KR20040067437A - Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously - Google Patents

Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously Download PDF

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KR20040067437A KR1020030004537A KR20030004537A KR20040067437A KR 20040067437 A KR20040067437 A KR 20040067437A KR 1020030004537 A KR1020030004537 A KR 1020030004537A KR 20030004537 A KR20030004537 A KR 20030004537A KR 20040067437 A KR20040067437 A KR 20040067437A
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Abstract

PURPOSE: Recombinant bacteria which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously are provided, thereby sensitively detecting DNA damage by increasing stability of plasmid in a cell, and improving confidence of data by inhibiting loss of reporter signal when a microorganism is replicated. CONSTITUTION: A recombinant plasmid pRGDK1 contains recA::GFPuv4 gene and katG::luxCDABE gene simultaneously. A recombinant bacteria E. coli RFM445/pRGDK1(EB-Duo-1)(KCTC 10369BP) is produced by transforming E. coli RFM443 with the recombinant plasmid pRGDK1. A method for preparing a plasmid inducing fluorescence and luminous expression comprises locating a promoter which is induced by various stresses in front of two reporter gene of fluorescence and luminous genes and fusing the genes, wherein two genes are fused to have an opposite transcription direction each other.

Description

유전자 손상 및 산화적 손상을 동시에 탐지할 수 있는 재조합 박테리아{Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously}Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously}

본 발명은 유전자 손상 및 산화적 손상을 동시에 탐지할 수 있는 재조합 박테리아에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 katG::luxCDABE와 recA::GFPuv4 유전자를 동시에 포함하는 재조합 플라스미드를 제작하고 이를 대장균에 도입하여 세포의 산화적 손상을 유도하는 물질을 탐지하게 될 경우 발광성이 증가하도록 하고, 세포의 유전자적 손상을 유도하는 물질을 탐지하게 될 경우 형광성이 증가하도록 형질전환하여, 리포터 유전자의 종류에 따라 화학물질이 세포에 미치는 독성 정도를 하나의 균주를 통해 두 종으로 구분하여 민감하게 평가할 수 있도록 한 재조합 박테리아에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant bacterium capable of simultaneously detecting gene damage and oxidative damage, and more particularly, to construct a recombinant plasmid containing katG :: luxCDABE and recA :: GFPuv4 genes simultaneously and introducing them into E. coli cells. When detecting a substance that induces oxidative damage, the luminescence is increased. When a substance that induces genetic damage of cells is detected, the fluorescence is transformed to increase the fluorescence. The present invention relates to a recombinant bacterium capable of sensitively assessing the degree of toxicity on a cell by dividing it into two species through one strain.

박테리아의 발광성을 이용하여 수질 샘플이나 화학물질의 독성을 탐지하려는 시도는 10여년 전부터 활발하게 시도되어 왔으며 특히 해양에서 발광성 미생물인 비브리오 피쉐리(Vibrio fisheri)를 동정해 낸 이후 이에 대한 기술이 급속하게 발전하여왔다. 특히, 이 비브리오 피쉐리를 이용하여 미국의 아주르 엔비론멘트(Azur Environment) 사는 마이크로톡스(Microtox)라는 독성 탐지용 킷을 개발하였고 현재 많은 생태 독성 실험에 활발히 사용되고 있다. 미생물을 이용하는 독성 평가방법은 실험방법이 간소하고, 샘플에 대한 반응 시간이 짧으며, 많은 양의 개체수를 필요로 하지 않아 시스템을 간소화하여 손쉽게 측정할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 자연적인 발광성을 이용하므로 빛의 감소를 통해 테스트하고자하는 물질의 독성 유무와 그 세기 정도만을 판별할 수 있으며, 이로부터는 테스트하고자 하는 물질의 독성이 세포에 어떠한 스트레스를 민감하게 유발하는지는 밝힐 수 없는 문제점이 있다.Attempts to detect the toxicity of water samples and chemicals using the luminescence of bacteria have been actively attempted for more than a decade, especially after the identification of the luminescent microorganism Vibrio fisheri in the ocean. Has developed. In particular, the Vibrio Fischer makes use of Microtox from Azur Environment of the United States. Has developed a toxicity detection kit called) and is currently being actively used in many ecotoxicological experiments. Toxicity evaluation method using microorganisms has the advantage of simplicity of experiment method, short reaction time for sample, and easy measurement by simplifying the system because it does not require a large number of individuals. However, by using natural luminescence, it is possible to determine whether the substance to be tested is toxic and its intensity by reducing the light. There is no problem.

