KR20040026253A - Recombinant bioluminescent/fluorescent bacteria for the detection oxidative damage and DNA damage simultaneously - Google Patents

Recombinant bioluminescent/fluorescent bacteria for the detection oxidative damage and DNA damage simultaneously Download PDF

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KR20040026253A KR1020020057633A KR20020057633A KR20040026253A KR 20040026253 A KR20040026253 A KR 20040026253A KR 1020020057633 A KR1020020057633 A KR 1020020057633A KR 20020057633 A KR20020057633 A KR 20020057633A KR 20040026253 A KR20040026253 A KR 20040026253A
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Abstract

PURPOSE: Recombinant bioluminescent/fluorescent bacteria for detecting oxidative damage and DNA damage simultaneously are provided, thereby detecting at least two kinds of toxic chemicals simultaneously. CONSTITUTION: A recombinant bioluminescent/fluorescent bacterium Escherichia coli RFM443/pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) (KCTC 10292BP) is produced by transforming Escherichia coli RFM443 with a recombinant plasmid pACRG43, which is produced by fusion of a gene damage protein RecA-expressing promoter with a fluorescent protein gene GFPuv4, and a recombinant plasmid pDK1, which is produced by fusion of an oxidative damage protein KatG-expressing promoter katG with a bioluminescent gene lux CDABE. A method for detecting oxidative damage and DNA damage simultaneously is characterized by using Escherichia coli RFM443/pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) (KCTC 10292BP).

Description

유전자 손상 및 산화적 손상을 동시에 탐지할 수 있는 재조합 발광/형광 박테리아{Recombinant bioluminescent/fluorescent bacteria for the detection oxidative damage and DNA damage simultaneously}Recombinant bioluminescent / fluorescent bacteria for the detection oxidative damage and DNA damage simultaneously}

본 발명은 유전자 손상 및 산화적 손상을 동시에 탐지할 수 있는 재조합 발광/형광 박테리아에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 katG::luxCDABE 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pDK1과 recA::GFPuv4 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pACRG43을 제작하고, 이들 두 종의 플라스미드를 대장균에 도입하여 세포의 산화적 손상을 유도하는 물질을 탐지하게 될 경우 발광성이 증가하도록 하고, 세포의 유전자적 손상을 유도하는 물질을 탐지하게 될 경우 형광성이 증가하도록 형질 전환하여, 리포터 유전자의 종류에 따라 화학물질의 독성 정도를 산화적 손상 혹은 유전자적 손상으로 구분하여 민감하게 평가할 수 있도록 한 재조합 박테리아에 관한 것이다.The present invention relates to recombinant luminescent / fluorescent bacteria capable of simultaneously detecting gene damage and oxidative damage, and more particularly, recombinant plasmid pDK1 comprising a katG :: luxCDABE gene and a recombinant plasmid comprising a recA :: GFPuv4 gene. pACRG43 was prepared, and these two plasmids were introduced into Escherichia coli to increase the luminescence when detecting a substance causing oxidative damage of the cell, and fluorescent when detecting a substance that induced genetic damage of the cell. It is related to a recombinant bacterium that can be transformed to increase the sensitivity of the chemicals according to the types of reporter genes, and can be sensitively classified into oxidative damage or genetic damage.

기존의 발광성 박테리아 대부분은 자연적인 상태에서 일정한 빛을 유지하다가 독성물질에 노출시 대사의 저해나 사멸의 정도에 의한 빛의 감소를 통하여 독성을 평가하였다[Microbics Corp., Carlsbad, Calif.].Most of the existing luminescent bacteria maintained their constant light in their natural state, and their toxicity was assessed by decreasing the light due to the inhibition of metabolism or the degree of death when exposed to toxic substances [Microbics Corp., Carlsbad, Calif.].

산화적 손상은 활성산소종인 자유 라디칼의 형태로 세포막, 단백질, 핵산 등의 생체 고분자를 변형시킴으로써 생태계를 이루는 미생물, 식물, 동물에 심각한 손상을 주며, 또한 인간에 있어서도 알츠하이머와 같은 퇴행성 정신질환, 당뇨병 그리고 노화와 여러 종류의 암에 이르는 치명적인 질환을 유발한다. 따라서, 이러한 산화적 손상을 야기시키는 자연적 또는 인위적인 유해 독성물질에 대한 유해도 평가가 절실히 요구되는 실정이다.Oxidative damage causes serious damage to microorganisms, plants, and animals that make up the ecosystem by modifying biopolymers such as cell membranes, proteins, and nucleic acids in the form of free radicals, which are free radicals, and degenerative mental disorders such as Alzheimer's disease and diabetes in humans. And it causes fatal diseases that lead to aging and many types of cancer. Therefore, there is an urgent need for a hazard assessment for natural or artificial harmful toxic substances causing such oxidative damage.

