것이 특징인 제조 방법.34. The method of claim 33, wherein said two base pairs are separated from each other by at least about 15 base pairs.
KR1019980709545A 1997-03-25 1998-03-25 Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers KR20000015984A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980709545A KR20000015984A (en) 1997-03-25 1998-03-25 Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60/041,666 1997-03-25
US60/045,211 1997-04-30
US60/046,256 1997-05-12
US8/905,359 1997-08-04
KR1019980709545A KR20000015984A (en) 1997-03-25 1998-03-25 Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20000015984A true KR20000015984A (en) 2000-03-25

Family

ID=19635815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980709545A KR20000015984A (en) 1997-03-25 1998-03-25 Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20000015984A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6153410A (en) Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers
Sen et al. Developments in directed evolution for improving enzyme functions
US7833759B2 (en) Method of increasing complementarity in a heteroduplex
JP6552969B2 (en) Library preparation method for directed evolution
US6951719B1 (en) Process for obtaining recombined nucleotide sequences in vitro, libraries of sequences and sequences thus obtained
AU2002314712A1 (en) A method of increasing complementarity in a heteroduplex polynucleotide
WO2001029212A1 (en) Methods for chimeragenesis of whole genomes or large polynucleotides
KR20000015984A (en) Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers
US20040191772A1 (en) Method of shuffling polynucleotides using templates
WO2003040376A1 (en) Method for site-directed mutagenesis of nucleic acid molecules using a single primer
WO2002016642A9 (en) Methods and compositions for directed molecular evolution using dna-end modification
EP1381680A1 (en) Template-mediated, ligation-oriented method of nonrandomly shuffling polynucleotides
AU2002338443A1 (en) Template-mediated, ligation-oriented method of nonrandomly shuffling polynucleotides
US20030092023A1 (en) Method of shuffling polynucleotides using templates
AU755415B2 (en) Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers
MXPA98009854A (en) Recombination of polynucleotide sequences using random or defined primers
KR20050004207A (en) Method for Creating Polynucleotide Molecules
ZA200306203B (en) A method of increasing complementarity in a heteroduplex polynucleotide.
WO1997048791A1 (en) Direct cloning of dna fragments
KR20000022394A (en) Method for effecting site-directed mutagenesis

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application