기존의 유해성 평가를 위한 유전자 재조합 박테리아는 단 하나의 리포터 유전자와 프로모터를 사용하여 한 균주당 한 가지 종류의 독성 및 스트레스를 평가할수밖에 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. 또한, 본 발명자들이 2002년 9월 23일에 선출원한 국내 특허 출원 제 2002-57633호와 같이, 하나의 미생물 종에 각각의 리포터 유전자와 프로모터가 포함된 다종의 플라스미드를 동시에 형질 전환시켜 제작하는 방법이 있으나, 이는 각각의 플라스미드 복제 개체수가 달라 민감도의 저해 문제가 발생하며 미생물의 개체 복제시 각각의 플라스미드 안정성이 달라 요구하는 리포터의 신호를 잃어버리는 경우가 발생하게 된다.Recombinant bacteria for conventional hazard assessment had to use only one reporter gene and promoter to evaluate one type of toxicity and stress per strain. 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. In addition, as the present inventors filed in Korean Patent Application No. 2002-57633, filed on September 23, 2002, a method for producing by simultaneously transforming a plurality of plasmids containing each reporter gene and promoter in one microbial species However, this causes a problem of inhibition of sensitivity due to the different number of plasmid replication individual, and the loss of the signal of the reporter that requires different stability of each plasmid during individual replication of the microorganism.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구한 결과, 리포터 유전자로 발광, 형광 유전자를 동시에 이용하고 각각의 리포터 유전자 앞에 서로 다른 스트레스 프로모터를 결합하여 하나의 플라스미드 안에 이를 융합시키고 하나의 균주로 최소 두 가지 이상의 독성 종류를 동시에 탐지할 수 있는 재조합 발광 박테리아를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have studied to solve the above problems, and as a result, using the luminescence and fluorescent genes as reporter genes at the same time, combining different stress promoters in front of each reporter gene to fuse them in one plasmid and one strain The present invention has been completed by developing a recombinant luminescent bacterium capable of simultaneously detecting at least two or more toxic species.

따라서, 본 발명은 화학물질 혹은 수질의 산화적 손상 물질과 유전자 손상 물질을 동시에 탐지하고 그 독성의 유해성을 평가할 수 있는 재조합 발광 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP] 및 이의 제작방법에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a recombinant luminescent bacterium E. coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] and its chemicals capable of simultaneously detecting chemical or water oxidatively damaging genes and genetically damaging substances and evaluating their toxicity. Its purpose is to make it.

또한, 본 발명은 상기 재조합 박테리아를 이용한 산화적 손상 및 유전자 손상 물질의 독성과 그 유해성을 동시에 탐지하는 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method for simultaneously detecting the toxicity and harmfulness of oxidative damage and gene damage using the recombinant bacteria.

도 1은 재조합 플라스미드 pRGDK1의 제작 과정을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the construction of the recombinant plasmid pRGDK1.

도 2는 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]에 유전자 손상 물질인 마이토마이신 C(Mitomycin C)를 처리한 후 형광변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the fluorescence change over time after treatment of the gene damaging material mitomycin C to recombinant bacterial E. coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP].

도 3은 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]에 산화적 손상 물질인 과산화수소수를 처리한 후 발광변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the luminescence change over time after treatment with hydrogen peroxide, an oxidative damaging agent, to recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP].