현재까지 발광박테리아를 이용한 가장 상용화된 독성의 탐지방법은 Microtox[Jennings et al.,Water Res 2001 Oct;35(14):3448-56]인데, 이는 유해성물질에 노출된 미생물의 사멸정도에 의한 평가이므로 산화적 손상과 같은 특정 스트레스에 대한 반응성을 나타낼 수 없는 단점이 있다.To date, the most commonly used method for detecting toxicity using luminescent bacteria is Microtox [Jennings et al., Water Res 2001 Oct; 35 (14): 3448-56], which is evaluated by the degree of death of microorganisms exposed to harmful substances. Therefore, there is a disadvantage in that it cannot exhibit responsiveness to a specific stress such as oxidative damage.

따라서, 산화적 손상을 탐지할 수 있는 재조합 발광박테리아를 본 발명자들이 2001년 11월에 특허 출원한 바 있다[대한민국 특허 출원번호 제 2001-71591호].Therefore, the present inventors filed a patent for a recombinant luminescent bacterium capable of detecting oxidative damage in November 2001 (Korean Patent Application No. 2001-71591).

또한, 유전자 손상 탐지 법은 미생물 종에 화학물질 접종 후 돌연변이 체를 검색하는 공인된 방법인 Ames 방법이 많이 이용되고 있으나 검사 시간이 길고 테스트 방법이 복잡하여 신속한 결과를 얻기 위해서는 부적합하다. 이를 해결하기 위해 세포의 유전자 손상 시 발현되는 관련 유전자의 프로모터와 유전자 군을 리포터 유전자와 결합하여 손쉽게 유전자 손상 물질을 탐지할 수 있는 유전자 재조합체의 개발이 가속화되고 있다.In addition, the Ames method, which is a recognized method for detecting mutants after inoculation of a chemical species to a microbial species, is widely used, but it is not suitable for obtaining fast results due to long test time and complicated test methods. In order to solve this problem, the development of genetic recombinants that can easily detect gene damage substances by combining promoters and gene groups of related genes expressed during gene damage of cells with reporter genes is being accelerated.

한편, 기존의 유해성 평가를 위한 유전자 재조합 박테리아는 단 하나의 리포터 유전자와 프로모터를 사용하여 한 균주 당 한가지 종류의 독성 및 스트레스를 평가할 수밖에 없었다. 가령 동일 리포터 유전자 시스템을 사용하여 서로 다른 프로모터를 이용한다고 해도 시그널의 분리가 어렵기 때문에 균주 하나를 이용하여 여러 종류의 독성을 동시에 평가하는 균주를 만들기에 어려움이 있었다.On the other hand, the recombinant bacteria for the existing hazard evaluation was forced to evaluate one type of toxicity and stress per strain using only one reporter gene and promoter. For example, even if different promoters are used using the same reporter gene system, it is difficult to separate the signals using a single strain to evaluate several types of toxicity at the same time.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 리포터 유전자로 발광, 형광 리포터 유전자를 동시에 이용하였고 각각의 리포터 유전자 앞에 서로 다른 스트레스 프로모터를 결합하여 하나의 균주로 최소 두 가지 이상의 독성 종류를 동시에 탐지할 수 있는 유전자 재조합 균주를 개발하고자 하였다. 재조합 균주를 위해배양 조건이 쉬운 대장균을 이용하였으며, 산화적 손상 물질을 탐지할 수 있도록 산화적 손상에 의해 발현이 증가하는 KatG 단백질의 katG 프로모터를 발광 유전자인 lux 오페론과 결합하여 pDK1 플라스미드를 제작하였고, 유전자 손상 물질을 탐지할 수 있도록 유전자적 손상에 의해 과다 발현되는 RecA 단백질의 recA 프로모터를 형광 유전자인 GFPuv4와 결합시켜 pACRG43 플라스미드를 제작하였다. 두 플라스미드를 동시에 대장균 RFM443으로 형질전환시켜 산화적 손상에 의해 발광 증가가 나타나고 유전자 손상에 의해 형광이 증가하도록 하는 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)[KCTC 10292BP]을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.In view of the above, the present inventors simultaneously used the luminescent and fluorescent reporter genes as reporter genes, and combined different stress promoters before each reporter gene to simultaneously detect at least two or more toxic species with one strain. To develop a recombinant strain that can be. For recombinant strains, E. coli, which has easy culture conditions, was used.The pDK1 plasmid was constructed by combining the katG promoter of KatG protein, whose expression is increased by oxidative damage, with the lux operon, a luminescent gene, to detect oxidative damage. PACRG43 plasmid was prepared by combining the recA promoter of the RecA protein, which is overexpressed by genetic damage, with the fluorescent gene GFPuv4 to detect a gene damaging substance. This plasmid was transformed with E. coli RFM443 at the same time to develop recombinant luminescent / fluorescent bacterium E. coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) [KCTC 10292BP], which showed increased luminescence by oxidative damage and increased fluorescence by gene damage. The invention has been completed.

