KR20040028205A - Methods for high level transcription from Bacillus subtilis using physiological stimuli - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for high expression of DGKase(diacylglycerol kinase) from Bacillus subtilis using physiological stimuli is provided, thereby accomplishing transcriptional regulation of the expression level of DGKase, and preparing high expression of mRNA for mass-producing a specific protein. CONSTITUTION: A method for increasing the expression of nucleotide fragments containing DGKase gene having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 from Bacillus subtilis MI113 comprises applying physiological stimuli such as changes of culture conditions to Bacillus subtilis MI113, wherein the nucleotide fragments containing DGKase gene has the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2; the changes of culture conditions include osmosis increase, pH reduction and temperature reduction.

Description

생리적 자극을 이용한 바실러스 서브틸리스의 DGKase 유전자 발현 증가방법 {Methods for high level transcription from Bacillus subtilis using physiological stimuli}Method for increasing D. gene expression in Bacillus subtilis using physiological stimulation {Methods for high level transcription from Bacillus subtilis using physiological stimuli}

본 발명은 바실러스 서브틸리스의 DGKase 유전자의 발현을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 삼투압, pH, 온도를 변화시킨 배지에 노출시켜 생리적 자극을 줌으로써 바실러스 서브틸리스의 DGKase 유전자의 발현을 증가시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of increasing the expression of the DGKase gene of Bacillus subtilis. More specifically, the present invention relates to a method of increasing the expression of the DGKase gene of Bacillus subtilis by physiological stimulation by exposure to media with varying osmotic pressure, pH, temperature.

충치의 원인이 되는 세균으로 널리 알려진 스타필로코커스 뮤탄스(Staphylococcus mutans)는 치과적으로 중요한 균주로 인식되어 생리적 특성에 대하여 다양한 연구가 진행되어왔다. 스타필로코커스 뮤탄스가 나타내는 생리적 특성 중 특히 충치의 유발과 관련된 두 가지 중요한 특성은 치아표면에 서식할 수 있는 능력과 치아의 에나멜표면을 파괴하는 강력한 산저항성을 들 수 있다. 스타필로코커스 뮤탄스는 구강에 서식하는 세균 중 산저항성이 가장 뛰어난 세균 중 하나로 알려져 있으며 이 균주가 나타내는 강력한 산저항성 (acid tolerance)은 세포막을 통해 이루어지는 프로톤익스트루딩(proton-extruding)을 통한 프로톤 투과성(proton permeability)에 의해 이루어지며, 주변 환경의 pH 감소는 스타필로코커스 뮤탄스 세포내에 프로톤 익스트루딩 ATPase를 비롯한 락테이트 디하이드로게네이즈(lactate dehydrogenase) 생성과 글라이코라이틱 활성(glycolytic acitivity)을 유도한다. 그러므로 스타필로코커스 뮤탄스의 산저항성은 산성 수소이온농도 (pH)가 유발하는 환경적 스트레스에 대한 균주의 적응과 밀접한 관련이 있다. 이와 같은 이유로 Yamashita 등(1993)은 스타필로코커스 뮤탄스의 환경적 적응성에 대한 현상을 분자생물학적으로 규명하기 위하여 컨쥬게이티브 트랜스포존(conjugative transposon) Tn916를 이용하여 산저항성이 결핍된 스타필로코커스 뮤탄스의 변이주를 생산하였다. 이 변이주에서 산결핍성과 관련된 유전자를 찾아 분석한 결과 스타필로코커스 뮤탄스 균주가 나타내는 산저항성을 포함한 다양한 환경 스트레스 상태에서 발현되어 스타필로코커스 뮤탄스가 환경 스트레스에 적응할수 있도록 중요한 역할을 하는 유전자로 DGKase 활성을 암호화하는 유전자 영역을 동정하였다. 그 후 DGKase에 관한 다양한 연구가 진행되어 DGKase가 환경 스트레스 적응 및 신호전달(signal transduction)에 관여하며 그 외 여러 가지 중요한 생물학적 활성을 가짐이 밝혀졌다.Staphylococcus mutans, a bacterium that causes tooth decay,Staphylococcus mutans) Has been recognized as an important dental strain and various studies have been conducted on its physiological characteristics. Represented by Staphylococcus mutans Two important physiological characteristics, particularly related to the induction of tooth decay, are the ability to inhabit the tooth surface and the strong acid resistance that destroys the enamel surface of the tooth. Staphylococcus mutans is known as one of the most acid resistant bacteria in the oral cavity, and its strong acid tolerance is proton permeable through proton-extruding through cell membranes. is achieved by proton permeability, and the decrease in the pH of the environment is due to the production of lactate dehydrogenase and glycolytic acitivity, including proton extruded ATPase in Staphylococcus mutans cells. Induce. therefore The acid resistance of Staphylococcus mutans is closely related to the adaptation of the strain to environmental stress caused by acidic hydrogen ion concentration (pH). For this reason, Yamashita et al. (1993) reported that Staphylococcus mutans lacking acid resistance using conjugative transposon Tn916 to molecularly identify the phenomena of environmental adaptability of Staphylococcus mutans. of Mutant strains were produced. Staphylococcus mutans was identified by analysis of genes related to acid deficiency in this mutant strain. Staphylococcus mutans is expressed in various environmental stress conditions, including acid resistance. Gene regions encoding DGKase activity were identified as genes that play an important role in adapting to environmental stress. Subsequently, various studies on DGKase have been carried out and found that DGKase is involved in environmental stress adaptation and signal transduction and has many other important biological activities.