본 발명은 recA::GFPuv4 유전자와 katG::luxCDABE 유전자를 동시에 포함하는 재조합 플라스미드 pRGDK1, 이 플라스미드를 대장균 RRM443에 도입하여 형질전환된 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]을 그 특징으로 한다.The present invention relates to a recombinant plasmid pRGDK1 comprising both the recA :: GFPuv4 gene and katG :: luxCDABE gene, and transformed into recombinant E. coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] transformed by introducing the plasmid into E. coli RRM443. It is characterized by.

또한, 두 가지 리포터 유전자(발광 유전자, 형광 유전자) 각각의 앞에 서로 다른 종류의 스트레스에 의해 유도되는 프로모터를 위치시켜 한 종의 플라스미드 내에 융합시키는 것을 특징으로 하는 형광 및 발광 발현을 유도하는 한 종의 플라스미드의 제작방법을 또 다른 특징으로 한다.In addition, one species of inducing fluorescence and luminescence expression is characterized by placing a promoter induced by different kinds of stress in front of each of two reporter genes (a luminescent gene, a fluorescence gene) and fusion into one plasmid. The production method of the plasmid is another feature.

또한, 상기 재조합 박테리아를 이용하여 형광 및 발광 강도 측정에 따라 유전자 손상 및 산화적 손상 물질의 독성과 그 유해성을 동시에 탐지하는 방법을 또 다른 특징으로 한다.In addition, a method for simultaneously detecting the toxicity and harmfulness of gene damage and oxidative damage by the fluorescence and luminescence intensity measurement using the recombinant bacteria is another feature.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명은 katG::luxCDABE와 recA::GFPuv4 유전자를 동시에 포함하는 재조합 플라스미드를 제작하고 이를 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 유전자의종류에 따라 화학물질이 세포에 미치는 독성 정도를 하나의 균주를 통해 두 종으로 구분하여 민감하게 평가할 수 있도록 한 재조합 박테리아에 관한 것이다.The present invention is to produce a recombinant plasmid containing the katG :: luxCDABE and recA :: GFPuv4 gene at the same time and introduced into the E. coli to detect the substance causing the oxidative damage of the cell to increase the luminescence, the gene of the cell When detecting a substance that induces damage, it is transformed to increase fluorescence, so that the degree of toxicity of a chemical to cells according to the reporter gene can be classified into two species through a single strain. It relates to recombinant bacteria.

우선 산화적 손상 물질을 탐지할 수 있도록 산화적 손상에 의해 발현이 증가하는 KatG 단백질의 katG 프로모터(PkatG)를 발광유전자인 lux 오페론과 결합하고, 유전자 손상 물질을 탐지할 수 있도록 유전자적 손상에 의해 과다 발현되는 RecA 단백질의 recA 프로모터(PrecA)를 형광유전자인 GFPuv4와 결합시켜 각각의 융합 리포터 시스템을 제작한 후, 하나의 플라스미드 내에 상기 두 종의 리포터 유전자 시스템을 융합하여 재조합 플라스미드 pRGDK1를 제작하고 이를 대장균 RFM443로 형질전환시켜 형질전환체를 제작하였다. 특히, 상기 재조합 플라스미드 제작 시 종래 기술과 달리 하나의 플라스미드에 두 가지 리포터 유전자 시스템을 융합시키기 위해 전사 방향이 반대가 되도록 Lux 유전자와 GFP 유전자를 위치시킨다. 또한 각각의 전사를 유도하는 프로모터의 방향도 서로 반대가 되도록 Lux 유전자 혹은 GFP 유전자 앞에 위치시킨다[도 1 참조].First, the katG promoter of KatG protein whose expression is increased by oxidative damage (PkatG) is combined with the lux operon, a luminescent gene, to detect oxidatively damaging substances. The recA promoter (PrecA) of the overexpressed RecA protein was combined with GFPuv4, a fluorescent gene, to prepare each fusion reporter system, and then the two reporter gene systems were fused into one plasmid to construct a recombinant plasmid pRGDK1. Transformants were prepared by transforming with E. coli RFM443. In particular, in the recombinant plasmid production, unlike the prior art, the Lux gene and the GFP gene are positioned so that the transcription directions are reversed in order to fuse the two reporter gene systems to one plasmid. In addition, the position of the promoter for inducing each transcription is placed in front of the Lux gene or GFP gene so as to be opposite to each other (see Fig. 1).