따라서, 본 발명은 화학물질 혹은 수질의 산화적 손상 물질과 유전자 손상 물질을 동시에 탐지하고 그 독성의 유해성을 평가할 수 있는 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)[KCTC 10292BP]를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a recombinant luminescent / fluorescent bacterium Escherichia coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) [KCTC 10292BP], which can simultaneously detect chemical or water oxidatively damaging genes and genetically damaging substances and evaluate their toxicity. It aims to do it.

도 1은 재조합 플라스미드 pACRG43 제작과정을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the production of recombinant plasmid pACRG43.

도 2는 재조합 플라스미드 pDK1 제작과정을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the production of recombinant plasmid pDK1.

도 3은 재조합 플라스미드 pDK1와 pACRG43의 플라스미드를 아가로스 젤 전기 영동으로 확인한 것이다[Lane 1 : pRG7/EcoRI, Lane 2 : pRGTA/EcoRI - recA::GFPuv4 PCR 확인, Lane 3 : pACRG43/EcoRI, Lane 4 : pACRG43+pDK1/EcoRI, Lane 5 : pDK1/EcoRI, Lane 6 : Lambda HindIII and 100 bp standards marker].Figure 3 shows the plasmids of the recombinant plasmids pDK1 and pACRG43 by agarose gel electrophoresis [Lane 1: pRG7 / EcoRI, Lane 2: pRGTA / EcoRI-recA :: GFPuv4 PCR confirmation, Lane 3: pACRG43 / EcoRI, Lane 4 : pACRG43 + pDK1 / EcoRI, Lane 5: pDK1 / EcoRI, Lane 6: Lambda HindIII and 100 bp standards marker.

도 4는 과산화수소 및 MNNG 접종 이후 시간에 대한 대장균 EBDUAL22 균주의 흡광도 변화와 형광 및 발광 변화를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the absorbance change and fluorescence and luminescence change of E. coli EBDUAL22 strain over time after hydrogen peroxide and MNNG inoculation.

본 발명은 재조합 플라스미드 pDK1(katG::luxCDABE) 과 pACRG43 (recA::GFPuv4) 및 상기 두 플라스미드를 동시에 대장균에 도입하여 형질전환된 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 개발 및 이를 이용한 산화적 손상 및 유전자 손상 물질의 독성과 그 유해성 탐지 방법을 그 특징으로 한다.The present invention provides a recombinant plasmid pDK1 (katG :: luxCDABE) and pACRG43 (recA :: GFPuv4) and two plasmids simultaneously introduced into Escherichia coli and transformed recombinant luminescent / fluorescent bacterial Escherichia coli, and oxidative damage and gene damage using the same. It is characterized by its toxicity and its detection method.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 다양한 화학물질의 독성을 평가할 수 있는 유전 공학적으로 변형된 재조합 발광성 박테리아 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)[KCTC 10292BP]에 관한 것으로서, 이 재조합 박테리아를 이용하여 산화적 손상과 유전자 손상 물질의 독성과 유해성을 동시에 탐지할 수 있다.The present invention relates to a genetically engineered recombinant luminescent bacterium E. coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) [KCTC 10292BP] capable of evaluating the toxicity of various chemicals. The toxicity and hazards of can be detected simultaneously.