본 발명에서는 이러한 실험적 배경을 바탕으로 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 대상으로 환경스트레스 적응에 관여하는 DGKase 유전자를 포함한 관련 유전자 및 전사단위를 규명하고 발현증폭을 위한 생리적 요인들을 분석하여 바실러스 서브틸리스 MI113 균주가 나타내는 특성을 산업적으로 유용하게 활용하고자 하였다.In the present invention, based on the experimental background, Bacillus subtilis MI113 is identified by identifying related genes and transcription units including DGKase genes involved in environmental stress adaptation and analyzing physiological factors for expression amplification. It was intended to utilize industrially useful characteristics of the strain.

따라서, 본 발명의 목적은 바실러스 서브틸리스의 배양 시 삼투압, pH, 온도의 변화를 주는 생리적 자극을 줌으로써 DGKase 유전자의 발현정도를 조절하는 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of controlling the expression level of DGKase gene by giving a physiological stimulus to change the osmotic pressure, pH, temperature during the culturing of Bacillus subtilis.

본 발명의 상기 목적은 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 삼투압, pH, 온도를 다르게 제조한 배지에 노출시키고 수집한 후, 수집한 세포로부터 전체 RNA를 추출하고 DGKase 유전자의 발현 양상의 분석함으로써 달성하였다.The object of the present invention was achieved by exposing the Bacillus subtilis MI113 strain to media prepared differently with osmotic pressure, pH, and temperature, and then extracting total RNA from the collected cells and analyzing the expression pattern of the DGKase gene.

도 1은 바실러스 서브틸리스 MI113 균주의 dgk 유전자 부위의 모식도이다.1 is a schematic diagram of the dgk gene region of Bacillus subtilis MI113 strain.

도 2a는 바실러스 서브틸리스 MI113 균주에서 분리한 전체 RNA의 dgk 프로브를 이용한 도트 하이브리디제이션 결과 중 삼투압 농도변화에 따른 분석 결과를 나타낸 사진이다.Figure 2a is a photograph showing the analysis results according to the osmotic pressure change in the dot hybridization results using the dgk probe of the total RNA isolated from the Bacillus subtilis MI113 strain.

도 2b는 바실러스 서브틸리스 MI113 균주에서 분리한 전체 RNA의 dgk 프로브를 이용한 도트 하이브리디제이션 결과 중 수소이온 농도변화에 따른 분석 결과를 나타낸 사진이다.Figure 2b is a photograph showing the analysis results according to the hydrogen ion concentration change in the dot hybridization results using the dgk probe of the total RNA isolated from the Bacillus subtilis MI113 strain.

도 2c는 바실러스 서브틸리스 MI113 균주에서 분리한 전체 RNA의 dgk 프로브를 이용한 도트 하이브리디제이션 결과 중 온도변화에 따른 분석 결과를 나타낸 사진이다.Figure 2c is a photograph showing the analysis results according to the temperature change of the dot hybridization results using the dgk probe of the total RNA isolated from Bacillus subtilis MI113 strain.

도 3a는 삼투압 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. 0.4% 메틸렌 블루(methylene blue)로 염색한 나일론 멤브레인(nylon membrane)에 부착된 전체 RNA를 나타내었다.Figure 3a is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the osmotic pressure change. The total RNA attached to the nylon membrane (nylon membrane) stained with 0.4% methylene blue.

도 3b는 삼투압 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. dgk 프로브를 사용한 노던 하이브리디제이션의 결과를 나타내었다.Figure 3b is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the osmotic pressure change. The results of northern hybridization using a dgk probe are shown.