상기 형질전환체로부터 발현된 콜로니를 선별하고 유전자 손상 물질과 산화적 손상 물질을 이용하여 형광 및 발광 감도의 변화를 확인하였다.Colonies expressed from the transformants were selected and the change in fluorescence and luminescence sensitivity was confirmed using gene damaging agents and oxidative damaging agents.

상기 형질전환된 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)를 한국생명공학연구원 유전자은행에 2002년 11월 8일자로 기탁하여 수탁번호 KCTC 10369BP를 부여받았다. 이러한 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]는 유전자 손상 물질을 감지할 경우 형광 강도가 증가하며, 산화적 손상 물질을 감지할 경우 발광 강도가 증가한다.The transformed recombinant bacterium Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on November 8, 2002 and received accession number KCTC 10369BP. The recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] increases the fluorescence intensity when detecting a genetically damaging substance and increases the luminescence intensity when detecting an oxidatively damaging substance.

따라서, 본 균주를 이용하여 다양한 화학물질의 산화적 손상 및 유전자적 손상 가능성을 동시에 예측할 수 있으며 수질 샘플의 독성과 그 유해정도를 민감하게 탐지할 수 있다.Therefore, this strain can be used to predict the possibility of oxidative damage and genetic damage of various chemicals at the same time, and can sensitively detect the toxicity and harmfulness of water samples.

또한, 본 발명은 하나의 플라스미드 내에 두 가지 융합 리포터 시스템을 융합시켜 이를 형질전환시킴으로써 2 종의 플라스미드를 형질 전환시킨 종래 기술에 비해 한 종의 플라스미드를 사용함으로써 세포 내에서의 플라스미드 안정성이 증가하여 좀더 민감하게 각각의 손상을 탐지 할 수 있으며, 미생물의 개체 복제 시 각각의 플라스미드 안정성이 달라 요구하는 리포터의 신호를 잃어버리는 경우가 발생하는 것을 막을 수 있기 때문에 얻어지는 데이터에 신뢰성을 더욱 확보할 수 있으므로 화학물질 및 수질 생태계의 독성 평가 분야에서 매우 유용하리라 기대된다.In addition, the present invention increases the plasmid stability in cells by using one plasmid compared to the prior art in which two fusion reporter systems are fused and transformed into one plasmid to transform two plasmids. It is possible to detect each damage sensitively and to prevent the loss of the signal of the reporter, which requires different plasmid stability during individual cloning of microorganisms, thereby increasing the reliability of the data obtained. It is expected to be very useful in the field of toxicity assessment of material and water ecosystems.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 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

katG::luxCDABE가 융합된 플라스미드를 갖고있는 균주 DPD2511[Belkins et al., Applied and Environmental Microbiology, 1996, 62:2252-2256]로부터 다음의 프라이머를 이용하여 PCR을 이용 katG 프로모터를 증폭하였다. -137에서 91 부분을 증폭하기 위해 다음의 프라이머를 사용하였다.The katG promoter was amplified by PCR using the following primers from strain DPD2511 (Belkins et al., Applied and Environmental Microbiology, 1996, 62: 2252-2256) having katG :: luxCDABE fused plasmid. The following primers were used to amplify 91 at −137.

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

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

PCR 산물을 BamHI과 KpnI 제한효소로 처리하고 역시 같은 제한효소로 처리한 luxCDABE를 갖고 있는 pDEW201 [Dupont Co., USA]의 다중클로닝 부위(multiple cloning site)에 재조합하여 이를 pDK1이라 명명하였다.The PCR product was recombined with a multiple cloning site of pDEW201 [Dupont Co., USA], which was treated with BamHI and KpnI restriction enzyme and also had luxCDABE treated with the same restriction enzyme, and named it pDK1.

recA 프로모터는 recA::luxCDABE를 포함한 플라스미드로부터 PCR 방법을 이용하여 증폭하였다. -184 부분과 +33 부분까지 증폭을 위해 다음의 프라이머를 사용하였다.The recA promoter was amplified from the plasmid containing recA :: luxCDABE using the PCR method. The following primers were used for amplification up to -184 and +33 parts.