기존의 유해성 평가를 위한 유전자 재조합 박테리아는 단 하나의 리포터 유전자와 프로모터를 사용하여 한 균주 당 한가지 종류의 독성 및 스트레스를 평가할 수밖에 없는 문제점을 가지고 있어 단일 균주를 이용하여 여러 종류의 스트레스 반응을 동시에 측정하기 곤란하였으나, 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위하여 한 세포 내에 발광 단백질과 형광 단백질을 리포터 유전자로 도입하여 산화적 손상이 감지될 시에는 발광이 증가하고, 유전자 손상이 감지될 시에는 형광이 증가하도록 하여 산화적 손상물질과 유전자 손상 물질의 독성을 동시에 탐지할 수 있는 재조합 균주를 개발하였다.Recombinant bacteria for conventional hazard assessment have the problem of evaluating one type of toxicity and stress per strain using only one reporter gene and promoter, and simultaneously measuring several kinds of stress responses using a single strain. In order to solve this problem, the present inventors introduced a luminescent protein and a fluorescent protein into a reporter gene in one cell to increase luminescence when oxidative damage is detected and increase fluorescence when a gene damage is detected. By developing a recombinant strain that can detect the toxicity of oxidative damage and genetic damage at the same time.

상기 재조합 균주는 세포에 유전자 손상에 의해 형성되는 RecA 단백질의 발현 프로모터인 recA와 형광 단백질 유전자인 GFPuv4를 융합한 플라스미드 pACRG43과 세포의 산화적 손상에 의해 형성되는 KatG 단백질의 발현 프로모터인 katG와 발광 유전자인 luxCDABE를 융합한 플라스미드인 pDK1을 형질전환시켜 제작한 것이다.The recombinant strain is a plasmid pACRG43 fused with recA, the expression promoter of RecA protein formed by gene damage, and GFPuv4, the fluorescent protein gene, and katG and the light emitting gene, the expression promoter of KatG protein formed by oxidative damage of cells. It was produced by transforming pDK1, a plasmid fused with luxCDABE.

이 재조합 플라스미드를 소유한 형질 전환체로부터 발현된 콜로니를 선별하고 유전자 손상 물질과 산화적 손상 물질을 이용하여 발광 및 형광 감도의 변화를 확인하였다. 상기 형질전환된 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)를 한국생명공학연구원 유전자은행에 2002년 6월 24일자로 기탁하여 수탁번호 KCTC 10292BP를 부여받았다.The colonies expressed from the transformants possessing the recombinant plasmids were selected and the changes in luminescence and fluorescence sensitivity were confirmed using gene damaging agents and oxidative damaging agents. The transformed recombinant luminescent / fluorescent bacterium Escherichia coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on June 24, 2002 and received accession number KCTC 10292BP.

상기 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 RFM443/pDK1,pACRG43 (EBDUAL22)[KCTC10292BP]는 유전자 손상 물질을 감지할 경우 형광 강도가 증가하며, 산화적 손상 물질을 감지할 경우 발광 강도가 증가함을 확인하였다.The recombinant luminescent / fluorescent bacterium Escherichia coli RFM443 / pDK1, pACRG43 (EBDUAL22) [KCTC10292BP] was found to increase the fluorescence intensity when detecting a genetically damaging material, and increased the luminescence intensity when detecting an oxidatively damaging material.

따라서, 본 발명에 따른 재조합 균주를 이용하여 다양한 화학물질의 산화적, 유전자적 손상 가능성을 예측할 수 있으며 수질 샘플의 독성과 그 유해정도를 민감하게 탐지할 수 있다.Therefore, the recombinant strain according to the present invention can predict the possibility of oxidative and genetic damage of various chemicals and can sensitively detect the toxicity and harmfulness of water samples.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 재조합 플라스미드의 제작Example 1 Construction of Recombinant Plasmids

recA 프로모터는 recA::luxCDABE[Vollmer, A.C., Belkins, S., Smulski, D.R., Van Dyk, T.K., LaRosa, R.A., Appl. Environ. Microbiol. 61(11), 4124-4127]를 포함한 플라스미드로부터 PCR 방법(94 ℃ 1분, 56 ℃ 1분, 72 ℃ 1분, 34 사이클 이후 72 ℃ 10분)을 이용하여 증폭하였다. recA 프로모터의 -184 부분과 +33 부분까지 증폭을 위해 다음의 프라이머를 사용하였다.The recA promoter is described in recA :: luxCDABE [Vollmer, A.C., Belkins, S., Smulski, D.R., Van Dyk, T.K., LaRosa, R.A., Appl. Environ. Microbiol. 61 (11), 4124-4127] was amplified using a PCR method (94 ℃ 1 minute, 56 ℃ 1 minute, 72 ℃ 1 minute, after 34 cycles 72 ℃ 10 minutes). The following primers were used for amplification up to -184 and +33 portions of the recA promoter.