도 4a는 수소이온 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. 0.4% 메틸렌 블루(methylene blue)로 염색한 나일론 멤브레인(nylon membrane)에 부착된 전체 RNA를 나타내었다.Figure 4a is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the change in hydrogen ion concentration. The total RNA attached to the nylon membrane (nylon membrane) stained with 0.4% methylene blue.

도 4b는 수소이온 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. dgk 프로브를 사용한 노던 하이브리디제이션의 결과를 나타내었다.Figure 4b is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the change in hydrogen ion concentration. The results of northern hybridization using a dgk probe are shown.

도 5a 삼투압 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. 0.4% 메틸렌 블루(methylene blue)로 염색한 나일론 멤브레인(nylon membrane)에 부착된 전체 RNA를 나타내었다.Figure 5a is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the osmotic pressure change. The total RNA attached to the nylon membrane (nylon membrane) stained with 0.4% methylene blue.

도 5b는 삼투압 농도변화에 따른 DGKase 유전자 전사 발현정도의 분석결과를 나타낸 사진이다. ORF2 프로브를 사용한 노던 하이브리디제이션의 결과를 나타내었다.Figure 5b is a photograph showing the analysis results of the expression level of DGKase gene transcription according to the osmotic pressure change. The results of northern hybridization using the ORF2 probe are shown.

본 발명은Bacillus subtilisMI113 균주를 배양하고 삼투압, pH, 온도를 다르게 제조한 배지에 노출시키는 단계; 각각 배양된 균주의 세포를 수집하고 전체 RNA를 추출하는 단계; 노던 하이브리다이제이션과 도트 블랏 하이브리다이제이션을 통해 DGKase 유전자의 발현을 측정하는 단계로 구성된다.The present invention comprises the steps of culturing Bacillus subtilis MI113 strain and exposing the osmotic pressure, pH, temperature to a differently prepared medium; Collecting cells of each cultured strain and extracting total RNA; Northern hybridization and dot blot hybridization are used to measure the expression of the DGKase gene.

본 발명에서는 바실러스 서브틸리스 DGKase 유전자의 발현을 증대시키는 삼투압, pH 및 온도조건을 포함한는 생리적 자극방법을 제공한다.The present invention provides a physiological stimulation method including osmotic pressure, pH and temperature conditions to increase the expression of the Bacillus subtilis DGKase gene.

또한 본 발명에서는 생리적 자극에 반응하여 유전자산물의 생산량을 증대시킬 수 있는 DGKase 유전자와 연관된 유전자상 조절부위를 포함하는 일체의 전사단위를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an integral transcription unit comprising a genetic regulatory region associated with the DGKase gene that can increase the production of the gene product in response to physiological stimulation.

또한, 본 발명에서는 식품, 의약품, 동물약품 및 다양한 생명공학제품 등에 포함되는 물질의 대량생산을 위한 부품 및 방법에 이용될 수 있다.In addition, the present invention can be used in parts and methods for mass production of materials contained in foods, pharmaceuticals, animal drugs and various biotechnology products.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예와 실험예를 들어 상세히 설명하고자 하나 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1;Example 1; Bacillus subtilisBacillus subtilis MI113 균주의 배양과 삼투압, pH, 온도의 생리적 자극에 노출Culture of MI113 Strains and Exposure to Physiological Stimulation of Osmotic Pressure, pH, and Temperature