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

3'-프라이머: 5'-GCCGGGTGGTACCGGATAGTCAAT-3' (서열번호 4).3'-primer: 5'-GCCGGGTGGTACCGGATAGTCAAT-3 '(SEQ ID NO: 4).

이 PCR 산물을 BamHI 과 KpnI 제한효소로 처리하고 역시 같은 효소로 처리된 플라스미드 벡터 pDML1과 재조합하여 pDMLR2를 만들었다. pDML1은 pDEW201 플라스미드[DuPont, Co. U.S.A.]와 pMECA 플라스미드[Thomson J.M. and Parrott W.A. Biotechniques 1998 24:922-928]를 각각 EcoRI과 HindIII 제한효소로 처리하여 결합시켜 pDM1을 만들고 여기에 lux 오페론을 집어넣기 위해 pLITE1 플라스미드 [Marincs F. and White D.W. Applied and Environmental Microbiology 1994 60:3862 - 3863]를 EcoRI 제한효소로 처리하여 pDM1과 결합하여 제작하였다. 제작된 pDMLR2 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. 이로서 recA::GFPuv4 의 융합 유전자를 구성하였다. 최종적으로 pACRG43을 구성하기 위해 다음과 같은 방법을 따른다. pRG7 플라스미드에서 recA::GFPuv4을 PCR로 증폭하였다. PCR을 위한 프라이머는 서열번호 3의 5'-프라이머와 서열번호 5의 3'-프라이머(5'-CTTCAAGAATTCATTATTTGTAGAGCTCATCC-3')를 사용하였다. PCR 생성물은 TA 클로닝 플라스미드 pGEM-T 이지 벡터[Promega, USA]에 집어넣어 pRGTA를 제작하였다. pRGTA로부터 EcoRI 처리하여 recA::GFPuv4 영역을 얻어내었다. 이를 역시 EcoRI 처리한 pDK1과 재조합하여 하나의 플라스미드 내에 두 종의 리포터 유전자를 위치시키도록 하여 최종적으로 katG::luxCDABE와 recA::GFPuv4가 서로 반대 방향으로 전사되도록 하는 플라스미드 pRGDK1을 제작하였다[도 1].This PCR product was treated with BamHI and KpnI restriction enzymes and recombined with the plasmid vector pDML1, which was also treated with the same enzyme, to make pDMLR2. pDML1 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 treated with EcoRI and HindIII restriction enzymes, respectively, to combine to form pDM1 and to incorporate the lux operon into the pLITE1 plasmid [Marincs F. and White D.W. Applied and Environmental Microbiology 1994 60: 3862-3863] was prepared in combination with pDM1 by treatment with EcoRI restriction enzyme. The prepared pDMLR2 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. Finally, the following method is used to configure pACRG43. recA :: GFPuv4 was amplified by PCR in the pRG7 plasmid. As primers for PCR, 5'-primer of SEQ ID NO: 3 and 3'-primer of SEQ ID NO: 5 (5'-CTTCAAGAATTCATTATTTGTAGAGCTCATCC-3 ') were used. The PCR product was put into TA cloning plasmid pGEM-T easy vector [Promega, USA] to prepare pRGTA. EcoRI treatment from pRGTA yielded the recA :: GFPuv4 region. This was also recombined with EcoRI treated pDK1 to place two reporter genes in one plasmid to finally produce katG :: luxCDABE and recA :: GFPuv4 to be transcribed in opposite directions. ].