5'-프라이머: 5'-GCCTCTCGGATCCGTCTGGTTTGC-3' (서열번호 1)5'-primer: 5'-GCCTCTCGGATCCGTCTGGTTTGC-3 '(SEQ ID NO: 1)

3'-프라이머: 5'-GCCGGGTGGTACCGGATAGTCAAT-3' (서열번호 2).3'-primer: 5'-GCCGGGTGGTACCGGATAGTCAAT-3 '(SEQ ID NO: 2).

이 PCR 산물을 BamHI 과 KpnI 제한효소로 처리하고 역시 같은 효소로 처리된 플라스미드 벡터 pDM1과 재조합하여 pDMR1을 만들었다. pDM1은 pDEW201 플라스미드[DuPont, Co. U.S.A.]와 pMECA 플라스미드[Thomson J.M. and Parrott W.A. Biotechniques 1998 24:922-928]를 각각 EcoRI 과 HindIII 제한효소로 처리하여 결합시켜 만들었다. 제작된 pDMR1 플라스미드는 KpnI과 PvuII 제한효소로 처리하고, 역시 같은 제한효소로 처리된 pGFPgcn4[Ito, Y et al. Biochem Biophys Res Commun. 1999 264: 556 - 560]과 결합시켜 pRG7 플라스미드를 제작하였다. 이로써 recA::GFPuv4의 융합 유전자를 구성하였다.This PCR product was treated with BamHI and KpnI restriction enzymes and recombined with the plasmid vector pDM1, which was also treated with the same enzyme, to make pDMR1. pDM1 is the pDEW201 plasmid [DuPont, Co. U.S.A.] and pMECA plasmids [Thomson J.M. and Parrott W.A. Biotechniques 1998 24: 922-928] were combined by treatment with EcoRI and HindIII restriction enzymes, respectively. The prepared pDMR1 plasmid was treated with KpnI and PvuII restriction enzymes, and also pGFPgcn4 [Ito, Y et al. Biochem Biophys Res Commun. 1999 264: 556-560 to prepare a pRG7 plasmid. This constituted a fusion gene of recA :: GFPuv4.

최종적으로 pACRG43을 구성하기 위해 다음과 같은 방법을 따른다. pRG7 플라스미드에서 recA::GFPuv4 영역을 PCR(94 ℃ 1분, 56 ℃ 1분, 72 ℃ 1분, 34 사이클 이후 72 ℃ 10분)로 증폭하였다. PCR을 위한 프라이머는 다음과 같다.Finally, the following method is used to configure pACRG43. The recA :: GFPuv4 region in the pRG7 plasmid was amplified by PCR (1 min at 94 ° C, 1 min at 56 ° C, 1 min at 72 ° C, 72 min at 34 ° C after 34 cycles). Primers for PCR are as follows.

5'-프라이머: 5'-GCCTCTCGGATCCGTCTGGTTTGC-3' (서열번호 1)5'-primer: 5'-GCCTCTCGGATCCGTCTGGTTTGC-3 '(SEQ ID NO: 1)

3'-프라이머: 5'-CTTCAAGAATTCATTATTTGTAGAGCTCATCC-3'(서열번호 3)3'-primer: 5'-CTTCAAGAATTCATTATTTGTAGAGCTCATCC-3 '(SEQ ID NO: 3)

이 PCR 산물을 TA 클로닝 플라스미드 pGEM-T Easy[Promega]에 집어넣어 pRGTA 플라스미드를 제작하였다. pRTGA를 EcoRI 제한효소로 처리하여 recA::GFPuv4 부분을 얻어내었으며 이를 역시 EcoRI 제한효소로 처리한 pACYC184[New England Biolabs]와 결합하여 최종적으로 pACRG43을 제작하였다[도 1].This PCR product was put into TA cloning plasmid pGEM-T Easy [Promega] to prepare pRGTA plasmid. pRTGA was treated with EcoRI restriction enzyme to obtain a recA :: GFPuv4 moiety, which was then combined with pACYC184 [New England Biolabs] which was also treated with EcoRI restriction enzyme to finally produce pACRG43 [FIG. 1].