바실러스 서브틸리스 DGKase 유전자의 생리적 자극에 따른 발현양상을 알아보기 위하여 바실러스 서브틸리스 168 (trpC2) 균주에서 유래한 바실러스 서브틸리스 MI113 (arg,trpC2) 균주를 사용하였다. 전사단계에서 DGKase 유전자의 발현정도를 알아보기 위하여 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 Luria-Broth medium (1.0% Bacto-tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% NaCl, pH 7.0)에 접종하여 37℃에서 진탕하며 하룻밤 전 배양하였다. 다음날 전 배양한 배양액을 5 mL의 신선한 LM 배지에 접종하고 37℃에서 4시간 진탕한 후 다음과 같이 삼투압, 온도, pH가 각각 다르게 조제한 LB 배지에 노출시켰다. 삼투압 실험구는 NaCl 농도를 0.05 M, 0.23 M, 0.5 M, 1 M과 1.5 M로 다르게 조제한 LB 배지를 사용하였고, pH 실험구는 pH 5, pH 6, pH 6.7, pH 7과 pH 8로 각각 조정한 LB 배지를 사용하였으며, 온도 실험구는 LB배지에 균주를 접종하고 25℃, 30℃, 35℃, 37℃과 42℃로 달리하여 실험하였다.To investigate the expression patterns of physiological stimulation of Bacillus subtilis DGKase gene, Bacillus subtilis 168 (trpC2) Bacillus subtilis from strains MI113 (arg,trpC2) Strain was used. Bacillus subtilis to evaluate the expression level of DGKase gene in the transcriptional phase The MI113 strain was inoculated in Luria-Broth medium (1.0% Bacto-tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% NaCl, pH 7.0), shaken at 37 ° C, and incubated overnight. The next day, the culture was inoculated in 5 mL of fresh LM medium and shaken at 37 ° C. for 4 hours, and then exposed to LB medium prepared with different osmotic pressure, temperature, and pH as follows. The osmotic pressure test group used LB medium with different NaCl concentrations of 0.05 M, 0.23 M, 0.5 M, 1 M and 1.5 M, and pH test groups were adjusted to pH 5, pH 6, pH 6.7, pH 7 and pH 8, respectively. LB medium was used, and the temperature test zone was inoculated with the strain in the LB medium and experimented differently at 25 ℃, 30 ℃, 35 ℃, 37 ℃ and 42 ℃.

실시예 2; 바실러스 서브틸리스(Example 2; Bacillus subtilis ( Bacillus subtilisBacillus subtilis )) MI113으로 부터 전체 RNA의 추출Extraction of Total RNA from MI113

바실러스 서브틸리스 MI113 균주의 DGKase 유전자가 나타내는 생리적 자극에 따른 발현양상의 분석을 위한 전체 RNA(total RNA) 추출은 다음과 같이 수행하였다. 상기에서 기술한 NaCl, pH 및 온도를 각각 달리한 배양조건으로 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 14시간 동안 배양한 후 각 실험구로부터 배양액을 5 mL씩 채취하고 4℃에서 7000 rpm으로 5분간 원심분리 하여 세포를 수집하였다. 수집된 세포는 diethyl pyrocarbonate (DEPC)를 처리한 2 mL의 현탁액 (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 0.9% NaCl, 0.5 mg/mL lysozyme)으로 현탁하였다. 이 현탁액에 10% SDS 용액을 0.24 mL 첨가하고 포화 페놀(saturated phenol)을 수 차례 처리하였다. 그후 처리용액의 수용성 부분을 페놀/클로로포름(phenol/chloroform)으로 재처리하고 2배 부피의 냉 에탄올을 첨가하고 -20℃에서 하룻밤 정치시켜 RNA를 침천시켰다. 다음날 4℃에서 15,000 rpm으로 30분간 원심분리하여 침천된 RNA를 수집하고 70% (v/v) 에탄올로 세척한 후 건조하였다. 정제된 RNA는 DEPC로 처리한 멸균수에 현탁하여 -70℃에 보관하였다.Bacillus subtilis Extraction of total RNA for analysis of expression patterns according to physiological stimuli represented by the DGKase gene of the MI113 strain was performed as follows. Bacillus subtilis under the culture conditions of the above-described NaCl, pH and temperature respectively After incubating the MI113 strain for 14 hours, 5 mL of the culture solution was collected from each experimental zone, and the cells were collected by centrifugation at 7000 rpm for 5 minutes at 4 ° C. The collected cells were suspended in 2 mL suspension (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 0.9% NaCl, 0.5 mg / mL lysozyme) treated with diethyl pyrocarbonate (DEPC). To this suspension was added 0.24 mL of a 10% SDS solution and treated several times with saturated phenol. The water-soluble portion of the treatment solution was then retreated with phenol / chloroform and 2 volumes of cold ethanol were added and allowed to stand overnight at -20 ° C to precipitate RNA. The next day, the precipitated RNA was collected by centrifugation at 15,000 rpm for 30 minutes at 4 ° C, washed with 70% (v / v) ethanol and dried. Purified RNA was suspended in sterile water treated with DEPC and stored at -70 ℃.