실시예 2: 재조합 박테리아의 제작Example 2: Construction of Recombinant Bacteria

상기 실시예 1에서 만들어진 플라스미드 pRGDK1을 대장균 RFM443에 도입하여 형질전환시켰다. pRGDK1플라스미드는 암피실린 저항성 유전자를 가지고 있으며, 암피실린이 들어있는 LB 배지에서 pRGDK1이 들어간 콜로니를 선별하였고, 선별된 콜로니의 발광/형광 발현을 세포의 유전자 손상을 유도하는 물질인 마이토마이신 C와 산화적 손상을 유도하는 물질인 과산화수소수를 이용하여 확인하였다.The plasmid pRGDK1 prepared in Example 1 was introduced into E. coli RFM443 and transformed. pRGDK1 plasmid has ampicillin resistance gene and selected colonies containing pRGDK1 in LB medium containing ampicillin, and luminescent / fluorescent expression of selected colonies was induced by mitomycin C, a substance that induces gene damage in cells. Hydrogen peroxide, a substance that induces damage, was identified.

형질전환된 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]를 한국생명공학연구원 유전자은행에 2002년 11월 8일자로 기탁하여 수탁번호 KCTC 10369BP를 부여받았다.The transformed recombinant bacterium Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on November 8, 2002 and was assigned accession number KCTC 10369BP.

실시예 3: 형질전환된 재조합 발광 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]의 유전자 손상 및 산화적 손상 물질 탐지능 확인Example 3: Confirmation of Genetic Damage and Oxidative Damage Detection of Transformed Recombinant Luminescent E. Coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP]