한편, pDK1 제작과정은 다음과 같다.On the other hand, pDK1 production process is as follows.

katG::luxCDABE[Belkin, S., Smulski, D.R., Vollmer, A.C., Van Dyk, T.K., LaRossa, R.A. Appl Environ Microbiol. 62:2252-2256]로부터 다음의 프라이머를 이용하여 PCR(94 ℃ 1분, 57 ℃ 1분, 72 ℃ 1분, 34 사이클 이후 72 ℃ 10분)을 이용 katG 프로모터를 증폭하였다.katG :: luxCDABE [Belkin, S., Smulski, D.R., Vollmer, A.C., Van Dyk, T.K., LaRossa, R.A. Appl Environ Microbiol. 62: 2252-2256], and the katG promoter was amplified using PCR (94 ° C 1 minute, 57 ° C 1 minute, 72 ° C 1 minute, 34 cycles 72 ° C 10 minutes) using the following primers.

5' 프라이머: 5'- GTCCGGATCCGGACATAATCAAAAAAGC-3' (서열번호 4)5 'Primer: 5'- GTCCGGATCCGGACATAATCAAAAAAGC-3' (SEQ ID NO: 4)

3' 프라이머: 5'- CTGATGGTACCGTCATTTGCCAGTGGC-3' (서열번호 5)3 'primer: 5'-CTGATGGTACCGTCATTTGCCAGTGGC-3' (SEQ ID NO: 5)

PCR 산물을 BamHI과 KpnI 제한효소로 처리하고 역시 같은 제한효소로 처리한 pDEW201과 재조합하여 pDK1을 제작하였다[도 2].The PCR product was treated with BamHI and KpnI restriction enzyme and recombined with pDEW201, which was also treated with the same restriction enzyme, to prepare pDK1 [FIG. 2].

상기 플라스미드 pDK1과 pACRG43을 제한효소를 이용하여 원하는 플라스미드가 제작되었음을 확인하였다[도 3]. Line 1은 pRG7을 EcoRI 처리한 것으로 4000 bp의 밴드가 보였으며, Line 2는 pRGTA를 EcoRI으로 처리한 것으로 아래 1000 bp의 recA::GFPuv4 PCR 산물이 pGEM-T Easy 벡터에 삽입된 것을 확인하였다. Line 3은 pACRG43을 EcoRI 처리한 것으로 양끝에 EcoRI 서열이 있는 recA::GFPuv4 가 pACYC184 에 제대로 삽입된 것을 확인하였다. Line 4는 pACRG43과 pDK1을 동시에 EcoRI으로 처리한 것이다. Line 5는 pDK1을 EcoRI으로 처리한 것으로 약 10000 bp 의 한 가닥 DNA 가 나타남을 확인하였다.The plasmids pDK1 and pACRG43 were confirmed to be the desired plasmid using restriction enzymes [FIG. 3]. Line 1 was treated with EcoRI for pRG7 and showed a bp band of 4000 bp. Line 2 was treated with EcoRI for pRGTA, and the following 1000 bp recA :: GFPuv4 PCR product was inserted into the pGEM-T Easy vector. Line 3 was ecoRI-treated pACRG43, confirming that recA :: GFPuv4 with EcoRI sequences at both ends was correctly inserted into pACYC184. Line 4 was treated with EcoRI simultaneously with pACRG43 and pDK1. Line 5 was treated with EcoRI for pDK1, confirming that about 10000 bp of single stranded DNA appeared.