실시예 3; 노던 하이브리디제이션(northern hybridization)과 도트 블랏 하이브리디제이션(dot blot hybridization)을 통한 생리적 자극에 의한 바실러스 서브틸리스 MI113 DGKase의 RNA 발현 정도의 측정Example 3; Measurement of RNA Expression of Bacillus subtilis MI113 DGKase by Physiological Stimulation by Northern Hybridization and Dot Blot Hybridization

생리적 자극에 따른 RNA 발현 정도을 측정하기 위한 노던 하이브리디제이션 실험은 패럴(Farrell) 등의 방법을 약간 변형하여 실험하였다. 수집된 전체 RNA를 65℃에서 10분간 가열하여 변성시키고 50% 포름아마이드, 2.2 M 포름알데하이드와 1X MOPS 버퍼 (20 mM MOPS, pH 7.0, 5 mM sodium acetate, 1 mM EDTA, pH 8.0) 존재 하에 얼음에서 1분간 방치시켰다. 전체 RNA의 전기영동은 1.0% 아가로스/포름아마이드 겔을 사용하여 1X MOPS 전기영동 버퍼로 사용하여 4시간 동안 실시하였다. 전기영동으로 분리된 RNA들의 노던 하이브리디제이션은 10X SSC를 용액에서 모세관 현상을 이용하여 겔에서 나이론 멤브레인으로 이동시킨 후, 80℃의 진공상태에서 2시간동안 구웠다. 그 후 핵산이 부착된 나이론 멤브레인을 4시간 동안 프리하이브리디제이션(prehybridization) 한 후 방사선 동위원소를 부착한 프로브를 사용하여 42℃에서 20시간 동안 하이브리디제이션을 수행하였다. 노던 하이브리디제이션 및도트 블랏 하이브리디제이션에 사용한 프로브는 dgk 프로브e와 ORF2 프로브였다 (도 1). 이때 사용한 프리하이브리디제이션 및 하이브리디제이션 용액은 5XSSPE (3.6 M NaCl, 20 mM EDTA, 0.2 M sodium phosphate, pH 7.7), 50% 포름아마이드, 5X Denhard's 용액, 100 ㎍/mL 변성된 청어 스펌 DNA와 0.5% SDS로 구성하였다. 하이브리디제이션 후 멤브레인을 1X SSC/0.1% SDS를 사용하여 10분간 실온에서 두 번 세척한 후 0.2X SSC/0.1% SDS로 45℃에서 30분간 두 번 세척하였다. dgk 프로브와 ORF2 프로브를 포함하는 DGKase 유전자 및 관련 유전자 부위의 염기서열(도 1에서 ORF2, ORF3, ORF4, dgk 유전자)은 서열번호 1로 기재하였다.Northern hybridization experiments for measuring RNA expression according to physiological stimuli were conducted with a slight modification of Farrell et al. The collected total RNA was denatured by heating at 65 ° C. for 10 minutes and iced in the presence of 50% formamide, 2.2 M formaldehyde and 1 × MOPS buffer (20 mM MOPS, pH 7.0, 5 mM sodium acetate, 1 mM EDTA, pH 8.0). It was left for 1 minute at. Electrophoresis of total RNA was performed for 4 hours using 1.0% agarose / formamide gel as 1 × MOPS electrophoresis buffer. Northern hybridization of electrophoretically separated RNAs was carried out from the gel to the nylon membrane using capillary action in solution and baked for 2 hours in a vacuum at 80 ℃. Thereafter, the nucleic acid-attached nylon membrane was prehybridized for 4 hours, and then hybridized with a radioisotope probe for 20 hours at 42 ° C. The probes used for northern hybridization and dot blot hybridization were dgk probes and ORF2 probes (FIG. 1). The prehybridization and hybridization solutions used were 5XSSPE (3.6 M NaCl, 20 mM EDTA, 0.2 M sodium phosphate, pH 7.7), 50% formamide, 5X Denhard's solution, 100 μg / mL denatured herring pump DNA and It consisted of 0.5% SDS. After hybridization, the membrane was washed twice at room temperature for 10 minutes with 1X SSC / 0.1% SDS and then twice at 45 ° C. for 30 minutes with 0.2X SSC / 0.1% SDS. The base sequence (ORF2, ORF3, ORF4, dgk gene in Fig. 1) of the DGKase gene and related gene sites including the dgk probe and the ORF2 probe are described in SEQ ID NO: 1.

도트 블랏 하이브리디제이션의 수행은 다음과 같이 실시하였다. 먼저 전체 RNA를 50% 포름아마이드와 7% 포름알데하이드를 함유한 1XSSC 용액에 녹여 68℃에서 15분간 변성시킨 후 얼음에서 식혔다. 변성된 RNA를 각각 35㎍, 20㎍과 5㎍ 농도로 나이론 멤브레인 위에 스팟(spot)하였으며 나머지 도트 블랏 하이브리디제이션 실험은 상기에서 기술한 노던 하이브리디제이션과 동일한 방법으로 실시하였다.The dot blot hybridization was performed as follows. First, total RNA was dissolved in 1XSSC solution containing 50% formamide and 7% formaldehyde, denatured at 68 ° C. for 15 minutes, and cooled on ice. Denatured RNA was spotted on the nylon membrane at concentrations of 35 μg, 20 μg and 5 μg, respectively, and the remaining dot blot hybridization experiments were performed in the same manner as the northern hybridization described above.