재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]를 암피실린이 25 ㎍/㎖ 포함된 100 ㎖ LB 배지에서 흡광도 0.08(600 nm)까지 배양하였다. 발광 강도를 측정하기 위해 배양된 세포 용액을 100 ㎕ 취하여 각 웰에 이미 테스트할 화학물질(과산화수소의 농도: 0.62, 1.24, 2.47, 4.94, 9.88, 19.75, 37.5, 75, 150 ppm 혹은 마이토마이신 C의 농도: 0.039, 0.078, 0.156, 0.313, 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10 ppm)이 들어있는 불투명 96 웰 플레이트[Microtiter TM, DYNEX technologies, USA]에 각각 분주하였다. 마찬가지로 형광 강도를 측정하기 위해 배양된 세포 용액을 100 ㎕ 취하여 역시 각 웰에 테스트할 화학물질이 들어있는 투명 96 웰 플레이트[Tissue culture tesplate, Young Sciences Inc., South Korea)에 각각 분주하였다. 불투명 플레이트는 발광 강도를 측정하기 위해 96 웰 발광 측정 장치[Microtiter plate reader, MLX, USA]에 집어넣고, 투명 플레이트는 형광강도를 측정하기 위해 96 웰 형광 측정장치[FL600, BioTek, USA]에 집어넣었다. 이후 6시간 동안 발광 정도와 형광 강도를 동시에 측정하여 화학물질 농도에 따른 발광 혹은 형광 변화를 동시에 살폈다. 도 2는 유전자 손상 물질인 마이토마이신 C와 산화적 손상 물질인 과산화수소수를 농도별로 접종하여 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]이 형광 신호를 내어 유전자 손상 물질을 선택적으로 탐지할 수 있는지 확인한 결과이다. 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이 4시간 이후 유전자 손상 물질의 농도에 대한 형광 강도가 달라지는 것을 볼 수 있으며 이는 농도에 비례하여 그 강도가 증가하였다. 그러나, 도 2의 (b)는 대조군과 비교하여 형광 강도가 과산화수소 농도에 따라 별 차이가 보이지 않았다. 이는 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP] 유전자 손상에 대해 형광을 발하도록 조작했으나 산화적 손상에 대해서는 발광 정도가 증가하도록 조작하였기 때문이다. 도 3은 도 2는 유전자 손상 물질인 마이토마이신 C와 산화적 손상 물질인 과산화수소수를 농도별로 접종하여 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]이 발광 신호를 산화적 손상 물질을 선택적으로 탐지할 수 있는지 확인한 결과이다. 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이 과산화수소의 농도에 대한 발광 강도가 초기부터 달라지는 것을 볼 수 있었다. 즉, 발광 강도는 어느 일정 수준의 과산화수소수 농도까지 증가하게 된다. 그러나, 도 3의 (b)는 발광 강도가 전혀 증가하지 않았다. 이는 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]이 산화적 손상에 대해 발광을 발하도록 조작했으나 유전자 손상에 대해서는 형광 강도가 증가하도록 조작하였기 때문이다.Recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] was incubated with absorbance of 0.08 (600 nm) in 100 ml LB medium containing 25 μg / ml of ampicillin. To determine the luminescence intensity, 100 μl of the cultured cell solution is taken and the chemical to be tested in each well (concentration of hydrogen peroxide: 0.62, 1.24, 2.47, 4.94, 9.88, 19.75, 37.5, 75, 150 ppm or mitomycin C Concentrations: 0.039, 0.078, 0.156, 0.313, 0.625, 1.25, 2.5, 5, 10 ppm) were dispensed into opaque 96 well plates [Microtiter ™, DYNEX technologies, USA], respectively. Likewise, 100 μl of the cultured cell solution was taken to measure the fluorescence intensity and dispensed into a transparent 96 well plate (Tissue culture tesplate, Young Sciences Inc., South Korea) containing the chemical to be tested in each well. Opaque plates are placed in a 96 well luminescence measuring device [Microtiter plate reader, MLX, USA] to measure luminescence intensity, and transparent plates are placed in a 96 well fluorescence measuring device [FL600, BioTek, USA] to measure fluorescence intensity. Put in. After 6 hours, the degree of luminescence and fluorescence intensity were simultaneously measured, and the luminescence or fluorescence changes according to chemical concentrations were simultaneously monitored. FIG. 2 shows the inoculation of mitomycin C, a gene damaging substance, and hydrogen peroxide, a oxidative damaging substance, by concentration, in which recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] emits a fluorescent signal to detect a gene damaging substance. This is the result of checking whether it can be selectively detected. As shown in (a) of Figure 2 it can be seen that after 4 hours the fluorescence intensity for the concentration of the gene damage material is changed, which is increased in proportion to the concentration. However, in FIG. 2 (b), the fluorescence intensity did not show any difference according to the hydrogen peroxide concentration as compared with the control group. This is because it was engineered to fluoresce against the recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] gene damage but to increase the degree of luminescence for oxidative damage. FIG. 3 shows the inoculation of mitomycin C, which is a gene damaging substance, and hydrogen peroxide, which is an oxidative damaging substance, by concentration. Recombinant bacteria E. coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] oxidizes the luminescent signal. This is the result of checking whether the damage substance can be selectively detected. As shown in (a) of FIG. 3, it could be seen that the emission intensity with respect to the concentration of hydrogen peroxide varies from the beginning. That is, the luminescence intensity is increased to a certain level of hydrogen peroxide concentration. However, in Fig. 3B, the luminescence intensity did not increase at all. This is because recombinant Bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] was engineered to emit light for oxidative damage but increased fluorescence intensity for gene damage.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하나의 플라스미드 내에 두가지 리포터 유전자를 융합시켜 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]을 제작함으로써 세포 내에서의 플라스미드 안정성이 증가하여 좀더 민감하게 각각의 손상을 탐지할 수 있으며, 미생물의 개체 복제 시 각각의 플라스미드 안정성이 달라 요구하는 리포터의 신호를 잃어버리는 경우가 발생하는 것을 막을수 있기 때문에 얻어지는 데이터에 신뢰성을 더욱 확보할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 상기 재조합 박테리아는 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 present invention is to produce a recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP] by fusion of two reporter genes in one plasmid to increase the stability of the plasmid in the cell more sensitive Each damage can be detected, and the stability of each plasmid can be prevented due to the different plasmid stability when cloning microorganisms, and thus the reliability of the data obtained can be further secured. . Therefore, the recombinant bacterium acts as a detector for analyzing the toxicity of various chemicals and water samples and providing a standard for classifying the hazards into gene damage and oxidative damage simultaneously. It can be usefully used in the evaluation field.