실시예 2 : EBDUAL22 균주의 제작Example 2 Preparation of EBDUAL22 Strains

상기 실시예 1에서 만들어진 플라스미드 pDK1과 pACRG43을 대장균 RFM443에 도입하여 형질전환시켰다. pDK1 플라스미드는 암피실린 저항성 유전자를 가지고 있으며, pACRG43 플라스미드는 테트라사이클린 저항성 유전자를 가지고 있다. 먼저, pDK1을 대장균 RFM443에 도입시켜 암피실린이 들어있는 LB 배지에서 pDK1이 들어간 콜로니를 선별하였고 이 균주에 다시 pACRG43 플라스미드를 도입시켰으며암피실린과 테트라사이클린이 들어있는 LB배지에서 pDK1과 pACRG43 플라스미드 모두를 갖고있는 콜로니를 선별하였다.The plasmids pDK1 and pACRG43 prepared in Example 1 were transformed into E. coli RFM443. The pDK1 plasmid has an ampicillin resistance gene and the pACRG43 plasmid has a tetracycline resistance gene. First, pDK1 was introduced into Escherichia coli RFM443, and colonies containing pDK1 were selected from LB medium containing ampicillin, and pACRG43 plasmid was introduced into the strain, and both pDK1 and pACRG43 plasmids were contained in LB medium containing ampicillin and tetracycline. Colonies were screened.

선별된 콜로니의 발광/형광 발현을 세포의 유전자 손상을 유도하는 물질과 산화적 손상을 유도하는 물질을 이용하여 확인하였다. 선별된 콜로니는 앰피실린이 50 mg/㎖와 테트라사이클린이 10 mg/㎖가 포함된 5 ㎖ LB 배지가 들어 있는 15 ㎖ 튜브를 이용하여 37 ℃에서 진탕 배양하였다. 여기서 배양된 100 ㎕을 동일 농도의 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 250 ㎖ 플라스크에서 같은 온도로 진탕 배양하였다. 600 nm에서 OD 0.08에서 세포 산화적 손상 물질인 과산화수소수 혹은 MNNG(Methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine)를 접종하였다. 접종 후 발광 강도는 산화적 손상 물질을 접종한 배양액에서 TD20e 루미노미터(Turner, USA)를 이용하여 확인하였다. 화학물질이 접종되어 진탕 배양되고 있는 샘플에서 30분마다 100 ㎕를 취하여 미니 튜브에 옮겨 담고 Turner TD20e 루미노미터에 미니튜브를 집어넣어 발광 강도를 확인하는 방식이다. 형광 강도는 MNNG가 접종되어 있는 배양액에서 FL600 플루오미터(Bio-Tek, USA)를 이용하여 확인하였다. 2시간마다 100 ㎕를 취하여 FL600 용 샘플 접시에 옮겨 담고 형광 광도를 측정하는 방식이다. 세포의 OD는 UV 분광광도계(Lambda 12, Perkin-Elmer, USA)를 사용하여 측정하였다.The luminescence / fluorescence expression of selected colonies was confirmed using a substance that induces gene damage and a substance that induces oxidative damage. Selected colonies were shaken at 37 ° C. using a 15 ml tube containing 5 ml LB medium containing 50 mg / ml ampicillin and 10 mg / ml tetracycline. The 100 μl cultured here was shaken at the same temperature in a 250 mL flask containing 100 mL of LB medium at the same concentration. At 600 nm, OD 0.08 was inoculated with hydrogen peroxide or MNNG (Methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine), which is a cellular oxidative damage agent. Luminescence intensity after inoculation was determined using a TD20e luminometer (Turner, USA) in culture inoculated with oxidative damage. 100 μl is taken every 30 minutes from a sample inoculated with chemicals and shaken in a mini tube, and a mini tube is put into a Turner TD20e luminometer to check luminescence intensity. Fluorescence intensity was confirmed using FL600 fluorimeter (Bio-Tek, USA) in the culture medium inoculated with MNNG. 100 μl is taken every 2 hours and transferred to a FL600 sample dish to measure the fluorescence intensity. Cell OD was measured using a UV spectrophotometer (Lambda 12, Perkin-Elmer, USA).

형질 전환된 재조합 발광/형광 박테리아 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)를 한국생명공학연구원 유전자은행에 2002년 6월 24일자로 기탁하여 수탁번호 KCTC 10292BP를 부여받았다.The transformed recombinant luminescent / fluorescent bacterium Escherichia coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on June 24, 2002 and received accession number KCTC 10292BP.