실험예 1; 삼투압 변화에 의한 DGKase 유전자 발현 양상 분석Experimental Example 1; Analysis of DGKase Gene Expression Pattern by Osmotic Pressure Change

삼투압의 변화에 따른 DGKase 유전자의 전사량 변화는 상기에 설명한 도트 블랏 하이브리디제이션 및 노던 하이브리디제이션을 사용하여 측정하였다. 도트 하이브리디제이션은 각각 0.05 M, 0.5 M, 1M과 1.5 M 농도의 NaCl을 함유한 LB 배지에 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 30분간 노출시킨 뒤 각 실험구에서 수집한 세포의 전체 RNA를 추출하고 30 ㎍, 20 ㎍ 및 10 ㎍의 RNA를 블랏 위에 부착시키고방사능 동위원소를 부착한 dgk 프로브로 하이브리디제이션 하였다. 도트 블랏 하이브리디제이션으로 측정한 삼투압 스트레스의 강도에 따른 의한 DGKase 유전자의 발현 결과는 도 2a와 같다. 도트 블랏 하이브리디제이션 결과 DGKase 유전자의 전사량 정도는 삼투압 스트레스에 반응하여 1 M NaCl 농도까지 증가하였으나, 1.5 M NaCl 농도에서는 감소하였다. 최고 수준의 전사량의 증가는 1 M NaCl 농도에서 관찰되었다. DGKase 유전자의 분자량을 노던 하이브리디제이션으로 분석한 결과는 도 3과 같으며, 약 2.5 kb의 단일 밴드로 나타났다. 삼투압 스트레스와 연관한 전사량의 변화는 도트 블랏 하이브리디제시션의 결과와 유사하였으며 최고 수준의 전사량 증가 농도는 1M NaCl 이었다.DGKase with Osmotic Pressure The change in the amount of transcription of the gene was measured using the dot blot hybridization and the northern hybridization described above. Dot hybridization was performed on Bacillus subtilis in LB medium containing NaCl at 0.05 M, 0.5 M, 1 M and 1.5 M concentrations, respectively. After exposure to the MI113 strain for 30 minutes, the total RNA of the cells collected from each experimental section was extracted, and 30 μg, 20 μg and 10 μg of RNA were attached onto the blot and hybridized with a dgk probe to which a radioisotope was attached. Expression of the DGKase gene according to the intensity of osmotic stress measured by dot blot hybridization is shown in FIG. 2A. As a result of dot blot hybridization, the level of transcription of the DGKase gene increased to 1 M NaCl concentration in response to osmotic stress, but decreased at 1.5 M NaCl concentration. The highest level of transcription was observed at 1 M NaCl concentration. As a result of analyzing the molecular weight of the DGKase gene by Northern hybridization, it was shown in FIG. 3 and appeared as a single band of about 2.5 kb. The change in the amount of transcription associated with osmotic stress was similar to that of dot blot hybridization, and the highest level of increase in transcription was 1M NaCl.

실험예 2; 수소이온농도(pH) 변화에 의한 DGKase 유전자 발현 양상 분석Experimental Example 2; Analysis of DGKase Gene Expression Patterns by pH Change