<110> KwangJu Institute of Science and Technology <120> Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative damage simultaneously <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic acid used as 5'-primer of PCR for amplifying katG promoter <400> 1 gtccggatcc ggacataatc aaaaaagc 28 <210> 2 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying katG promoter <400> 2 ctgatggtac cgtcatttgc cagtggc 27 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 5'-primer of PCR for amplifying recA promoter <400> 3 gcctctcgga tccgtctggt ttgc 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying recA promoter <400> 4 gccgggtggt accggatagt caat 24 <210> 5 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying recA::GFPuv4 <400> 5 cttcaagaat tcattatttg tagagctcat cc 32<110> KwangJu Institute of Science and Technology <120> Recombinant bacteria, which detect DNA damage and oxidative          damage simultaneously <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic acid used as 5'-primer of PCR for amplifying katG          promoter <400> 1 gtccggatcc ggacataatc aaaaaagc 28 <210> 2 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying katG          promoter <400> 2 ctgatggtac cgtcatttgc cagtggc 27 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 5'-primer of PCR for amplifying recA          promoter <400> 3 gcctctcgga tccgtctggt ttgc 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying recA          promoter <400> 4 gccgggtggt accggatagt caat 24 <210> 5 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Nucleic aicd used as 3'-primer of PCR for amplifying recA :: GFPuv4 <400> 5 cttcaagaat tcattatttg tagagctcat cc 32

Claims (5)

recA::GFPuv4 유전자와 katG::luxCDABE 유전자를 동시에 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 플라스미드 pRGDK1.Recombinant plasmid pRGDK1 comprising both a recA :: GFPuv4 gene and a katG :: luxCDABE gene. 재조합 플라스미드 pRGDK1를 대장균 RFM443에 도입하여 형질전환된 것을 특징으로 하는 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]Recombinant bacterial E. coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) characterized in that transformed by introducing the recombinant plasmid pRGDK1 into E. coli RFM443 [KCTC 10369BP] 두 가지 리포터 유전자(발광 유전자, 형광 유전자) 각각의 앞에 서로 다른 종류의 스트레스에 의해 유도되는 프로모터를 위치시켜 두 종의 리포터 융합 시스템을 제작하여 이를 한 종의 플라스미드 내에 융합하는 것을 특징으로 하는 형광 및 발광 발현을 유도하는 한 종의 플라스미드의 제작방법.Fluorescent and characterized in that the two reporter genes (luminescent gene, fluorescent gene) in front of each other by placing a promoter induced by different kinds of stress to produce two reporter fusion system and fused them in one plasmid Method for producing a plasmid of one species that induces luminescence expression. 제 3 항에 있어서, 상기 두 종의 리포터 융합 시스템의 전사 방향이 서로 반대가 되도록 융합하는 것을 특징으로 하는 제작방법.4. The manufacturing method according to claim 3, wherein the two reporter fusion systems are fused to have opposite transfer directions. 재조합 박테리아 대장균 RFM443/pRGDK1(EB-Duo-1)[KCTC 10369BP]를 이용하여 형광 및 발광 강도 측정에 따라 유전자 손상 및 산화적 손상 물질의 독성과 그 유해성을 동시에 탐지하는 방법.A method for simultaneously detecting the toxicity and harmfulness of gene damage and oxidative damage substances by fluorescence and luminescence intensity measurement using recombinant bacterial Escherichia coli RFM443 / pRGDK1 (EB-Duo-1) [KCTC 10369BP].
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101493392B1 (en) * 2013-05-15 2015-02-16 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Sensitivity enhancement of bioreporter strains using serum complement

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KR101493392B1 (en) * 2013-05-15 2015-02-16 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 Sensitivity enhancement of bioreporter strains using serum complement

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