실시예 3: 형질전환된 균주의 유전자 손상 및 산화적 손상 물질 탐지능 확인Example 3: Confirmation of Gene Damage and Oxidative Damage Detection of Transformed Strains

EBDUAL22 균주를 암피실린과 테트라사이클린이 각각 50 mg/㎖, 10 mg/㎖이 포함된 100 ㎖ LB 배지에서 흡광도 0.08(600 nm)까지 배양한 후 과산화수소수가 0.003% 혹은 MNNG(Methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine)가 0.4 ppm 되도록 접종한 후 24 시간동안 발광 및 형광 강도를 측정하였다. 과산화수소수 접종의 경우 세포 성장이 약간 늦어지지만 접종 이후 발광 값이 크게 증가하였고, 형광 강도는 그리 크게 증가하지 않음을 보였다. 이는 과산화수소가 세포 내의 산화적 손상을 유도하고 이에 따라 katG 발현을 유도하는 것을 의미한다.EBDUAL22 strains were cultured in 100 ml LB medium containing 50 mg / ml and 10 mg / ml of ampicillin and tetracycline, respectively, to an absorbance of 0.08 (600 nm), followed by 0.003% hydrogen peroxide or MNNG (Methyl-N-nitro-N). -nitrosoguanidine) was inoculated with 0.4 ppm of luminescence and fluorescence intensity for 24 hours. In the case of hydrogen peroxide inoculation, cell growth was slightly delayed, but the luminescence value increased significantly after inoculation, and the fluorescence intensity did not increase significantly. This means that hydrogen peroxide induces oxidative damage in the cell and hence katG expression.

MNNG 접종의 경우에는 7시간 이후 형광강도의 증가가 대조군에 비해 뚜렷이 나타냄을 확인하였으며, 발광의 경우 초기에 약간의 상승이 나타나기도 했다. 그러나, 세포 성장 상태가 늦은 정체 상태가 되면 그 값은 대조군의 값과 차이가 없었다[도 4]. 이는 MNNG가 세포내의 유전자적 손상을 유도하고 이에 따라 recA 발현을 유도하는 것을 의미한다.In the case of MNNG inoculation, it was confirmed that the increase in fluorescence intensity was apparent after 7 hours compared to the control group. However, when the cell growth state was late stagnant, the value was not different from that of the control group [FIG. 4]. This means that MNNG induces genetic damage in cells and thus induces recA expression.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 재조합 균주는 다양한 화학물질과 수질 샘플의 독성 분석과 그 유해성을 유전자 손상과 산화적 손상으로 동시에 분류할 수 있는 기준을 제시할 수 있는 탐지체 역할을 하며, 화학물질 및 수질 생태계의 독성 평가 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the recombinant strain according to the present invention serves as a detector that can provide a criterion for simultaneously analyzing the toxicity of various chemicals and water samples and classifying the hazards into gene damage and oxidative damage. It can be useful in the field of toxicity assessment of chemicals and water ecosystems.

Claims (4)

세포의 유전자 손상에 의해 형성되는 RecA 단백질의 발현 프로모터인 recA와 형광 단백질 유전자인 GFPuv4를 융합하여 제작한 재조합 플라스미드 pACRG43.Recombinant plasmid pACRG43 produced by fusion of recA, an expression promoter of RecA protein formed by gene damage of a cell, and GFPuv4, a fluorescent protein gene. 세포의 산화적 손상에 의해 형성되는 KatG 단백질의 발현 프로모터인 katG와 발광 유전자인 lux CDABE를 융합하여 제작한 재조합 플라스미드 pDK1.Recombinant plasmid pDK1 produced by fusion of katG, an expression promoter of KatG protein formed by oxidative damage of cells, with lux CDABE, a luminescent gene. 청구항 1의 pACRG43과 청구항 2의 pDK1을 대장균 RFM443에 도입하여 형질전환된 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)[KCTC10292BP].E. coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) [KCTC10292BP] transformed by introducing pACRG43 of claim 1 and pDK1 of claim 2 into E. coli RFM443. 대장균 RFM443/pACRG43,pDK1(EBDUAL22)[KCTC10292BP]로 유전자 손상 물질과 산화적 손상물질을 동시에 탐지하는 방법.E. coli RFM443 / pACRG43, pDK1 (EBDUAL22) [KCTC10292BP] for simultaneous detection of genetic and oxidative damage agents.
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CN106906209A (en) * 2017-03-09 2017-06-30 华南理工大学 A kind of DNA damage detects response element and its application
KR20180059382A (en) * 2016-11-25 2018-06-04 울산과학기술원 Composition for enhancing the sensitivity of a bioreactor strain that detects oxidative damage substances

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