각각 pH 5, pH 6, pH 6.7, pH 7과 pH 8로 조정한 LB 배지에 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 30분간 노출시킨 뒤 각 실험구에서 수집한 세포에서 전체 RNA를 추출하고 30 ㎍, 20 ㎍ 및 10 ㎍의 RNA를 블랏 위에 부착시키고 방사능 동위원소를 부착한 dgk 프로브로 하이브리디제이션 하였다. 도트 블랏 하이브리디제이션으로 측정한 수소이온 농도에 따른 DGKase 유전자의 발현 결과는 도 2b에 나타내었다. 도트 하이브리디제이션 결과 DGKase 유전자의 전사량 정도는 낮은 pH 조건 (pH 5)에서 고농도로 검출되었으며 중성조건 (pH 6.7 및 pH 7)에서는 저농도로 검출되었다(도 2b). 최고 수준의 전사량의 증가는 산성조건 (pH 5)에서 관찰되었다. 수소이온 농도에 반응하여 생성된 DGKase 유전자의 분자량을 노던 하이브리디제이션으로분석한 결과는 도 4에 나타냈으며, 약 2.5 kb의 단일 밴드가 나타났다. 삼투압 스트레스와 연관한 DGKase 유전자 전사물의 분자량과 유사하였으며 수소이온농도에 반응하여 검출된 전사량의 변화는 도트 블랏 하이브리디제이션의 결과와 동일하였다.Bacillus subtilis in LB medium adjusted to pH 5, pH 6, pH 6.7, pH 7 and pH 8, respectively After exposing the MI113 strain for 30 minutes, total RNA was extracted from the cells collected in each experiment, and 30 ㎍, 20 ㎍ and 10 ㎍ of RNA were attached onto the blot and hybridized with a dgk probe with radioisotope attached thereto. Expression of the DGKase gene according to the hydrogen ion concentration measured by dot blot hybridization is shown in FIG. 2B. Dot Hybridization Results DGKase Gene transfer levels were detected at high concentrations at low pH (pH 5) and at low concentrations at neutral (pH 6.7 and pH 7) (Figure 2b). The highest level of transcription was observed under acidic conditions (pH 5). Northern hybridization of the molecular weight of the DGKase gene generated in response to the hydrogen ion concentration is shown in FIG. 4, and a single band of about 2.5 kb appeared. DGKase Associated with Osmotic Stress The molecular weight was similar to that of the gene transcript, and the change in the amount of transcription detected in response to the hydrogen ion concentration was the same as that of dot blot hybridization.

실험예 3; 온도 변화에 의한 DGKase 유전자 발현 양상 분석온도 변화에 따른 DGKase 유전자의 전사량 변화은 도트 하이브리디제이션을 사용하여 측정하였다. LB 배지에 바실러스 서브틸리스 MI113 균주를 동일량으로 접종하고 각각 25℃, 30℃, 35℃, 37℃과 42℃로 조정한 배양기에서 30분간 배양한 후 각 실험구에서 수집한 세포에서 전체 RNA를 추출하고 30 ㎍, 20 ㎍ 및 10 ㎍의 RNA를 블랏 위에 부착시키고 방사능 동위원소를 부착한 dgk 프로브로 하이브리디제이션 하였다. 도트 블랏 하이브리디제이션으로 측정한 온도변화에 따른 의한 DGKase 유전자의 발현 결과는 도 2c와 같다. 도트 블랏 하이브리디제이션 결과 DGKase 유전자의 전사는 저온에서 증가되었으나 고온(42℃)에서는 감소되었다. 최고 수준의 전사량은 25℃에서 배양한 세포에서 관찰되었다 (도 2c). Experimental Example 3; Analysis of DGKase Gene Expression Pattern by Temperature ChangeDGKase with Temperature Changes in the amount of transcription of the gene were measured using dot hybridization. Bacillus subtilis in LB medium Inoculated with the same amount of MI113 strain and incubated for 30 minutes in an incubator adjusted to 25 ℃, 30 ℃, 35 ℃, 37 ℃ and 42 ℃, respectively, and extracted the total RNA from the cells collected in each experiment and 30 ㎍, 20 Μg and 10 μg of RNA were attached onto the blots and hybridized with dgk probes to which radioisotopes were attached. Expression of the DGKase gene according to the temperature change measured by dot blot hybridization is shown in FIG. 2C. Dot blot hybridization results DGKase Transcription was increased at low temperatures but decreased at high temperatures (42 ° C). The highest level of transcription was observed in cells incubated at 25 ° C. (FIG. 2C).

실험예 1과 2에서 dgk 프로브로 행한 노던 하이브리디제이션의 분석 결과 DGKase 유전자를 포함하는 약 2.5kb 길이의 mRNA가 검출되었으며 이 결과는 Kim 등(1995)이 보고한 DGKase 유전자와 이의 ORF (0.4 kb)를 포함한 크기보다 큰 단편이었으며, DGKase 유전자가 폴리시스트로닉(polycistronic) mRNA로 전사되는지 확인하기 위하여 그림 1의 ORF2 프로브를 사용하여 NaCl 농도에 따른 전체 RNA의 발현 변화를 노던 하이브리디제이션을 이용하여 분석해 본 결과 2.5kb와 동일한 크기의 mRNA가 관찰되었으며 발현양상도 dgk 프로브를 사용하여 실험한 노던 하이브리디제이션 결과와 동일하였다 (도 3과 5).As a result of the analysis of Northern hybridization performed by the dgk probe in Experimental Examples 1 and 2, an mRNA of about 2.5 kb in length, including the DGKase gene, was detected. ), And the hybridization of the DGKase gene to polycistronic mRNA was confirmed by Northern hybridization using the ORF2 probe of Figure 1 to determine the total RNA expression according to NaCl concentration. As a result of the analysis, mRNA of the same size as 2.5kb was observed and the expression pattern was also the same as the results of Northern hybridization experiments using the dgk probe (Fig. 3 and 5).

이와 같은 결과를 토대로 바실러스 서브틸리스 MI113 균주의 DGKase 유전자가 폴리시스트로닉 mRNA로 전사된다는 사실을 알 수 있었으며, 본 발명에서 검출한 DGKase 유전자를 포함하는 2.5kb의 mRNA 단편이 여러 가지 환경스트레스에 반응하여 발현량이 변화되는 유전자임을 알 수 있었다. 또한 다양한 생리적 자극에 대한 바실러스 서브틸리스 MI113 균주의 DGKase 유전자 발현 차이를 도트 블랏, 노던 블랏 분석을 통해 조사하여 본 결과 특히 낮은 pH, 고삼투압 및 저온에서 DGKase 유전자의 전사물이 증가하는 특성을 나타내어, 특정 단백질의 대량생산을 위한 고발현의 mRNA 제조와 환경오염 측정을 위한 부품 및 환경스트레스 대응인자 개발 등에 광범위하게 활용될 수 있다.Based on these results, it can be seen that the DGKase gene of Bacillus subtilis MI113 strain is transcribed into polycistronic mRNA, and the 2.5 kb mRNA fragment containing the DGKase gene detected in the present invention responds to various environmental stresses. Was found to be a gene whose expression level is changed. In addition, the difference in DGKase gene expression of Bacillus subtilis MI113 strain against various physiological stimuli was investigated by dot blot and northern blot analysis. As a result, the transcript of DGKase gene was increased at low pH, high osmotic pressure and low temperature. In addition, it can be widely used for the production of high-expression mRNA for mass production of specific protein and development of components and environmental stress response factors for measuring environmental pollution.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 바실러스 서브틸리스의 DGKase 유전자의 발현을 조절하는 방법은 고삼투압, 낮은 pH, 저온에서 DGKase 유전자의 전사물이 증가하는 특성을 이용한 것으로써 특정 단백질의 대량생산을 위한 고발현의 mRNA 제조와 환경오염 측정을 위한 부품 및 환경스트레스 대응인자 개발에 이용될 수 있는 현저한 효과가 있으므로 생물 환경 산업상 유용한 발명인 것이다.As described above, the method of controlling the expression of the DGKase gene of the Bacillus subtilis of the present invention by using the characteristic that the transcript of the DGKase gene increases at high osmotic pressure, low pH, and low temperature, for mass production of a specific protein. It is a useful invention for the bioenvironmental industry because it has a remarkable effect that can be used to develop high-expression mRNA and development of components and environmental stress response factors for measuring environmental pollution.

Claims (6)

바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)의 배양조건을 변화시키는 생리적 자극을 줌으로써 서열번호 1에 기재된 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.Bacillus subtilis (Bacillus subtilis)of A method of increasing the expression of a base fragment comprising the DGKase gene of SEQ ID NO: 1 by giving a physiological stimulus to change the culture conditions. 제 1항에 있어서, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) MI113 균주 임을 특징으로 하는 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.2. The method of claim 1, wherein Bacillus subtilis is a Bacillus subtilis MI113 strain. 3. 제 1항에 있어서, DGKase 유전자를 포함하는 염기단편은 서열번호 2에 기재된 염기단편으로 하는 것을 특징으로 하는 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.The method of increasing the expression of a base fragment comprising a DGKase gene according to claim 1, wherein the base fragment comprising the DGKase gene is a base fragment as set forth in SEQ ID NO: 2. 제 1항에 있어서, 배양조건 변화는 삼투압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.The method of claim 1, wherein the change in culture conditions increases the osmotic pressure, the method of increasing the expression of the base fragment containing the DGKase gene. 제 1항에 있어서, 배양조건 변화는 pH를 낮추는 것을 특징으로 하는 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.[Claim 2] The method of claim 1, wherein the change in culture conditions lowers the pH of the base fragment containing the DGKase gene. 제 1항에 있어서, 배양조건 변화는 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 DGKase 유전자를 포함하는 염기단편의 발현을 증가시키는 방법.The method of claim 1, wherein the change in culture conditions decreases the temperature.
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